RU2457336C1 - Higher-efficiency turbine blading (versions) - Google Patents

Higher-efficiency turbine blading (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2457336C1
RU2457336C1 RU2011100514/06A RU2011100514A RU2457336C1 RU 2457336 C1 RU2457336 C1 RU 2457336C1 RU 2011100514/06 A RU2011100514/06 A RU 2011100514/06A RU 2011100514 A RU2011100514 A RU 2011100514A RU 2457336 C1 RU2457336 C1 RU 2457336C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
section
channel
height
interscapular
turbine
Prior art date
Application number
RU2011100514/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Федорович Иванников (RU)
Владимир Федорович Иванников
Светлана Владимировна Иванникова (RU)
Светлана Владимировна Иванникова
Original Assignee
Светлана Владимировна Иванникова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Светлана Владимировна Иванникова filed Critical Светлана Владимировна Иванникова
Priority to RU2011100514/06A priority Critical patent/RU2457336C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2457336C1 publication Critical patent/RU2457336C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: methods of designing axial or radial turbine blading whereby turbine cascade blade channel is divided into two sections. Channel meridional outline height is varied or not on entire section of bend in blade channel or its part. Second section of acceleration with additional bend or without it comprises skew edge of blade channel wherein said height is decreased toward channel outlet to verge coupled with mouth cross-section. Behind said verge, height is varied to increase open flow area. Narrow area of every blade channel is formed. At second acceleration section, arranged are multiple possible locations of mouth are including that whereat mouth area center is located on turbine cascade front outlet cross-section. Ring ledges are arranged behind outlet area, on periphery, or nearby barrel, or on periphery and barrel at a time.
EFFECT: higher efficiency, lower hydraulic losses.
8 cl, 14 dwg

Description

Изобретение используется в области проектирования и конструкции газовых, паровых других турбин лопаточных машин повышенной эффективности.The invention is used in the design and construction of gas, steam and other turbines of blade machines of increased efficiency.

Существующие газовые турбины достигли определенного предельного уровня КПД. Дальнейшее повышение их эффективности возможно при изменении конструкции самой решетки.Existing gas turbines have reached a certain limit level of efficiency. A further increase in their efficiency is possible with a change in the design of the lattice itself.

Обосновать предлагаемый способ изменения конструкции венца турбины (ВТ) можно следующим образом.To substantiate the proposed method for changing the design of the crown of the turbine (VT) can be as follows.

Применяем теорему о моменте количества движения в лопаточной машине, используем уравнение Эйлера, связывающее мощность ступени турбины N (или удельную работу турбины LT) и скорость рабочего тела на выходе из сопловой и рабочей решеток We apply the momentum theorem in a blade machine, use the Euler equation relating the power of the turbine stage N (or the specific work of the turbine L T ) and the speed of the working fluid at the exit of the nozzle and working gratings

N=G(c1u·u1-c2u·u2), LT=N/G=(c1u·u1-c2u·u2), смотри [1]N = G (c 1u · u 1 -c 2u · u 2 ), L T = N / G = (c 1u · u 1 -c 2u · u 2 ), see [1]

где G - расход рабочего тела через турбину;where G is the flow rate of the working fluid through the turbine;

c1u - проекция выходной абсолютной скорости с1 рабочего тела из сопловой решетки на направление фронта решетки, то есть на вектор окружной скорости u1 на входе в рабочее колесо;c 1u is the projection of the output absolute speed from 1 working fluid from the nozzle lattice to the direction of the front of the lattice, that is, to the peripheral velocity vector u 1 at the entrance to the impeller;

c2u - проекция выходной абсолютной скорости c2 рабочего тела из рабочей решетки на направление фронта решетки, то есть на вектор окружной скорости u2 на выходе из рабочего колеса.c 2u is the projection of the output absolute velocity c 2 of the working fluid from the working grating on the direction of the front of the grating, that is, on the vector of peripheral speed u 2 at the exit of the impeller.

Чтобы обеспечить работу LT при расходе G, необходимо получить окружные составляющие скорости c1u, c2u при любой температуре и давлении потока газа в турбине, а также при выходных углах α1 и β2 из сопловой и рабочей решеток, то есть получить необходимые скорости c1 и c2. Расход G в лопаточном венце турбины определяется самым узким местом межлопаточного канала венца - горлом aг, расположенным в месте выходной кромки профиля лопатки и начале косого среза, смотри (1) фиг.1, где показано течение газа в межлопаточном канале венца турбины. Поток газа, двигаясь в межлопаточном канале от горла к выходному сечению, расширяясь от горла аг к а1≥аг+r+r2 - ширине потока в выходном сечении венца (здесь: r - радиус выходной кромки; r2 - радиус окружности, вписанной в профиль в месте касания горла спинки лопатки), теряет при этом скорость. Кроме этого, скорость потока падает еще больше из-за расширения проточной части по высоте в меридиональном сечении и угла отклонения в косом срезе. В существующих конструкциях турбин высота венца турбины увеличивается в меридиональном сечении от входа к выходу, в редких случаях она остается постоянной и никогда не уменьшается к выходу из венца, что связано с уменьшением плотности рабочего тела вдоль тракта турбины, смотри [1]. При достижении в горле решетки первого критического перепада давления при скорости потока газа λг=1 и Gг1 через решетку существует некоторое предельное значения λ*г≤1 в выходном сечении решетки. В конструкциях современных турбин, начиная со значения λ*, получить дозвуковой поток газа в выходном сечении решетки λвых1 в диапазоне λ*вых≤1 невозможно. Такую скорость имеет только осредненный поток, состоящий из сверхзвуковой и дозвуковой составляющих. Расчетные оценки показывают, что повышение приведенной скорости λвых в выходном сечении венца выше предельного λ*вых*) может дать значительный экономический эффект за счет снижения температуры газа перед турбиной (понижение температуры газа Т*г перед турбиной уменьшает критическую скорость звука

Figure 00000001
и при той же скорости c1 на выходе из венца повышает приведенную скорость λвых1кр*). Снижение температуры газа перед турбиной при обеспечении одной и той же мощности турбины приводит к снижению расхода топлива и тем самым увеличивает КПД двигателя.To ensure the operation of L T at a flow rate G, it is necessary to obtain the peripheral velocity components c 1u , c 2u at any temperature and pressure of the gas flow in the turbine, as well as at outlet angles α 1 and β 2 from the nozzle and working gratings, i.e., obtain the necessary speeds c 1 and c 2 . The flow rate G in the turbine blade rim is determined by the narrowest point of the crown interscapular canal - throat a g , located at the outlet edge of the blade profile and the beginning of the oblique cut, see (1) of FIG. 1, for gas flow in the turbine crown interscapular channel. The gas flow moving in the interscapular canal from the throat to the outlet cross section, expanding from the throat a g to a 1 ≥ a g + r + r 2 is the flow width in the outlet cross section of the crown (here: r is the radius of the outlet edge; r 2 is the radius of the circle inscribed in the profile at the place of touching the throat of the back of the scapula), loses speed. In addition, the flow rate drops even more due to the expansion of the flow part in height in the meridional section and the deflection angle in the oblique section. In existing turbine designs, the height of the turbine crown increases in the meridional section from the entrance to the exit, in rare cases it remains constant and never decreases towards the exit from the crown, which is associated with a decrease in the density of the working fluid along the turbine path, see [1]. When the first critical pressure drop is reached in the throat of the grate at a gas flow rate of λ g = 1 and G g1 through the grate, there is some limit value λ *g ≤1 in the outlet cross section of the grate. In the constructions of modern turbines, starting from the value of λ * , it is impossible to obtain a subsonic gas flow in the outlet cross section of the lattice λ o = λ 1 in the range λ *oo ≤1. Only averaged flow consisting of supersonic and subsonic components has such a speed. Estimates show that increasing the reduced speed λ o in the outlet cross section above the limiting λ *o > λ * ) can give a significant economic effect by lowering the gas temperature in front of the turbine (lowering the gas temperature T * g in front of the turbine reduces the critical speed of sound
Figure 00000001
and at the same speed c 1 at the exit from the crown increases the reduced speed λ o = = 1 / a cr > λ * ). Reducing the temperature of the gas in front of the turbine while providing the same turbine power leads to lower fuel consumption and thereby increases engine efficiency.

На основании изложенного встает задача устранения потери скорости в косом срезе и дополнительного уменьшения потерь, связанных с поворотом потока в решетке турбины.Based on the foregoing, the task arises of eliminating the loss of speed in an oblique section and further reducing the losses associated with the rotation of the flow in the turbine grill.

Решением задачи устранения потери скорости после горла в выходном сечении лопаточного венца турбины ВТ может быть способ построения конструкции венца турбины повышенной эффективности (ВТПЭ) со следующими мероприятиями:The solution to the problem of eliminating the loss of speed after the throat in the output section of the VT turbine blade rim can be a method of constructing a high-efficiency turbine rim design (VTE) with the following measures:

- в отличие от существующих венцов турбины ВТ, у которых в меридиональном сечении высота лопатки увеличивается от входа к выходу или постоянна, в венцах турбины ВТПЭ межлопаточный канал турбинной решетки разделяют на два участка: первый участок поворота потока рабочего тела, где изменяют высоту меридиональных обводов канала на всем первом участке (то есть высоту либо увеличивают, либо уменьшают, но при этом высота проточной части канала венца ВТПЭ больше высоты канала венца ВТ в соответствующем месте канала) или оставляют высоту постоянной либо на всем первом участке, либо на его части, изменяя при этом высоту на оставшихся части или частях первого участка, где понижена скорость обтекания профиля лопатки при повороте потока по сравнению с обычным венцом ВТ, и создают второй участок разгона потока с дополнительным поворотом или без него межлопаточного канала, с уменьшением высоты меридиональных обводов решетки, площади проходного сечения межлопаточного канала до определенной границы, связанной с горловым сечением или поверхностью в закрученных лопатках (в отдельных случаях это может быть условное горловое сечение, что поясняется ниже), после которой изменяют высоту канала так, чтобы обеспечить увеличение площади проходного сечения, при этом высота может уменьшаться, но с другой скоростью изменения высоты, быть постоянной или увеличиваться, а за фронтальным выходным сечением венца устанавливают сверху на периферии и снизу у втулки проточной части кольцевые выступы - козырьки;- in contrast to existing VT turbine crowns, in which the blade height in the meridional section increases from entrance to exit or is constant, in the HTPE turbine crowns the interscapular channel of the turbine lattice is divided into two sections: the first part of the rotation of the working fluid flow, where the height of the meridional contours of the channel is changed in the entire first section (that is, the height is either increased or decreased, but the height of the flow part of the channel of the HTPE crown is greater than the height of the channel of the VT crown in the corresponding place of the channel) or leave the height constant either on the entire first section or on its part, while changing the height on the remaining parts or parts of the first section, where the flow velocity around the blade profile is reduced when the flow is rotated in comparison with a conventional VT rim, and create a second flow acceleration section with an additional rotation or without it, the interscapular canal, with a decrease in the height of the meridional contours of the lattice, the area of the passage section of the interscapular canal to a certain boundary associated with the throat section or the surface in swirling blades (in some cases it can be a conditional throat section, which is explained below), after which the height of the channel is changed so as to provide an increase in the area of the passage section, while the height can decrease, but with a different rate of change in height, be constant or increase, and behind the front output section the crown is installed on top of the periphery and below the annular protrusions - visors at the bushing of the flow part;

- формируют горловое, самое узкое, сечение межлопаточного канала турбинной решетки ВТПЭ (у решетки ВТ горловое сечение находится в начале косого среза) на втором участке разгона решетки, где существует множество возможных местоположений горлового сечения, в том числе подмножество из области местоположений вблизи фронтального выходного сечения решетки, смотри (4) фиг.3, включающей в себя, в том числе, местоположение горлового сечения, когда условный центр или центр условного горлового сечения, смотри (14) фиг.3, расположен на поверхности фронтального выходного сечения турбинного венца (условное горловое сечение не совпадает, а только пересекается с фронтальным выходным сечением, смотри ниже определение условного горлового сечения и центра), то есть на втором участке разгона потока у венца существует множество возможных местоположений размещения горлового сечения межлопаточного канала в зависимости от конструктивной реализации венца, смотри фиг.2, 3, 4.- form the throat, narrowest, cross section of the interscapular channel of the HTPE turbine lattice (at the VT lattice the throat section is at the beginning of the oblique cut) in the second section of the acceleration of the lattice, where there are many possible locations of the throat section, including a subset of the region near the front output section lattice, see (4) of Fig. 3, including, including the location of the throat section, when the conditional center or center of the conditional throat section, see (14) of Fig. 3, is located on the front surface of the outlet cross section of the turbine rim (the conditional throat section does not coincide, but only intersects with the front output section, see below for the definition of the conditional throat section and center), that is, in the second section of the flow acceleration, the rim has many possible locations for the throat section of the interscapular canal, depending from the constructive implementation of the crown, see figure 2, 3, 4.

На фиг.1…8 показаны венцы ВТ и ВТПЭ с элементами геометрии венцов.Figure 1 ... 8 shows the crowns VT and VTPE with elements of the geometry of the crowns.

Фиг.1 - течение газа в межлопаточном канале венца турбины ВТ.Figure 1 - gas flow in the interscapular channel of the crown of the turbine VT.

Фиг.2 - сравнение меридиональных обводов венцов ВТ и ВТПЭ.Figure 2 - comparison of the meridional contours of the crowns VT and VTPE.

Фиг.3 - сравнение сечений межлопаточных каналов и профилей обычной лопатки ВТ и лопатки ВТПЭ.Figure 3 is a comparison of the cross sections of the interscapular channels and profiles of a conventional VT blade and a VTPE blade.

Фиг.4 - вариант венца ВТПЭ.Figure 4 - option crown WTPE.

Фиг.5 - меридиональное сечение соплового и рабочего колеса радиально-осевой турбины с ВТ и ВТПЭ.5 is a meridional section of the nozzle and impeller of a radial-axial turbine with VT and VTPE.

Фиг.6 - сечение межлопаточного канала рабочего колеса радиально-осевой турбины с ВТ и ВТПЭ.6 is a cross section of the interscapular channel of the impeller of a radial-axial turbine with VT and VTPE.

Фиг.7 - меридиональное сечение соплового и рабочего колеса радиально-центробежной турбины с ВТ и ВТПЭ.7 is a meridional section of the nozzle and impeller of a radial centrifugal turbine with VT and VTPE.

Фиг.8 - показано меридиональное сечение соплового и рабочего колеса радиальной турбины с ВТ и ВТПЭ.Fig. 8 shows a meridional section of a nozzle and impeller of a radial turbine with VT and VTPE.

На фиг.1…8 цифрами показаны следующие элементы решеток:Figure 1 ... 8 numbers show the following lattice elements:

1 - горло венца турбины ВТ с вписанной в межлопаточный канал окружностью; 2 - фронтальное, выходное сечение венца турбины ВТ; 3 - профиль лопатки венца турбины ВТ; 4 - область фронтального выходного сечения и возможных местоположений горла венца турбины ВТПЭ; 5 - фронтальное, выходное сечение венца турбины ВТПЭ; 6 - профиль лопатки венца турбины ВТПЭ; 7 - кольцевые выступы-козырьки, окружающие проточную часть турбины на выходе из венца ВТПЭ; 8 - обводы проточной части венца осевой или радиальной турбины ВТ; 9 - обводы проточной части венца осевой или радиальной турбины ВТПЭ, 10 - лопаточная стенка расширенного межлопаточного канала, 11 - условная газовая стенка расширенного межлопаточного канала, 12 - последнее сечение расширенного межлопаточного канала, 13 - узкое место сечения межлопаточного канала ВТПЭ, совпадающее с горловой поверхностью только в частном случае; 14 - оптимальное и наиболее эффективное горловое сечение межлопаточного канала венца ВТПЭ с вписанной окружностью; 15а - меридиональный разрез соплового аппарата радиальной или радиально-осевой турбины ВТ; 15б - сечение межлопаточного канала соплового аппарата радиальной или радиально-осевой турбины; 16а - меридиональный разрез соплового аппарата радиальной или радиально-осевой турбины с мероприятиями ВТПЭ; 16б - сечение межлопаточного канала соплового аппарата радиальной или радиально-осевой турбины с мероприятиями ВТПЭ; 17 - рабочее колесо радиально-осевой турбины; 18 - сопловой аппарат радиально-центробежной турбины; 18а - меридиональное сечение соплового аппарата радиально-центробежной турбины; 18б -сечение межлопаточного канала соплового аппарата радиально-центробежной турбины; 19а - меридиональное сечение соплового аппарата радиально-центробежной турбины с мероприятиями ВТПЭ; 19б - сечение межлопаточного канала соплового аппарата радиально-центробежной турбины с мероприятиями ВТПЭ; 20 - рабочее колесо радиально-центробежной турбины; 20а - меридиональное сечение рабочего колеса (венца) радиально-центробежной турбины; 20б - сечение межлопаточного канала рабочего колеса (венца) радиально-центробежной турбины; 21а - меридиональное сечение рабочего колеса (венца) радиально-центробежной турбины с мероприятиями ВТПЭ; 21б - сечение межлопаточного канала рабочего колеса (венца) радиально-центробежной турбины с мероприятиями ВТПЭ; 22а - меридиональное сечение рабочего колеса (венца) радиальной турбины; 22б - сечение межлопаточного канала рабочего колеса (венца) радиальной турбины; 23а - меридиональное сечение рабочего колеса (венца) радиальной турбины с мероприятиями ВТПЭ; 23б - сечение межлопаточного канала рабочего колеса (венца) радиальной турбины с мероприятиями ВТПЭ; 24 - выходное устройство радиальной турбины.1 - throat of the crown of a turbine VT with a circle inscribed in the interscapular canal; 2 - frontal, output section of the crown of the turbine VT; 3 - profile of the blade of the crown of a turbine VT; 4 - the area of the front output section and possible locations of the throat of the crown of the VTPE turbine; 5 - frontal, output section of the crown of the turbine VTPE; 6 - profile of the blades of the crown of the turbine VTPE; 7 - annular protrusions-visors surrounding the flow part of the turbine at the exit of the WTPE crown; 8 - contours of the flow part of the crown of an axial or radial turbine VT; 9 - contours of the flow part of the crown of the axial or radial turbine VTPE, 10 - the scapular wall of the expanded interscapular channel, 11 - the conditional gas wall of the expanded interscapular channel, 12 - the last section of the expanded interscapular channel, 13 - the narrow section of the cross section of the interscapular channel VTPE, coinciding with the throat surface only in a particular case; 14 - the optimal and most effective throat section of the interscapular canal of the crown of VTPE with an inscribed circle; 15a is a meridional section of a nozzle apparatus of a radial or radial-axial turbine VT; 15b is a cross-section of the interscapular channel of the nozzle apparatus of a radial or radial-axial turbine; 16a is a meridional section of a nozzle apparatus of a radial or radial-axial turbine with WTPE measures; 16b is a cross-section of the interscapular channel of the nozzle apparatus of a radial or radial-axial turbine with the WTPE measures; 17 - the impeller of the radial-axial turbine; 18 - nozzle apparatus of a radial centrifugal turbine; 18a is a meridional section of a nozzle apparatus of a radial centrifugal turbine; 18b is a cross-sectional view of the interscapular channel of a nozzle apparatus of a radial-centrifugal turbine; 19a is a meridional section of a nozzle apparatus of a radial centrifugal turbine with WTPE measures; 19b is a cross-section of the interscapular channel of the nozzle apparatus of the radial-centrifugal turbine with the WTPE measures; 20 - impeller of a radial centrifugal turbine; 20a is a meridional section of the impeller (crown) of a radial centrifugal turbine; 20b is a cross-section of the interscapular channel of the impeller (crown) of the radial centrifugal turbine; 21a is a meridional section of the impeller (crown) of the radial-centrifugal turbine with the measures of VTPE; 21b is a cross-section of the interscapular channel of the impeller (crown) of the radial-centrifugal turbine with the WTPE measures; 22A - meridional section of the impeller (crown) of the radial turbine; 22b is a cross section of the interscapular channel of the impeller (crown) of the radial turbine; 23a - meridional section of the impeller (crown) of the radial turbine with the activities of the WTPE; 23b is a cross-section of the interscapular channel of the impeller (crown) of the radial turbine with the WTPE measures; 24 - output device of the radial turbine.

При формировании горлового сечения межлопаточного канала в области фронтального выходного сечения, то есть в области косого среза венца, смотри (4) фиг.3, расширяем понятие межлопаточного канала путем построения канала таким образом, что часть горлового сечения межлопаточного канала имеет твердую стенку в виде пера лопатки смотри (10) фиг.1, 3, поверхностей вращения, образованных меридиональными обводами проточной части решетки вокруг оси турбины и кольцевых выступов за фронтальным выходным сечением решетки, а часть условную газовую стенку -граничную поверхность по газовому потоку, совпадающую с осредненными границами струй, сходящих с противоположной стенки канала (применение условной осредненной границы сечения обусловлено тем, что из-за смешения потоков газа, истекающих из двух соседних межлопаточных каналов, граница между этими потоками газа становится размытой и исчезает по мере удаления от выходной кромки пера лопатки, усредняя, например, зону смешения соседних каналов с учетом угла отклонения потока в косом срезе и по приблизительному постоянству расхода рабочего тела через один межлопаточный канал), то есть истекающей из одного межлопаточного канала и определяемую законами механики газа, смотри (11) фиг.1, 3. Считаем газовую стенку частью условного проходного сечения расширенного межлопаточного канала. Условную продолжительность межлопаточного канала вместе с твердой и газовой стенками определяем до последнего сечения, нормального потоку рабочего тела и формирующего расширенный межлопаточный канал, следуя по направлению движения потока рабочего тела вплоть до конца профиля лопатки, являющейся твердой стенкой межлопаточного канала, смотри (12) фиг.1, 3. В конструкции лопатки ВТПЭ изменяется влияние и значимость косого среза на параметры турбинной решетки, поскольку скорость потока рабочего тела в межлопаточном канале будет иметь максимальное значение в фронтальном сечении решетки или где-то в области косого среза, а отклонение потока в косом срезе можно легко компенсировать дополнительным поворотом на первом участке венца ВТПЭ поворота потока, учитывая, что скорость обтекания профиля на нем существенно меньше, чем в венцах ВТ, и что мало скажется на профильных потерях. Если отсутствует один из кольцевых выступов - козырьков или даже оба, или длина козырьков недостаточна, чтобы быть длиннее относительно выходного фронтального сечения крайних точек отдельных сечений расширенного межлопаточного канала по высоте лопатки, то расширением межлопаточного канала являются и осредненные условные границы истечения струй с периферийной и втулочной образующих поверхностей межлопаточного канала после выходного фронтального сечения, коротких козырьков венца. Далее, в описании изобретения, где употребляется термин «межлопаточный канал», имеется в виду, что это расширенный межлопаточный канал. Расширенный межлопаточный канал показан на обычном турбинном венце ВТ (10, 11, 12, фиг.1) и таким же образом он определяется для расширенного межлопаточного канала венца ВТПЭ(10, 11, 12, фиг.3).When forming the neck section of the interscapular canal in the region of the front exit section, that is, in the area of the oblique cut of the crown, see (4) of Fig. 3, we expand the concept of the interscapular canal by constructing the channel so that part of the neck section of the interscapular canal has a solid wall in the form of a feather blades see (10) of FIGS. 1, 3, surfaces of rotation formed by the meridional contours of the flow part of the grate around the axis of the turbine and the annular protrusions behind the front output section of the grate, and part of the conditional gas wall - the boundary surface along the gas flow that coincides with the averaged boundaries of the jets descending from the opposite wall of the channel (the use of the conditional averaged boundary of the section is due to the fact that due to the mixing of gas flows flowing from two adjacent interscapular channels, the boundary between these gas flows becomes blurred and disappears with distance from the outlet edge of the feather pen blades, averaging, for example, the mixing zone of adjacent channels, taking into account the angle of deviation of the flow in an oblique section and the approximate constancy of the flow rate interscapular body through one channel), i.e. effluent of one channel, and interblade determined gas laws of mechanics, see (11) 1, 3. Consider the conditional part of the wall of the gas flow cross section enlarged interblade channel. The conditional duration of the interscapular canal together with the solid and gas walls is determined to the last section, normal to the flow of the working fluid and forming an expanded interscapular canal, following the direction of flow of the working fluid up to the end of the profile of the scapula, which is the solid wall of the interscapular canal, see (12) of FIG. 1, 3. In the design of the HTPE blade, the influence and significance of the oblique cut on the parameters of the turbine lattice changes, since the flow rate of the working fluid in the interscapular channel will have max the maximum value in the frontal section of the lattice or somewhere in the region of the oblique cut, and the flow deviation in the oblique cut can be easily compensated by an additional rotation in the first section of the HTPE crown, given that the flow around the profile on it is significantly lower than in the VT crowns, and that will have little effect on profile losses. If one of the annular protrusions is absent - peaks or even both, or the peaks are not long enough to be longer than the output frontal section of the extreme points of individual sections of the expanded interscapular channel along the height of the scapula, then the averaged conditional boundaries of the outflow of jets from the peripheral and sleeve are also an extension of the interscapular channel forming surfaces of the interscapular canal after the output frontal section, short visors of the crown. Further, in the description of the invention, where the term "interscapular canal" is used, it is understood that this is an extended interscapular canal. An expanded interscapular canal is shown on a conventional VT turbine rim (10, 11, 12, FIG. 1), and in the same way it is defined for an expanded interscapular canal of an HTPE rim (10, 11, 12, FIG. 3).

Для качественной оценки геометрии турбинного венца определим проходное сечение расширенного межлопаточного канала таким образом, что считаем проходным сечением, в случае незакрученной лопатки небольшой высоты - сечение нормальное средней линии межлопаточного канала в меридиональном сечении венца, а в плоскости развертки сечения межлопаточного канала (сделанного по осесимметричной средней линии в меридиональном сечении венца) нормальное средней линии канала. Здесь и далее под средней линией в каком-либо сечении межлопаточного канала или обводов проточной части, полученных меридиональным сечением периферийных и втулочных осесимметричных поверхностей, понимаем сглаженную линию, проходящую через центры вписанных в канал окружностей. Для длинных и закрученных лопаток проходное сечение или поверхность строится нормально осесимметричным, идеализированным линиям тока в меридиональном сечении и идеализированным линиям тока в межлопаточном канале венца, построенным в виде плоской развертки по осесимметричным, идеализированным линиям тока, смотри [1]. Оба эти варианта проходного сечения называем одним термином: «проходное сечение межлопаточного канала венца». Горловое, самое узкое, сечение межлопаточного канала венца будет частным случаем проходного сечения, и определим горловое сечение как наименьшее по площади проходное сечение расширенного межлопаточного канала, перед которым площадь проходного сечения больше (или равна в отдельных случаях горловому сечению) горлового, а после горлового любое проходное сечение имеет большую площадь.For a qualitative assessment of the geometry of the turbine rim, we define the bore section of the expanded interscapular canal in such a way that we consider the bore section, in the case of an untwisted blade of small height, the normal section of the midline of the interscapular canal in the meridional section of the rim, and in the plane of development of the intersection of the interscapular canal (made by the axisymmetric mean lines in the meridional section of the crown) normal to the midline of the channel. Hereinafter, by the middle line in any section of the interscapular channel or the contours of the flowing part obtained by the meridional section of peripheral and sleeve axisymmetric surfaces, we mean a smooth line passing through the centers of the circles inscribed in the channel. For long and swirling blades, the bore or surface is constructed with normally axisymmetric, idealized streamlines in the meridional section and idealized streamlines in the interscapular channel of the crown, constructed as a flat scan along axisymmetric, idealized streamlines, see [1]. We call both these versions of the passage section the same term: "the passage section of the interscapular canal of the crown." The throat, narrowest, section of the crown interscapular canal will be a special case of the passage section, and we define the throat section as the smallest passage section of the expanded interscapular channel, in front of which the passage section area is larger (or in some cases equal to the throat section) of the throat, and after the throat section, any the cross section has a large area.

Такое определение проходного сечения является приближением к реальному проходному сечению межлопаточного канала венца, возникающему при обтекании венца рабочим телом, и служит только для оценки конструкции венца ВТПЭ.Such a definition of the passage section is an approximation to the actual passage section of the interscapular canal of the crown, which occurs when the working medium flows around the crown, and serves only to assess the design of the crown of the HTPE.

В описании изобретения понятие «горловое, самое узкое, сечение межлопаточного канала» имеет обобщенную трактовку и применяется к расширенному межлопаточному каналу, так как в отдельных случаях ряд проходных сечений такого канала будут иметь условную газовую стенку и горловое сечение здесь будет являться условным горловым, самым узким, сечением, а в других случаях при формировании горлового, самого узкого сечения межлопаточного канала все границы будут твердые, расположенные на стенках лопаток, периферийных и втулочных обводов проточного канала решетки и не иметь границ по газу (например, сверхзвуковая решетка), то оба этих случая объединяем в одно обобщенное понятие горла. Обобщенное понятие горлового сечения позволяет нагляднее и проще объяснить и привязать максимальную осредненную скорость к фронтальному выходному сечению турбинного венца и обеспечить непрерывность рассмотрения параметров в расширенном межлопаточном канале. В закрученных лопатках горловое сечение может быть горловой поверхностью сложной формы и подразумевается, что горловое сечение объединяет собой и простейшее плоское сечение и сложную горловую, закрученную поверхность.In the description of the invention, the term “throatiest, narrowest, interscapular canal section” has a generalized interpretation and is applied to an expanded interscapular canal, since in some cases a number of passage sections of such an canal will have a conditional gas wall and the throat section here will be a conditional throat, narrowest , section, and in other cases, when forming the throatiest, narrowest section of the interscapular canal, all boundaries will be solid, located on the walls of the blades, peripheral and sleeve contours of the flow Since the channel of the lattice has no gas boundaries (for example, a supersonic lattice), then we combine both of these cases into one generalized concept of the throat. The generalized concept of the throat section allows you to more clearly and easily explain and tie the maximum averaged speed to the front output section of the turbine rim and ensure the continuity of the parameters in the extended interscapular channel. In swirling blades, the throat section may be a throat surface of complex shape and it is understood that the throat section combines both the simplest flat section and a complex throat, swirling surface.

Под центром горлового сечения понимаем либо условный центр тяжести горловой поверхности, либо условный центр давления на горловую поверхность, либо некоторую точку, получаемую путем оптимизации и являющуюся целевой функцией при определении максимальной, осредненной скорости на фронтальной выходной поверхности венца и тому подобное в зависимости от метода, с помощью которого предполагается размещать горловое сечение относительно поверхности фронтального выходного сечения венца, используя для этого одну точку - условный центр сечения для привязки горлового сечения к фронтальному выходному сечению венца.By the center of the throat section we mean either the conditional center of gravity of the throat surface, or the conditional center of pressure on the throat surface, or some point obtained by optimization and which is the objective function in determining the maximum, average speed on the front output surface of the crown and the like, depending on the method, with the help of which it is supposed to place the throat section relative to the surface of the front output section of the crown, using one point for this - the conditional center of the section to bind to the front of the throat section of the outlet section of the crown.

Высоту проточной части межлопаточного канала привязываем к средней плоской линии между обводами межлопаточного канала в меридиональном сечении, образующей среднюю осесимметричную поверхность. Для простых, малозакрученных или незакрученных лопаток это средняя линия - приблизительно прямая, образующая коническую или цилиндрическую поверхность. Для закрученной лопатки это идеализированная, построенная по осесимметричной средней линии тока в меридиональном сечении канала осесимметричная поверхность. У расположенного в этой осесимметричной поверхности сечения межлопаточного канала строится средняя линия канала. Высотой расширенного межлопаточного канала в любой точке средней линии сечения канала и высотой проточной части венца определим отрезок прямой, нормальный к средней осесимметричной поверхности (прямая в этом случае проходит через ось турбины) в этой точке и пересекающийся (или касающийся) своими концами с осесимметричными поверхностями обводов канала на втулке и периферии. Высоту определяем по средней линии, так как в одном проходном сечении высота в отдельных точках пересечения со средней осесимметричной поверхностью будет разная. Отсюда следует, что высота нормальна к образующей линии средней осесимметричной поверхности в плоскости, проходящей через ось турбины и точку, в которой измеряется высота проточной части венца на средней линии канала и на средней осесимметричной поверхности. Высотой меридиональных обводов межлопаточного канала назовем отрезок, нормальный образующей средней осесимметричной поверхности (средней линии обводов межлопаточного канала) и пересекающий (или касающийся) своими концами образующих втулочных и периферийных осесимметричных поверхностей. Необходимо отметить равенство высоты межлопаточного канала вдоль средней линии на средней осесимметричной поверхности и высоты меридиональных обводов канала в меридиональном сечении, так как любую высоту канала, находящуюся на прямой, проходящей через ось турбины, легко повернуть вокруг оси турбины на некоторый угол до меридиональной плоскости и она совпадет с высотой меридиональных обводов. Таким образом меридиональные обводы решетки формируются по высоте на средней линии межлопаточного канала и наоборот. Поэтому встречающиеся в описании термины: «высота межлопаточного канала», «высота меридиональных обводов канала» и тому подобное - идентичны.The height of the flow part of the interscapular canal is tied to the middle flat line between the contours of the interscapular canal in the meridional section, which forms the middle axisymmetric surface. For simple, slightly twisted or untwisted blades, this is the middle line — approximately straight, forming a conical or cylindrical surface. For a swirling blade, this is an axisymmetric surface, idealized, built along the axisymmetric midline of the stream in the meridional section of the channel. The midline of the canal is plotted at the section of the interscapular canal located in this axisymmetric surface. The height of the expanded interscapular canal at any point in the midline of the channel section and the height of the flow part of the rim will define a straight line segment normal to the axisymmetric middle surface (the line in this case passes through the turbine axis) at this point and intersecting (or touching) its ends with axisymmetric contour surfaces channel on the sleeve and periphery. The height is determined by the midline, since in one passage section, the height at individual intersection points with the axisymmetric average surface will be different. It follows that the height is normal to the generatrix of the axisymmetric middle surface in the plane passing through the axis of the turbine and the point at which the height of the flow part of the crown is measured on the middle line of the channel and on the axisymmetric middle surface. The height of the meridional contours of the interscapular canal is the segment normal to the generatrix of the axisymmetric middle surface (the midline of the contour of the interscapular canal) and intersecting (or touching) the generatrices of the sleeve and peripheral axisymmetric surfaces. It should be noted that the height of the interscapular channel along the midline on the axisymmetric middle surface and the height of the meridional contours of the channel in the meridional section are equal, since any channel height located on a straight line passing through the axis of the turbine can be easily rotated around the axis of the turbine by a certain angle to the meridional plane and it coincides with the height of the meridional contours. Thus, the meridional contours of the lattice are formed in height on the midline of the interscapular canal and vice versa. Therefore, the terms used in the description: “the height of the interscapular canal”, “the height of the meridional contours of the channel” and the like are identical.

Границей, связанной с горловым сечением, считаем совокупность геометрических элементов венца, отделяющих характерные части венца на до и после горлового сечения. В граничные элементы входят:The boundary associated with the throat section, we consider the totality of the geometric elements of the crown, separating the characteristic parts of the crown before and after the throat section. The boundary elements include:

- граничная высота и соответствующая ей на средней линии граничная точка пересечения горлового сечения со средней линией канала на средней осесимметричной поверхности, которые разделяют высоты межлопаточного канала и среднюю линию канала на до и после горла;- the boundary height and the corresponding midline boundary point of intersection of the throat section with the median line of the canal on the axisymmetric middle surface, which divide the heights of the interscapular canal and the median line of the canal before and after the throat;

- граничная высота пересекает осесимметричные поверхности втулочного и периферийного обводов межлопаточного канала венца в двух граничных точках и проходящие через эти две граничные точки плоскости, нормальные оси турбины пересекают осесимметричные поверхности обводов венца по двум граничным кольцам, разделяющих осесимметричные поверхности втулочных и периферийных обводов проточной части на условные части до горла и после горла.- the boundary height intersects the axisymmetric surfaces of the sleeve and peripheral contours of the interscapular canal of the crown at two boundary points and the planes passing through these two boundary points, the normal axis of the turbine intersect the axisymmetric surfaces of the crown contours along two boundary rings separating the axisymmetric surfaces of the sleeve and peripheral parts of the circumferential contour parts parts before and after the throat.

После этой границы изменение высоты вдоль расширенного межлопаточного канала и соответствующие этой высоте меридиональные обводы проточной части венца должны обеспечивать увеличение площади проходного сечения.After this boundary, a change in height along the expanded interscapular canal and meridional contours of the flow part of the crown corresponding to this height should provide an increase in the area of the passage section.

Упрощенно, учитывая закрутку турбинной лопатки по высоте, определяем область фронтального выходного сечения решетки, где расположено множество возможных, в зависимости от конструкции венца, местоположений горлового сечения по принадлежности точки пересечения горловой поверхности со средней линией в сечении межлопаточного канала средней осесимметричной поверхностью этой области. Точка пересечения должна принадлежать этой области, если она располагается внутри окружности с центром на пересечении средней линии межлопаточного канала и фронта выходного сечения решетки. По-другому область включает в себя косой срез венца ВТПЭ, считая по средней линии канала от его начала до последнего сечения расширенного межлопаточного канала, смотри (4), фиг.3. Отдельные части горлового сечения могут не входить в указанную область, достаточно, чтобы входила эта точка пересечения горлового сечения со средней линией межлопаточного канала.Simplistically, taking into account the height of the turbine blade swirl, we determine the area of the front output section of the grating, where there are many possible locations of the neck section, depending on the design of the crown, according to the point of intersection of the neck surface with the middle line in the intersection section of the interscapular canal by the axisymmetrical middle surface of this area. The intersection point should belong to this region if it is located inside a circle centered at the intersection of the midline of the interscapular canal and the front of the outlet cross-section of the grating. In a different way, the region includes an oblique section of the WTPE crown, counting along the midline of the channel from its beginning to the last section of the expanded interscapular canal, see (4), Fig. 3. Separate parts of the throat section may not be included in the indicated area, it is enough that this point of intersection of the throat section with the middle line of the interscapular canal enters.

Для обеспечения переноса горла в требуемое местоположение с учетом закрутки пера лопатки по высоте и чтобы реализовать различные конструктивные варианты венца ВТПЭ, необходимо применить следующие принципы построения турбинной решетки:To ensure the transfer of the throat to the desired location, taking into account the twist of the feather blade in height and to implement various design options for the crown of VTPE, it is necessary to apply the following principles for constructing a turbine grate:

- турбинные венцы ВТПЭ, где на первом участке поворота рабочего тела в межлопаточном канале высота межлопаточного канала увеличивается (в этом варианте могут быть и небольшие участки с одинаковой высотой), относим к основному, базовому классу венцов ВТПЭ, смотри, фиг.2. Эти венцы могут применяться в турбинах любого вида и предназначения;- VTPE turbine crowns, where in the first section of the working medium rotation in the interscapular canal, the interscapular channel height increases (in this embodiment, there may also be small sections with the same height), we relate to the main, basic class of VTPE crowns, see, Fig. 2. These crowns can be used in turbines of any kind and purpose;

- венцы, где высота межлопаточного канала уменьшается или постоянна в части участка или на целом первом участке, а на участке разгона потока высота обводов проточной части уменьшается вплоть до границы, связанной с горловым сечением, относим к специальному классу венцов ВТПЭ, смотри фиг.4. Этот вариант применяется на первом сопловом аппарате: после камеры сгорания, после переходного канала к свободной турбине или при переходе к турбине следующего каскада газотурбинного двигателя, смотри, фиг.2, фиг.4. В этом варианте выигрыш в потерях получается за счет длительного и плавного подвода рабочего тела в переходном канале к венцу ВТПЭ или после камеры сгорания и меньших потерь при повороте на первом участке поворота венца, где скорость при повороте меньше, чем в базовом варианте, смотри фиг.2;- crowns, where the height of the interscapular canal decreases or is constant in part of the section or in the whole of the first section, and in the section of acceleration of the flow, the height of the contours of the flowing section decreases up to the border associated with the throat section, we refer to a special class of WTPE crowns, see figure 4. This option is used on the first nozzle apparatus: after the combustion chamber, after the transition channel to the free turbine, or when moving to the turbine of the next cascade of the gas turbine engine, see, Fig. 2, Fig. 4. In this embodiment, the gain in losses is obtained due to the long and smooth supply of the working fluid in the transition channel to the WTPE crown or after the combustion chamber and smaller losses during rotation in the first section of the crown rotation, where the rotation speed is lower than in the basic version, see FIG. 2;

- кроме уменьшения высоты проточной части за фронтальным сечением венца устанавливают кольцевые выступы - козырьки сверху и снизу проточной части меридионального сечения венца, своими внутренними обводами продолжающие меридиональные обводы венца турбины после фронтального выходного сечения венца и помогающие расположить горловое сечение в требуемом месте с учетом условных газовых стенок расширенного межлопаточного канала;- in addition to reducing the height of the flowing part, annular protrusions are installed behind the frontal cross-section of the crown - peaks above and below the flowing section of the meridional cross-section of the crown, with their inner contours continuing the meridional contours of the turbine’s crown after the front-facing output cross-section of the crown and helping to position the throat cross-section in the required place, taking into account the conditional gas walls expanded interscapular canal;

- в некоторых особых вариантах конструкции решетки требуется отсутствие кольцевых выступов - козырьков после фронтального сечения решетки или наличие только одного из двух, сверху на периферии или снизу у втулки проточной части, что может снизить эффективность такой конструкции решетки и величину максимальной скорости потока в фронтальном выходном сечении венца. В конструкции с одним козырьком, либо сверху на периферии, либо снизу у втулки проточной части венца, либо без козырьков перенос горлового сечения к фронтальной выходной поверхности венца будет затруднен. Перенос горла можно осуществить, увеличивая скорость уменьшения высоты проточной части венца вблизи фронтального выходного сечения венца, чтобы компенсировать появляющийся угол расширения струи, сходящей после фронтального сечения там, где отсутствует козырек, и являющейся условной границей расширенного межлопаточного канала и аналогично в других случаях. Очевидно, что при такой компенсации увеличиваются гидравлические потери и теряется часть эффективности венца ВТПЭ;- in some special variants of the lattice design, the absence of annular protrusions - peaks after the front cross-section of the lattice or the presence of only one of the two, above the periphery or below the flow duct sleeve is required, which may reduce the efficiency of such a lattice design and the maximum flow velocity in the front output section crown. In the design with one visor, either from above on the periphery, or from below at the bushing of the flow part of the crown, or without visors, the transfer of the throat section to the front output surface of the crown will be difficult. The transfer of the throat can be carried out by increasing the rate of decrease in the height of the flowing part of the rim near the front output section of the rim to compensate for the appearing angle of expansion of the jet, which disappears after the front section where there is no visor, which is the conditional boundary of the expanded interscapular canal and similarly in other cases. Obviously, with this compensation, hydraulic losses increase and part of the efficiency of the WTPE crown is lost;

- темп или скорость уменьшения высоты межлопаточного канала венца на втором участке вдоль оси турбины до границы, связанной с горловым сечением, смотри фиг.2, 4, должен быть выше, чем соответствующее увеличение ширины проточной части вдоль межлопаточного канала (если такое расширение имеется) с учетом изменения ширины по высоте в плоских развертках сечений лопаток межлопаточного канала при пересечении их с идеализированными осесимметричными поверхностями тока, и должен обеспечивать уменьшение площади проходного сечения межлопаточного канала вплоть до горлового сечения, смотри фиг.3;- the rate or speed of decreasing the height of the interscapular canal of the crown in the second section along the turbine axis to the border associated with the throat section, see Figs. 2, 4, should be higher than the corresponding increase in the width of the flow part along the interscapular channel (if there is such an extension) with taking into account the change in width along the height in flat reamers of sections of the blades of the interscapular channel when they intersect with idealized axisymmetric surfaces of the current, and should ensure a reduction in the area of the passage section of the interscapular anal until the neck section, see Figure 3;

- изменить соответствующим образом с учетом закрутки лопатки размеры хорд профилей в сечениях по высоте лопатки, чтобы сформировать горловое сечение в требуемом месте межлопаточного канала, учитывая при этом, что профиль лопатки ВТПЭ на втором участке разгона после поворота межлопаточного канала имеет дополнительное удлинение по сравнению с лопатками ВТ;- change accordingly, taking into account the spin of the blade, the dimensions of the chords of the profiles in sections along the height of the blade to form a throat section in the desired location of the interscapular canal, taking into account that the profile of the VTPE blade in the second acceleration section after turning the interscapular channel has an additional elongation compared to the blades BT;

- на втором участке венца высота канала уменьшается до границы, в том числе граничной высоты, и эта высота может не быть наименьшей в меридиональном сечении канала, но после которой происходит излом периферийных и втулочных образующих меридионального сечения канала с целью увеличения площади проходных сечений расширенного межлопаточного канала после горлового сечения;- in the second section of the crown, the height of the channel decreases to the boundary, including the boundary height, and this height may not be the smallest in the meridional section of the channel, but after which there is a kink in the peripheral and sleeve components of the meridional section of the channel in order to increase the area of the passage sections of the expanded interscapular channel after the throat section;

- если венец работает со сверхзвуковыми скоростями на выходе из венца или как вариант реализации дозвукового венца, то на втором участке разгона венца высота канала уменьшается до границы, связанной с формированием горлового сечения. После построения горлового сечения канала высота проточной части может продолжать уменьшаться, но с меньшим темпом уменьшения вдоль оси турбины или быть постоянной, или увеличиваться, чтобы после горлового сечения обеспечить увеличение площади проходного сечения межлопаточного канала, фиг.3. То есть после этой границы, связанной с горлом, на втором участке венца высота канала должна изменяться таким образом, чтобы обеспечить увеличение площади проходного сечения расширенного межлопаточного канала;- if the crown works with supersonic speeds at the exit of the crown or as an option for the implementation of the subsonic crown, then in the second section of the acceleration of the crown, the channel height decreases to the border associated with the formation of the throat section. After constructing the throat section of the channel, the height of the flow part can continue to decrease, but with a lower rate of decrease along the turbine axis, it can either be constant or increase in order to provide an increase in the passage area of the interscapular channel after the throat section, Fig. 3. That is, after this boundary associated with the throat, in the second section of the crown, the height of the channel should be changed so as to provide an increase in the area of the passage section of the expanded interscapular canal;

- оптимальным и наиболее эффективным для получения максимальной осредненной скорости потока рабочего тела в фронтальном выходном сечении венца для дозвуковой или трансзвуковой турбинных решеток определяем местоположение горлового сечения, когда центр горлового сечения расположен на поверхности фронтального выходного сечения турбинного венца, при этом имея в виду, что максимальная скорость во фронтальном выходном сечении будет в месте пересечения горловой поверхности с фронтальным выходным сечением и она уменьшается тем значительнее, чем дальше находится точка на фронтальном выходном сечении от горловой поверхности. Наилучший вариант будет, когда горловое сечение пересекает фронтальную выходную поверхность, где-то в середине между выходными кромками межлопаточного канала, смотри (14), фиг.3. В закрученных по высоте лопатках горловое сечение, как сказано выше, представляет собой поверхность сложной формы и необходимо разместить ее относительно фронтального выходного сечения таким образом, чтобы получить максимальную осредненную скорость на фронтальной выходной поверхности турбинного венца. Центр сечения будет иметь условный характер из-за сложности получения решения, но очевидно, что это решение существует, когда горловое сечение пересекает фронтальную выходную поверхность венца в области фронтального выходного сечения венца (4), фиг.3;- the optimal and most effective for obtaining the maximum averaged flow rate of the working fluid in the front output section of the crown for subsonic or transonic turbine gratings, we determine the location of the neck section when the center of the neck section is located on the surface of the front output section of the turbine ring, keeping in mind that the maximum the speed in the front exit section will be at the intersection of the neck surface with the front exit section and it decreases significantly its, the farther the point is located on the frontal exit section from the throat surface. The best option will be when the neck section crosses the front exit surface, somewhere in the middle between the outlet edges of the interscapular canal, see (14), Fig. 3. The throat section in height-swirled blades, as mentioned above, is a surface of complex shape and it is necessary to place it relative to the front output section in such a way as to obtain the maximum averaged speed on the front output surface of the turbine crown. The center of the section will have a conditional character due to the difficulty of obtaining a solution, but it is obvious that this solution exists when the neck section crosses the front output surface of the crown in the region of the front output section of the crown (4), Fig. 3;

- способ формирования меридиональных обводов осевых турбин может с успехом быть применен и для радиальных решеток турбин, где к участку поворота в окружном направлении добавляют поворот в меридиональном сечении, и далее следует участок разгона потока с уменьшением высоты обводов колеса. На фиг.5, 6, 7, 8 изображены несколько вариантов радиальных турбин, в том числе: радиально-осевая, фиг.5, 6, радиально-центробежная, фиг.7, радиальная, фиг.7 обычной конструкции венцов ВТ и с мероприятием ВТПЭ. В радиальных турбинах высота приблизительно нормальна к средней линии канала в меридиональном сечении (или некоторой другой линии, выбранной по каким-либо установкам), также как и для осевых турбин, у которых имеется угол между осью турбины и направлением потока рабочего тела в меридиональном сечении. В радиальных турбинах используется то же уравнение Эйлера, которое после преобразования следующее:- the method of forming the meridional contours of the axial turbines can be successfully applied to the radial lattices of the turbines, where a turn in the meridional section is added to the section of rotation in the circumferential direction, and then the section of acceleration of the flow with a decrease in the height of the wheel contours follows. Figure 5, 6, 7, 8 depicts several options for radial turbines, including: radial-axial, Fig. 5, 6, radial-centrifugal, Fig. 7, radial, Fig. 7 of the conventional design of the VT crowns and with the event WTPE. In radial turbines, the height is approximately normal to the midline of the channel in the meridional section (or some other line selected for some installations), as well as for axial turbines, which have an angle between the axis of the turbine and the direction of flow of the working fluid in the meridional section. Radial turbines use the same Euler equation, which after conversion is as follows:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где c1, w1, u1 - абсолютная, относительная и окружная скорости на входе в ступень,where c 1 , w 1 , u 1 - absolute, relative and peripheral speeds at the entrance to the stage,

c2, w2, u2 - абсолютная, относительная и окружная скорости на выходе из ступени.c 2 , w 2 , u 2 - absolute, relative and peripheral speeds at the exit of the stage.

В центростремительной турбине член

Figure 00000003
положителен и является более существенной величиной, превосходящей два других члена уравнения. В центробежной турбине этот член отрицателен, что и является главным преимуществом центростремительной турбины над центробежной. Однако при одинаковых значениях LT в центробежной и центростремительной турбинах скорости на входе и выходе в проточной части центростремительной турбины значительно меньше. Применение мероприятия ВТПЭ с переносом горлового сечения в фронтальное выходное сечение в центробежной турбине, смотри фиг.7, может дать больший эффект, чем в центростремительной турбине, смотри фиг.5, 6, 8. Чередуя рабочие венцы только радиальной (23а), фиг.8, или венцы только центробежной турбин (21а), фиг.7, с разными направлениями вращения и с разными направлениями обхода потоком газа (по часовой или против часовой) лопаток в венцах можно реализовать венцы с ВТПЭ для создания турбин типа Юнгстрема;Member in centripetal turbine
Figure 00000003
positive and is a more significant quantity, superior to the other two terms of the equation. In a centrifugal turbine, this term is negative, which is the main advantage of a centripetal turbine over a centrifugal one. However, with the same values of L T in a centrifugal and centripetal turbine, the inlet and outlet speeds in the flow part of the centripetal turbine are much lower. The use of the VTE event with the transfer of the throat section to the front output section in a centrifugal turbine, see Fig. 7, can give a greater effect than in a centripetal turbine, see Figs. 5, 6, 8. Alternating working crowns only radial (23a), Fig. 8, or crowns of only centrifugal turbines (21a), FIG. 7, with different directions of rotation and with different directions of gas flow (clockwise or counterclockwise) of the blades in the crowns, crowns with HTPE can be realized to create Jungstrom type turbines;

- рассматривая наиболее общий случай построения венца ВТПЭ, можно допустить, что, например, для сверхзвуковых решеток с большим расширением горловое сечение можно разместить на втором участке разгона потока до косого среза межлопаточного канала венца ВТПЭ, вне области фронтального выходного сечения. Таким образом, вся область возможных местоположений формируемого горлового сечения включает весь второй участок разгона рабочего тела, который, в свою очередь, включает область возможных местоположений горлового сечения вблизи фронтального выходного сечения, которая, в свою очередь, включает наиболее оптимальное местоположение горлового сечения, когда центр его находится на поверхности фронтального выходного сечения;- considering the most general case of constructing an HTPE crown, it can be assumed that, for example, for supersonic gratings with a large expansion, the throat section can be placed on the second section of the flow acceleration to an oblique cut of the interscapular channel of the HTPE crown, outside the area of the front output section. Thus, the entire region of possible locations of the formed neck section includes the entire second acceleration section of the working fluid, which, in turn, includes the region of possible locations of the neck section near the front output section, which, in turn, includes the most optimal location of the neck section, when the center it is located on the surface of the front output section;

- кроме изменения обводов меридионального сечения решетки, требуется принципиально новый профиль лопатки решетки, смотри фиг.3. Меридиональные обводы рабочего колеса турбины, формирующие межлопаточный канал венцов ВТПЭ, образуются либо специальными бандажными полками, либо рабочее колесо выполняется цельным, то есть лопатки, и образующие меридионального обвода рабочего колеса турбины составляют единое целое с диском или частью диска. Для существенного снижения потерь в венце ВТПЭ по сравнению с венцами ВТ необходима оптимизация профиля лопатки ВТПЭ по высоте и, особенно, у втулки и на периферии венца из-за сложных линий тока рабочего тела в меридиональном сечении.- in addition to changing the contours of the meridional cross-section of the grating, a fundamentally new profile of the grating blade is required, see figure 3. The meridional contours of the turbine impeller, forming the interscapular channel of the WTPE crowns, are formed either by special retaining shelves, or the impeller is solid, that is, the blades, and the meridional contours of the turbine impeller form a single unit with the disk or part of the disk. To significantly reduce losses in the crown of HTPE compared to VT crowns, it is necessary to optimize the profile of the shoulder blade for height and, especially, at the hub and at the periphery of the crown due to the complex flow lines of the working fluid in the meridional section.

Геометрия турбинного венца ВТПЭ позволяет получать максимальную скорость потока в горловом сечении, центр которого совпадает с фронтальным сечением решетки или смещен вместе с горловым сечением внутрь межлопаточного канала для получения сверхзвуковой скорости в сверхзвуковой решетке или вариантов дозвуковой решетки с какими-либо особенностями.The geometry of the WTPE turbine crown allows one to obtain the maximum flow velocity in the throat section, the center of which coincides with the frontal section of the grating or is displaced together with the throat section inside the interscapular channel to obtain supersonic speed in a supersonic grating or options of a subsonic grating with some peculiarities.

Увеличение скорости и значения числа λвых во фронтальном выходном сечении венца ВТПЭ больше, чем в исходном венце ВТ, не приводит к увеличению перепада давления в венце ВТПЭ. Чтобы скорость в результате термодинамического процесса в венце ВТПЭ увеличивалась при сохранении перепада давлений в венце π=P*0/P1, необходимо учитывать следующие особенности предлагаемого способа формирования геометрии и конструкции венца ВТПЭ.An increase in the speed and value of the number λ o in the front output section of the HTPE crown is greater than in the initial VT crown, and does not lead to an increase in the pressure drop in the HTPE crown. In order to increase the speed as a result of the thermodynamic process in the crown of HTPE while maintaining the differential pressure in the crown π = P * 0 / P 1 , it is necessary to take into account the following features of the proposed method of forming the geometry and design of the crown of HTPE.

Используя первый и второй законы термодинамики, можно провести преобразования и получить следующее выражение:Using the first and second laws of thermodynamics, we can carry out transformations and obtain the following expression:

Figure 00000004
Figure 00000004

По второму закону термодинамики

Figure 00000005
.
Figure 00000006
, (ф.1), смотри (ф.7.12) [2] или [3],According to the second law of thermodynamics
Figure 00000005
.
Figure 00000006
, (f.1), see (f.7.12) [2] or [3],

где q - удельная теплота, подводимая к газу (q=qa+qr);where q is the specific heat supplied to the gas (q = q a + q r );

qa - удельная теплота обмена с внешней средой;q a is the specific heat of exchange with the environment;

qr - удельная теплота трения, выделившаяся при течении газа в межлопаточном канале при адиабатическом процессе в венце (нет обмена теплом с внешней средой qa=0);q r is the specific heat of friction released during the gas flow in the interscapular channel during the adiabatic process in the crown (there is no heat exchange with the environment q a = 0);

u - удельная внутренняя энергия, Дж/кг;u is the specific internal energy, J / kg;

р - давление газа, Па;p is the gas pressure, Pa;

v - удельный объем, м3/кг;v is the specific volume, m 3 / kg;

i - удельная энтальпия, Дж/кг;i - specific enthalpy, J / kg;

Т - абсолютная температура, К;T is the absolute temperature, K;

R - газовая постоянная, Дж/(кг·К);R is the gas constant, J / (kg · K);

ср, cv - удельные теплоемкости при процессах p=const, v=const;c p , c v - specific heat at the processes p = const, v = const;

s - удельная энтропия, Дж/(кг·К).s is the specific entropy, J / (kg · K).

Процесс ускорения движения газа в лопаточном венце турбины можно представить на i-s диаграмме, фиг.9.The process of accelerating the movement of gas in the blade of the turbine can be represented on the i-s diagram, Fig.9.

Проинтегрируем выражение (ф 1.)Integrate the expression (f 1.)

Figure 00000007
Figure 00000007

где s0, s1 - удельная энтропия на входе и выходе из венца, Дж/(кг·К);where s 0 , s 1 - specific entropy at the entrance and exit of the crown, J / (kg · K);

Figure 00000008
,
Figure 00000009
- заторможенные давление и температура на входе в венец, Па, К;
Figure 00000008
,
Figure 00000009
- inhibited pressure and temperature at the entrance to the crown, Pa, K;

P1, T1 - статические давление и температура на выходе из венца, Па, К.P 1 , T 1 - static pressure and temperature at the outlet of the crown, Pa, K.

Используем полученную формулу (ф.2) для сравнения термодинамических процессов, происходящих в венцах ВТ и ВТПЭ. Для этого вычтем из выражения для ВТ выражение ВТПЭ, учитывая, что давление на входе в венец р*0 и статическое давление на выходе p1 одни и те же для ВТ и ВТПЭ.We use the obtained formula (f.2) to compare the thermodynamic processes occurring in the crowns of VT and VTPE. For this, we subtract from the expression for the VT the expression for the VTE, taking into account that the pressure at the inlet to the rim p * 0 and the static pressure at the outlet p 1 are the same for the VT and VTE.

Figure 00000010
Figure 00000010

По второму закону термодинамики изменение энтропии ds=dq/TAccording to the second law of thermodynamics, the change in entropy ds = dq / T

или

Figure 00000011
or
Figure 00000011

где t - некоторый параметр в зависимости, от которого происходит подвод тепла трения и изменение статической температуры потока (например: если t - длина межлопаточного канала в решетке в условных единицах, длина межлопаточного канала ВТ соответствует t=0.65, а длина межлопаточного канала ВТПЭ t=1.0).where t is a certain parameter depending on which the friction heat is supplied and the static flow temperature changes (for example: if t is the length of the interscapular channel in the lattice in arbitrary units, the length of the interscapular channel VT corresponds to t = 0.65, and the length of the interscapular channel VTPE t = 1.0).

Если считать, что потери qr в решетках ВТ и ВТПЭ одинаковы, то величина энтропии по формуле (ф.4) определяется распределением статической температуры в межлопаточном канале.If we assume that the losses q r in the VT and VTPE lattices are the same, then the entropy value by the formula (f.4) is determined by the distribution of the static temperature in the interscapular channel.

На фиг.10 представлены примеры изменения статической температуры T(t) вдоль межлопаточного канала в ВТ и ВТПЭ при условии, что начальная температура

Figure 00000012
. На фиг.11 представлены изменения статической температуры T(t) вдоль межлопаточного канала в ВТ и ВТПЭ при условии, что начальная температура
Figure 00000013
,
Figure 00000014
.Figure 10 presents examples of changes in static temperature T (t) along the interscapular canal in VT and VTPE, provided that the initial temperature
Figure 00000012
. Figure 11 shows the changes in the static temperature T (t) along the interscapular canal in the VT and VTPE, provided that the initial temperature
Figure 00000013
,
Figure 00000014
.

Как видно на фиг.10 и 11, при одинаковой начальной температуре

Figure 00000015
статическая температура в ВТПЭ выше, чем в ВТ, и как следует из (ф.4) значение подынтегрального выражения в интеграле энтропии ВТПЭ и всей энтропии Δsвтпэ меньше, чем энтропия ΔsВТ в ВТ вдоль межлопаточного канала. Из термодинамического соотношения (ф.3) для ВТ тогда следует, что при положительной разности ΔsВТ-ΔsВТПЭ>0 необходимо, чтобы и правая часть выражения была положительна. Это обеспечивается, только если скорость с1ВТПЭ>c1ВТ.As can be seen in figures 10 and 11, at the same initial temperature
Figure 00000015
the static temperature in the HTPE is higher than in the HT, and as follows from (4), the value of the integrand in the integral of the entropy of the HTPE and the entire entropy Δs of the HTPE is less than the entropy Δs of the HT in the VT along the interscapular canal. From the thermodynamic relation (f.3) for VT then it follows that for a positive difference Δs VT -Δs HTPE > 0, it is necessary that the right side of the expression be positive. This is provided only if the speed with 1VTPE > c 1W .

Используя полученную закономерность и понижая температуру

Figure 00000016
перед ВТПЭ до некоторого значения, можно добиться такого состояния термодинамического процесса в решетке, когда с1ВТПЭ1ВТ. Энтропия ΔsВТПЭ, определяемая по (ф.4), в этом случае увеличивается, так как статическая температура в знаменателе подынтегрального выражения уменьшается по сравнению с исходной из-за меньшей начальной температуры
Figure 00000016
в ВТПЭ. Следовательно, вся энтропия приближается к энтропии ΔsВТ в ВТ, уменьшая разность ΔsВТ-ΔsВТПЭ до тех пор, пока не наступит баланс в уравнении (ф.3) и С1ВТПЭ=c1BT. Например, при
Figure 00000017
,
Figure 00000018
статическая температура в ВТПЭ в отдельных участках больше статической температуры в ВТ, а где-то меньше, и поэтому из (ф.4) значение энтропии ВТПЭ ΔsВТПЭ на выходе из венца несколько меньше энтропии ΔsВТ в ВТ вдоль межлопаточного канала. Из левой части термодинамического соотношения (ф.3) разность ΔsВТ-ΔsВТПЭ>0, что означает, что в правой части выражения должно быть
Figure 00000019
Using the resulting pattern and lowering the temperature
Figure 00000016
Before HTPE to a certain value, it is possible to achieve such a state of the thermodynamic process in the lattice when with 1WTPE = with 1W . The entropy Δs of the HTPE , determined by (f.4), in this case increases, since the static temperature in the denominator of the integrand decreases compared to the initial one due to the lower initial temperature
Figure 00000016
in the WTPE. Consequently, all entropy approaches the entropy Δs of VT in VT, decreasing the difference Δs of VT -Δs of HTPE until there is a balance in equation (f.3) and С 1ВТПЭ = c 1BT . For example, when
Figure 00000017
,
Figure 00000018
the static temperature in the HTPE in some sections is higher than the static temperature in the VT, and somewhere less, and therefore from (f.4) the entropy of the HTPE Δs of the HTPE at the exit from the crown is slightly lower than the entropy Δs of the VT in the VT along the interscapular canal. From the left side of the thermodynamic relation (f.3), the difference Δs VT -Δs HTPE > 0, which means that the right side of the expression should be
Figure 00000019

Расчетная оценка этого соотношения показывает, что при С1ВТ1ВТПЭ за счет того, что

Figure 00000020
левая часть (ф.3) больше нуля и наступает равновесие левой и правой частей уравнения.A calculated estimate of this ratio shows that at С 1ВТ = С 1ВТПЭ due to the fact that
Figure 00000020
the left side (f.3) is greater than zero and the equilibrium of the left and right sides of the equation occurs.

Таким образом, в предлагаемой конструкции лопаточного венца, включая сопловой аппарат и рабочее колесо турбины, появляется возможность при одном и том же перепаде давления и одинаковой теплоте потерь qr получить:Thus, in the proposed design of the blade rim, including the nozzle apparatus and the impeller of the turbine, it becomes possible with the same pressure drop and the same heat of loss q r to obtain:

- при одинаковой заторможенной температуре T1 на входе в турбины ВТ и ВТПЭ повышение скорости газа на выходе из венцов ВТПЭ (с1ВТПЭ, с2ВТПЭ и с1uВТПЭ, с2uВТПЭ), повышение мощности турбины N (смотри выше уравнение Эйлера), КПД турбины и двигателя за счет увеличения термического КПД цикла

Figure 00000021
, где q1 - удельная теплота, подведенная к двигателю (к единице массы), q2 - удельная теплота, отведенная от двигателя, Δq - удельное тепло, использованное в двигателе для совершения полезной работы, или удельная работа цикла (единицы массы), эквивалентная мощности турбины Δq~N, то есть всей работы в промежуток времени Δt к Δt, T1 - температура перед турбиной, смотри (ф.3.3), стр.45 [2]. Если T1 одинакова для турбины ВТ и ВТПЭ, а мощность на турбине N увеличивается, то увеличивается и Δq~N и чем больше Δq, то тем выше КПД цикла двигателя (ηtВТПЭtВТ);- at the same inhibited temperature T 1 at the inlet to the VT and VTPE turbines, an increase in the gas velocity at the outlet of the VTPE crowns (from 1 VTPPE , from 2 VTPPE and from 1uVTPPE , from 2u VTPPE ), increase in turbine power N (see Euler equation above), turbine efficiency and engine by increasing the thermal efficiency of the cycle
Figure 00000021
where q 1 is the specific heat supplied to the engine (per unit mass), q 2 is the specific heat withdrawn from the engine, Δq is the specific heat used in the engine to perform useful work, or the specific work of the cycle (mass units), equivalent turbine power Δq ~ N, that is, all work in the time interval Δt to Δt, T 1 is the temperature in front of the turbine, see (Section 3.3), p. 45 [2]. If T 1 is the same for the turbine VT and VTPE, and the power on the turbine N increases, then Δq ~ N also increases and the greater Δq, then the higher the efficiency of the engine cycle (η tBTPE > η tBT );

- при меньшей заторможенной температуре T1 на входе в турбину ВТПЭ одинаковую скорость газа на выходе из венцов ВТ и ВТПЭ, одинаковую мощность N турбин ВТ и ВТПЭ. КПД турбины и термодинамический КПД двигателя повышается за счет понижения температуры рабочего тела перед турбиной ВТПЭ, используя одинаковое количество тепла как в турбине с ВТ, так и в турбине с ВТПЭ. Получаем:

Figure 00000022
Если мощность N одинакова для турбины ВТ и ВТПЭ, то у них одинакова и Δq и тогда чем меньше Т1 в турбине с ВТПЭ, то тем выше КПД двигателя с турбиной ВТПЭ (ηtВТПЭtВТ).- at a lower inhibited temperature T 1 at the inlet of the VTPE turbine, the same gas velocity at the outlet of the VT and VTPE crowns, the same power N of the VT and VTPE turbines. The efficiency of the turbine and the thermodynamic efficiency of the engine are increased by lowering the temperature of the working fluid in front of the HTPE turbine, using the same amount of heat both in the turbine with VT and in the turbine with HTPE. We get:
Figure 00000022
If the power N is the same for the turbine VT and HTPE, then they have the same Δq and then the less T 1 in the turbine with HTPE, the higher the efficiency of the engine with the turbine HTPE (η tHTPE > η tHT ).

Конструкция венца ВТПЭ позволяет получить меньшие гидравлические потери и теплоту потерь qr (qrВТПЭ<qrВТ), чем в венце ВТ, учитывая при повороте потока в венце ВТПЭ меньшую скорость обтекания профиля, перенос горла в выходное сечение турбинного венца и получить дополнительный выигрыш в КПД.The design of the HTPE crown allows one to obtain lower hydraulic losses and heat of losses q r (q r HTHE <q rWT ) than in the VT crown, taking into account the lower flow velocity around the profile of the HTPE crown, transferring the throat to the outlet cross section of the turbine crown and obtain an additional gain in Efficiency.

На фиг.12 показано изменение площади проходного сечения вдоль межлопаточного канала в ВТ и ВТПЭ, где видно, что горло в ВТПЭ смещается в выходное сечение, а в ВТ горло расположено перед косым срезом, не доходя до выходного сечения венца.On Fig shows the change in the area of the passage section along the interscapular canal in the VT and VTPE, where it is seen that the throat in the VTPE is shifted to the output section, and in the VT the throat is located in front of the oblique section, not reaching the output section of the crown.

На фиг.13 показано изменение скорости газа в межлопаточном канале для ВТ и ВТПЭ в зависимости от относительной длины межлопаточного канала

Figure 00000023
, которая в диапазоне от 0 до 1 одинакова для решеток ВТ и ВТПЭ,On Fig shows the change in gas velocity in the interscapular channel for VT and VTPE depending on the relative length of the interscapular channel
Figure 00000023
, which in the range from 0 to 1 is the same for VT and HTPE lattices,

где lmax - полная длина межлопаточного канала ВТ или ВТПЭ,where l max - the total length of the interscapular canal VT or VTPE,

l - длина положения отдельного сечения от входного сечения межлопаточного канала.l is the length of the position of the individual section from the input section of the interscapular channel.

Меридиональная проекция и три трехмерных вида решетки ВТПЭ представлены в примере на фиг.14.The meridional projection and three three-dimensional views of the HTPE lattice are presented in the example in Fig. 14.

Расчетные оценки показывают, что применение конструкции ВТПЭ на сопловом аппарате (СА) первой ступени турбины снижает температуру рабочего тела перед турбиной на ~ 50…100°С и более, что повышает КПД всего двигателя, смотри [2]. Перенос горла в выходное сечение венца для соплового аппарата и рабочих лопаток турбины может повысить КПД турбины на ~ 3…4%, улучшить термодинамический цикл и соответственно повысить КПД двигателя. Но в этом случае необходимо сочетать предлагаемую конструкцию турбины на все предстоящие и последующие венцы турбины, так как при пониженной температуре на входе в СА турбины на других традиционной конструкции венцах не будет хватать энергии для работы отдельных ступеней турбины.Estimated estimates show that the use of the HTPE design on the nozzle apparatus (SA) of the first stage of the turbine reduces the temperature of the working fluid in front of the turbine by ~ 50 ... 100 ° С and more, which increases the efficiency of the entire engine, see [2]. Transferring the throat to the exit section of the crown for the nozzle apparatus and turbine rotor blades can increase the turbine efficiency by ~ 3 ... 4%, improve the thermodynamic cycle and, accordingly, increase the engine efficiency. But in this case, it is necessary to combine the proposed turbine design for all upcoming and subsequent turbine crowns, since at a lower temperature at the inlet of the turbine CA, other traditional crown designs will not have enough energy to operate individual turbine stages.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Заявлен способ конструирования венца осевой турбины ВТПЭ, отличающийся тем, что разделяют межлопаточный канал турбинной решетки на два участка: первый участок поворота межлопаточного канала, где изменяют высоту меридиональных обводов канала на всем первом участке или оставляют высоту постоянной либо на всем первом участке, либо на его части, изменяя при этом высоту на оставшейся части или частях первого участка, и второй участок разгона с дополнительным поворотом межлопаточного канала или без него, включающий косой срез межлопаточного канала, где уменьшают высоту меридиональных обводов канала по направлению к выходу из канала вплоть до границы, связанной с горловым сечением, после которой высоту изменяют таким образом, чтобы увеличить площадь проходного сечения канала, формируют горловое, самое узкое, сечение каждого межлопаточного канала турбинной решетки с учетом изменения ширины межлопаточного канала и закрутки лопатки по высоте межлопаточного канала, границы уменьшения высоты меридиональных обводов канала, связанной с горловым сечением на втором участке разгона, где расположено множество возможных местоположений горлового сечения, включающее, в том числе, область местоположений горлового сечения вблизи фронтального выходного сечения решетки, в том числе месторасположение горлового сечения, когда центр горлового сечения межлопаточного канала размещают на поверхности фронтального выходного сечения турбинной решетки, за которым предпочтительно устанавливают кольцевые выступы - козырьки либо только сверху на периферии, либо только снизу у втулки, либо одновременно сверху на периферии и снизу у втулки проточной части венца.The claimed method of designing the crown of the axial turbine VTPE, characterized in that they divide the interscapular channel of the turbine lattice into two sections: the first section of rotation of the interscapular channel, where they change the height of the meridional contours of the channel in the entire first section or leave the height constant either in the entire first section or in it parts, while changing the height on the remaining part or parts of the first section, and the second acceleration section with or without additional rotation of the interscapular channel, including an oblique section of the interscapular channel, where the height of the meridional contours of the channel is reduced towards the exit from the channel up to the border associated with the throat section, after which the height is changed so as to increase the area of the passage section of the channel, the throatiest, narrowest section of each interscapular channel of the turbine grate with taking into account changes in the width of the interscapular canal and twist of the scapula along the height of the interscapular canal, the boundaries of the decrease in the height of the meridional contours of the channel associated with the throat section in the second section on, where many possible locations of the throat section are located, including, but not limited to, the region of the throat section locations near the front output section of the grating, including the location of the throat section when the center of the throat section of the interscapular channel is placed on the surface of the front output section of the turbine grating, preferably set annular protrusions - visors either only from above on the periphery, or only from below at the sleeve, or simultaneously from above on the periphery and from below in at the hub of the running ring.

Для основного класса венцов ВТПЭ на первом участке поворота межлопаточного канала увеличивают высоту меридиональных обводов межлопаточного канала по направлению от входа в венец к выходу из первого участка, допуская в отдельных случаях наличие постоянной высоты в части первого участка.For the main class of HTPE crowns in the first section of the interscapular canal rotation, the height of the meridional contours of the interscapular canal is increased in the direction from the entrance to the crown to the exit from the first section, allowing in some cases a constant height in part of the first section.

Для специального класса венцов ВТПЭ на первом участке поворота межлопаточного канала монотонно уменьшают высоту меридиональных обводов межлопаточного канала, допуская в отдельных случаях на части или на целом участке наличие постоянной высоты, то есть в меридиональном сечении исключают участки с увеличением высоты канала по направлению от входа до границы, связанной с горловым сечением, после которой высоту изменяют таким образом, чтобы увеличить площадь проходного сечения канала.For a special class of HTPE crowns, the height of the meridional contours of the interscapular canal monotonously decreases the height of the meridional contours of the interscapular canal in the first section of the interscapular canal, in some cases allowing the presence of a constant height, i.e., sections with increasing channel height in the direction from the entrance to the border are excluded associated with the throat section, after which the height is changed so as to increase the area of the passage section of the channel.

Также заявлен способ конструирования венца радиальной турбинной решетки ВТПЭ, отличающийся тем, что применяют тот же способ построения межлопаточных каналов между направляющими лопатками колеса и меридиональных обводов решетки, что для осевых турбин с учетом дополнительного поворота в меридиональном сечении, то есть к участку поворота в окружном направлении, добавляют поворот в меридиональном сечении с увеличением высоты относительно средней линии канала и формируют самое узкое сечение межлопаточного канала на участке разгона или в области фронтального выходного сечения решетки, в том числе включая месторасположение горлового сечения, когда центр горлового сечения межлопаточного канала размещают на поверхности фронтального выходного сечения радиальной турбинной решетки с уменьшением высоты канала до границы, связанной с горловым сечением, после которой высоту изменяют таким образом, чтобы увеличить площадь проходного сечения канала.Also claimed is a method of constructing a crown of a radial turbine lattice of an HTPE, characterized in that the same method of constructing interscapular channels between the guide vanes of the wheel and the meridional contours of the lattice is used, which for axial turbines, taking into account an additional rotation in the meridional section, that is, to the plot of rotation in the circumferential direction , add a turn in the meridional section with increasing height relative to the midline of the channel and form the narrowest section of the interscapular channel in the acceleration section or in areas of the front exit section of the grating, including including the location of the throat section when the center of the throat section of the interscapular channel is placed on the surface of the front exit section of the radial turbine grating with a decrease in the height of the channel to the boundary associated with the throat section, after which the height is changed so as to increase channel cross-sectional area.

ЛитератураLiterature

1. Холщевников К.В. «Теория и расчет авиационных лопаточных машин», Москва, «Машиностроение», 1986 г.1. Kholshchevnikov K.V. “Theory and calculation of aircraft blade machines”, Moscow, “Mechanical Engineering”, 1986

2. Под. ред. В.И.Крутова «Техническая термодинамика», третье издание, Москва, «Высшая школа», 1991 г.2. Under. ed. V.I. Krutova "Technical Thermodynamics", third edition, Moscow, "Higher School", 1991

3. Ривкин С.Л. «Термодинамические свойства газов», Москва, «Энергия», 1973 г.3. Rivkin S.L. “Thermodynamic properties of gases”, Moscow, “Energy”, 1973

Claims (8)

1. Способ конструирования венца осевой турбины ВТПЭ (венца турбины повышенной эффективности), отличающийся тем, что разделяют межлопаточный канал турбинной решетки на два участка: первый участок поворота межлопаточного канала, где изменяют высоту меридиональных обводов канала на всем первом участке или оставляют высоту постоянной либо на всем первом участке, либо на его части, изменяя при этом высоту на оставшейся части или частях первого участка, и второй участок разгона с дополнительным поворотом межлопаточного канала или без него, включающий косой срез межлопаточного канала, где уменьшают высоту меридиональных обводов канала по направлению к выходу из канала вплоть до границы, связанной с горловым сечением, после которой высоту изменяют таким образом, чтобы увеличить площадь проходного сечения канала, формируют горловое, самое узкое, сечение каждого межлопаточного канала турбинной решетки с учетом изменения ширины межлопаточного канала и закрутки лопатки по высоте межлопаточного канала, границы уменьшения высоты меридиональных обводов канала, связанной с горловым сечением на втором участке разгона, где расположено множество возможных местоположений горлового сечения, включающее в том числе область местоположений горлового сечения вблизи фронтального выходного сечения решетки, в том числе месторасположение горлового сечения, когда центр горлового сечения межлопаточного канала размещают на поверхности фронтального выходного сечения турбинной решетки, за которым устанавливают кольцевые выступы - козырьки либо только сверху на периферии, либо только снизу у втулки, либо одновременно сверху на периферии и снизу у втулки проточной части венца.1. The method of designing the crown of the axial turbine VTPE (crown of the turbine increased efficiency), characterized in that they divide the interscapular channel of the turbine lattice into two sections: the first section of rotation of the interscapular channel, where they change the height of the meridional contours of the channel in the entire first section or leave the height constant or the entire first section, or in its part, while changing the height in the remaining part or parts of the first section, and the second acceleration section with or without additional rotation of the interscapular channel, an oblique oblique slice of the interscapular canal, where the height of the meridional contours of the canal is reduced towards the exit from the canal up to the border associated with the throat section, after which the height is changed so as to increase the area of the passage section of the channel, the throatiest, narrowest section of each interscapular is formed channel of the turbine grate, taking into account changes in the width of the interscapular channel and the swirling of the blade along the height of the interscapular channel, the boundaries of the decrease in the height of the meridional contours of the channel associated with the throats m section in the second acceleration section, where many possible locations of the throat section are located, including including the region of the throat section locations near the front output section of the grating, including the location of the throat section when the center of the throat section of the interscapular channel is placed on the surface of the front output section of the turbine grate , behind which they establish annular protrusions - visors either only from above on the periphery, or only from below at the sleeve, or simultaneously from above periphery and bottom of the sleeve in the flow part of the crown. 2. Способ конструирования венца осевой турбины ВТПЭ по п.1, отличающийся тем, что для основного класса венцов ВТПЭ на первом участке поворота межлопаточного канала увеличивают высоту меридиональных обводов межлопаточного канала по направлению от входа в венец к выходу из первого участка, допуская в отдельных случаях наличие постоянной высоты в части первого участка.2. The method of designing the crown of the axial turbine VTPE according to claim 1, characterized in that for the main class of crowns VTPE in the first section of the interscapular channel turning, the height of the meridional contours of the interscapular channel is increased in the direction from the entrance to the crown to the exit from the first section, allowing in some cases the presence of a constant height in part of the first section. 3. Способ конструирования венца осевой турбины ВТПЭ по п.1, отличающийся тем, что для специального класса венцов ВТПЭ на первом участке поворота межлопаточного канала монотонно уменьшают высоту меридиональных обводов межлопаточного канала, допуская в отдельных случаях на части или на целом участке наличие постоянной высоты, то есть в меридиональном сечении исключают участки с увеличением высоты канала по направлению от входа до границы, связанной с горловым сечением, после которой высоту изменяют таким образом, чтобы увеличить площадь проходного сечения канала.3. The method of designing the crown of the axial turbine VTPE according to claim 1, characterized in that for a special class of crowns VTPE in the first section of rotation of the interscapular canal monotonically reduce the height of the meridional contours of the interscapular canal, allowing in some cases for part or whole section the presence of a constant height, that is, in the meridional section exclude areas with increasing channel height in the direction from the entrance to the border associated with the throat section, after which the height is changed so as to increase the area cross section of the channel. 4. Способ конструирования венца радиальной турбинной решетки ВТПЭ, отличающийся тем, что применяют тот же способ построения межлопаточных каналов между направляющими лопатками колеса и меридиональных обводов решетки, что для осевых турбин по любому из пп.1-3 с учетом дополнительного поворота в меридиональном сечении, то есть к участку поворота в окружном направлении добавляют поворот в меридиональном сечении с увеличением высоты относительно средней линии канала и формируют самое узкое сечение межлопаточного канала на участке разгона или в области фронтального выходного сечения решетки, в том числе включая месторасположение горлового сечения, когда центр горлового сечения межлопаточного канала размещают на поверхности фронтального выходного сечения радиальной турбинной решетки с уменьшением высоты канала до границы, связанной с горловым сечением, после которой высоту изменяют таким образом, чтобы увеличить площадь проходного сечения канала.4. The method of constructing the crown of the radial turbine lattice of VTPE, characterized in that the same method of constructing interscapular channels between the guide vanes of the wheel and the meridional contours of the lattice is used, which is for axial turbines according to any one of claims 1-3, taking into account the additional rotation in the meridional section, that is, a turn in the meridional section is added to the plot of turning in the circumferential direction with increasing height relative to the midline of the channel and the narrowest cross section of the interscapular channel is formed in the acceleration section whether in the region of the front exit section of the grating, including including the location of the throat section, when the center of the throat section of the interscapular channel is placed on the surface of the front exit section of the radial turbine grating with a decrease in the height of the channel to the boundary associated with the throat section, after which the height is changed in such a way to increase the passage area of the channel. 5. Способ конструирования венца осевой турбины ВТПЭ, отличающийся тем, что разделяют межлопаточный канал турбинной решетки на два участка: первый участок поворота межлопаточного канала, где изменяют высоту меридиональных обводов канала на всем первом участке или оставляют высоту постоянной либо на всем первом участке, либо на его части, изменяя при этом высоту на оставшейся части или частях первого участка, и второй участок разгона с дополнительным поворотом межлопаточного канала или без него, включающий косой срез межлопаточного канала, где уменьшают высоту меридиональных обводов канала по направлению к выходу из канала вплоть до границы, связанной с горловым сечением, после которой высоту изменяют таким образом, чтобы увеличить площадь проходного сечения канала, формируют горловое, самое узкое, сечение каждого межлопаточного канала турбинной решетки с учетом изменения ширины межлопаточного канала и закрутки лопатки по высоте межлопаточного канала, границы уменьшения высоты меридиональных обводов канала, связанной с горловым сечением на втором участке разгона, где расположено множество возможных местоположений горлового сечения, включающее в том числе область местоположений горлового сечения вблизи фронтального выходного сечения решетки, в том числе месторасположение горлового сечения, когда центр горлового сечения межлопаточного канала размещают на поверхности фронтального выходного сечения турбинной решетки.5. The method of designing the crown of the axial turbine VTPE, characterized in that they divide the interscapular channel of the turbine lattice into two sections: the first section of rotation of the interscapular channel, where the height of the meridional contours of the channel in the entire first section is changed or the height is left constant either in the entire first section or in its parts, while changing the height on the remaining part or parts of the first section, and the second acceleration section with or without additional rotation of the interscapular canal, including an oblique cut of the interscapular canal where the height of the meridional contours of the channel is reduced in the direction of the exit from the channel up to the border associated with the throat section, after which the height is changed so as to increase the area of the channel passage section, the throatiest, narrowest section of each interscapular channel of the turbine grate is formed taking into account changes in the width of the interscapular canal and twist of the scapula along the height of the interscapular canal, the boundaries of the decrease in the height of the meridional contours of the channel associated with the throat section in the second acceleration section, where there are many possible locations of the throat section, including including the region of the throat section locations near the front output section of the grating, including the location of the throat section when the center of the throat section of the interscapular channel is placed on the surface of the front output section of the turbine grate. 6. Способ конструирования венца осевой турбины ВТПЭ по п.5, отличающийся тем, что для основного класса венцов ВТПЭ на первом участке поворота межлопаточного канала увеличивают высоту меридиональных обводов межлопаточного канала по направлению от входа в венец к выходу из первого участка, допуская в отдельных случаях наличие постоянной высоты в части первого участка.6. The method of designing the crown of the axial turbine VTPE according to claim 5, characterized in that for the main class of crowns VTPE in the first section of the interscapular channel turning, the height of the meridional contours of the interscapular channel is increased in the direction from the entrance to the crown to the exit from the first section, allowing in some cases the presence of a constant height in part of the first section. 7. Способ конструирования венца осевой турбины ВТПЭ по п.5, отличающийся тем, что для специального класса венцов ВТПЭ на первом участке поворота межлопаточного канала монотонно уменьшают высоту меридиональных обводов межлопаточного канала, допуская в отдельных случаях на части или на целом участке наличие постоянной высоты, то есть в меридиональном сечении исключают участки с увеличением высоты канала по направлению от входа до границы, связанной с горловым сечением, после которой высоту изменяют таким образом, чтобы увеличить площадь проходного сечения канала.7. The method of designing the crown of the VTPE axial turbine according to claim 5, characterized in that for a special class of VTPE crowns in the first section of the interscapular channel rotation, the height of the meridional contours of the interscapular channel is monotonously reduced, allowing in some cases a part or whole section to have a constant height, that is, in the meridional section exclude areas with increasing channel height in the direction from the entrance to the border associated with the throat section, after which the height is changed so as to increase the area cross section of the channel. 8. Способ конструирования венца радиальной турбинной решетки ВТПЭ, отличающийся тем, что применяют тот же способ построения межлопаточных каналов между направляющими лопатками колеса и меридиональных обводов решетки, что для осевых турбин по любому из пп.5-7 с учетом дополнительного поворота в меридиональном сечении, то есть к участку поворота в окружном направлении добавляют поворот в меридиональном сечении с увеличением высоты относительно средней линии канала и формируют самое узкое сечение межлопаточного канала на участке разгона или в области фронтального выходного сечения решетки, в том числе включая месторасположение горлового сечения, когда центр горлового сечения межлопаточного канала размещают на поверхности фронтального выходного сечения радиальной турбинной решетки с уменьшением высоты канала до границы, связанной с горловым сечением, после которой высоту изменяют таким образом, чтобы увеличить площадь проходного сечения канала. 8. The method of designing the crown of the radial turbine lattice of VTPE, characterized in that the same method of constructing interscapular channels between the guide vanes of the wheel and the meridional contours of the lattice is used, which is for axial turbines according to any one of claims 5-7, taking into account additional rotation in the meridional section, that is, a turn in the meridional section is added to the plot of turning in the circumferential direction with increasing height relative to the midline of the channel and the narrowest cross section of the interscapular channel is formed in the acceleration section whether in the region of the front exit section of the grating, including including the location of the throat section, when the center of the throat section of the interscapular channel is placed on the surface of the front exit section of the radial turbine grating with a decrease in the height of the channel to the boundary associated with the throat section, after which the height is changed in such a way to increase the passage area of the channel.
RU2011100514/06A 2011-01-11 2011-01-11 Higher-efficiency turbine blading (versions) RU2457336C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011100514/06A RU2457336C1 (en) 2011-01-11 2011-01-11 Higher-efficiency turbine blading (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011100514/06A RU2457336C1 (en) 2011-01-11 2011-01-11 Higher-efficiency turbine blading (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2457336C1 true RU2457336C1 (en) 2012-07-27

Family

ID=46850747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011100514/06A RU2457336C1 (en) 2011-01-11 2011-01-11 Higher-efficiency turbine blading (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2457336C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498084C2 (en) * 2008-07-17 2013-11-10 Сименс Акциенгезелльшафт Axial turbomachine with low clearance losses

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU358524A1 (en) * Калужский Турбинный Завод WATERPROOFING DEVICE
GB1067169A (en) * 1962-11-30 1967-05-03 Escher Wyss Ag Improvements in or relating to blade cascades for turbo-machines
SU1719662A1 (en) * 1989-10-05 1992-03-15 Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина High fan-effect turbine stage
RU2035594C1 (en) * 1992-02-24 1995-05-20 Акционерное общество открытого типа "Авиадвигатель" Nozzle set for turbine of gas-turbine engine
RU2146006C1 (en) * 1996-09-24 2000-02-27 Акционерное общество открытого типа "Ленинградский Металлический завод" Method of assembly of double-tier flow section of turbine cylinder and unit of connection of diaphragm rim with baffle plate of rear inter-tier seal for realization of this method (versions)
EP1706593A1 (en) * 2004-01-20 2006-10-04 Siemens Aktiengesellschaft Turbine blade and gas turbine with such a turbine blade
RU2338887C1 (en) * 2007-03-15 2008-11-20 Дальневосточный государственный технический университет Axial turbine stage

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU358524A1 (en) * Калужский Турбинный Завод WATERPROOFING DEVICE
GB1067169A (en) * 1962-11-30 1967-05-03 Escher Wyss Ag Improvements in or relating to blade cascades for turbo-machines
SU1719662A1 (en) * 1989-10-05 1992-03-15 Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина High fan-effect turbine stage
RU2035594C1 (en) * 1992-02-24 1995-05-20 Акционерное общество открытого типа "Авиадвигатель" Nozzle set for turbine of gas-turbine engine
RU2146006C1 (en) * 1996-09-24 2000-02-27 Акционерное общество открытого типа "Ленинградский Металлический завод" Method of assembly of double-tier flow section of turbine cylinder and unit of connection of diaphragm rim with baffle plate of rear inter-tier seal for realization of this method (versions)
EP1706593A1 (en) * 2004-01-20 2006-10-04 Siemens Aktiengesellschaft Turbine blade and gas turbine with such a turbine blade
RU2338887C1 (en) * 2007-03-15 2008-11-20 Дальневосточный государственный технический университет Axial turbine stage

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498084C2 (en) * 2008-07-17 2013-11-10 Сименс Акциенгезелльшафт Axial turbomachine with low clearance losses
US8647054B2 (en) 2008-07-17 2014-02-11 Siemens Aktiengesellschaft Axial turbo engine with low gap losses

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2711204C2 (en) Gas turbine engine airflow straightening assembly and gas turbine engine comprising such unit
JP6030853B2 (en) Turbine blade and axial turbine
Schmid et al. The impact of realistic inlet swirl in a 1 ½ stage axial turbine
US9039371B2 (en) Trailing edge cooling using angled impingement on surface enhanced with cast chevron arrangements
EP2645000A2 (en) Swirler for combustion chambers
US11248483B2 (en) Turbine housing and method of improving efficiency of a radial/mixed flow turbine
Zerobin et al. The behavior of turbine center frames under the presence of purge flows
EP3369894B1 (en) Turbine nozzle and radial turbine including the same
JP2017530291A (en) Turbine blade
JP6268315B2 (en) Turbine blade and steam turbine
RU2457336C1 (en) Higher-efficiency turbine blading (versions)
Acharya et al. Turbine blade aerodynamics
Liu et al. Shock, leakage flow and wake interactions in a radial turbine with variable guide vanes
JP6518526B2 (en) Axial flow turbine
CN211116274U (en) Pre-rotation system of aero-engine and hole type pre-rotation nozzle thereof
JPS5944482B2 (en) axial turbine
JP6866187B2 (en) Turbine nozzle and radial turbine equipped with it
EP2778351A1 (en) Steam turbine
Stummann et al. Secondary flow in variable stator vanes with penny-cavities
RU121524U1 (en) RADIAL TURBINE
WO2021124205A1 (en) A process of enhancing the pressure ratio using base integrated symmetric or asymmetric double cones
EP3531021B1 (en) Conduit
Schobeiri et al. Numerical investigation of the effect of purge flow on aerodynamic performance and film cooling effectiveness on a rotating turbine with non-axisymmetric endwall contouring
Chen et al. Effect of inflow variations on compressor secondary flow behavior
JP6867189B2 (en) Turbine nozzle and radial turbine equipped with it