RU2645100C1 - Peripheral device for reducing heat carrier leaks - Google Patents
Peripheral device for reducing heat carrier leaks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645100C1 RU2645100C1 RU2016138494A RU2016138494A RU2645100C1 RU 2645100 C1 RU2645100 C1 RU 2645100C1 RU 2016138494 A RU2016138494 A RU 2016138494A RU 2016138494 A RU2016138494 A RU 2016138494A RU 2645100 C1 RU2645100 C1 RU 2645100C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radial clearance
- turbine
- unbanded
- peripheral
- turbine stages
- 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
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
- F04D29/68—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
- F04D29/681—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/685—Inducing localised fluid recirculation in the stator-rotor interface
-
- 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
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в необандаженных ступенях паровых и газовых турбин.The invention relates to the field of turbine engineering and can be used in unbounded steps of steam and gas turbines.
В периферийной области необандаженной рабочей решетки турбинной ступени течения имеют явно выраженный трехмерный характер. Попадая в область внешнего обвода ступени, энергоноситель разделяется на основной межлопаточный поток, периферийный (в зоне радиального зазора между основным межлопаточным потоком и поверхностью внешнего обвода ступени) и щелевой (в пространстве между периферийной торцевой поверхностью рабочих лопаток и наружным обводом) потоки, обладающие высокой энергией. Взаимодействие у вершины рабочих лопаток щелевого, периферийного и основного потоков вызывает развитие у выпуклой поверхности лопаток вихревого слоя, который, закручиваясь в спираль, образует ядро вращающейся рабочей среды. Нестационарность входящего в рабочее колесо потока способствует неустойчивости течения в пограничном слое у периферии рабочей решетки и образованию местных срывных вихревых дорожек. В этих условиях движение газа сопровождается значительными потерями энергии, генерацией вибрационных процессов и мощного звукового давления.In the peripheral region of the unbundled working grid of the turbine stage, the flows have a pronounced three-dimensional character. Once in the area of the outer circumference of the stage, the energy carrier is divided into the main interscapular flow, peripheral (in the space between the peripheral end surface of the blades and the outer circumference) in the radial gap between the main interscapular flow and the surface of the outer circumference of the stage), which have high energy . The interaction at the top of the working blades of the slit, peripheral and main flows causes the development of a vortex layer at the convex surface of the blades, which, twisting into a spiral, forms the core of the rotating working medium. The unsteadiness of the flow entering the impeller contributes to the instability of the flow in the boundary layer at the periphery of the working lattice and the formation of local stall vortex paths. Under these conditions, gas movement is accompanied by significant energy losses, the generation of vibrational processes and powerful sound pressure.
Известно уплотнение радиального зазора турбомашины, содержащее установленное в корпусе кольцо, на обращенной к лопаткам поверхности которого выполнены кольцевые канавки, отличающиеся тем, что с целью повышения эффективности работы путем уменьшения концевых протечек теплоносителя уплотнение снабжено охватывающим кольцо вибратором, выполненным в виде пьезокерамического цилиндра с нанесенными на его внутренней и наружной поверхностях электродами, закрепленными по внутренней поверхности в кольце, а по торцам на корпусе (см. а.с. СССР, №1471661, кл. F01D 11/08, 1996). Недостатком данного устройства является дополнительное потребление энергии и создание вибронагрузки на элементы турбомашины, что может вызвать их резонанс.A seal is known for a radial clearance of a turbomachine, comprising a ring mounted on the housing, annular grooves are made on the surface of the blades of which are characterized in that, in order to increase operating efficiency by reducing the end coolant leakages, the seal is provided with a vibrator around the ring, made in the form of a piezoceramic cylinder with its inner and outer surfaces with electrodes fixed on the inner surface in the ring, and at the ends on the body (see A.S. USSR, No. 1471661, CL F01D 11/08, 1996). The disadvantage of this device is the additional energy consumption and the creation of vibration loads on the elements of the turbomachine, which can cause their resonance.
Для снижения утечек рабочего тела может быть использовано надроторное устройство компрессора, содержащее ребра, расположенные в дополнительной кольцеобразной полости в корпусе компрессора, расположенной над рабочей лопаткой ступени компрессора и сообщающейся с проточной частью компрессора, под углом к продольной оси компрессора, оснащенное ребрами, которые расположены под одинаковым углом к поверхности, обращенной в сторону проточной части, в дополнительной кольцеобразной полости, соединены с ней в единое целое и имеют клинообразное заострение на концах (см. RU №2282754, кл. F04D 27/02, 2006). Недостатком данного устройства является его недостаточная эффективность в сравнении с предлагаемым конструктивным вариантом.To reduce the leakage of the working fluid, a compressor rotary device can be used, containing ribs located in an additional annular cavity in the compressor housing located above the working blade of the compressor stage and communicating with the compressor flow part, at an angle to the longitudinal axis of the compressor, equipped with ribs that are located under at the same angle to the surface facing the flowing part, in an additional annular cavity, connected to it as a whole and have a wedge-shaped e sharpening at the ends (see RU No. 2282754, CL F04D 27/02, 2006). The disadvantage of this device is its lack of effectiveness in comparison with the proposed constructive option.
Задачей заявляемого изобретения является создание устройства для снижения утечек теплоносителя через радиальный зазор турбинных ступеней необандаженного типа и генерируемой при этом вибрации и звуковой энергии.The objective of the invention is the creation of a device to reduce leakage of the coolant through the radial clearance of the turbine stages of unbandled type and the generated vibration and sound energy.
Данная задача достигается тем, что периферийное уплотнение необандаженных турбинных ступеней, содержащее винтовые канавки, находящееся в области радиального зазора необандаженной турбинной ступени, отличающееся тем, что в периферийной зоне необандаженных турбинных ступеней установлены кольцевые электромагниты шлицевого типа, генерирующие электромагнитное поле в частотном диапазоне от 109 до 1013 Гц, а винтовые канавки выполнены под углом 75° к оси турбомашины.This task is achieved in that the peripheral seal of the unbranded turbine stages, containing helical grooves located in the radial clearance region of the unbranded turbine stage, characterized in that slotted type ring electromagnets are installed in the peripheral zone of the unstrained turbine stages, generating an electromagnetic field in the frequency range from 10 9 up to 10 13 Hz, and the helical grooves are made at an angle of 75 ° to the axis of the turbomachine.
Данное изобретение предлагает создание на внешнем обводе рабочего колеса винтовых профильных канавок, обеспечивающих эффект "запирания" потока у периферии.This invention proposes the creation on the outer contour of the impeller of screw profile grooves, providing the effect of "locking" the flow at the periphery.
Дополнительно уменьшить интенсивность высокотурбуленного вихревого течения на внешнем обводе рабочих лопаток при высоких числах Рейнольдса возможно за счет ламинаризации потока - снижения уровня анизотропии жидкости в периферийном пограничном слое.It is possible to additionally reduce the intensity of a highly turbulent vortex flow on the outer contour of the working blades at high Reynolds numbers due to laminarization of the flow — a decrease in the level of fluid anisotropy in the peripheral boundary layer.
Для формирования изотропной формы течения энергоносителя в области радиальных зазоров рабочих колес турбин следует организовать внешнее воздействие на молекулы газа в пограничном слое переменным магнитным полем с частотным диапазоном от 109 до 1013 Гц, что адекватно частоте их собственных колебаний.In order to form an isotropic form of the energy carrier flow in the region of radial clearances of the turbine impellers, external influence on the gas molecules in the boundary layer by an alternating magnetic field with a frequency range from 10 9 to 10 13 Hz should be organized, which is adequate to the frequency of their natural vibrations.
Реализовать этот метод гашения виброакустической активности газа возможно созданием переменного магнитного поля. С этой целью в области радиального зазора турбинной ступени следует установить кольцевой электромагнит шлицевого типа.It is possible to implement this method of damping the vibroacoustic activity of a gas by creating an alternating magnetic field. For this purpose, in the area of the radial clearance of the turbine stage, an annular slot electromagnet should be installed.
Предлагаемое изобретение позволит ламинаризировать периферийный поток, уменьшив протечки рабочего тела через радиальный зазор и тем самым повысить эффективность работы турбины, значительно сократить уровень излучаемой звуковой энергии, исключить срывные явления в зоне периферийных радиальных зазоров необандаженных рабочих решеток, что повысит вибронадежность и экономичность турбомашин.The present invention will allow to laminarize the peripheral flow, reducing the leakage of the working fluid through the radial clearance and thereby increase the turbine efficiency, significantly reduce the level of radiated sound energy, eliminate stalling phenomena in the peripheral radial clearance zone of unshielded working gratings, which will increase the reliability and efficiency of turbomachines.
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано.The invention is illustrated.
На фиг. 1 изображено периферийное уплотнение с винтовыми канавками на внешнем обводе рабочего колеса.In FIG. 1 shows a peripheral seal with helical grooves on the outer circumference of the impeller.
На фиг. 2 представлены профильные канавки винтового типа (вид Б на фиг. 1).In FIG. 2 shows the profile grooves of a screw type (type B in FIG. 1).
На фиг. 3 представлена схема течения рабочего тела внутри винтовой канавки.In FIG. 3 shows a flow diagram of a working fluid inside a helical groove.
На фиг. 4 представлена схема течения рабочего тела у внешнего обвода ступени, оснащенного винтовыми канавками, выполненными под углом αк (75°) к оси машины (вид А на фиг. 1).In FIG. 4 is a diagram of the flow of the working fluid at the outer contour of a stage equipped with helical grooves made at an angle α to (75 °) to the axis of the machine (view A in Fig. 1).
На фиг. 5 представлена зависимость КПД ступени от конструкции внешнего обвода.In FIG. 5 shows the dependence of the efficiency of the stage on the design of the external contour.
Устройство для снижения утечек через радиальный зазор в (фиг. 1) необандаженной турбинной ступени, состоящей из направляющего аппарата 1 и рабочего колеса 2, представляет собой профильные канавки винтового типа 3 и установленный на внешнем обводе 4 компрессора кольцевой электромагнит шлицевого типа 5.A device for reducing leaks through the radial clearance in (Fig. 1) of an unbranded turbine stage, consisting of a
Устройство работает следующим образом: в процессе взаимодействия щелевого и основного потоков ядро вращающейся рабочей среды, попадая внутрь профильной канавки винтового типа 3 (фиг. 1, 2, 3), оказывает влияние на основной поток, протекающий у периферии под определенным углом к оси ротора, заставляет его смещаться в сторону межвенцевого зазора ступени, снижая тем самым величину периферийных утечек теплоносителя (фиг. 4).The device operates as follows: in the process of interaction between the slit and main flows, the core of a rotating working medium, getting inside the
Исследования эффективности работы такого вида уплотнительных устройств были выполнены на динамическом воздушном стенде с использованием моделей высоконагруженного турбинного отсека.Studies of the efficiency of this type of sealing device were performed on a dynamic air bench using models of a highly loaded turbine compartment.
Испытания турбинных ступеней выполнялись при пяти углах наклона канавок уплотнения αк рабочего колеса 2 (по отношению к оси машины) αк=82°, 78°, 75°, 71° и 68° и величине радиального зазора δ=0,5 мм (фиг. 1).Tests of turbine stages were performed at five angles of inclination of the sealing grooves α to the impeller 2 (relative to the axis of the machine) α k = 82 °, 78 °, 75 °, 71 ° and 68 ° and the radial clearance value δ = 0.5 mm ( Fig. 1).
Зависимость КПД ступени от конструкции внешнего обвода представлены на фиг. 5: 6 - для гладкого кольца; 7 - для кольца с винтовой канавкой при αк=75°.The dependence of the stage efficiency on the external contour design is shown in FIG. 5: 6 - for a smooth ring; 7 - for a ring with a helical groove at α k = 75 °.
КПД исходного варианта турбинной ступени (с гладким периферийным кольцом) имел значение ηисх=0,82 на оптимальном режиме работы (фиг. 1, 5).The efficiency of the initial version of the turbine stage (with a smooth peripheral ring) had the value η ref = 0.82 at the optimal operating mode (Fig. 1, 5).
Исследования турбинного отсека при наличии винтовых канавок 3 на периферийном обводе позволили установить, что наибольшее увеличение КПД ступени получено при αк=75°, где его прирост составил 0,8% (фиг. 5). В этих условиях зарегистрированы и минимальные уровни вибрации и шума, генерируемые в турбинном отсеке.Studies of the turbine compartment in the presence of
Для дополнительного снижения протечек рабочего тела и виброакустической активности ступени следует оснастить периферийный обвод конструкции кольцевым магнитным устройством 5 шлицевого типа с соответствующими электромагнитными характеристиками (фиг. 1).To further reduce leakages of the working fluid and the vibroacoustic activity of the stage, the peripheral contour of the structure should be equipped with a spline-type annular
Настройку магнитной системы следует производить в процессе доводки энергоблока при стендовых испытаниях турбинного отсека.The adjustment of the magnetic system should be carried out during the development of the power unit during bench tests of the turbine compartment.
Таким образом, использование в необандаженных турбинных ступенях периферийных обводов, оснащенных винтовыми канавками с углом наклона 75° и электромагнитом, генерирующим магнитное поле частотой 109…1013 Гц, позволит ламинаризировать течение в области радиальных зазоров рабочих колес, существенно повысить их экономичность и вибронадежность, значительно сократить уровень излучаемой звуковой энергии.Thus, the use of peripheral contours in unbranded turbine stages equipped with helical grooves with an angle of inclination of 75 ° and an electromagnet generating a magnetic field with a frequency of 10 9 ... 10 13 Hz will allow laminarizing the flow in the region of the radial clearances of the impellers, significantly increasing their efficiency and vibration reliability, significantly reduce the level of radiated sound energy.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016138494A RU2645100C1 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Peripheral device for reducing heat carrier leaks |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016138494A RU2645100C1 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Peripheral device for reducing heat carrier leaks |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2645100C1 true RU2645100C1 (en) | 2018-02-15 |
Family
ID=61227140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016138494A RU2645100C1 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Peripheral device for reducing heat carrier leaks |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2645100C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4531362A (en) * | 1980-12-29 | 1985-07-30 | Rolls-Royce Limited | Aerodynamic damping of vibrations in rotor blades |
RU2034175C1 (en) * | 1993-03-11 | 1995-04-30 | Центральный институт авиационного моторостроения им.П.И.Баранова | Turbo-compressor |
EP0754864A1 (en) * | 1995-07-18 | 1997-01-22 | Ebara Corporation | Turbomachine |
RU2293221C2 (en) * | 2002-02-28 | 2007-02-10 | Мту Аэро Энджинз Гмбх | Recirculation structure for turbine compressor |
FR2988146A1 (en) * | 2012-03-15 | 2013-09-20 | Snecma | CARTER FOR WHEEL WITH IMPROVED TURBOMACHINE AUBES AND TURBOMACHINE EQUIPPED WITH SAID CARTER |
-
2016
- 2016-09-28 RU RU2016138494A patent/RU2645100C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4531362A (en) * | 1980-12-29 | 1985-07-30 | Rolls-Royce Limited | Aerodynamic damping of vibrations in rotor blades |
RU2034175C1 (en) * | 1993-03-11 | 1995-04-30 | Центральный институт авиационного моторостроения им.П.И.Баранова | Turbo-compressor |
EP0754864A1 (en) * | 1995-07-18 | 1997-01-22 | Ebara Corporation | Turbomachine |
RU2293221C2 (en) * | 2002-02-28 | 2007-02-10 | Мту Аэро Энджинз Гмбх | Recirculation structure for turbine compressor |
FR2988146A1 (en) * | 2012-03-15 | 2013-09-20 | Snecma | CARTER FOR WHEEL WITH IMPROVED TURBOMACHINE AUBES AND TURBOMACHINE EQUIPPED WITH SAID CARTER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPWO2016002037A1 (en) | Compressor cover, centrifugal compressor and supercharger, and method for manufacturing compressor cover | |
KR102110066B1 (en) | Seal structure and turbo machine | |
ITCO20110029A1 (en) | CENTRIFUGAL AND TURBOMACHINE IMPELLER | |
BR112017011745B1 (en) | CENTRIFUGAL PRESSURE BOOST AND METHOD FOR MODIFYING OR BUILDING A CENTRIFUGAL PRESSURE BOOST | |
CN104234757A (en) | Control of low volumetric flow instabilites in steam turbines | |
US11073124B2 (en) | Hydraulic turbine | |
JP2014141912A (en) | Rotary machine | |
RU2645100C1 (en) | Peripheral device for reducing heat carrier leaks | |
JP2015135076A (en) | Seal structure for moving blades, moving blades, and rotary machine | |
RU2562361C1 (en) | Cooling method of turbine work blade of gas-turbine engine | |
RU2019106956A (en) | TURBOCHARGER COVER AND TURBOCHARGER | |
KR101140295B1 (en) | Hybrid seal ring apparatus for turbine | |
JP6749746B2 (en) | Steam turbine with resonant chamber | |
Neuimin | Methods of evaluating power losses for ventilation in stages of steam turbines of TES | |
Zhou et al. | Investigation on pressure pulsation and modal behavior of the impeller in a nuclear reactor coolant pump | |
RU155824U1 (en) | DEVICE FOR SEALING RADIAL GAP BETWEEN STATOR AND ROTOR OF POWER MACHINE | |
JP2014141955A (en) | Rotary machine | |
CN105987008A (en) | Shielding pump with inducting wheel | |
RU155949U1 (en) | DEVICE FOR SEALING RADIAL GAP BETWEEN STATOR AND TURBO MACHINE ROTOR | |
Zhang et al. | Study on pressure fluctuation and fluctuation reduction of a micro vortex pump | |
JP6253904B2 (en) | Steam turbine | |
RU2513062C1 (en) | Resilient damping support of turbo machine | |
RU2008115661A (en) | TWO FLOW CYLINDER OF A STEAM TURBINE INSTALLATION | |
RU2406875C1 (en) | Centrifugal fan installation | |
RU2650241C2 (en) | Device for axial compressor aerodynamic noise reduction and method of its implementation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180929 |