SU1763680A1 - Малорасходна турбина - Google Patents

Abstract

Использование: турбины с ограниченным расходом рабочего тела. Сущность изо- бретени : в малорасходной турбине, содержащей сопловой аппарат (СА) с выполненными на активной дуге основными соплами (С) и установленное относительно него с зазором рабочее колесо (РК), в СА на неактивной дуге выполнены вспомогательные С, имеющие больший относительный шаг, чем относительный шаг основных С, а отношение суммарной площади проходных сечений основных С к суммарной площади проходных сечений вспомогательных С равно 8...12. Кроме того. СА на неактивной дуге на поверхности, обращенной к РК, выполнена проточка, а величина зазора на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора на активной дуге. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. Ј

Description

Изобретение относитс  к турбостроению , в частности к турбинам с ограниченным расходом рабочего тела.

Введение парциального подвода, т.е. подвод рабочего тела на части дуги соплового аппарата к рабочему классу, научно обосновано в (1,2). Такое конструирование соплового аппарата обусловлено понижением эффективности сопловых каналов при уменьшении их проходных сечений. Поэтому сопла выполн ют на части дуги соплового аппарата, причем угол установки сопел а,высоту сопел hc и степень парциональ- ности е выбирают по известным методикам из соображений минимума потерь энергии в лопаточном аппарате турбины.Од- йой из основных составл ющих потерь  вл ютс  потери, св занные с парциально- стью. включающие в себ :

-вентил ционные потери, обусловленные энергией, затрачиваемой на прокачку застойного газа лопатками рабочего колеса на неактивной дуге;

-краевые потери,обусловленные необходимостью выколачивани  неактивного газа, утечками рабочего тела в зазор между сопловым аппаратом и рабочим колесом, подсосом застойного газа из неактивной дуги .

Известна решетка турбомашины, в которой дл  уменьшени  пульсаций газа на рабочем колесе выполнены лопатки, отличающиес  друг от друга конфигурацией (3) Данное изобретение подчеркивает перспективность применени  различных лопаXI ON СА) О 00 О

ток, а, следовательно межлопаточных каналов на одном венце турбины.

Известна турбина с многократным подводом рабочего тела, содержаща  сопловой аппарат с удлиненными выходными кромка- 5 ми и систему перепускных каналов, обеспечивающую многократный подвод газа к рабочему колесу, при этом заданной ограниченный расход воздуха трижды заходит на рабочее колесо, постепенно расшир  сь, 10 и занимает при этом весь венец соплового аппарата (4). Така  конструкци  ликвидирует потери от парционэльности, однако она сложна и громоздка, и, кроме того, не может быть применена в малогабаритных агрега- 15 тах, т.к. дополнительные потери в перепуск- ных1 каналах делают выигрыш от ликвидации потерь, св занных с парциаль- ностью, минимальными.

Известна центробежна  парциальна  20 турбина, содержаща  сопловой аппарат с выполненными на активной дуге основными соплами и установленное относительно него с зазором рабочее колесо, котора  выбрана за прототип (5).25

Сопла имеют малый угол выхода потока , а активна  дуга занимает всю окружность соплового аппарата. В данной турбине потери в сопловых каналах значительно выше чем в парциальных турбинах, 30 выполненных с соплами, имеющими традиционное аэродинамически отработанное профилирование. Неравномерность газа на входе в рабочее колесо данной турбины из- за большого относительного шага соплово- 35 го аппарата и рабочего колеса велика, что снижает эффективность работы рабочего колеса и увеличивает потери в нем. Кроме того весьма велика пульсаци  потока перед рабочим колесом, что увеличивает вибра- 40 цию ротора турбомашины.

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности малорасходной турбины путем уменьшени  потерь от парциальное™.45

Эта цель достигаетс  тем, что в малорасходной турбине, содержащей сопловой аппарат с выполненными на активной дуге основными соплами и установленное относительно него с зазором рабочее колесо, в 50 сопловом аппарате на неактивной дуге выполнены вспомогательные сопла, имеющие больший относительный шаг, чем относительный шаг основных сопел, а отношение суммарной площади проходных сечений ос- 55 новных сопел к суммарной площади проходных сечений вспомогательных сопел равно 8...12. Кроме того в сопловом аппарате на неактивной дуге на поверхности, обращенной к рабочу колесу,выполнена

проточка, а величина зазора на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора на активной дуге.

На фиг. 1 представлена предлагаема  малорасходна  турбина, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - график зависимости КПД от (U/Сад), где U - окружна  скорость рабочего колеса; Сад - скорость истечени  газа из сопел,

Малорасходна  турбина содержит сопловой аппарат 1, скрепленный винтами 2 с корпусом 3, подвод щий патрубок 4, рабочее колесо 5 с бандажом 6, установленное на валу 7 с зазором относительно соплового аппарата. Hd активной дуге соплового аппарата выполнены основные сопла 8; на неактивной дуге соплового аппарата выполнены вспомогательные сопла 9.

Вспомогательные сопла имеют больший относительный шаг, чем основные сопла . Отношение суммарной площади проходных сечений 2 ai основных сопел к суммарной площади проходных сечений 3 32 вспомогательных сопел равно 8...12.

превышении предложенной веПри

Ј31

личины () уменьшаетс  часть рас2 .&2

хода газа, проход щего через впомогательные сопла, которые при этом не в состо нии разогнать газ, наход щийс  между лопатками рабочего колеса на неактивной дуге, и ликвидировать застойную зону , повысив тем самым КПД турбины.

Если турбина выполнена с соотношением меньше предложенного (. 1 8) увелиЈ . 32

чиваетс  часть расхода газа, проход ща  через вспомогательные сопла и на гекающа  на рабочее колесо под нерасчетным углом, в результате чего КПД турбины падает.

Дл  уменьшени  пульсации газа на выходе из вспомогательных сопел и выравнивани  потока газа перед рабочим колесом на неактивной дуге в сопловом аппарате на поверхности, обращенной к рабочему колесу , выполнена проточка, а величина зазора дг на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора 5т на активной дуге.

При превышении указанной величины газ протекает по зазору, не попада  на рабочее колесо на неактивной дуге и не ликвидиру  застойную зону.

Турбина работает следующим образом.

Рабочее колесо через подвод щий патрубок 4 поступает на сопловой аппарат 1, затем,срабатыва сь на рабочем колесе 5, выходит в атмосферу (фиг.1 и 2). При этом 80...85% газа подводитс  к рабочему колесу

на активной дуге через основные сопла с традиционными, аэродинамически отработанными профил ми, а 10...15% газа посту- пает на рабочее колесо на неактивной дуге через специально спрофилированные вспо- могательные сопла канального типа с увеличенным относительным шагом и малым углом выхода потока (омвспом. 1...50). Благодар  вспомогательным соплам удаетс  ус- транить потери, возникающие на неактивной дуге парциальной турбины - вентил ционные и краевые, т.к. газ поступает на рабочее колесо по всей окружности. Поэтому застойна  зона на неактивной дуге , характерна  дл  парциальных турбин, отсутствует, а именно наличие застойной зоны и обусловливает вышеперечисленные потери.

Следует особо отметить, что та часть газа, котора  подводитс  на неактивную дугу , не Явл етс  потер нной. Газ, проход  через вспомогательные сопла, поступает на рабочее колесо и срабатываетс  на нем, правда с несколько меньшей эффективно- стыо чем газ, поступающий через основные сопла.

На фиг. 3 изображены зависимости КПД от (U/Сад) дл  парциальных турбин по (1,2)

- 10; дл  прототипа -11; дл  предложенной малорасходной турбины - 12.

Данное конструктивное решение позвол ет повысить КПД малорасходных турбин на 10...15% по сравнению с прототипом.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1,Малорасходна  турбина, содержаща  сопловой аппарат с выполненными на активной дуге основными соплами и установленное относительно него с зазором рабочее колесо, отличающа с  тем, что, с целью повышени  экономичности путем уменьшени  парциальных потерь, в со- пповом аппарате на неактивной дуге выполнены вспомогательные сопла, имеющие больший относительный шаг, чем соответствующий относительный шаг основных сопл, отношение суммарной площади проходных сечений основных сопл к суммарной площади проходных сечений вспомогательных соп  раоно 8-12.
2. 2.Турбина по п.1,отличающа с  тем, что в сопловом аппарате на неактивной дуге, на поверхности, обращенной к рабочему колесу, выполнена проточка, а величина зазора на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора на активной дуге.

   9

   #

   Фиг. 2

   11

   11

   ю

   Фие.З