RU2845U1

RU2845U1 - Vortex Turbomachine

Info

Publication number: RU2845U1
Application number: RU95105708/20U
Authority: RU
Inventors: Г.Д. Шекун
Original assignee: Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 1996-09-16

Abstract

1. Вихревая турбомашина, содержащая корпус с тангенциальным впускным и осевым выпускным патрубками, рабочее колесо с диском, на поверхности которого расположены лопатки в виде радиальных перегородок, обращенных в сторону рабочего канала, размещенного в корпусе, отличающаяся тем, что рабочий канал выполнен в виде набора кольцевых каналов, открытых в сторону лопаток рабочего колеса и независимых по совокупности геометрических размеров как в радиальном, так и осевом направлениях, а также независимых по подводу рабочего тела.2. Турбомашина по п. 1, отличающаяся тем, что ширина лопаток рабочего колеса дискретно изменяется от периферии диска к его центру.3. Турбомашина по п. 2, отличающаяся тем, что рабочий канал образован сопряженными с убывающим радиусом спиралевидными перегородками, открытыми со стороны лопаток рабочего колеса.4. Турбомашина по п. 3, отличающаяся тем, что обод диска со стороны рабочего канала снабжен съемным обтекателем, формирующим выпускную часть рабочего канала.1. Vortex turbomachine, comprising a housing with a tangential inlet and axial outlet nozzles, an impeller with a disk on the surface of which blades are located in the form of radial partitions facing the working channel located in the housing, characterized in that the working channel is made in the form of a set annular channels open to the side of the impeller blades and independent in the aggregate of geometric dimensions in both radial and axial directions, as well as independent in the supply of the working fluid. 2. A turbomachine according to claim 1, characterized in that the width of the impeller blades changes discretely from the periphery of the disk to its center. A turbomachine according to claim 2, characterized in that the working channel is formed by spiral partitions conjugated with a decreasing radius and open from the side of the impeller blades. 4. A turbomachine according to claim 3, characterized in that the rim of the disk from the side of the working channel is equipped with a removable cowling forming the outlet part of the working channel.

Description

Вихревая турбомашинаVortex turbomachine

Полезная модель относится к области турбомашиностроения, в частности, к конструвдиям вихревых турбомашин, предназначенных для работы в качестве малоразмерных 1урбин с низкопотенциальной энергией рабочего тела - жидкости или газа.The utility model relates to the field of turbomachinery, in particular, to the construction of vortex turbomachines designed to operate as small-sized 1 turbines with low potential energy of the working fluid - liquid or gas.

Уровень техники заключается в следующем.The prior art is as follows.

Известна вихревая турбомажина / 1/. содержащая корпус с впускным и выпускным патрубками, рабочее колесо с диском, на внутренней поверхности которого расположены лопатки. Повышение экономичности известной турбины достигается за счет увеличения эффективности вихре образования во внутреннем периферийном канале.Known vortex turbomachine / 1 /. comprising a housing with inlet and outlet nozzles, an impeller with a disk, on the inner surface of which are blades. Improving the efficiency of the known turbine is achieved by increasing the efficiency of the vortex of formation in the inner peripheral channel.

Недостатком такой турбины является то, что в ее проточной части практически невозможно использование рабочего тела / жидкости илиThe disadvantage of such a turbine is that in its flow part it is almost impossible to use a working fluid / liquid or

газа/ с низкопотенциальной энергией. Объясняется это тем, что из-за низкого давления во впускном патрубке рабочее тело при многократномgas / with low potential energy. This is explained by the fact that due to the low pressure in the inlet pipe, the working fluid with multiple

последовательном поступлении в межлопаточные каналы рабочего колеса а из них в вихревой канал, уже на первых участках отдает всю избыточную низкопотенциальную энергию рабочему колесу и дальнейшее течение рабочего тела в последующих вихревых полостях рабочего колеса будет в такой конструкции проходить с поглощением энергии. Таким образом, в известной вихревой турбше на выходном участке межлопаточные каналы рабочего колеса будут работать / при использовании рабочего тела с низкопотенциальной энергией/ в насосном /компрессорном/ режиме, отдавая часть энергии рабочему телу для его проталкивания в выпускной патрубок и снижая, как следствие, экономичность рассматриваемой вихревой машины.successively entering the impeller into the interscapular channels, and from them into the vortex channel, already in the first sections gives all the excess low potential energy to the impeller and the further flow of the working fluid in the subsequent vortex cavities of the impeller will take place in this design with energy absorption. Thus, in the well-known vortex turbsh at the exit section, the interscapular channels of the impeller will work / when using a working medium with low potential energy / in the pump / compressor / mode, giving part of the energy to the working fluid for pushing it into the exhaust pipe and, as a result, reducing efficiency considered vortex machine.

Признаки прототип а совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели: турбомашйна; корпусSigns of the prototype and coinciding with the essential features of the claimed utility model: turbomachine; body

(ё(ё

щи F 04Д17/06 cabbage soup F 04D17 / 06

с тангенциальншл впускным и осевым выпускным патрубками; рабочее колесо с диском, на поверхности которого расположены лопатки в виде радиальных перегородок; рабочий канал, размещенный в корпусе.with tangential inlet and axial outlet pipes; an impeller with a disk, on the surface of which there are blades in the form of radial partitions; working channel located in the housing.

Причиной, препятствующей получению в прототипе требуемого технического результата является невозможность работы турбомавшны при использовании рабочего тела с низкопотешщальной энергией / то есть в режиме гидротурбины/, так как конструктивные особенности проточной части в этом случае будут снижать эффективность рассматриваемой турбомашины, за счет возникновения насосного эффекта в меяшопаточных каналах рабочего колеса, особенно на выходных участкахThe reason that prevents obtaining the required technical result in the prototype is the inability of the turbomachine to work when using a working fluid with low-energy (i.e., in a turbine mode), since the design features of the flow part in this case will reduce the efficiency of the turbomachine under consideration due to the pumping effect in impeller channels, especially at the exit sections

Сущность полезной модели заключается в следующем.The essence of the utility model is as follows.

Полезная модель направлена на решение задачи повышения эффективности энергообмена при использовании кольцевого генератора закрученного потока за счет регулирования степени закрутки рабочего тела в радиальном направлении.The utility model is aimed at solving the problem of increasing the energy exchange efficiency when using a swirl flow ring generator by regulating the degree of swirling of the working fluid in the radial direction.

Техниче.ский результат, который может быть получен при реализации полезной модели, заключается в том, что полезная модель рассчитана в основном на использование рабочего тела с низкопотенциальной энергией; повышение эффективности энергообмена за счет регулирования степени закрутки рабочего тела по высоте рабочих канало; увеличения экономичности при использовании кольцевого или спералевидного генератора загруженного потока; возможности получения реверсивной турбомашины.The technical result that can be obtained by implementing the utility model is that the utility model is designed primarily for the use of a working fluid with low potential energy; increasing the efficiency of energy exchange by regulating the degree of twisting of the working fluid along the height of the working channel; increased efficiency when using a ring or speral-shaped generator of a loaded stream; the possibility of obtaining a reversible turbomachine.

Полезная модель характеризуется следующими сущестенными признаками.The utility model is characterized by the following essential features.

Ограничительные призн аки: корпус, тангенциальный впускной и осевой выпускной патрубки, рабочееRestrictive recognition: housing, tangential inlet and axial exhaust nozzles, working

ч аh a

колесо в форме дщска, рабочие лшатки в виде радиальных перегородок, рабочий канал.a wheel in the form of a plate, working wheels in the form of radial partitions, a working channel.

Отличительные признаки: - кольцевые каналы, открытые в сторону лопаток рабочего колеса и независимые по совокупности геометрических размеров как в радиальном, так и осевом направлениях, а также независимые по подводу рабочего тела;Distinctive features: - annular channels open towards the impeller blades and independent in the aggregate of geometric dimensions in both radial and axial directions, as well as independent in the supply of the working fluid;

-чпирина лопаток рабочего колеса дискретно изменяется от периферии диска к его центру;- the width of the impeller blades changes discretely from the periphery of the disk to its center;

-рабочий канал образован сопряженными с убывающим радиусом спи ралевидными перегородками, открытыми со стороны лопаток рабочего колеса;- the working channel is formed by spiral-shaped partitions paired with a decreasing radius, open from the side of the impeller blades;

-обод диска со стороны рабочего канала снабжен съемным обтекателем, формирующим выпускную часть рабочего канала.- the disk drive from the side of the working channel is equipped with a removable fairing forming the outlet part of the working channel.

Причинно-следственная связь совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в том, что рабочий поток жидкости или газа, поступающий из тангенциального впускного патрубка в рабочий канал, движется к оси турбомашины с постоянной степенью закрутки. Регулирование степени закрутки потока может осуществляться изменением расхода рабочего тела, а также объемом кольцевых полостей рабочего канала, образованного кольцевыми перегородками открытыми со стороны лопаток рабочего колеса. Закрученный в пределах рабочего канала поток жидкости или газа, взаимодействуя с лопатками, передает свою кинематическую энергию рабочему колесу турбины. Происходит преобразование кинематической энергии закрученного потока в механическую энергию вращения рабочего колеса и вала турбомашины. Для постоянного поддержания энергообмена, отработанная часть рабочего тела /жидкости ЕЛИ газа/ удаляется из рабочего канала в осевой sA causal relationship with the essential features of the claimed utility model and the technical result achieved is that the working fluid or gas flow coming from the tangential inlet to the working channel moves towards the axis of the turbomachine with a constant degree of swirl. The degree of twist of the flow can be controlled by changing the flow rate of the working fluid, as well as the volume of the annular cavities of the working channel formed by the annular partitions open from the side of the blades of the impeller. A fluid or gas flow swirling within the working channel, interacting with the blades, transfers its kinematic energy to the turbine impeller. The kinematic energy of the swirling flow is converted into the mechanical energy of rotation of the impeller and shaft of the turbomachine. In order to maintain energy exchange continuously, the spent part of the working fluid / liquid EAT gas / is removed from the working channel in the axial s

выпускной патрубок. Для уменьшения потерь кинематической энергии радиальный профиль рабочих лопаток образован в соответствии с радиальным профилем открытой части каскада кольцевых каналов с постоянной величиной осевого зазора между выходной кромкой кольцевого канала и входной частью межлопаточных каналов рабочего колеса. Протечки рабочего тела через радиальный зазор между периферийншш кромками межлопаточнвк каналов и корпусом уменьшаются за счет использования, например, бандажной ленты, которая закрывает межлопаточные каналы с одной стороны, а с другой образуется совместно с поверхностью корпуса лабиринтное уплотнение. Для уменьшения потерт энергии в межлопаточных каналах рабочего канала повершость диска со стороны лопаток выполнен профилированным. Регулирование выпуска отработанйой части рабочего тела осуществляется за счет использования съемного обтекателя и заменой его на обтекатель требуемой геометрии, определяющей проходное сечение выпускной части рабочего канала.exhaust pipe. To reduce kinematic energy losses, the radial profile of the blades is formed in accordance with the radial profile of the open part of the cascade of annular channels with a constant axial clearance between the output edge of the annular channel and the input part of the interscapular channels of the impeller. Leakages of the working fluid through the radial clearance between the peripheral edges of the interscapular channels and the body are reduced by using, for example, a retaining tape that closes the interscapular channels on the one hand, and on the other, a labyrinth seal is formed together with the surface of the body. To reduce energy losses in the interscapular channels of the working channel, the surface of the disk from the side of the blades is made profiled. The regulation of the exhaust of the spent part of the working fluid is carried out by using a removable fairing and replacing it with a fairing of the required geometry, which determines the flow area of the exhaust part of the working channel.

Для обеспечения контрвращения вала турбины, то есть осуществления реверса, в конструкции предусмотрена возможность использования выпускного осевого патрубка в качестве впускного, а тадгенциального впускного патрубка в качестве выпускного. В этом случае изменяется направление закрученного потока в рабочем канале и рабочее колесо вращается в противоположную сторону. Характер энергообмена остается прежним.To ensure counter-rotation of the turbine shaft, that is, reverse, the design provides for the possibility of using the exhaust axial nozzle as the inlet, and the tadential inlet nozzle as the exhaust. In this case, the direction of the swirling flow in the working channel changes and the impeller rotates in the opposite direction. The nature of energy exchange remains the same.

Заявляема я полезна я модель пояснина рисунками. На рис.1 и фиг.2 показан продольный разрез вихревой турбомашины. На фиг. 3 изображено сечение А-А фиг.1, а на фиг.4 - сечение А-А фиг.2, где представлено сечение рабочего канала с впускным и выпускным патрубками.Declared I am a useful model I explained with drawings. Figure 1 and figure 2 shows a longitudinal section of a vortex turbomachine. In FIG. 3 shows a section AA of FIG. 1, and FIG. 4 shows a section AA of FIG. 2, which shows a cross section of a working channel with inlet and outlet pipes.

Вихревая турбйнашина оодержит корпус 1 е впускным 2 ж выпускным 3 патрубками, вал 4, рабочее колесо 5 с открытыми лопатками 6 и црлрстью выпускного канала 7, рабочий канал 8 в виде кольцевьк каналов 9 с перегородками 10 открытыми со стороны лопаток рабочего колеса.The vortex turbine machine contains the housing 1 inlet 2 and outlet 3 nozzles, shaft 4, impeller 5 with open blades 6 and outlet duct 7, working channel 8 in the form of ring channels 9 with partitions 10 open from the side of the impeller blades.

Вихревая турбомашина работает следующим образом.Vortex turbomachine works as follows.

Энергоемкая жидкость /газ/ подводится в проточную часть рабочего канала 8 по впускнои тангенциальному патрубку 2, который обладает возможностью регулирования и разделения потока посредством перегородок 10, фор1шрующих кольцевые каналы 9. При течении рабочего тела по кольцевол каналу 9 поток подвергается закрутке, достигая требуемой степени закрутки и, соответственно, кинетической энергии. В результате энергообмена закрученной жидкости с открытыми лопатками 6, рабочее колесо 5, аккумулируя механическую энергию, приводит во вращение вал 4. Происходит преобразование кинетической энергии закрученного потока в механическую энергию. Отработанная часть жидкости /газа/ удаляется из межлопаточных каналов рабочего колеса 5 в осевой выпускной канал 7, а затем в полость выпускного патрубка 3. Уменьшение протечек рабочего тела через радиальный зазор между лопатками и корпусом осуществляется за счет применения лабиринтного уплотнения в периферийной части межлопаточных каналов /на фигуре не показано/. По фиг.2 регулирование выпуска отработанной части рабочего тела осуществляется за счет использования съемного обтекателя и заменой его на обтекатель требуемой геометрии, которая формирует проходное сечение выпускной части рабочего канала 8,Energy-intensive liquid / gas / is introduced into the flowing part of the working channel 8 through the tangential inlet pipe 2, which has the ability to regulate and separate the flow by means of baffles 10 forging the annular channels 9. When the working fluid flows through the annular channel 9, the flow is twisted, reaching the required degree of swirl and, accordingly, kinetic energy. As a result of the energy exchange of a swirling liquid with open blades 6, the impeller 5, accumulating mechanical energy, drives the shaft 4. The kinetic energy of the swirling flow is converted into mechanical energy. The worked-out part of the liquid / gas / is removed from the interscapular channels of the impeller 5 into the axial outlet channel 7, and then into the cavity of the outlet pipe 3. The leakage of the working fluid through the radial clearance between the blades and the body is reduced through the use of a labyrinth seal in the peripheral part of the interscapular channels / not shown in the figure. Figure 2, the regulation of the release of the spent part of the working fluid is carried out through the use of a removable fairing and replacing it with a fairing of the desired geometry, which forms a passage section of the exhaust part of the working channel 8,

При реверсе турбины энергоемкая жидкость / газ/ подводится в проточную часть рабочего канала 8 по осевому выпускному патрубку 3.When the turbine is reversed, an energy-intensive liquid / gas / is supplied to the flow part of the working channel 8 along the axial outlet pipe 3.

( т(t

Направление закрученного потока в рабочем канале 8 приобретает центробежный характер, а вращение рабочего колеса 5 отановится противоположным. Характер энергообмена оотаетоя прежним.The direction of the swirling flow in the working channel 8 becomes centrifugal, and the rotation of the impeller 5 becomes opposite. The nature of energy exchange remains the same.

/1/ А.С.СССР № 979716 МКИ р 04Д17/06, 07.12.82./ 1 / A.S.SSSSR No. 979716 MKI p 04D17 / 06, 07.12.82.

Соотавитель Г.Д.ШекунCo-ruler G. D. Shekun

Claims

1. Vortex turbomachine, comprising a housing with a tangential inlet and axial outlet nozzles, an impeller with a disk on the surface of which blades are located in the form of radial partitions facing the working channel located in the housing, characterized in that the working channel is made in the form of a set ring channels open to the side of the impeller blades and independent in combination of geometric dimensions in both radial and axial directions, as well as independent in the supply of the working fluid.

2. A turbomachine according to claim 1, characterized in that the width of the impeller blades varies discretely from the periphery of the disk to its center.

3. A turbomachine according to claim 2, characterized in that the working channel is formed by spiral partitions paired with a decreasing radius, open from the side of the impeller blades.

4. A turbomachine according to claim 3, characterized in that the rim of the disk from the side of the working channel is equipped with a removable cowling forming the outlet part of the working channel.