Турбина с устройством для уплотнения радиального зазора

 

Использование1 двигателестроение. в частности в турбонасосных системах подачи компонентов топлива жидкостных ракетных двигателей Сущность изобретения охватывающее рабочие лопатки бандажное кольцо с направляющими каналами для сбора утечек газового потока установлено в корпусе турбины и образует с установленными равномерно по ее внешней поверхности пьезокерамическими элементами замкнутый волновод. На нерасчетных режимах работы волновод создает дополнительное тяговое усилие в окружном направлении для сохранения направления вектора завихренности потока газовых перетечек и области упомянутых каналов, что позволяет использовать энергию перетечек для вращения рабочего колеса турбины. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (5115 F 01 0 1 1 /08

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ф "Д() ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 5, й",ф4ЕМ

I -»y+ þ à.» и ""-"аеас . Ю

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4461594/06 (22) 15.07,88 (46) 23.07.92, Бюл. f4 27 (71) Московский авиациох йный институт им, Серго Орджоникидзе (72) F.,Н.Иванов (56) Патент Великобритании

ЬЬ 2146707, кл. F 01 D 11/08, 1965. (54) ТУРБИНА С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА (57) Использование: двигателестроейие. в частностй в турбонасосных системах поДачи компонентов топлива жидкостных.,ракетйых двигателей. Сущность изобретения: охватыИзобретение относится к двигастелестроению и может использоваться в турбонасосных системах подачи компонентой топлива жидкостных ракетных двигателей. аделью изобретения является повышение экономичности турбины на всех рвкимах ее работы, На фиг.1 изображена турбина с устройством для уплотнения радиального. зазора. продольный разрез; на фиг.2 — внутренняя поверхность бандажного кольца с направ-. .ляющими каналами для сбора утечек ra osoro погока; на фиг.3. сечение А-А на фиг.1. . Турбина с устройством для уплотнения радиального зазора (фиг,1) содержит корпус

1, в ольцевой проточке. 2 которого закреп. ленс бандэжное кольцо 3. охватывающее рабочие лопатки 4. На всей внутренней поверхности бандажног0 кольца 3 выполне»ны направляющие каналы 5 для сбора утечек газового потока. каналы 5 имеют непрерывную протяженность от входных кромок ра, „„5U„„1749494 А1

2 вающее рабочие лопатки бандажйое кольцо с направляющими каналами для сбора утечек газового потока установлено в корпусе турбины и образует с установленными равномерно по ее внешней йоверхности пьезокерамическими элементами замкнутый волновод. На нерасчетных режисмах работы волновод создает дополнительное тятовое усилие в окружном направлении для со»хранения направления векторе завихренности потока газовы " перетечек в области упомянутых каналов, что позволяет исйользовать энергию яерйтечек для вращения рабочего колеса турбинь!. 3 ил.

l бочих лойаток 4 до их хвостовой части. Форма каналов 5 соответствует траектории а6conþTíoã0 движения частиц газа на расчетном режиме. а их глубина и ширина а определяются из условия устойчивости га- 4 зовых вихрей в каналах 5 на этом режиме. ф

Для IlpocTQTbl иэготовл ния каналы 5 могут быть выполнень шевронного профиля д (фиг.2).

Турбина снабжена генератором 6 синусойдсальных электрических сигналов, фазос- . двигающим устройсствосм 7 и группой аьеаскерамикЕских алнментеа 8 с нанесен- ) ными на их поверхности электродами 9.

Электроды 9 соединены с генератором 6 синусоидальных электрических сигналов через фазосдвигающее устроство 7 (фиг.3).

Пьезокерамические элементы 8, выполненные, например. в форме секторных пластин, расположены равномерно по окружности в кольцевой проточке 2 корпуса 1 и закреплены на внешней стороне бандажного кольца

1749494

3, Конструктивно бандажное кольцо 3 и пьезокерамические элементы 8 образуют замкнутый волновод, в котором возбуждаются колебания типа бегущей волны, Для этого средняя длина волновода выбирается крат- 5 ной целому числу длины волны аА, m=1,2.„; расстояние по дуге окружности между центрами смежных электродов (или элементов

8) — кратным целому нечетному числу it/4, а разность фаз колебаний, возбуждаемых 10 пьезокерамическими элементами, — кратной нечетному числу л/2, При подаче на соседние пьезокерамические элементы 8 от генератора 6 через фазосдвигающее устройства 7 синусоидальных напряжений со 15 сдвигом фаз фы в бандажном кольце 3 возбуждаются продольные бегущие волны упругих деформаций ф. Стационарная бегущая волна с характеристическими параметрами (gml. Nl р„) устанавливается в 20 бандажном кольце 3 при равенстве амплитуд упругих деформаций п; и их частот колебаний ok (goi — сдвиг фаз между упругими деформациями ф). Положительным напоавлением распространения волны считаем на- 25 правление, протиBoïoëoæíoå направлению вращения рабочего колеса турбины. Реверс волны обеспечивается изменением фо, на

180О. Бегущая волна в положительном направлении представляется как результат суперпозиции положительных волн возбуждаемых каждым пьезокерамическим элементом 8.

Обеспечение работы бандажного кольца 3 в условиях высоких температур может 35 быть достигнуто путем выбора жаропрочного и жаростойкого материала, в том числе и керамического, а также, в случае необходимости, организацией его охлаждения, Снижение термических напряжений пьезоке- 40 рамических элементов 8 достигается путем использования замкнутого волновода, при котором исключена воэможность прямого контакта пьезокерамических элементов 8 с высокотемпературным рабочим телом, а 45 также путем размещения пьезокерамических элементов 8 с внешней стороны бандажного кольца 3, которое снижает тепловые потоки.

Устройство работает следующим абра- 50 зом.

Первоначально направление течения газа в пограничном слое onределяется лишь разностью давлений на корытце и спинке лопаток, что приводит к перетечкам рабоче- 55 го тела через концы лопаток. На расчетном режиме, когда волновод отключен, газовый поток, попадая в направляющие каналы 5 для сбора утечек газового потока на бандажном кольце 3, получает закрутку и образует вихри, которые локализуются в этих кана- лах 5. Направление вращения вихрей, получивших закрутку в плоскость бандажного кольца 3, способствует, согласно теореме Кельвина, вращению рабочего колеса турбины, Таким образом, момент, обеспечивающий вращение рабочего колеса, определяется суммарным моментом, создаваемым основным газовым потоком, и моментом, создаваемым вращением вихрей газовых перетечек через концы рабочих лопаток 4.

Устойчивость вращения газовых вихрей обеспечивает высокую экономичность устройства на расчетном режиме работы агрегата.

При переходе на нерасчетный режим работы, например, вследствие увеличения скорости вращения ротора турбины, включается волновод путем подачи высокочастотного синусоидального электрического сигнала от генератора 6 через фазосдвигающее устройство 7 на электроды 9 пьезокерамических элементов 8, которые в результате обратного пьезоэффекта и су-. перпозиции волн возбуждают в бандажном кольце 3 стационарно бегущую волну, распространяющуюся в положительном направлении. Амплитуда волны может регулироваться величиной подаваемого напряжения, Высокочастотный волновод соо здает тяговое усилие в окружном направлении за счет сложного движения частиц пьезокерамических элементов 8, перемещающихся по кусочно-эллиптической траектории. Дополни ельное тяговое усилие, воздействуя на траекторию движения газовых частиц, позволяет сохранить направление вектора завихренности потока газовых перетечек через концы рабчоих лопаток 4 в области направляющих каналов 5 для сбора утечек газового потока и, следовательно, повысить экономичность устройства на нерасчетных режимах.

Если скорость вращения ротора ниже .расчетной, то в бандажном кольце 3 возбуждается стационарно бегущая волна, распространяющаяся в отрицательном направлении. что достигается путем сдвига фаз подаваемого электрического сигнала на 180О.

Ф ор мул а из о 6 ретен и я

Турбина с устройством для уплотнения радиального зазора, содержащая корпус с размещенным в нем охватывающим рабочие лопатки бандажным кольцом, имеющим на его внутренней поверхности по всей поверхности направляющие каналы для сбора утечек газового потока, о т л и ч а ю щ а яс я те. что, с целью повышения экономичности турбины на «сех режимах.ее работы, онэ

1749494 снабжена генеоатором синусоидальных электрических сигналов, фазосдвигающим устройством и группой пьезокерамических элементов с нанесенными на их внешние поверхности и электродами. соединенными 5 с генератором синусоидальных электрических сигналов через фазосдвигающее устройство, при этом пьезокерамические элементы установлейй равномерно пб внешней поверхности бандажного кольца.