Турбомашина /ее варианты/

Турбомашина /ее варианты/

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в энергетическом машиностроении . Сущность изобретения: в турбомашине, содержащей ротор и направляющее устройство, выполненные в виде барабанов с расположенными по окружности аксиально-наклонными каналами, заглушенными с внешних торцов, каналы рабочего колеса заглушены со стороны, противоположной направляющему устройству , каналы направляющего устройства подключены к источнику сжатого газа и внешней среде. При подаче сжатого газа и вращении ротора в аксиально-наклонных каналах генерируется система стоячих акустических волн и возникает реактивная сила , окружная компонента которой создает крутящий момент на валу машины. 2 с и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОКЗ.! СОВГ ГКИХ

СО! !ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУГ1ЛИК (я)л F 01 D 1/38! ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И О!КРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСК0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ V 4

СО

00 (21) 4768258/06 (22) 14,12.89 (46) 23.11.92. Бюл, ¹ 43 (75) П. С. Владимиров (56) Патент Германии ¹ 401182, кл. 46 f

1/01, опублик, 1924. (54) ТУРбОМАШИНА (ЕЕ ВАРИАНТЫ) (57) Использование: в энергетическом машиностроении, Сущность изобретения: в турбомашине, содержащей ротор и направляющее устройство, выполненные в виде барабанов с расположенными по окружноИзобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к газовым турбинам различной мощности, оно может быть использовано в качестве компрессора.

Известна паровая или газовая турбина, содержащая ротор, на наружной конической поверхности которого выполнены винтовые каналы трапециевидного сечения, закрытые кожухом; на входе каналы соединены с направляющим аппаратом в виде сопел Лаваля, на выходе — с лопаточным венцом. Известное устройство является турбиной трения, принцип действия которой заключается в торможении высокоскоростного потока газа в винтовых каналах, передачей механического импульса газа ротору посредством сил трения и давления и созданием дополнительного крутящего момента на лопаточном венце.

Основным недостатком указанной конструкции являются низкий КГ1Д, характерный для машин трения с неизбежными. Ж 1776818 А1 сти аксигльно-наклонными каналами, заглушенными с внешних торцов, каналы рабочего колеса заглушены со стороны, противоположной направляющему устройству, каналы направляющего устройства подключены к источнику сжатого газа и внешней среде, При подаче сжатого газа и вращении ротора в аксиально-наклонных каналах генерируется система стоячих акустических волн и возникает реактивная сила, окружная компонента которой создает крутящий момент на валу машины. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил. необратимыми потерями, а также высокая частота вращения ротора вследствие большой окружной скорости венца, сопоставимой со скоростью звука.

Цель изобретения — турбомашина, лишенная указанных недостатков, т: е, обладающая высоким КПД при относительно низкой частоте вращения силового вала.

Указанная цель достигается другим принципом действия турбомашины, т. е. исполнением ее статора и ротора в виде сопряженных частей акустического волнообменника с последовательно соединенными при вращении ротора резонирующими каналами.

На фиг. 1 изображена турбомашина в осевом разрезе; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг, 3 — разрез  — В на фиг. 1.

Турбомашина содержит статор 1 с аксиально-наклонными каналами 2, перемычками 3, впускными патрубками 4 и выпускными патрубками 5. Минимальное число патрубков 4 и 5 — два, при многосек1776818

45

50 ционном исполнении число патрубком увеличивается пропорционально числу секций, в предельном случае число патрубков может быть равно числу каналов 2, В статоре на подшипниках 6 установлен ротор 7 с глухими аксиально-наклонными каналами 8. Глухие каналы статора и ротора могут быть выполнены, например, литьем; в мелкосерийном производстве достаточно технологичным является исполнение аксиально-наклонных каналов 2 и 8 в виде многоэаходной резьбы на внешних цилиндрических поверхностях статора и ротора, снаружи канала закрыты кожухами 9 и 10, которые неподвижно соединены со статором и ротором, например, напрессованы. Внутренние уступы кожухом закрывают внешние торцы каналов, т, е, заглушают их, Угол наклона Р каналов статора в соответствии с треугольником скоростей газа и ротора выполняется несколько больше угла наклона а каналов ротора, Суммарная длина каналов ротора и статора соответствует определенному соотношению: !

=в

С (1)

n co где С вЂ” скорость звука в рабочем газе; и — число каналов в роторе; в — частота вращения ротора, об/с, Кроме того, длина каналов I> статора исполняется переменной в окружном направлении, т, е, уменьшающейся от впускного патрубка, где она выбирается несколько больше половины 1, к выпускному патрубку, где Ij < I/2, Для уменьшения пульсации величины крутящего момента на роторе рекомендуется расположить каналы ротора и статора по окружности с разным угловым шагом, например, выполнить число каналов ротора на один больше или меньше числа каналов статора, Для повышения КПД машины путем разгрузки ротора от осевых усилий и соответствующего снижения потерь на трение целесообразно исполнение ротора с двумя разнесенными по его длине рядами каналов с разным (правым и левым) направлением винтовой линии (подобно шевронной шестерне), причем каналы в этом случае могут быть как глухими, так и сквозными, т. е. могут соединяться в плоскости симметрии; статор в этом варианте состоит из двух частей, сопряженных с двумя торцами ротора с обоих сторон.

Возможно исполнение кожуха 10 неподвижно скрепленным с корпусом машины и с минимальным зазором сопряженным

35 с ротором, однако такое. исполнение сопровождается увеличением уплотняемого периметра каналов, Действует турбомашина следующим образом; при вращении ротора

7 и подключении впускного патрубка 4 к источнику сжатого газа соединение патрубка с аксиально-наклонным каналом 8 ротора вызывает в последнем ударную волну, которая отражается от заглушенного конца канала, возвращается к открытому концу в области зазора h и проникает в канал 2 статора, вход которого эа время прохождения ударной волны в канале 8 совмещается вследствие вращения ротора с открытым концом канала 8, процесс отражения ударной волны повторяется в канале статора, затем снова в канале ротора и так последовательно со ступенчатым падением давления порция сжатого газа расширяется во всех каналах статора и ротора, после чего выпускается через патрубок 5 наружу или в холодильник (в агрегатах с замкнутым циклом), Таким образом, турбомашина функционирует как волнообменный двигатель, пульсирующий поток газа в котором генерирует стоячие акустические волны с длиной, вдвое превышающей суммарную длину! каналов, при этом узлы максимального давления волн расположены на заглушенных концах каналов-резонаторов, а максимальные амплитуды и скорости колебания газа— в области зазора h. Последовательное расширение газа в каналах сопровождается снижением его температуры и скорости звука, это обстоятельство компенсируется уменьшением суммарной длины 1 — кана-. лов-резонаторов по ходу ротора

При колебаниях газа в каналах вдоль их оси возникает реактивная сила, окружная компонента которой создает на роторе 7 крутящий момент, Действие варианта сдвоенной турбомашины, когда вторая ее часть является зеркальным отражением первой части относительно плоскости симметрии, аналогично, при этом осевые силы, приложенные к обоим половинам ротора с "шевронными" каналами, взаимно скомпенсированы и не воспринимаются подшипниками. Машина работоспособна при сквозном (не заглушенном) исполнении шевронных каналов; функциональным эквивалентном, глухой стенки или акустического отражателя в этом случае служит ударная волна второй части канала ротора, взаимно отражающаяся от волны в первой части канала, поскбльку волны приходят в плоскость симметрии машины в противофазе, По сравнению с прототипом, являющимся машиной трения, предложенная турбомашина характеризуется относительно низкими скоростями газа, 1776818

9 8 ФоР

/ локализованными в малой части длины каналов вблизи зазора h, поэтому потери на трение в каналах значительно меньше и выше КПД. Как следует из формулы (1), оптимальная частота вращения ротора 5 находится в обратной зависимости от длины и числа каналов ротора, поэтому создание турбины с малой частотой вращения ротора (примерно в 20 раз меньшей, чем у прототипа) не представляет проблемы. Сле- 10 довательно, устраняется в ряде случаев потребность в понижающем редукторе (например,в шлифмашинках), упрощается конструкция привода, повйшается надежность. При использовании машины в качест- 15 ве компрессора вращение ротора от внешнего привода осуществляется в противоположном направлении, при этом описанные выше газодинамические процессы происходят в обратном порядке, обеспечи- 20 вая выход сжатого газа через патрубок 5.

Формула изобретения

1. Турбомашина, содержащая расположенные в корпусе рабочее колесо, выполненное в виде цилиндрического барабана с 25 аксиально наклоненными каналами, направляющее устройство, подключенное к источнику сжатого газа и к рабочему колесу . со стороны его торцевых поверхностей, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повыше- 30 ния КПД и упрощения конструкции, направляющее устройство выполнено в виде цилиндра с аксиально наклоненными каналами и дополнительно подключено к внешней среде. каналы рабочего колеса и 35 направляющего устройства последовательно соединены между собой, причем каналы рабочего колеса заглушены со стороны, противоположной направляющему устройству, а каналы последнего — со стороны внешних торцов.

2, Турбомашина по и. 1,о т л и ч а ю щ ая с я тем, что каналы рабочего колеса и направляющего устройства расположены по окружности с разным угловым шагом.

3. Турбомашина по пп, 1 и 2, о т л и ч alo щ а я с я тем, что каналы направляющего устройства расположены по винтовой линии.

4. Турбомашина по пп. 1 — 3. о т л и ч аю щ а я с я тем, что каналы направляющего устройства в окружном направлении от входа к выходу выполнены с переменной, последовательно уменьшающейся длиной.

5. Турбомашина, содержащая расположенные в корпусе рабочее колесо, выполненное в виде цилиндрического барабана с аксиально наклоненными каналами, направляющее устройство, подключенное к источнику сжатого газа и к рабочему колесу со стороны его торцевых поверхностей, о тл ичаю ща яся тем,что, с целью повышения КПД и упрощения конструкции, она снабжена дополнительным перепускным устройством в виде цилиндрического барабана с наклонными каналами, установленным за рабочим колесом, причем углы наклона каналов основного и дополнительного устройства противоположны, а каналы рабочего колеса выполнены V-образными.

1776818

Редактор Т.Иванова

Заказ 4107 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель П.Владимиров

Техред M.Moðlåíòàë Корректор С.Пекарь

t0