RU2144986C1

RU2144986C1 - Turbomachine gas exhaust device

Info

Publication number: RU2144986C1
Application number: RU97118736A
Authority: RU
Inventors: А.А. Снитко; С.Г. Сероваев; Николай Николаевич Пономарев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2000-01-27

Abstract

FIELD: gas exhaust devices. SUBSTANCE: turbomachine gas exhaust device is provided with circular diffuser including axial and radial parts formed by inner and outer walls, respectively. Outer wall of radial part is made in form of arc of circle. Ratio of radius R of arc of circle to width H of circular clearance at outlet of axial part of diffuser is equal to 0.4-1.1; ΔH/R∠1, where ΔH is difference between magnitudes of width of circular clearances at outlets of radial and axial parts of diffuser. Ratio of areas of inlet and outlet sections of axial part of diffuser ranges from 1.5 to 2.0. EFFECT: reduced losses. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области турбостроения и предназначено для использования в установках промышленного назначения. The invention relates to the field of turbine engineering and is intended for use in industrial installations.

Известна конструкция выхлопной системы судовой газотурбинной установки с устройством для выпуска газов из турбомашины с диффузором, имеющим наружный и внутренний обтекатели (1). A known design of the exhaust system of a ship gas turbine installation with a device for discharging gases from a turbomachine with a diffuser having external and internal fairings (1).

Однако из-за больших потерь полного давления выхлопных газов устройство имеет низкий коэффициент полезного действия. However, due to large losses of the total pressure of the exhaust gases, the device has a low efficiency.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для выпуска газов из турбомашины с кольцевым диффузором, содержащим осевую и радиальную части, образованные соответственно наружной и внутренней стенками, при этом наружная стенка радиальной части выполнена в виде дуги окружности (2). Closest to the claimed is a device for the release of gases from a turbomachine with an annular diffuser containing axial and radial parts formed respectively by the outer and inner walls, while the outer wall of the radial part is made in the form of an arc of a circle (2).

Недостатком известного устройства является низкий КПД за счет больших потерь полного давления выхлопных газов. A disadvantage of the known device is its low efficiency due to large losses of the total pressure of the exhaust gases.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД устройства за счет снижения потерь полного давления выхлопных газов турбомашины. The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency of the device by reducing the loss of the total pressure of the exhaust gases of the turbomachine.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для выпуска газов из турбомашины с кольцевым диффузором, содержащем осевую и радиальную части, образованные соответственно наружной и внутренней стенками, при этом наружная стенка радиальной части выполнена в виде дуги окружности, согласно изобретению, при этом отношения радиуса R дуги окружности образующей наружного обтекателя к ширине H кольцевого зазора на выходе из осевой части диффузора равно 0,4 - 1,1, а Δ H/R < 1, где Δ H - разность между величинами ширины кольцевых зазоров на выходах радиальной и осевой частей диффузора, причем соотношение площадей входного (S1) и выходного (S2) сечений осевой части диффузора находится в интервале 1,5 - 2,0. The essence of the invention lies in the fact that in the device for discharging gases from a turbomachine with an annular diffuser containing axial and radial parts formed respectively by the outer and inner walls, the outer wall of the radial part is made in the form of an arc of a circle according to the invention, while the radius ratio R of the arc of the circumference of the outer fairing generatrix to the width H of the annular gap at the exit from the axial part of the diffuser is 0.4 - 1.1, and Δ H / R <1, where Δ H is the difference between the widths of the annular exit gaps radial and axial portions of the diffuser, wherein the area ratio of an input (S1) and the output (S2) cross sections of the axial part of the diffuser is in the range 1.5 - 2.0.

В заявляемом устройстве образующая наружного обтекателя выполнена в форме дуги окружности, отношение величины радиуса (R) которой к ширине (H) кольцевого зазора на выходе осевой части диффузора находится в интервале 0,4 - 1,1. В этом случае имеет место безотрывное течение газов на выходе из диффузора и минимальные потери полного давления. За границами заявляемого интервала происходит резкое увеличение потерь полного давления в выхлопной системе. По той же причине разность между величинами ширины кольцевых зазоров на выходах радиальной и осевой частей диффузора (Δ H), т.е. высота образующей обтекателя, не должна превышать радиус дуги окружности образующей наружного обтекателя (R). In the claimed device, the outer fairing generatrix is made in the form of an arc of a circle, the ratio of the radius (R) of which to the width (H) of the annular gap at the exit of the axial part of the diffuser is in the range of 0.4 - 1.1. In this case, there is a continuous flow of gases at the outlet of the diffuser and minimal loss of total pressure. Beyond the boundaries of the claimed interval there is a sharp increase in the total pressure loss in the exhaust system. For the same reason, the difference between the widths of the annular gaps at the outputs of the radial and axial parts of the diffuser (Δ H), i.e. the height of the generatrix of the fairing should not exceed the radius of the arc of the circle of the generatrix of the outer fairing (R).

Выбор отношения площадей входного (S1) и выходного (S2) сечений осевой части диффузора в интервале 1,5 - 2,0 обеспечивает эквивалентный угол диффузорности, не превышающий 16 - 18^o (3), а также необходимую длину осевой части диффузора. Если отношение S1/S2 и эквивалентный угол не укладываются в соответствующие интервалы, то невозможно обеспечить необходимую осевую длину диффузора, наблюдается отрыв потока воздуха от стенок диффузора, что приводит к увеличению потерь полного давления.The choice of the ratio of the areas of the input (S1) and output (S2) sections of the axial part of the diffuser in the range of 1.5 - 2.0 provides an equivalent diffusivity angle not exceeding 16 - 18 ^o (3), as well as the necessary length of the axial part of the diffuser. If the ratio S1 / S2 and the equivalent angle do not fit into the corresponding intervals, then it is impossible to provide the necessary axial length of the diffuser, there is a separation of the air flow from the walls of the diffuser, which leads to an increase in the total pressure loss.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами. The invention is illustrated by the following figures.

На фиг. 1 показан частичный разрез заявляемого устройства, на фиг. 2 - поперечный разрез по сечению А-А. In FIG. 1 shows a partial section through the inventive device; FIG. 2 is a cross-sectional view along section AA.

Устройство содержит кольцевой диффузор 1, содержащий осевую часть, образованную внутренней 2 и наружной 3 стенками, переднюю стенку 4, улитку 5, которая образована передней 4, боковой 5 и задней 7 стенками. Радиальная часть устройства выполнена в виде внутреннего 2 и наружного 8 обтекателей. Образующая наружного обтекателя 8 имеет форму дуги окружности с радиусом R и высотой Δ H. Кольцевой зазор 9 на выходе осевой части диффузора 1 обозначен H. Выход осевой части диффузора 1 с площадью сечения S1 соединен с входной частью стоек 10 турбины. Выход радиальной части диффузора 1 с площадью S2 скреплен с кольцевым наружным обтекателем 8. The device comprises an annular diffuser 1 containing an axial part formed by the inner 2 and outer 3 walls, the front wall 4, the cochlea 5, which is formed by the front 4, side 5 and rear 7 walls. The radial part of the device is made in the form of internal 2 and external 8 fairings. The outer fairing 8 generatrix has the shape of a circular arc with a radius R and a height Δ H. An annular gap 9 at the outlet of the axial part of the diffuser 1 is designated H. The output of the axial part of the diffuser 1 with a cross-sectional area S1 is connected to the input part of the turbine struts 10. The output of the radial part of the diffuser 1 with area S2 is bonded to the annular outer fairing 8.

При работе выхлопной системы газотурбинной установки газ, выходящий из стоек 10 турбины, поступает в диффузор 1, проходит через осевую часть, снижая скорость потока, и поступает в улитку 5. Выходящий из осевой части диффузора 1 газ, благодаря известному из аэродинамики эффекту Коанда (4), течет вдоль стенки наружного обтекателя 8 и обеспечивает безотрывность потока вдоль наружной стенки диффузора по всему его сечению. В улитке 5 поток разворачивается на 90^o в сторону выхлопа. Благодаря такому характеру течения потока потери в выхлопной системе минимальны.During the operation of the exhaust system of a gas turbine installation, the gas exiting from the turbine struts 10 enters the diffuser 1, passes through the axial part, reducing the flow rate, and enters the cochle 5. The gas exiting the axial part of the diffuser 1 due to the Coanda effect known from aerodynamics (4 ), flows along the wall of the outer fairing 8 and ensures continuous flow along the outer wall of the diffuser over its entire cross section. In cochlea 5, the flow is rotated 90 ^° to the exhaust side. Due to this nature of the flow stream, losses in the exhaust system are minimal.

Источники информации:
1. Машунин Э.А. Газовые турбины: проблемы и перспективы. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 106, рис. 4.1.Sources of information:
1. Mashunin E.A. Gas turbines: problems and prospects. - M .: Energoatomizdat, 1986, p. 106, fig. 4.1.

2. SU 436163A, F 01 D 25/30, 1974. 2. SU 436163A, F 01 D 25/30, 1974.

3. Дейч М. Е. , Зарянкин А.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин. - М.: Энергия, 1970, с. 109. 3. Deich M. E., Zaryankin A.E. Gas dynamics of diffusers and exhaust pipes of turbomachines. - M.: Energy, 1970, p. 109.

4. Соколова И.Н. Исследование сверхзвукового течения Коанда. Ученые записки ЦАГИ. - 1985 N 2, с. 108. 4. Sokolova I.N. Study of the supersonic flow of Coanda Scientific notes TsAGI. - 1985 N 2, p. 108.

Claims

A device for releasing gases from a turbomachine with an annular diffuser containing axial and radial parts formed respectively by the inner and outer walls, wherein the outer wall of the radial part is made in the form of a circular arc, characterized in that the ratio of the radius R of the circular arc to the width H of the annular gap by the exit from the axial part of the diffuser is 0.4 - 1.1, and ΔH / R <1, where ΔH is the difference between the widths of the annular gaps at the outputs of the radial and axial parts of the diffuser, and the ratio of the areas of the input and output sections The axial part of the diffuser is in the range of 1.5 - 2.0.