RU3783U1 - Турбина для многофазного рабочего тела - Google Patents

Abstract

1. Турбина для многофазного рабочего тела, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, центробежную ступень-сепаратор, установленную на одном валу с рабочей ступенью и выполненную в виде диска с системой криволинейных радиальных каналов, сообщающихся через выполненную в корпусе сборную камеру конденсата с отводным каналом конденсата, отличающаяся тем, что она снабжена по крайней мере двумя соплами Лаваля, установленными в областях опорных подшипников вала, на котором выполнены по крайней мере два продольных канала, один из которых сообщает полость рабочей ступени с опорными поверхностями переднего подшипника, а второй - полость рабочей ступени через сопла Лаваля в области заднего подшипника с выходным патрубком, причем сборная камера конденсата сообщена через сопла Лаваля в области переднего подшипника с отводным каналом конденсата.2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что при наличии более двух сопел Лаваля, они установлены равномерно вокруг вала.3. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что криволинейные каналы ступени-сепаратора имеют дополнительные выходные участки со сливными отверстиями, сообщающимися со сборной камерой конденсата через обратные клапаны, установленные в выходных участках.4. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дистанцинирующими кольцами с канавками, установленными на входе в продольные каналы вала.

Description

F 01 Д 25/32

Авторы: Мельников Вячеслав Боржсо ич

1УРБИНА ДШ МНОГШАЗНОГО РАБОЧЕГО Ш1А.

Предлагаемая полезная модель относится к области тзфбостроения, преимущественно к турбинам, работающим на сыром ггржродном газе и может быть использована в газовых и влажнопаровых турбомашинах для привода электрогенераторов, компрессоров, насосов, в ступенях турбодетандеров природного газа

Известны паровые турбины, удаления влаги с направляющих лопаток которых осуществляется с помощью уловителей влаги, смонтированных на стационарных неподвижных лопастях:, установленных между рабочими лопаткаш турбины (см. патент США l 3,724.967, кл, 415/168, 1973).

. Указанное устройство обладает сложной конструкцией, а используевше в них уловители влаги создают гидравлическбё сопротивление рабочему потоку.

Баршак Алекоащф Евсеевич

рабочие лопатки которой снабжены вдоль всей длины продольными канавкамй, сопряженными с влагоотводящивяи каналами (см. авторское свидетельство СССР 1330334, Р 01 Д 25/32, 1986).

Б указанном устройстве конструктивное решение задачи сепарации влаги из потока влажного воздуха обеспечивает упорядоченным отвод влаги с разделённой на несколько частей по высоте поверхности рабочей лопатки.

Однако, указанное устройство обладая высокой сепарационной способностью, имеет достаточно сложнр в конструктивном исполнении систему каналов и канавок.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является влажно-паровая турбина, содержащая установленную на одном валу с рабочей ступенью центробежную ступень-сепаратор, на лопатках которой выполнена система криволинейных канавок, обеспечивающая организованный отвод отсепарированной влаги со всей поверхности лопаток во влагоулавливающие камеры, выполненные в корпусе турбины (см, авторское свидетельство СССР и I550I87, Б 01 Д 25/32, 1988).

Данное устройство также, как и аналоги, обладает высоким сепаращонным эффектом. Однако при работе на сыром природном газе, т.е. неосушенном и неочищенном как от жидких, так и от твердых частиц, использование традиционных схем уплотнений и смазки подшипшков.вала приведет к снижению надежности работы турбины за счет эрозии и, соответственно, износа подшипников, а также возможного прорыва газа по валу.

Кроме того, использование традиционных схем уплотнений и смазки снижает эффективность использования рабочего тела турбины, в том числе его отсепарированной части, на обеспечение работы узлов турбины.

в основу настоящей полезной модели, положена задача разработки конструкции турбины, ©беспечивающей жри работе на природном газе при высоких давлениях повышение герметичности и механических свойств уплотняющих элементов за счет образования замораживаемых уплотнений из рабочего тела турбины, и таким образом, повышение надежности работы турбины.

Поставленная задача решается тем, что турбина для многофазного рабочего тела, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, центробежную ступень- сепаратор, установленную на одном валу с рабочей ступенью и выполненную в виде диска с системой криволинейных радиальных каналов сообщающихся через выполненную в корпусе сборную камеру конденсата с отводным каналом конденсата, согласно патентуемому решению, снабжена, по крайней мере, двумя соплами Лаваля, установленными в областях опорных подшипников вала, на котором выполнены, жо крайней мере, два продольных канала, один из которых сообщает полость рабочей ступени с опорными поверхНОСТЯ5Ш переднего подшипника, а второй - полость рабочей ступени через сопла 1аваля в области заднего подшипника с выходным патрубком, причем сборная камера конденсата сообщена через сопла Лаваля в области переднего подшипника с отводным каналом конденсата, А также тем, что при наличии более двух сопел Лаваля, они установлены равномерно вокруг вала, А также тем, что криволинейные каналы ступени-сепаратора имеют дополнительные выходные участки со сливными отверстиями, сообщающимися со сборной камерой конденсата через обратные клапаны, установленные в выходных участках. А также тем, что она снабжена дистанцинирующими кольцами с канавками, установленными на входе, в продольные каналы вала.

В дальнейшем предложение поясняется описанием конкретного варианта его выполнения и сопровождающими чертежами, на которых

л (9на фиг.I - изображен общжй вид устройства; на фиг,2 разрез по А-А;

на фиг.З - разрез по Б-Б; на фиг.4 - разрез по В-В.

Турбина содержит корпус I, в котором раежоложен ротор 2, на валу 3 которого установлены последовательно ступень-сепаратор 4 и осевая рабочая ступень 5 с направляющими лопатками б и лопатками рабочего колеса 7,

С супень-сепаратор 4 выполнена в ввде диска 8 с криволинейными радиальными каналами 9 для прохода рабочего тела к направляющим лопаткам 6 осевой рабочей ступени 5,

Криволинейные радиальные каналы 9 имеют дополнительные выходные участки 10 со сливными отверстиями II и обратными клапанами 12, выполненными, например, в виде золотниковых пружинных клапанов, для отвода отсепарированной жидкости в сборную камеру 13, выполненную в корпусе I турбины. Сборная камера 13 снабжена торцевывяи уплотнениями 14 для исключения протечки конденсата в газовую полость турбины На внутренней поверхности выходных участков основных каналов 9 установлены турбулизаторы потока 15, выполненные, например, в ввде ножей или кольцевых гребешков, обеспечивающие диспергирование потока до туманного состояния для ослабления эрозионного воздействия потока на лопатки осевой рабочей ступени 5.

На задних стенках дополнительных выходных участков 10 выполнены продольные канавки 16, образующие дорожкж для более организованного перемещения отсепарированной жидкости,

В областях опорных подшипников вала 3, переднего 17 и заднего 18, установлены,по крайней мере, два сопла 1аваля 19 и 20. На валу 3 выполнены, по крайней мере, два продольных канала 21 и

А /W7f

22, Канал 21 сообщает полость 23 рабочей ступени через радиальный канал 24 с опорными поверхностяши переднего подпшпника 17, а канал 22 сообщает полость 23 рабочей ступени через отверстие 25 и сопло Лаваля 20 с выходным патрубком 26 Причем на входе в продольные каналы 21 и 22 установлены дистаншснирующие кольца с канавками 27, обеспечивающие сообщение полостей 23 рабочей ступени с указанными каналами. Подача рабочего тела осуществляется в входной патрубок 30,

Сборная камера ковденсата 13 сообщается через сливной канал 28 и сопло Лаваля 19 с отводным каналом конденсата 29, Количество сопел Лаваля выбирается в зависимости от диаметра подшипника.

При наличии более 2-х сопел онж устанавливаются равномерно вокруг вала.

Устройство работает следующим образом. Рабочее тело в виде сырого природного газа подводится под давлением к входному патрубку 30 и направляется в радиальные каналы 9, из которых очищенный от конденсата и твердых частиц природный газ поступает на направляющие лопатки 6 осевой рабочей ступени 5, а содержащийся в природном газе конденсат под действием центробежных сил отбрасывается на задние выпуклые стенки каналов 9 и поступает в дополнительные выходные участки 10,

Конденсат движется в виде пленки по дорожкам, образуемым канавками 16, в заглзппенные концы выходных з астков 10,

По достижении определенного количества конденсата создается усилие, достаточное для преодоления силы прижатия пружиной золотникового клапана 12, в результате чего клапан 12 открывается и конденсат выводится через сливные отверстия II в сборную камеру 13,

После слива конденсата клапан 10 закрывается, и процесс накопления отсепарированного конденсата повторяется.

&-

Й.

ё.

-5Аналогично происходит отделение и сброс через сливные отверстия II вместе с конденсатом твердых частиц при наличии их в природном газе,

Отработавший газ после рабочей ступени 5 выходит через выходной патрубок 26, а некоторое его количество через дистанцинирующие кольца с канавками 27 поступает в продольные каналы 21 ж 22, выполненные на валу 3,

Из канала 21 газ через радиальный канал 24 направляется в зазор между поверхностью вала 3 и опорной поверхностью подшипника 17.

Конденсат из сборной камеры 13 проходит через сливной канал 28 в СОШ1О Лаваля 19 и выводится через отводной канал конденсата 29 За счет испарения и расширения в сопле Лаваля 19 конденсат охлаждает вкладыш подшипника 17 и замораживает газ, находящийся в зазоре между валом 3 и опорной поверхностью подшипника 17, который фактически играет роль смазывающей и уплотшдащей жвдкости, т.е. обеспечивает одновременно смазку подшипника 17 и уплотнение по валу 3.

Из канала 22 газ направляется в зазор между поверхностью вала 3 и опорной поверхностью подшипника 18, а через отверстие 25 поступает в сопло Лаваля 20, и далее выводится из рабочей ступени 5 через выходной патрубок 26,

Проходя через сопло Лаваля 20, газ расширяется и, ©хлаждая вкладыш подшипника 18, замораживает газ, находящийся в зазоре между валом 3 и опорной поверхностью подшипника 18, обеспечивая таким образом также смазку подшипника 18 и уплотнение по валу 3,

Замораживание слоя газовой смазки для уплотнения вала

турбины о(5ееЕечивает получение герметичного и прочмого уплотнения и позволяет повысить экеномичноеть устройства за счет использования самого рабочег© тела тзгрбины на оргашсзацщ) смазки и уплотненжй«

Заявитель:

7Yif/ f

Мельников В.Б.

Claims (4)

1. Турбина для многофазного рабочего тела, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, центробежную ступень-сепаратор, установленную на одном валу с рабочей ступенью и выполненную в виде диска с системой криволинейных радиальных каналов, сообщающихся через выполненную в корпусе сборную камеру конденсата с отводным каналом конденсата, отличающаяся тем, что она снабжена по крайней мере двумя соплами Лаваля, установленными в областях опорных подшипников вала, на котором выполнены по крайней мере два продольных канала, один из которых сообщает полость рабочей ступени с опорными поверхностями переднего подшипника, а второй - полость рабочей ступени через сопла Лаваля в области заднего подшипника с выходным патрубком, причем сборная камера конденсата сообщена через сопла Лаваля в области переднего подшипника с отводным каналом конденсата.

2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что при наличии более двух сопел Лаваля, они установлены равномерно вокруг вала.

3. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что криволинейные каналы ступени-сепаратора имеют дополнительные выходные участки со сливными отверстиями, сообщающимися со сборной камерой конденсата через обратные клапаны, установленные в выходных участках.

4. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дистанцинирующими кольцами с канавками, установленными на входе в продольные каналы вала.