Двухпоточное рабочее колесо турбомашины

Изобретение относится к области турбостроения. Двухпоточное рабочее колесо турбомашины содержит решетку радиально-осевых лопаток, обращенных вогнутой поверхностью против потока, обтекатель с острой входной кромкой и покрывающие диски, выполненные в виде секторов и установленные на шипах на кромках лопаток. Обтекатели установлены на шипах в отверстиях лопаток. На радиальных участках профилей лопаток, по крайней мере, через одну, выполнены окна, при этом оставлены ребра для крепления секторов покрывающих дисков и обтекателей. Изобретение позволяет обеспечить удобство и простоту сборки покрывающих секторов, надежную работу лопаток в условиях вибрации, а также снизить площадь трения стенок радиальных каналов. 9 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, к турбостроению.

Известно закрытое двухпоточное рабочее колесо турбомашины с шахматным расположением четного числа межлопаточных каналов, содержащее осерадиальные лопатки и покрывные диски, где в теле осевой части лопатки выполнен Г-образный паз для соединения с ответными выступами покрывных дисков, а фиксация последних относительно лопаток осуществлена штифтами и заклепками (SU 373436, МПК F01D 5/04, опубл. 12.03.1973).

Недостатками известного двухпоточного рабочего колеса являются большая трудоемкость и металлоемкость при изготовлении, а также ограничение допустимой окружной скорости колеса.

Известно двухпоточное рабочее колесо турбомашины с радиально-осевыми решетками лопаток, обращенных вогнутой поверхностью против потока, и обтекателем с острой входной кромкой, при этом колесо снабжено размещенной на периферии коробчатой радиальной решеткой с неравномерным шагом, неподвижно соединенной с радиально-осевой решеткой и закрепленной при помощи покрывающих дисков (SU 316857, МПК F01D 5/34, опубл. 07.10.1971).

Недостатками известного устройства являются усложненность сборки покрывающих дисков и невозможность выполнения таковых радиально ниже вертикальных участков боковых кромок лопаток.

Известна конструкция рабочего колеса двухпоточной радиально-осевой ступени с решеткой рабочих лопаток, составленной из чередующихся каналов с противоположным направлением потоков, так называемого «меандрического» типа. Это решение позволяет уменьшить осевой размер рабочего колеса (SU 748020, МПК F01D 1/06, F01D 5/28, опубл. 25.07.80).

Недостатком этого решения является то, что радиальная часть решетки имеет большую густоту, поскольку для обеспечения приемлемой экономичности число каналов осевых решеток должно быть достаточно большим. Но, по данным исследований, оптимальное число каналов Z_опт радиальной части решетки для уменьшения потерь на трение должно быть небольшим - до 32 каналов. (При минимально допустимом угле выхода потока из направляющего аппарата ДРОС α₁min=11°, так как Z_опт=2π·ctgα₁). (М.Б.Биржаков, В.В.Литинецкий. Радиально-осевые ступени мощных турбин. - Л.: Машиностроение. 1983, с.164-165).

Известна конструкция комбинированного рабочего колеса, состоящего из радиальной рабочей решетки лопаток небольшой густоты и расположенных с торцов ее осевых лопаток, число которых в два раза больше, чем радиальных. Радиальные и осевые лопатки установлены на отдельных, то есть трех дисках. Покрывающие диски выполнены только в нижней части радиального участка и закреплены на шипах на периферии осевых лопаток. (SU 308215, МПК F01D 5/34, опубл. 01.07.1971).

Это известное устройство является наиболее близким устройством аналогичного назначения к предлагаемому по совокупности признаков и принято за прототип.

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, а также причиной, препятствующей достижению предлагаемого технического результата при использовании известного устройства по прототипу, является сложность и повышенная трудоемкость изготовления комбинированной радиально-осевой решетки из трех рядов лопаток. Причем на сравнительно негустой радиальной решетке трудно установить покрывающий диск - из-за больших окружных пролетов может быть повышенная нагрузка от перепада давления на сектор диска. Кроме того, из-за невозможности установить три решетки с разным числом лопаток на одном рабочем колесе, и из-за того, что обтекатели - разделители потока - выполнены заодно с радиальными лопатками (радиальная лопатка получается очень тяжелой), не удается выполнить диск рабочего колеса насадным, его можно выполнить только цельнокованым заодно с ротором или в составе сболченного ротора без центрального отверстия, что усложняет изготовление и сборку ротора.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками тождественными или эквивалентными предлагаемым.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков, позволило выявить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.

Заявляемое техническое решение позволяет обеспечить удобство и простоту сборки покрывающих секторов и надежную работу рабочих лопаток в условиях вибрации, а также существенно повысить экономичность за счет исключения перетечек пара между каналами рабочих лопаток.

Предложено двухпоточное рабочее колесо турбомашины с решеткой радиально-осевых лопаток, обращенных вогнутой поверхностью против потока, и обтекатели с острой входной кромкой с покрывающими дисками, выполненными в виде секторов, установленных на шипах на кромках лопаток, при этом обтекатели установлены на шипах в отверстиях лопаток, а на радиальных участках профилей лопаток, по крайней мере, через одну, выполнены окна, причем оставлены ребра для крепления секторов покрывающих дисков и обтекателей.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 - продольный разрез рабочего колеса по основной лопатке, на фиг.2 - продольный разрез рабочего колеса по промежуточной лопатке, на фиг.3 - сечение А-А по фиг.2, на фиг.4 - вид Б по фиг.1, на фиг.5 - вид В по фиг.3, на фиг.6 - сечение Е-Е по фиг.5, на фиг.7 - сечение Ж-Ж по фиг.5, на фиг.8 - вид Г по фиг.1, на фиг.9 - сечение Д-Д по фиг.8.

Двухпоточное рабочее колесо турбомашины включает радиально-осевую решетку основных 1 и промежуточных 2 лопаток, обращенных вогнутой поверхностью против потока, установленных хвостами 3 в диске 4, обтекатель 5 с острой входной кромкой. Покрывающие диски 6 выполнены в виде секторов 7, установленных на шипах 8, выполненных на кромках лопаток 1 и 2. Обтекатели 5 установлены на шипах 9 в отверстиях лопаток 1, 2, лопатки 1 и 2 имеют радиальный 10 и осевые 11 участки. На радиальных участках 10 профилей лопаток 2 выполнены окна 12 и 13, при этом оставлены ребра для крепления секторов 7 покрывающих дисков 6 и обтекателей 5.

При работе турбины пар проходит проточную часть рабочих лопаток 1, обтекая обтекатель 5 и внутреннюю сторону покрывающих дисков 6. При этом исключаются перетечки пара между каналами рабочих лопаток 1 и 2. Сектора 7 покрывающих дисков 6 образуют в сумме гладкие с внутренней и наружной стороны поверхности, уменьшающие до минимума трение пара о стенки проточной части. Покрывающие диски 6 связывают пакеты рабочих лопаток, уменьшая до минимума вибрационные напряжения в них. На радиальных участках 10 лопаток 1 пар выполняет основную долю работы кориолисовых сил, а на радиальных участках 10 лопаток 2 из-за вырезов - окон 12 - выполняется только небольшая часть работы кориолисовых сил. При этом, благодаря наличию окон 12 площади трения стенок радиальных каналов значительно сокращаются, что повышает экономичность ступени.

Двухпоточное рабочее колесо турбомашины с решеткой радиально-осевых лопаток, обращенных вогнутой поверхностью против потока, и обтекателем с острой входной кромкой, с покрывающими дисками, выполненными в виде секторов, установленных на шипах на кромках лопаток, отличающееся тем, что обтекатели установлены на шипах в отверстиях лопаток, а на радиальных участках профилей лопаток, по крайней мере, через одну, выполнены окна, при этом оставлены ребра для крепления секторов покрывающих дисков и обтекателей.