RU2518703C2 - Multistage radial turbine - Google Patents
Multistage radial turbine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518703C2 RU2518703C2 RU2011152805/06A RU2011152805A RU2518703C2 RU 2518703 C2 RU2518703 C2 RU 2518703C2 RU 2011152805/06 A RU2011152805/06 A RU 2011152805/06A RU 2011152805 A RU2011152805 A RU 2011152805A RU 2518703 C2 RU2518703 C2 RU 2518703C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- section
- blade
- blades
- channel
- flow
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D13/00—Combinations of two or more machines or engines
- F01D13/02—Working-fluid interconnection of machines or engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
- F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
- F01D1/06—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines traversed by the working-fluid substantially radially
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2210/00—Working fluids
- F05D2210/40—Flow geometry or direction
- F05D2210/43—Radial inlet and axial outlet
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/70—Shape
- F05D2250/71—Shape curved
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к многоступенчатым радиальным турбинам.The present invention relates to multistage radial turbines.
Уровень техникиState of the art
Конструкция радиальной турбины характеризуется наличием группы центрифугальных лопаток, закрепленных на ступице, установленной на поворотном валу, причем на указанные лопатки воздействует воздух или газ, являющиеся рабочей средой, которая проходит внутрь в радиальном направлении с внешней стороны, двигаясь по пространству между по существу параллельными круговыми пластинами, используемому в качестве проточного канала, и которая воздействует на центрифугальные лопатки, вовлекая ступицу во вращение, после чего выходит по существу в продольном направлении вала.The design of the radial turbine is characterized by the presence of a group of centrifugal blades mounted on a hub mounted on a rotary shaft, and these blades are exposed to air or gas, which is a working medium that extends inward in the radial direction from the outside, moving through the space between essentially parallel circular plates used as a flow channel, and which acts on centrifugal blades, involving the hub in rotation, and then leaves essentially in p odolnom direction of the shaft.
Поскольку высокую степень расширения можно обеспечить даже посредством одноступенчатой конструкции, в уровне техники обычно используются именно одноступенчатые радиальные турбины.Since a high degree of expansion can be achieved even by means of a single-stage design, precisely one-stage radial turbines are usually used in the prior art.
Чтобы эффективно использовать энергию рабочей среды, у которой большой перепад давления сопровождается значительным тепловым перепадом, было предложено применять в радиальной турбине многоступенчатую конфигурацию, т.е. использовать рабочую среду в несколько этапов.In order to efficiently use the energy of the working medium, in which a large pressure drop is accompanied by a significant thermal drop, it was proposed to use a multi-stage configuration in a radial turbine, i.e. use the work environment in several stages.
Например, в патентном документе 1 предложено расположить несколько радиальных турбин в ряд, чтобы поток рабочей среды, выходящий из одной радиальной турбины, поступал на вход следующей радиальной турбины, сохраняя энергию рабочей среды. В этом случае все радиальные турбины имеют свои собственные валы с разными скоростями вращения, причем выполнение работы осуществляется за счет вращения отдельных валов.For example, in Patent Document 1, it is proposed to arrange several radial turbines in a row so that the flow of the working medium coming out of one radial turbine enters the inlet of the next radial turbine, saving the energy of the working medium. In this case, all radial turbines have their own shafts with different speeds of rotation, and the work is performed due to the rotation of the individual shafts.
Ссылки на цитируемые документыReferences to cited documents
Патентный документ 1: Японская заявка на изобретение, в отношении которой не проводилась экспертиза, публикация № Sho 59-79096.Patent document 1: Japanese patent application for which no examination was conducted, Publication No. Sho 59-79096.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задача изобретенияObject of the invention
В конструкции, описанной в патентном документе 1, каждая радиальная турбина имеет свой поворотный вал, поэтому количество подшипников и уплотнений для валов увеличивается. Из-за этого возрастают потери в подшипниках и потери в результате утечек, что не дает возможности эффективно преобразовывать энергию рабочей среды, находящейся под высоким давлением, в кинетическую энергию вращения.In the design described in Patent Document 1, each radial turbine has its own rotary shaft, so the number of bearings and shaft seals increases. Because of this, losses in bearings and losses due to leaks increase, which makes it impossible to efficiently convert the energy of a working medium under high pressure into kinetic energy of rotation.
В частности, если вырабатывается кинетическая энергия для осуществления некоторой операции, усилие вращения передается с отдельных выводных валов на вал, выполняющий эту операцию, например, с помощью зубчатого зацепления; отсюда возникает проблема, связанная с тем, что конструкция турбины становится громоздкой.In particular, if kinetic energy is generated to carry out some operation, the rotation force is transmitted from the individual output shafts to the shaft performing this operation, for example, by gearing; this raises the problem that the turbine design becomes cumbersome.
С учетом описанных выше обстоятельств задача настоящего изобретения заключается в разработке многоступенчатой турбины, позволяющей уменьшить количество используемых подшипников и повысить КПД преобразования.In view of the above circumstances, the present invention is to develop a multi-stage turbine, which allows to reduce the number of bearings used and increase the conversion efficiency.
Решение задачиThe solution of the problem
Для решения описанной выше задачи настоящее изобретение предлагает следующее решение.To solve the above problem, the present invention provides the following solution.
Согласно ключевому аспекту настоящего изобретения, в нем предложена многоступенчатая радиальная турбина, содержащая: одиночный поворотный вал; группу роторных лопаток радиальной турбины, которые прикреплены к поворотному валу через промежутки и направляют поток рабочей среды, поступающий в радиальном направлении с внешней стороны, по существу в продольном направлении вала; группу сопел, установленных по отдельности на верхней по течению стороне каждой роторной лопатки и ускоряющих поток рабочей среды в направлении вращения; соединительный канал, обеспечивающий сообщение между выпускным участком роторной лопатки передней ступени и верхней по течению стороной сопла задней ступени, причем соединительный канал имеет изогнутый U-образный участок, который отклоняет поток рабочей среды, поступающий в продольном направлении вала от роторной лопатки, наружу в радиальном направлении; лопастный участок, содержащий группу отклоняющих лопастей, отклоняющих поток рабочей среды в направлении вращения роторных лопаток с проведением потока рабочей среды из изогнутого U-образного участка наружу в радиальном направлении; и участок обратного изгиба, который отклоняет внутрь в радиальном направлении поток, выходящий из лопастного участка, вызывая при этом направленное наружу завихрение в радиальном направлении.According to a key aspect of the present invention, there is provided a multi-stage radial turbine, comprising: a single rotary shaft; a group of rotor blades of the radial turbine, which are attached to the rotary shaft through the gaps and direct the flow of the working medium coming in the radial direction from the outside, essentially in the longitudinal direction of the shaft; a group of nozzles mounted separately on the upstream side of each rotor blade and accelerating the flow of the working medium in the direction of rotation; a connecting channel providing communication between the outlet portion of the rotor blade of the front stage and the upstream side of the nozzle of the rear stage, the connecting channel having a curved U-shaped portion that deflects the flow of the medium flowing in the longitudinal direction of the shaft from the rotor blade outward in the radial direction ; a blade section containing a group of deflecting blades deflecting the flow of the working medium in the direction of rotation of the rotor blades with the flow of the working medium from the curved U-shaped portion outward in the radial direction; and a backward bending portion that deflects inward in the radial direction a stream exiting the blade portion, thereby causing an outward swirl in the radial direction.
В соответствии с предложенным изобретением поток рабочей среды, поступающий в радиальном направлении с внешней стороны, ускоряется соплом в направлении вращения и входит во внешнюю периферическую часть роторной лопатки радиальной турбины. Рабочая среда, поступившая в роторную лопатку, выходит из указанной роторной лопатки в продольном направлении вала, проходит через изогнутый U-образный участок, где отклоняется наружу в радиальном направлении, после чего отклоняется под действием отклоняющих лопастей в направлении вращения роторной лопатки радиальной турбины, направляясь при этом наружу в радиальном направлении во время прохождения через лопастный участок. Рабочая среда, которая выходит из лопастного участка в радиальном направлении с направленным наружу завихрением, проходит через участок обратного изгиба, где отклоняется внутрь в радиальном направлении и далее входит в сопло следующей ступени с внешней стороны в радиальном направлении. Поток рабочей среды циклически претерпевает описанные процессы, после чего выходит из роторной лопатки последней ступени, например, по существу в продольном направлении вала. При этом вращение каждой роторной лопатки передается на одиночный поворотный вал, обеспечивая его вращение.In accordance with the proposed invention, the flow of the working medium coming in the radial direction from the outside is accelerated by the nozzle in the direction of rotation and enters the outer peripheral part of the rotor blade of the radial turbine. The working medium entering the rotor blade leaves the specified rotor blade in the longitudinal direction of the shaft, passes through a curved U-shaped section, where it deviates outward in the radial direction, and then deviates under the action of deflecting blades in the direction of rotation of the rotor blade of the radial turbine, this outward in the radial direction while passing through the blade section. The working medium, which leaves the blade section in the radial direction with an outward swirl, passes through the reverse bending section, where it deviates inward in the radial direction and then enters the next stage nozzle from the outside in the radial direction. The flow of the working medium cyclically undergoes the described processes, and then leaves the rotor blades of the last stage, for example, essentially in the longitudinal direction of the shaft. In this case, the rotation of each rotor blade is transmitted to a single rotary shaft, ensuring its rotation.
Поскольку группа роторных лопаток радиальной турбины указанным образом присоединена к одиночному поворотному валу через промежутки, подшипники и уплотнения требуются только для одного поворотного вала, а следовательно, их количество может быть уменьшено по сравнению со случаем использования группы поворотных валов.Since the group of rotor blades of the radial turbine is in this way attached to a single rotary shaft through the gaps, bearings and seals are required for only one rotary shaft, and therefore, their number can be reduced compared with the case of using a group of rotary shafts.
Благодаря тому, что потери в подшипниках и потери в результате утечек являются уменьшенными, энергия рабочей среды, находящейся под высоким давлением, будет эффективно преобразовываться в кинетическую энергию вращения.Due to the fact that losses in bearings and losses due to leaks are reduced, the energy of the working medium under high pressure will be effectively converted into kinetic energy of rotation.
Кроме того, роторные лопатки радиальной турбины и поворотный вал могут иметь конструкцию, аналогичную обычной конструкции, но при этом становится возможным не допустить увеличения размеров указанных элементов многоступенчатой радиальной турбины.In addition, the rotor blades of the radial turbine and the rotary shaft can have a design similar to a conventional design, but it becomes possible to prevent the increase in the size of these elements of a multistage radial turbine.
Согласно одному из вариантов изобретения, изогнутый U-образный участок выполнен таким образом, что площадь сечения канала у конца, ближнего к лопастному участку, на его нижней по потоку стороне, меньше, чем площадь сечения канала у конца, ближнего к роторной лопатке радиальной турбины, на его верхней по потоку стороне.According to one embodiment of the invention, the curved U-shaped section is designed so that the cross-sectional area of the channel at the end closest to the blade section on its downstream side is smaller than the cross-sectional area of the channel at the end closest to the rotor blade of the radial turbine, on its upstream side.
Поскольку изогнутый U-образный участок выполнен таким образом, что площадь сечения канала у конца, ближнего к лопастному участку, на его нижней по потоку стороне, меньше, чем площадь сечения канала у конца, ближнего к роторной лопатке радиальной турбины, на его верхней по потоку стороне, становится возможным ускорить поток рабочей среды на указанном изогнутом U-образном участке.Since the curved U-shaped section is designed so that the cross-sectional area of the channel at the end closest to the blade section, on its downstream side, is smaller than the cross-sectional area of the channel at the end closest to the rotor blade of the radial turbine, on its upstream side, it becomes possible to accelerate the flow of the working medium in the specified curved U-shaped section.
За счет этого может быть уменьшен срыв потока, возникающий из-за влияния зон низкой скорости потока, которые могут присутствовать на выходных участках роторной лопатки радиальной турбины.Due to this, flow stall can be reduced due to the influence of low flow rate zones that may be present at the outlet portions of the rotor blade of the radial turbine.
Согласно предпочтительному варианту изобретения, указанная площадь сечения канала на его нижней по потоку стороне не превышает 0,8-0,9 от площади сечения канала на его верхней по потоку стороне.According to a preferred embodiment of the invention, said channel cross-sectional area on its downstream side does not exceed 0.8-0.9 of the channel cross-sectional area on its upstream side.
Зоны низкой скорости потока, которые могут возникать на выходных участках роторной лопатки радиальной турбины, обычно занимают 10-20% площади канала на этих участках.Zones of low flow velocity that can occur in the outlet sections of the rotor blades of the radial turbine usually occupy 10-20% of the channel area in these sections.
Благодаря обеспеченному посредством изобретения ускорению потока рабочей среды на изогнутом U-образном участке по меньшей мере на 10-20%, появляется возможность уменьшить влияние зон низкой скорости потока.Due to the acceleration of the flow of the working medium in the curved U-shaped section provided by the invention by at least 10-20%, it is possible to reduce the influence of the low flow rate zones.
В предпочтительном случае отклоняющие лопасти имеют форму эвольвенты.In a preferred case, the deflecting blades are in the form of an involute.
Такая конфигурация позволяет уменьшить разницу между площадью канала на входном участке между отклоняющими лопастями лопастного участка и площадью канала на выходном участке.This configuration makes it possible to reduce the difference between the channel area at the inlet section between the deflecting blades of the blade section and the channel area at the output section.
Соответственно, обеспечивается возможность уменьшения потерь, связанных с замедлением и с отклонением среды в лопастном участке.Accordingly, it is possible to reduce losses associated with deceleration and deviation of the medium in the blade section.
Обеспечиваемый технический результатProvided technical result
Поскольку, согласно настоящему изобретению, роторные лопатки радиальной турбины присоединены через промежуток к одному поворотному валу, подшипники и уплотнения требуются только для этого одного поворотного вала, следовательно, их количество будет уменьшено по сравнению со случаем использования нескольких поворотных валов.Since, according to the present invention, the rotor blades of the radial turbine are connected through the gap to one rotary shaft, bearings and seals are required for only one rotary shaft, therefore, their number will be reduced compared with the case of using multiple rotary shafts.
Исходя из сказанного, потери в подшипниках и потери в результате утечек являются уменьшенными, а значит энергия рабочей среды, находящейся под высоким давлением, эффективно преобразуется в кинетическую энергию вращения.Based on the foregoing, losses in bearings and losses resulting from leaks are reduced, which means that the energy of the working medium under high pressure is effectively converted into kinetic energy of rotation.
Кроме того, роторные лопатки радиальной турбины и поворотный вал могут иметь конструкцию, аналогичную обычной конструкции, но при этом становится возможным не допустить увеличения размеров указанных элементов многоступенчатой радиальной турбины.In addition, the rotor blades of the radial turbine and the rotary shaft can have a design similar to a conventional design, but it becomes possible to prevent the increase in the size of these elements of a multistage radial turbine.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1 схематически изображает в разрезе фрагмент многоступенчатой одновальной радиальной турбины, соответствующей одному из вариантов изобретения.Figure 1 schematically depicts in section a fragment of a multi-stage single-shaft radial turbine, corresponding to one of the variants of the invention.
Фиг.2 изображает разрез, взятый по показанной на фиг.1 линии Х-X.Figure 2 shows a section taken along the line X-X shown in Figure 1.
Описание вариантов изобретенияDescription of the invention
Далее со ссылкой на фиг.1 и 2 описана предложенная многоступенчатая одновальная радиальная турбина 1.Next, with reference to figures 1 and 2, the proposed multi-stage single-shaft radial turbine 1 is described.
Фиг.1 схематически изображает в разрезе фрагмент предложенной многоступенчатой одновальной радиальной турбины. Фиг.2 изображает разрез, взятый по показанной на фиг.1 линии Х-X.Figure 1 schematically depicts in section a fragment of the proposed multistage single-shaft radial turbine. Figure 2 shows a section taken along the line X-X shown in Figure 1.
Многоступенчатая одновальная радиальная турбина 1 имеет поворотный вал 3, группу, например две, роторных лопаток 5, корпус 7 и соединительный проточный канал 9.A multi-stage single-shaft radial turbine 1 has a rotary shaft 3, a group, for example two, of rotor blades 5, a housing 7 and a connecting flow channel 9.
Поворотный вал 3 удерживается на корпусе 7 помещенным одним концом в радиальный подшипник (не показан), при этом другой его конец удерживается радиальным подшипником (не показан) и упорным подшипником (не показан).The rotary shaft 3 is held on the housing 7 by one end placed in a radial bearing (not shown), while the other end is held by a radial bearing (not shown) and a thrust bearing (not shown).
В турбине предусмотрена группа роторных лопаток 5, которые расположены через промежутки в продольном направлении L поворотного вала 3 и которые направляют поток рабочей среды, поступающий в радиальном направлении К с внешней периферической стороны, по существу в указанном продольном направлении L поворотного вала.A group of rotor blades 5 are provided in the turbine, which are spaced at intervals in the longitudinal direction L of the rotary shaft 3 and which direct the flow of the medium flowing in the radial direction K from the outer peripheral side, essentially in the specified longitudinal direction L of the rotary shaft.
Роторные лопатки 5 радиальной турбины имеют ступицы 11, прикрепленные к поворотному валу 3, группу центрифугальных лопаток 13, закрепленных на ступицах 11 через равные интервалы в окружном направлении, и экраны 15, прикрепленные к концам указанных лопаток 13.The rotor blades 5 of the radial turbine have hubs 11 attached to the rotary shaft 3, a group of centrifugal blades 13, mounted on the hubs 11 at regular intervals in the circumferential direction, and screens 15 attached to the ends of these blades 13.
В роторных лопатках 5 радиальной турбины предусмотрены газовые каналы, т.е. каналы, через которые проходит газ (рабочая среда), ограниченные указанными ступицами 11, лопатками 13 и экранами 15. Участки этих газовых каналов, удаленные от поворотного вала 3, используются в качестве участков 21 впуска газа, при этом участки газовых каналов, расположенные вблизи поворотного вала 3, используются в качестве участков 23 выпуска газа.In the rotor blades 5 of the radial turbine, gas channels are provided, i.e. channels through which gas (working medium) passes, limited by said hubs 11, blades 13 and shields 15. Sections of these gas channels remote from the rotary shaft 3 are used as gas inlet sections 21, while the gas channels located near the rotary shaft 3, are used as sections 23 of the release of gas.
В части корпуса 7, расположенной с внешней стороны участков 21 впуска газа, предусмотрен тороидальный входной канал 17, проходящий в радиальном направлении К. Входной канал 17 имеет такую форму, что газ протекает в нем в радиальном направлении К от внешней стороны.A toroidal inlet channel 17 extending in the radial direction K is provided in a part of the housing 7 located on the outside of the gas inlet portions 21. The inlet channel 17 is shaped so that gas flows therein in the radial direction K from the outside.
На нижней по течению стороне входного канала 17, или, что то же самое, на верхней по течению стороне роторных лопаток 5 радиальной турбины, установлено аэродинамическое сопло 19, которое ускоряет газовый поток в направлении R вращения.On the downstream side of the inlet channel 17, or, equivalently, on the upstream side of the rotor blades 5 of the radial turbine, an aerodynamic nozzle 19 is installed that accelerates the gas flow in the direction of rotation R.
Соединительный канал 9 представляет собой канал в корпусе 7, обеспечивающий сообщение между участками 23 выпуска газа роторных лопаток 5 передней ступени и верхней по течению стороной сопла 19 задней ступени.The connecting channel 9 is a channel in the housing 7, providing communication between the gas exhaust portions 23 of the front stage rotor blades 5 and the upstream side of the rear stage nozzle 19.
Соединительный канал 9 имеет изогнутый U-образный участок 25, который отклоняет газовый поток, поступающий в продольном направлении L вала от роторной лопатки 5, наружу в радиальном направлении К, лопастный участок 29, содержащий несколько отклоняющих лопастей 27, отклоняющих газовый поток в направлении R вращения роторных лопаток 5 с проведением газового потока из изогнутого U-образного участка 25 наружу в радиальном направлении К, и участок 31 обратного изгиба, который отклоняет внутрь в радиальном направлении К газ, выходящий из лопастного участка 29, вызывая при этом направленное наружу завихрение в радиальном направлении К.The connecting channel 9 has a
Площадь А2 сечения канала у конца изогнутого U-образного участка 25, ближнего к лопастному участку 29, на его нижней по потоку стороне, составляет по большей мере 0,8-0,9 от площади А1 сечения канала у конца, ближнего к роторной лопатке 5 радиальной турбины, на его верхней по потоку стороне. Иначе говоря, канал создают таким образом, что площадь А2 сечения на его нижней по потоку стороне меньше, чем площадь А1 сечения на его верхней по потоку стороне.The cross-sectional area A2 of the channel at the end of the curved U-shaped
Указанное соотношение определено с учетом зон Т низкой скорости потока, которые присутствуют по меньшей мере на выходных участках роторной лопатки 5 радиальной турбины. Зоны Т низкой скорости потока обычно занимают 10-20% площади выходного участка канала, т.е. площади А1 канала роторной лопатки 5 на верхней по течению стороне.The specified ratio is determined taking into account the zones T of low flow velocity, which are present at least in the output sections of the rotor blades 5 of the radial turbine. Zones T of a low flow rate usually occupy 10-20% of the area of the outlet channel section, i.e. area A1 of the channel of the rotor blades 5 on the upstream side.
Хотя в предпочтительном случае площадь А2 канала на нижней по течению стороне меньше, чем площадь А1 канала на верхней по течению стороне, она может быть по существу равна ей или даже превосходить ее, в зависимости от особенностей использования.Although in the preferred case, the channel area A2 on the downstream side is smaller than the channel area A1 on the upstream side, it can be substantially equal to or even exceed it, depending on the usage.
Как показано на фиг.2, отклоняющие лопасти 27 лопастного участка 29 имеют форму эвольвенты.As shown in FIG. 2, the
В этом случае достигается значительное уменьшение разницы между площадью A3 канала на входном участке и площадью А4 канала на выходном участке между отклоняющими лопастями 27 лопастного участка 29 по сравнению с разницей между площадью А5 канала на входном участке и площадью А6 канала на выходном участке между линейно расширяющимися отклоняющими лопастями 33, показанными на фиг.2 штрихпунктирной линией с двумя точками.In this case, a significant reduction in the difference between the channel area A3 in the input section and the channel area A4 in the output section between the deflecting
Хотя в предпочтительном случае отклоняющие лопасти 27 имеют форму эвольвенты, данное условие не является обязательным, и они могут иметь любую подходящую форму.Although in the preferred case, the deflecting
Далее описан принцип действия многоступенчатой одновальной радиальной турбины 1, выполненной согласно раскрытому выше варианту изобретения.The following describes the principle of operation of a multi-stage single-shaft radial turbine 1, made according to the above disclosed embodiment of the invention.
Газовый поток G1, поступающий от источника газа (не показан) во входной канал 17 первой ступени, проходит через указанный канал и течет внутрь в радиальном направлении К в сопло 19 с внешней стороны.The gas stream G1 coming from a gas source (not shown) into the inlet channel 17 of the first stage passes through the channel and flows inward in the radial direction K into the nozzle 19 from the outside.
Сопло 19 ускоряет этот газовый поток G1 в окружном направлении R и подводит его к участкам 21 впуска газа, расположенным на внешней периферической части роторных лопаток 5 радиальной турбины.The nozzle 19 accelerates this gas flow G1 in the circumferential direction R and brings it to the gas inlet portions 21 located on the outer peripheral part of the rotor blades 5 of the radial turbine.
Газ, поступивший в роторную лопатку 5 радиальной турбины, расширяется при прохождении через газовый канал, ограниченный ступицей 11, центрифугальными лопатками 13 и экраном 15. За счет этого расширения происходит воздействие на лопатки 13, которые приводятся в движение в направлении R вращения. Благодаря этому движению лопаток 13 ступица 11 вовлекается во вращение в направлении R и вращает поворотный вал 3.The gas entering the rotor blade 5 of the radial turbine expands as it passes through the gas channel bounded by the hub 11, centrifugal blades 13 and the screen 15. Due to this expansion, the blades 13 are driven in rotation in the direction of rotation R. Due to this movement of the blades 13, the hub 11 is involved in rotation in the direction R and rotates the rotary shaft 3.
Газовый поток, выходящий в продольном направлении L вала из участков 23 выпуска газа роторной лопатки, проходит через изогнутый U-образный участок 25 и отклоняется наружу в радиальном направлении К.A gas stream exiting in the longitudinal direction L of the shaft from the rotor blade gas discharge portions 23 passes through a curved
При этом, благодаря тому, что площадь А2 сечения изогнутого U-образного участка 25 на его нижней по течению стороне составляет по большей мере 0,8-0,9 от площади А1 сечения на его верхней по течению стороне, газовый поток, проходящий через изогнутый U-образный участок 25, ускоряется, например, по меньшей мере на 10-20%, в соответствии с уменьшением площади канала.Moreover, due to the fact that the cross-sectional area A2 of the curved
Хотя обычно перед участками 23 выпуска газа роторной лопатки 5 и за этими участками имеются зоны Т низкой скорости потока, которые занимают 10-20% площади канала, эти зоны Т удается по существу устранить, поскольку на изогнутом U-образном участке 25 достигается по меньшей мере достаточный уровень ускорения. Другими словами, воздействие зон Т низкой скорости потока удается уменьшить.Although typically there are low flow rate zones T in front of the gas discharge portions 23 of the rotor blade 5 and behind these portions, which occupy 10-20% of the channel area, these zones T can be substantially eliminated since at least a curved
Благодаря тому, что указанным образом обеспечивается уменьшение воздействия зон Т низкой скорости потока, путем сосредоточения этих зон, возникающих на участках 23 выпуска газа роторной лопатки 5, удается уменьшить срыв потока за счет придания кривизны поверхности экрана 15 на нижней по течению стороне.Due to the fact that in this way it is possible to reduce the effect of zones T of a low flow rate, by concentrating these zones arising in the gas discharge sections 23 of the rotor blade 5, it is possible to reduce the stall due to curvature of the surface of the screen 15 on the downstream side.
Если площадь А2 канала на нижней по течению стороне составляет меньше 0,8-0,9 от площади А1 канала на верхней по течению стороне, можно в еще большей степени уменьшить срыв потока; поэтому кривизну отдельных участков можно снизить еще больше.If the area A2 of the channel on the downstream side is less than 0.8-0.9 of the area A1 of the channel on the upstream side, flow stall can be further reduced; therefore, the curvature of individual sections can be reduced even more.
Благодаря указанной мере вал в многоступенчатой конфигурации может иметь меньшую общую длину, а следовательно и общая длина всей одновальной радиальной турбины 1 станет меньше, т.е. эта радиальная турбина 1 будет более компактной.Due to this measure, the shaft in a multi-stage configuration can have a smaller overall length, and therefore the total length of the entire single-shaft radial turbine 1 will become smaller, i.e. this radial turbine 1 will be more compact.
Когда далее газовый поток проходит через лопастный участок 29, он отклоняется в направлении R вращения роторной лопатки 5 радиальной турбины и направляется наружу в радиальном направлении К под действием отклоняющих лопастей 27.When the gas stream further passes through the
При этом, поскольку отклоняющие лопасти 27 имеют форму эвольвенты, разница между площадью A3 на входном участке канала между отклоняющими лопастями 27 и площадью А4 на выходном участке будет невелика. Благодаря этому потери в лопастном участке 29, связанные с торможением газового потока и с его отклонением, будут уменьшенными.Moreover, since the deflecting
Кроме того, за счет регулировки углового положения отклоняющих лопастей 27 можно регулировать угол потока на входе в сопло 19 на нижней по течению стороне. Так, если придать углу потока на входе в сопло 19 значение от 40 до 50 градусов в окружном направлении, потери от столкновений при входе в сопло 19 могут быть уменьшены.In addition, by adjusting the angular position of the deflecting
Поток, выходящий из лопастного участка 29 в радиальном направлении К наружу с завихрением, проходит через участок 31 обратного изгиба, отклоняется внутрь в радиальном направлении К и принуждается течь в радиальном направлении К во входной канал 17 следующей ступени с внешней стороны.The flow exiting from the
Газовый поток G2, поступающий из участка 31 с обратным изгибом, проходит через входной канал 17 и течет в сопло 19 внутрь в радиальном направлении К с внешней стороны.The gas stream G2 coming from
Сопло 19 ускоряет этот газовый поток G2 в окружном направлении R и подает его в участки 21 впуска газа, расположенные на внешней стороне роторной лопатки 5 радиальной турбины.The nozzle 19 accelerates this gas flow G2 in the circumferential direction R and delivers it to the gas inlet portions 21 located on the outside of the rotor blade 5 of the radial turbine.
Газ, поступивший в роторную лопатку 5 радиальной турбины, расширяется при прохождении через газовый канал, ограниченный ступицей 11, центрифугальными лопатками 13 и экраном 15. За счет этого расширения происходит воздействие на лопатки 13, которые приводятся в движение в направлении R вращения. Благодаря этому движению лопаток 13 ступица 11 вовлекается во вращение в направлении R и вращает поворотный вал 3.The gas entering the rotor blade 5 of the radial turbine expands as it passes through the gas channel bounded by the hub 11, centrifugal blades 13 and the screen 15. Due to this expansion, the blades 13 are driven in rotation in the direction of rotation R. Due to this movement of the blades 13, the hub 11 is involved in rotation in the direction R and rotates the rotary shaft 3.
Газовый поток, выходящий в продольном направлении L вала из участков 23 выпуска газа роторной лопатки, проходит через отводной канал (не показан) и выпускается в пространство вне радиальной турбины 1.The gas stream exiting in the longitudinal direction L of the shaft from the sections 23 of the gas outlet of the rotor blades passes through an outlet channel (not shown) and is released into the space outside the radial turbine 1.
Поскольку роторные лопатки 5 радиальной турбины присоединены указанным образом через промежуток к одному поворотному валу 3, подшипники и уплотнения требуются только для этого одного поворотного вала 3, поэтому их количество будет уменьшено по сравнению со случаем использования нескольких поворотных валов.Since the rotor blades 5 of the radial turbine are connected in this way through the gap to one rotary shaft 3, bearings and seals are required only for this one rotary shaft 3, so their number will be reduced compared with the case of using multiple rotary shafts.
Благодаря тому, что потери в подшипниках и потери в результате утечек являются уменьшенными, энергия рабочей среды, находящейся под высоким давлением, эффективно преобразуется в кинетическую энергию вращения. Кроме того, тепловой перепад рабочей среды можно преобразовывать в кинетическую энергию вращения посредством одной одновальной радиальной турбины.Due to the fact that losses in bearings and losses due to leaks are reduced, the energy of the working medium under high pressure is effectively converted into kinetic energy of rotation. In addition, the thermal difference of the working medium can be converted into kinetic energy of rotation by means of one single-shaft radial turbine.
Роторные лопатки 5 радиальной турбины и поворотный вал 3 могут иметь конструкцию, аналогичную обычной конструкции, но при этом становится возможным не допустить увеличения размеров указанных элементов одновальной радиальной турбины 1.The rotor blades 5 of the radial turbine and the rotary shaft 3 can have a design similar to the conventional design, but it becomes possible to prevent the increase in the size of these elements of the single shaft radial turbine 1.
Настоящее изобретение не ограничено описанным выше вариантом выполнения - объем его правовой охраны включает в себя различные модификации, не противоречащие сущности настоящего изобретения.The present invention is not limited to the embodiment described above - the scope of its legal protection includes various modifications that do not contradict the essence of the present invention.
Например, несмотря на то, что в представленном варианте используются две ступени роторных лопаток 5 радиальной турбины, их число может быть увеличено до трех и более. В этом случае сообщение между смежными роторными лопатками 5 будет обеспечено соединительными каналами 9.For example, despite the fact that in the presented embodiment two stages of rotor blades 5 of a radial turbine are used, their number can be increased to three or more. In this case, communication between adjacent rotor blades 5 will be provided by connecting channels 9.
Номера позицийItem Numbers
1 - одновальная радиальная турбина1 - single shaft radial turbine
3 - поворотный вал3 - rotary shaft
5 - роторная лопатка радиальной турбины5 - rotor blade of a radial turbine
9 - соединительный канал9 - connecting channel
19 - сопло19 - nozzle
25 - изогнутый U-образный участок25 - curved U-shaped section
27 - отклоняющая лопасть27 - deflecting blade
29 - лопастный участок29 - blade section
31 - участок обратного изгиба31 - section reverse bending
А1 - площадь сечения канала на верхней по течению сторонеA1 - channel cross-sectional area on the upstream side
А2 - площадь сечения канала на нижней по течению сторонеA2 - channel cross-sectional area on the downstream side
К - радиальное направлениеK - radial direction
L - продольное направление валаL is the longitudinal direction of the shaft
R - направление вращения.R is the direction of rotation.
Claims (2)
одиночный поворотный вал;
группу роторных лопаток радиальной турбины, которые прикреплены к поворотному валу через промежутки и направляют поток рабочей среды, поступающий в радиальном направлении с внешней стороны, по существу в продольном направлении вала;
группу сопел, установленных по отдельности на верхней по течению стороне каждой роторной лопатки и ускоряющих поток рабочей среды в направлении вращения;
соединительный канал, обеспечивающий сообщение между выпускным участком роторной лопатки передней ступени и верхней по течению стороной сопла задней ступени,
причем соединительный канал имеет изогнутый U-образный участок, который отклоняет поток рабочей среды, поступающий в продольном направлении вала от роторной лопатки, наружу в радиальном направлении;
лопастной участок, содержащий группу отклоняющих лопастей, отклоняющих поток рабочей среды в направлении вращения роторных лопаток с проведением потока рабочей среды из изогнутого U-образного участка наружу в радиальном направлении;
и участок обратного изгиба, который отклоняет внутрь в радиальном направлении поток, завихряющийся и выходящий из лопастного участка наружу в радиальном направлении,
причем изогнутый U-образный участок выполнен таким образом, что площадь сечения канала у конца, ближнего к лопастному участку, на его нижней по потоку стороне, меньше, чем площадь сечения канала у конца, ближнего к роторной лопатке радиальной турбины, на его верхней по потоку стороне,
при этом указанная площадь сечения канала на его нижней по потоку стороне не превышает 0,8-0,9 от площади сечения канала на его верхней по потоку стороне.1. A multi-stage radial turbine containing:
single rotary shaft;
a group of rotor blades of the radial turbine, which are attached to the rotary shaft through the gaps and direct the flow of the working medium coming in the radial direction from the outside, essentially in the longitudinal direction of the shaft;
a group of nozzles mounted separately on the upstream side of each rotor blade and accelerating the flow of the working medium in the direction of rotation;
a connecting channel providing communication between the outlet portion of the rotor blade of the front stage and the upstream side of the nozzle of the rear stage,
moreover, the connecting channel has a curved U-shaped section, which deflects the flow of the working medium coming in the longitudinal direction of the shaft from the rotor blades, outward in the radial direction;
a blade section containing a group of deflecting blades deflecting the flow of the working medium in the direction of rotation of the rotor blades with the flow of the working medium from the curved U-shaped portion outward in the radial direction;
and a reverse bending portion that deflects inwardly in the radial direction a stream swirling and exiting from the blade portion outwardly in the radial direction,
moreover, the curved U-shaped section is made so that the cross-sectional area of the channel at the end closest to the blade section, on its downstream side, is smaller than the cross-sectional area of the channel at the end closest to the rotor blade of the radial turbine, on its upstream side
wherein said channel cross-sectional area on its downstream side does not exceed 0.8-0.9 of the channel cross-sectional area on its upstream side.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009-292600 | 2009-12-24 | ||
JP2009292600A JP2011132877A (en) | 2009-12-24 | 2009-12-24 | Multistage radial turbine |
PCT/JP2010/067065 WO2011077801A1 (en) | 2009-12-24 | 2010-09-30 | Multistage radial turbine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011152805A RU2011152805A (en) | 2014-02-27 |
RU2518703C2 true RU2518703C2 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=44195347
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011152805/06A RU2518703C2 (en) | 2009-12-24 | 2010-09-30 | Multistage radial turbine |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120134797A1 (en) |
EP (1) | EP2518280A4 (en) |
JP (1) | JP2011132877A (en) |
CN (1) | CN102472114A (en) |
RU (1) | RU2518703C2 (en) |
WO (1) | WO2011077801A1 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140000381A (en) * | 2012-06-22 | 2014-01-03 | 주식회사 에이치케이터빈 | Reaction type turbine |
RU2668185C2 (en) | 2014-03-11 | 2018-09-26 | Нуово Пиньоне СРЛ | Turbomachine assembly |
DE102014219821A1 (en) * | 2014-09-30 | 2016-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Return step |
DE102014223833A1 (en) | 2014-11-21 | 2016-05-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Return step |
RU2654304C2 (en) * | 2015-02-11 | 2018-05-17 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Multistage gas power turbine with cantilever mounting |
KR102050205B1 (en) | 2018-03-26 | 2019-11-28 | 배명순 | Generation apparatus using water power |
CN109139121A (en) * | 2018-08-30 | 2019-01-04 | 上海理工大学 | A kind of combined turbine |
DE102019001876B3 (en) * | 2019-03-15 | 2020-06-10 | Tivadar Menyhart | Method, device and system for operating internal combustion engines with a significantly increased pressure ratio and vehicle with this system |
CN114183210A (en) * | 2021-12-02 | 2022-03-15 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | Compact cylinder structure |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB239228A (en) * | 1925-08-28 | 1926-07-01 | Joseph Van Den Bossche | Improvements in multi-stage turbines |
US3226085A (en) * | 1962-10-01 | 1965-12-28 | Bachl Herbert | Rotary turbine |
SU552434A1 (en) * | 1973-03-05 | 1977-03-30 | Предприятие П/Я В-2803 | The method of assembly of a centrifugal turbomachine |
US4130989A (en) * | 1970-11-19 | 1978-12-26 | Wirth Richard E | Automotive turbine engine |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3378229A (en) * | 1965-07-16 | 1968-04-16 | Gen Electric | Radial flow turbine |
CH606763A5 (en) * | 1975-12-16 | 1978-11-15 | Sulzer Ag | |
US4344737A (en) * | 1978-01-30 | 1982-08-17 | The Garrett Corporation | Crossover duct |
JPS6036702A (en) * | 1983-08-10 | 1985-02-25 | Ebara Corp | Multi-stage turbo machine |
JPS61116031A (en) * | 1984-11-12 | 1986-06-03 | Kobe Steel Ltd | Gas turbine |
JPH0646035B2 (en) * | 1988-09-14 | 1994-06-15 | 株式会社日立製作所 | Multi-stage centrifugal compressor |
US5344285A (en) * | 1993-10-04 | 1994-09-06 | Ingersoll-Dresser Pump Company | Centrifugal pump with monolithic diffuser and return vane channel ring member |
DE69628462T2 (en) * | 1996-03-06 | 2004-04-01 | Hitachi, Ltd. | CENTRIFUGAL COMPRESSORS AND DIFFUSERS FOR CENTRIFUGAL COMPRESSORS |
PL1668226T3 (en) * | 2003-08-27 | 2008-07-31 | Ttl Dynamics Ltd | Energy recovery system |
CN100337013C (en) * | 2005-09-28 | 2007-09-12 | 黄少斌 | Radial-flow steam turbine |
JP4927129B2 (en) * | 2009-08-19 | 2012-05-09 | 三菱重工コンプレッサ株式会社 | Radial gas expander |
-
2009
- 2009-12-24 JP JP2009292600A patent/JP2011132877A/en active Pending
-
2010
- 2010-09-30 WO PCT/JP2010/067065 patent/WO2011077801A1/en active Application Filing
- 2010-09-30 RU RU2011152805/06A patent/RU2518703C2/en not_active IP Right Cessation
- 2010-09-30 EP EP10839038.6A patent/EP2518280A4/en not_active Withdrawn
- 2010-09-30 CN CN2010800282436A patent/CN102472114A/en active Pending
- 2010-09-30 US US13/380,247 patent/US20120134797A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB239228A (en) * | 1925-08-28 | 1926-07-01 | Joseph Van Den Bossche | Improvements in multi-stage turbines |
US3226085A (en) * | 1962-10-01 | 1965-12-28 | Bachl Herbert | Rotary turbine |
US4130989A (en) * | 1970-11-19 | 1978-12-26 | Wirth Richard E | Automotive turbine engine |
SU552434A1 (en) * | 1973-03-05 | 1977-03-30 | Предприятие П/Я В-2803 | The method of assembly of a centrifugal turbomachine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2518280A4 (en) | 2017-07-26 |
JP2011132877A (en) | 2011-07-07 |
RU2011152805A (en) | 2014-02-27 |
EP2518280A1 (en) | 2012-10-31 |
CN102472114A (en) | 2012-05-23 |
WO2011077801A1 (en) | 2011-06-30 |
US20120134797A1 (en) | 2012-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2518703C2 (en) | Multistage radial turbine | |
US7665964B2 (en) | Turbine | |
CN111441828B (en) | Engine turbine disc cavity structure with prewhirl nozzle and flow guide disc | |
US9739154B2 (en) | Axial turbomachine stator with ailerons at the blade roots | |
JP6468414B2 (en) | Compressor vane, axial compressor, and gas turbine | |
US4948333A (en) | Axial-flow turbine with a radial/axial first stage | |
JP6258325B2 (en) | Gas turbine engine having a radial diffuser and a shortened middle section | |
JP2008082323A (en) | Two-shaft gas turbine | |
US5996336A (en) | Jet engine having radial turbine blades and flow-directing turbine manifolds | |
EP3791047B1 (en) | Outlet guide vane | |
JP2002327604A (en) | Gas turbine | |
KR20100080427A (en) | Methods, systems and/or apparatus relating to inducers for turbine engines | |
JP2011236897A (en) | Diffuser for gas turbine system | |
JP2015526691A (en) | Gas turbine engine having a shortened middle section | |
RU2538215C2 (en) | Outlet unit for steam turbine | |
US8251668B2 (en) | Method and apparatus for assembling rotating machines | |
US8870532B2 (en) | Exhaust hood diffuser | |
US10030543B2 (en) | Turbine gear assembly support having symmetrical removal features | |
JP5693112B2 (en) | Axial turbine and method for exhausting flow from an axial turbine | |
US6884021B2 (en) | Single cascade multistage turbine | |
US11401826B2 (en) | Stator structure and gas turbine having the same | |
CN109854376B (en) | Axial compressor for a gas turbine engine and gas turbine engine comprising said axial compressor | |
JP2011074804A (en) | Nozzle of steam turbine | |
IT202000013609A1 (en) | COMPONENT OF A TURBINE ENGINE WITH AN ASSEMBLY OF DEFLECTORS | |
US9109467B2 (en) | Exhaust system for use with a turbine and method of assembling same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181001 |