Осевой турбинный двигатель

Осевой турбинный двигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

N. 30207.

Класс 8 8а, 5

ОПИСАНИЕ

% осевого турбинного двигателя.

К патенту ин-ца Г. A. Шяоттера (Georg Arthur Sob(otter), в г. Дрездене, Германия, заявленному 13 сентября 1926 года (заяв. саид. № 16998).

Приоритет от 2 марта 1925 года на основании ст. 6 Советско-германского соглашения о6 охране промышленной собственности.

0 выдаче патента опубликовано 30 апреля 1933 года.

Действие патента распространяется на 15 лет от ЗО апреля 1933 года. (111) В предлагаемом осевом турбинном двигателе внутренним направляющим поверхностям, как со стороны впуска, так и со стороны выпуска рабочей среды, придана сферическая или элипсоидальная форма, ограничивающая ступицу мотора средней суживающейся с внешней стороны частью. Означенные поверхности, совместно с коноидальными чашеобразными внешними поверхностями или при радиальном выпуске со спиральным каналом, ограничивают поток рабочей среды с целью достиже- ния центростремительного впуска и цен- тробежного выпуска ее и получения максимальной скорости в суженной части кольцевого канала, образованного указанными поверхностями.

Вследствие очертания канала в виде кольцевого сопла с обеих сторон зона максимальной скорости течения совпадает с серединой сечения поверхности лопатки ротора. Благодаря коноидал1ной поверхности ступицы ротора и поверхности такой же формы, ограничивающей. наружную оболочку сопла, центростремительный впуск и центробежный выпуск жидкости производят замедление скорости течения с каждой стороны зоны максимальной скорости внутри поверхности ро"îðà,,что делает возможным получение двойного изменения скорости течения. Это вызывает уменьшение угла наклона поверхности лопатки ротора, соответственно замедлению течения, в сечении, относительно обоих краев ротора, н потому этот угол гораздо меньше угла наклона к осп. образуемого в той же точке в сечении, цилиндра поперечной плоскостью.

Расположение и положение сферических поверхностей вращения лопаток ротора внутри протока сопла требуют определенного геометрического соотношения между принятыми за главные сечения поперечными сечениями, в которых расположены центры поверхностей вращения, сгруппированных вокругоси вращения и образующих правильный многоугольник, а также сечением зоны максимальной скорости протока сопла. Удаление по оси этих двух сече-ний друг от друга определяется проекцией круга, вписанного вмногоугольник, на полусферическую поверхность, построенную над главным сечением на диаметре круга, описанного около многоугольника, в котором площадь проекции, круга представляет собой сечение зоны максимальной скорости протока, назы.ваемое направляющей плоскостью.

Точка пересечения направляющей .поперечной плоскости, определенной таким образом по числу лопаток, с осью вращения системы дает третью точку прямоугольного треугольника, вершина прямого угла которого в поперечной .плоскости, равно как и в продольном сечении системы, находится в центремногоугольника на оси вращения ротора, и в котором длинный катет предста.вляет собой радиус круга, описанного около многоугольника, гипотенуза — ра.диус самого большого круга поверхно:стей ротора и направляющего колеса, а малый катет, служащий для определения размеров коноида ступицы ротора, длиной равный половине стороны многоугольника, представляет собой радиус .двух касательных сферических поверхностей, имеющих точку касания на оси сопла.

Зтот треугольник назван треугольником наклона, потому что оба угла, смежные с гипотенузой, соответствуют в то же время углам наклона относительно оси поверхностей ротора, образующихся в определенном сечении цилинлра и .через которые проходят кривые, огра ничивающие лопатки ротора.

Образование кольцевого канала, равно

;как и разграничение и положение поверхностей ротора и направляющего колеса, подчиняются воображаемой направляющей геометрической . системе, заключающейся в цилиндре, проходящем через все поверхности направляющего .иолеса и ротора, параллельно продольной оси сопла, проекция которого в по.перечных сечениях представляет собой

;круг, вписанный в многоугольник, и в двойном конусе, который, будучи помещен по оси сопла, имеет высоту, равную диаметру сопла, а основание— равное поперечному сечению цилиндра, .в плоскости направляющего поперечного сечения.

На фцг. 1 — 4 чертежа изображена .зависимость геометрических отношений

-числа лопаток ротора, при числе углов многоугольника, равном десяти и шести, ;а чменно: фиг. 1 изображает поперечБый разрез десятиугольника; фиг. 2— продольный его разрез; фиг. 3 — поперечный разрез шестиугольника; фиг. 4— продольный его разрез; фйг. 5 — продольный разрез двигателя; фиг. 6 — поперечный разрез,его.

Для построения поверхностей, ограничивающих проточный кольцевой канал, главное поперечное сечение Н вЂ” Н принимается за исходное. Оно определяет радиус окружности (У, (фиг. 1 и 3), описанной около правильного многоугольника, с числом сторон, равным числу лопаток. Сечение Н Н определяет также катет Н, прямоугольного треугольника bac и радиус полушария К (фиг. 2 и 4). Вписанная же в указанный многоугольник окружность E, принимаемая за сечение поверхности, параллельной плоскости И вЂ” Н, определяет положение плоскости L — L и положение самого узкого сечения кольцевого канала, своим диаметром определяющее положение и размеры цилиндра 2 с осью, совпадающей с осью двигателя, а своим расстоянием от сечения Н вЂ” Н определяющее величину катета ас, а следовательно, и гипотенузы R треугольника bac, стороны которого дают возможность определить формы производящих поверхностей, ограничивающих пропускной канал, а также лопатки и положение входных кромок лопаток статора..

Цилиндр Z, составляющий направляющую систему (фиг. 2 и 4), проходит через двигатель параллельно оси вращения и в виде проекции на поперечных сечениях, изображенных на фиг. 1 и 3, дает круги Е, вписанные в многоугольники и двойной «онус с вершиной D, 1 (фиг. 2 и 4), высота которого, лежащая на оси вращения системы; равна диаметру основания, лежащего в направляющем поперечном сечении и образующего поперечное сечение цилиндра 2, Оси Л4 сферических или эллигсоидальных поверхностей б и Ч, при помощи которых образуются поверхности направляющего колеса, находятся в поперечных плоскостях Q, проходящих через вершины конусов (фиг. 2 и 4). Продольное сечение поверхностей G и 6 равно продольному сечению сферических или эллипсоидальных поверхностей В ротора, и центр или центры тяжести поверхностей G и G, Образующие правильйый многоугольник, расположены в кругах, могущих иметь своим радиусом либо радиус окружности 0, .описанной около многоугольника поверхностей ротора, .либо радиус вписанного круга E.

На фиг. 2 и 4 центры Ш поверхностей 6 и 6 расположены в кругах, радиусы которых равны осям поверхностей ротора. Впускная и выпускная кромки ротора, имеющие вид кривых в попе- речном сечении поверхности оболочки ч в продольном сечении системы, изо- браженпой иа фиг. 2 и 4, пересекают линию пересечения цилиндра Z с двумя поперечными плоскостями, идущими от плоскости Н вЂ” И и лежащими по одну от нее сторону, из которых первая, находящаяся иа расстоянии, равном длине короткого катета прямоугольного треугольника (фиг. 1 и 3), образующего с кругом наклонения r, дает точку пере- вечевое гг, тогда аав вторая, вааова- щаяся на расстоянии, равном длинному, 1 катету Н, указанного треугольника, дает: точку пересечения 5, называемую куль.минационной точкой.

Так как разграничение лопаток ротора, равно как и размер его ступицы определяются треугольником наклона, который рйвисит от числа лопаток, то отсюда следует, что такая система построения дает две крайности, а именно: многоугольник с бесчисленным числом сторон, в котором ступица исчезает, и двухугольник, в котором исчезает поверхность лопаток и где все представляет одну ступипу.

Между этими двумя крайними возможностями построения должна нахо.диться наиболее выгодная форма, которая и была найдена в шестиугольнике U; при этой форме большой катет тре- угольника наклона равен стороне шести- угольника и потому имеет длину вдвое большую, чем малая сторона.

Так как это соотношение сторон в треугольнике наклона дает соотноше- иие разделения линии в крайнем и сред-, нем отношении, то шестиугольную си- стему, при которой соотношение между, кольцевь"м притоком сопла и скоростями, циркулирования жидкости и между I окружностью ротора в диаметре напра- 1 аляюгцего цилиндра и наклоном к оси

t впуска и выпуска, находятся также в соотношении разделения длины в крайнем и среднем отношении, можно считать разрешающей вопрос.

Ступица ротора очерчена коноидальной поверхностью, производящая которой представляет собой дугу круга д(фиг. 2 и 4), касательную к обеим сферическим окружностям Рступицы, центр которой, лежащий на бкружности поперечного сечения направляющего цилиндра 2, скользит вместе с направляющей поперечной плоскостью, образуя коноидальную поверхность.

Ступицы направляющего колеса образуются сферическими поверхностяии N, которые присоединяются к ступице ротора в круге пересечения коноидальной поверхности с поверхностью, образуемой двумя кругами, центры которых, по обе стороны главного поперечного сечения, расположены в вершинах D u J (фиг. 2 и 4), двойного конуса, при чем центр одной нз этих поверхностей может также находиться в точке пересечения главного сечения с продольной осью и иметь размеры сфер F ступицы. Внешнее разграничение канала сопла получается вращением сферических или эллипсоидальных поверхностей S (фиг. 6), равных продольному сечению поверхностей ротора и центры т которого расположены на направляющих окружностях, диаметр которых равен наименьшему диаметру коноидальной поверхности ступицы, в поперечной плоскости перпендикулярной к осн Л. сопла и которые удалены с каждой стороны от поперечной направляющей плоскости на величину, равную высоте вершины кривой; или же чашеобразной поверхностью О, имеющей центр в точке пересечения а поперечной направляющей плоскости Н вЂ” H с продольной осью.

Эти две криьые Р и 0 соединены между собою дугами кругов Т, касательных к кривым F и 0 таким образом, чтобы коиоидальная поверхность, образуемая вращением этих дуг круга околс оси сопла, образовала круглое сечение, равное площади круга U, описанного около многоугольника ротора.

Проток сопла имеет такую форму, что он впускает жидкость и выпускает ее в направлении, указанном стрелками. 15 и 1б (фиг. 2), под острым углом ) по отношению к продольной оси снстемы.

Вследствие такого изменения направления канала сопла жидкость подводится к pmopy таким образом, что углы наклона впуска и выхода в сечении образующегося при этом течения гораздо меньше тех же углов наклона, которые образуются в том же сечении впускной кромки ноперечного сечения цилиндра.

Для применения описанной ротативной по оси системы к воздуходувным машинам, насосам, равно как и к воздушным, паровым и водяным турбинам, можно применить выгодный радиальный впуск и выход жидкости, с одной или обеих сторон ротора. Для этой цели, коноидальные поверхности ротора, равно как и поверхность оболочки сопла, могут быть продолжены соответственно. тем поверхностям, которые необходимо иметь для соединения их с данным сечением. Такой способ осуществления системы указан в виде продольного разреза на фиг. 5 и в поперечном сечении на фиг. 6, при чем впуск и выход жидкости, происходит по спиральному ка- налу Sp. В этой системе жидкость течет

ho«pyr продольной оси, совершая вращение в сторону Ь, противоположную направлению 14 вращения ротора.

Кривые, ограничивающие лопатки ротора в кульминационной точке S, равно как и в направляющей точке Р, (фиг. 2, 4 и 5), могут быть определены согласно отношению угла наклона к скорости на окружности, так же как относительно угла наклона точек в направляющем цилиндре, так что кривая, проходящая через кульминационную точку S в продольном разрезе сопла (фиг. 2, 4 и 5), переходит к окружности через точку пересечения образующей оболочки с кругом поперечного сечения поверхности ротора, а у ступицы †чер точку Р пересечения коноида 6 ступицы с двойным конусом D.

Кривая у направляющей точки, построенная таким же образом, приближается к кривой, проходящей через кульминационную точку Ь, как по направлению, так и по форме. Так как лопатки ротора, изготовленные согласно этому способу построения, были бы слишком остры, то необходимо, чтобы, роторы, соответственно форме капала сопла, были снабжены на своей периферии и по всей ширине лопатки кольцами, которые двигались бы вместе с ними. Для того, чтобы избавиться от этих колец, лопатки ротора могут быть сделаны с вырезом со стороны кульминационной точки 5; сечение этого выреза должно проходить через центр ступицы так, чтобы кривая в продольном сечении дала прямую линию i (фиг. 2, 4 и 5), и соответствующую дугу круга в поперечном разрезе (фиг. 6}.

Ограничивающие кривые, проходящие через направляющу|о точку Р (фиг. 5), могут быть получены проекцией, винтовой линии с постоянным шагом идущей вокруг цилиндра, построенного па окружностях товерхности ротора, что дает кривую и (фиг. 5 и 6}, начинающуюся у точки А (фиг. 5 н 6}, очень схо>кук с кривой, получаемой при обычном построении винта.

Кривые, ограничивающие лопатки направляющего колеса с обеих сторон по краям ротора, получаются пересечением поверхности оболочки ротора и сферических илн эллипсоидальных поверхностей направляющих колес, тогда как со стороны впуска или выхода н.ихкости, в случае циркуляции по,оси, ограничивающие поверхности получаются сечениями, в которых находятся центры направляющих поверхностей ЛГ (фиг. 2, 4 и 5}.

В случае, когда впуск и выход жидкости происходит радиально, построение ограничивающих поверхностей основывается на вытекании жидкости из сопла и на необходимых размерах угла касательной к впуску и выходу. Направление выхода направляющих лопатки для радиального течения вызывает само по себе, внутри оболочки, спиральное течение, обратное направлению вращения ротора (фиг. 6).

Задние поверхности лопаток ротора над кульминационной точкой S могут быть ограничены сферической или эллипсоидальной поверхностью с наибольшой кривизной, т.-е. большего радиуса, тогда как поверхности лопаток, связывающие их с противоположными краями ротора, получаются, исходя из того, что кривая пересечения двух сферических поверхностей ротора, одинаково расположенных и вращающихся вокруг оси сопла, в точке пересечения с краем ротора в рассматриваемый момент,— образует края этих соединительных йо- верхностей. Получаемая таким образом совокупность краев соединений дает, между прочим, дуги круга g (фиг. 2, 4 и 5), внутри поверхностей поперечного сечения поверхности оболочки лопаток ротора.

Предмет патента.

1. Осевой турбинный двигатель, отличающийся тем, что внутренним направляющим поверхностям N, g, Ф (фиг. 2, 4 и 5) как со стороны впуска, так и со стороны выпуска рабочей среды придана сферическая или эллипсоидальная, грушевидная форма, среднею, суживающеюся частью д ограничивающая с внешней стороны ступицу помещенного в этом месте мотора, каковые поверхности совместно с коноидальными, чашеобразными внешними поверхностями S и О или при радиальном выпуске со спиральным каналом Sp (фиг. 5) ограничивают поток рабочей среды — с целью достижения центростремительного вппуска и центробежного выпуска ее и получения максимальной скорости в суженной части образованного указанными поверхностями кольцевого канала.

2. Форма выполнения охарактеризо) ванного в п. 1 двигателя, отличающаяся", тем, что для построения поверхностей,. ограничивающих проточный кольцевой канал, принимается за исходное главное поперечное сечение — сечение Н вЂ” Н, определяющее радиус описанной около правильного многоугольника с числом сторон равным числу лопаток, окружности U (фиг. 1 и 3), катет Н, прямоугольного треугольника Бас и радиус полушария К (фиг. 2 и 4); вписанная же в указанный многоугольник окружность Е, принимаемая за сечение поверхности указанного полушария К плоскостью, параллельною плоскости ХУ вЂ” Х, определяет положение плоскости L — L и положение самого узкого сечения кольцевого канала, своим диаметром .определяющее положение и размеры цилиндра Z с осью, совпадающей с осью двигателя, а своим расстоянием от сечения H — Н определяющее. величину катета ас, а следовательно и. величину гипотенузы R вышеуказанного прямоугольного треугольника, стороны которого дают возможность определить формы производящих поверхностей» ограничивающих кольцевой, пропускной канал, а также лопатки и положение

-вхолных кромок лопаток статора, а вышеупомянутыи "цилиндр Z дает возможность определить размеры вписанного в него двойного, в осевом сечении дающего квадрат, конуса, вершины D и 1 коего определяют положения центров поверхностей N.