Свободная силовая радиальная турбина с цилиндрическим ротором

Авторы патента:

F01D1/32 - Машины и двигатели необъемного вытеснения, например паровые турбины (гидравлические машины и двигатели F03; насосы и компрессоры необъемного вытеснения F04D)

Владельцы патента RU 2599454:

Федеральное агентство научных организаций Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ФГБНУ ВИЭСХ) (RU)

Изобретение относится к двухвальным газотурбинным силовым установкам наземного применения и может быть использовано для привода насосов, генераторов и другого механического оборудования. Свободная силовая радиальная турбина содержит цилиндрический ротор с разгрузочной полостью. Вдоль продольной оси турбины на цилиндрическом роторе размещены рабочие щелевые прорези, суммарная площадь которых не менее площади соплового отверстия турбокомпрессора, и выполненные под углом 45-60° к их радиальным линиям. Со стороны соединительной муфты, прикрепленной к турбокомпрессору, имеется лабиринтное уплотнение. Цилиндрический ротор размещен на подшипниковых опорах в ступице, прикрепленной к кожуху с уплотнительным фланцем, который прикреплен к соединительной муфте. Изобретение позволяет повысить надежность и долговечность свободной силовой турбины. 2 ил.

Изобретение относится к двухвальным газотурбинным силовым установкам наземного применения, у которых в качестве двигателя используется турбокомпрессор от ДВС с внешней камерой сгорания и которые могут быть использованы для привода насосов, генераторов и другого механического оборудования.

Известна многоступенчатая силовая газовая турбина, ротор которой установлен консольно на подшипниках статора [С.А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981, стр. 137, рис. 4.5 г].

Недостатком такой конструкции является низкая ее надежность из-за повышенных температур дисков вследствие недостаточного их охлаждения.

Также существует многоступенчатая силовая газовая турбина, диски с рабочими лопатками которой расположены консольно на роторе [Ревзин Б.С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты, Москва, «Недра», 1986, стр. 138, рис. 72].

Недостатком известной конструкции является низкая ее надежность из-за повышенных температур дисков и повышенных усилий на подшипники турбины вследствие неудовлетворительного охлаждения дисков и отсутствия разгрузочного устройства от газовых сил, действующих на ротор турбины в осевом направлении.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением на роторе дисков с рабочими лопатками, в которой на выходе из турбины выполнена разгрузочная полость, междисковые полости на входе соединены с разгрузочной полостью, а на выходе - с газовой полостью через кольцевые замкнутые полости, образованные установленными на периферии дисков фланцами, каналы под подошвами хвостовиков рабочих лопаток и щелевые полости между фланцами и ободами дисков со стороны входа в диск по потоку газа и между фланцами и хвостовиками рабочих лопаток со стороны выхода из диска по потоку газа, при этом F₁/F₂=2-20, где F₁ - площадь щелевых полостей между фланцами и ободами дисков со стороны входа в диск по потоку газа; F₂ - площадь щелевых полостей между фланцами и хвостовиками рабочих лопаток со стороны выхода из диска по потоку газа (патент RU №2263790).

Недостатком прототипа является низкая надежность подшипников качения, которые требуют для обеспечения заданного ресурса сложной маслосистемы с насосами подачи и откачки масла, а также высокой чистоты подаваемого масла.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, увеличение надежности и повышение эффективности ротора свободной силовой радиальной турбины.

Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности свободной силовой центробежной турбины за счет простоты конструкции цилиндрического ротора и размещения подшипниковых опор вне зоны действия горячего газового потока, а повышение эффективности - за счет параллельного расположения рабочих щелевых прорезей.

Технический результат достигается тем, что свободная силовая центробежная турбина с консольным расположением, у которой на цилиндрическом роторе размещены рабочие щелевые прорези вдоль продольной оси турбины, суммарная площадь которых должна быть не менее площади соплового отверстия турбокомпрессора, и выполненные под углом 45-60° к их радиальным линиям, а со стороны соединительной муфты, прикрепленной к турбокомпрессору, имеется лабиринтное уплотнение, при этом цилиндрический ротор размещен на подшипниковых опорах в ступице, прикрепленной к кожуху с уплотнительным фланцем, который, в свою очередь, прикреплен к соединительной муфте.

Цилиндрический ротор под действием реактивных сил рабочего газового потока, движущегося из разгрузочной полости в кожух через рабочие щели, производит вращение.

Сущность изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 - общая схема свободной силовой радиальной турбины с цилиндрическим ротором.

На фиг. 2 представлен цилиндрический ротор в разрезе. Свободная силовая радиальная турбина с цилиндрическим ротором фиг. 1 содержит цилиндрический ротор с валом 1, установленный на подшипниковых опорах 2 в ступице 3, цилиндрический ротор турбины 1 размещен консольно и имеет: разгрузочную полость 4, рабочие щелевые прорези 5, лабиринтные уплотнения 6 и фланцевые уплотнения 7, ротор, на противоположной стороне от турбокомпрессора, имеет шлицевой пояс 8, цилиндрический ротор 1 вставлен в кожух 9, который через соединительную муфту 10 прикреплен к турбокомпрессору 11.

Работает свободная силовая радиальная турбина с цилиндрическим ротором следующим образом.

Рабочий газовый поток из турбокомпрессора 11 от ДВС, через соединительную муфту 10, имеющую лабиринтные уплотнения 6, под давлением поступает в разгрузочную полость 4 цилиндрического ротора 1, который вращается на подшипниковых опорах 2 в ступице 3. После чего, рабочий газовый поток из разгрузочной полости 4 цилиндрического ротора 1 поступает через рабочие щелевые прорези 5 в кожух 9. Кожух 9, имеющий фланцевые уплотнения 7 и соединенный с соединительной муфтой 10, жестко прикреплен к соплу турбокомпрессора 11 от ДВС. При выходе рабочего газового потока из разгрузочной полости (фиг. 2) и проходя через рабочие щелевые прорези, возникает реактивная сила 12, которая создает момент вращения цилиндрического ротора по направлению 13.

Свободная силовая радиальная турбина с цилиндрическим ротором, содержащая разгрузочную полость, отличающаяся тем, что на цилиндрическом роторе размещены рабочие щелевые прорези вдоль продольной оси турбины, суммарная площадь которых должна быть не менее площади соплового отверстия турбокомпрессора, и выполненные под углом 45-60° к их радиальным линиям, а со стороны соединительной муфты, прикрепленной к турбокомпрессору, имеется лабиринтное уплотнение, при этом цилиндрический ротор размещен на подшипниковых опорах в ступице, прикрепленной к кожуху с уплотнительным фланцем, который, в свою очередь, прикреплен к соединительной муфте.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть применено в автомобильной, судостроительной и других транспортных отраслях. Двигатель внутреннего сгорания содержит первый корпус, воздухозаборный патрубок, вал, кинематически связанные с валом турбину и электрогенератор, камеру сгорания, инжектор топлива, компрессор, кольцевой рекуператор и выхлопной патрубок.

Двигательно-компрессорная установка (варианты), способ ремонта установки и способ сжатия газа // 2591745

Предложена двигательно-компрессорная установка, в которой двигатель обеспечивает приведение в действие компрессора. Установка содержит общий кожух, двигательный модуль, в котором расположен двигатель и который установлен с возможностью отсоединения в общем кожухе, и компрессорный модуль, в котором расположен компрессор, присоединенный с возможностью отсоединения к двигателю, и который установлен с возможностью отсоединения в общем кожухе.

Турбодетандерная генераторная установка и система отбора энергии потока природного газа из газопровода // 2564173

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности, турбодетандерная генераторная установка относится к генераторам электрической энергии с газотурбинным приводом и применяется в области газоснабжения для утилизации энергии потока сжатого природного газа.

Ступень аксиального компрессора турбомашины с барабанным ротором // 2556945

Настоящее изобретение относится к ступени аксиального компрессора турбомашины с барабанным ротором. Ступень ротора содержит симметричную стенку (4) при вращении вокруг оси вращения.

Тороидальная газовая турбина пограничного слоя // 2551469

Корпус горения содержит тороидальную камеру горения, воспринимающую вызванные горением центробежные силы, возникающие при воспламенении завихрения текучей среды горения по всей указанной тороидальной камере горения; и выпускное отверстие указанной тороидальной камеры горения.

Реактивная турбина // 2549001

Реактивная турбина содержит вал турбины и сборочные узлы сопел. Сборочные узлы сопел установлены друг за другом в осевом направлении и имеют отверстие для впрыска.

Радиальный детандер // 2548998

Изобретение относится к радиальному детандеру. Радиальный детандер содержит по меньшей мере одну секцию радиального детандера, расположенную в едином корпусе.

Регенерация энергии // 2548026

Изобретение относится к способу регулируемой регенерации энергии реакции окисления, при которой образуется газовый поток, каковую реакцию осуществляют в реакторе окисления непрерывного действия, в который подают газообразный окислитель.

Радиальная турбина // 2533602

Изобретение относится к радиальным турбинам и предназначено для преобразования энергии рабочего тела, в качестве которого могут быть использованы вода или газ, например воздух, в энергию вращения вала агрегата.

Пневматический двигатель миронова (варианты) и включающее его траспортное средство // 2520768

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к пневмодвигателям, работающим от сжатого воздуха, которые могут быть использованы в качестве замены электродвигателей для привода различных машин и механизмов, а также в качестве замены двигателей внутреннего сгорания для привода транспортных средств.

Уплотнительный узел, уплотнительная вставка и способ уменьшения протечек // 2603871

Изобретение относится к уплотнительному узлу для ротационной машины. Уплотнительный узел содержит уплотнительную вставку, содержащую уплотнительные пластины, образующие С-образную или коробчатую уплотнительную вставку. С-образная уплотнительная вставка имеет первый боковой участок, ширина которого меньше ширины второго противоположного бокового участка, при этом второй боковой участок указанной вставки образует зазор между по меньшей мере двумя прямолинейными поверхностями со сходящимся углом для обеспечения размещения второго участка в пазу между компонентами статора. Коробчатая уплотнительная вставка имеет вырезы на двух противоположных сторонах или углах для обеспечения прохождения текучей среды высокого давления в полость коробчатой уплотнительной вставки. Указанная вставка может быть вставлена в один или более пазов между смежными компонентами статора ротационной машины. Изобретение уменьшает протечки между неподвижными компонентами в ротационной машине.3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Двигатель внутреннего сгорания // 2605994

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть применено в энергетической отрасли, а также в автомобильной, судостроительной, авиационной и других транспортных отраслях. Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, воздухозаборный патрубок, вал, кинематически связанный с валом электрогенератор, камеру сгорания, топливную горелку, компрессор. Двигатель дополнительно снабжен двумя фланцами с внешними подшипниками, прямоугольно изогнутыми соплами, шестерней с внешними зубьями, шестерней с внутренними зубьями, обечайкой с закрепленными на внутренней стороне обечайки трубками с отверстиями и подвижными соплами. Вал выполнен полым и сочленен с камерой сгорания. Шестерня с внешними зубьями жестко закреплена на валу. Шестерня с внутренними зубьями входит в зацепление с шестерней с внешними зубьями. Обечайка с трубками сочленена с шестерней с внутренними зубьями. Два фланца выполнены в виде крыльчаток с жестко закрепленной в них топливной горелкой и расположены внутри вала. Вал сочленен с камерой сгорания и электрогенератором и вращается на подшипниках фланцев. Воздухозаборный патрубок соединен с корпусом. Вход компрессора расположен перед воздухозаборным патрубком. Компрессор вращается на подшипнике, закрепленном на топливной горелке. Выход компрессора через фланцы в виде крыльчаток соединен с первым входом камеры сгорания, второй вход которой соединен с выходом горелки. Камера сгорания выполнена в виде полого сфероида, по внешнему периметру которого расположены отверстия, сочлененные с прямоугольно изогнутыми соплами, каждое из которых расположено напротив отверстия соответствующей трубки. Выходы трубок соединены с подвижными соплами. Изобретение направлено на повышение кпд, снижение расхода топлива при переходных режимах работы. 2 ил.

Центростремительная турбина // 2612309

Изобретение относится к энергетическому, транспортному и авиационному двигателестроению и может быть использовано в технических объектах, где в качестве источника энергии целесообразно использовать высокотемпературную высокооборотную центростремительную турбину с небольшим объемным расходом рабочего тела. Предлагается центростремительная турбина, содержащая корпус, радиально-осевое рабочее колесо турбины, снабженное лопаточным аппаратом. На корпусе центростремительной турбины на выходе рабочего тела из лопаточного аппарата радиально-осевого рабочего колеса выполнен кольцевой выступ, перекрывающий зазор между корпусом и лопатками рабочего колеса. Расстояние между выходной кромкой лопаточного аппарата и выступом на корпусе центростремительной турбины не превышает величину зазора между периферией лопаточного аппарата и корпусом центростремительной турбины. Со стороны выхода рабочего тела кольцевой выступ может быть выполнен с плоской поверхностью, расположенной по нормали к набегающему потоку рабочего тела. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении утечек рабочего тела через зазор между лопатками рабочего колеса и корпусом и, следовательно, к повышению КПД турбины. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Паровая турбина // 2614298

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к паровым турбинам малой мощности. Предложенная паровая турбина содержит корпус с горизонтальным разъемом, закрепленный на валу диск с реактивными рабочими лопатками, установленными в один ряд перпендикулярно цилиндрической поверхности диска и образующими венцы, две диафрагмы, одна из которых установлена перед реактивными рабочими лопатками и содержит направляющие лопатки и уплотнения, образующие входные окна, а вторая диафрагма установлена после реактивных рабочих лопаток и содержит уплотнения, которые образуют выходные окна, поворотные короба для изменения направления движения рабочего тела, установленные по всей окружности диска над реактивными рабочими лопатками на уплотнениях, образующих входное и выходное окна, охватывая входное и выходное окна, блок уплотнений, размещенный между корпусом и валом и состоящий из полнозапорных уплотнений и устройства для подвода и отвода рабочего тела. Изобретение обеспечивает малогабаритность и малую металлоемкость турбины, а также срабатывание практически всего теплоперепада рабочего тела (до 0,03 кг/см2), способствует снижению потерь мощности, резкому снижению утечек рабочего тела, что значительно повышает коэффициент полезного действия паровой турбины. Турбина имеет больший диапазон по оборотам, т.к. она нечувствительна к изменениям параметров пара. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Струйно-реактивная турбина // 2614946

Изобретение относится к турбостроению, а более конкретно к струйно-реактивной турбине (типа Сегнерова колеса), и может быть использовано в качестве силового ведущего элемента в приводах различного назначения. Согласно изобретению подводящее сопло выполнено с аксиально расположенным в его корпусе центральным телом, выходная часть которого выполнена с конусообразной поверхностью, сходящейся по направлению потока рабочего тела, внутренняя поверхность корпуса выполнена на выходе также конусообразной, сходящейся по потоку непосредственно до поперечного сечения среза, причем корпус расположен по отношению к сечению торцевого входа вала с осевым зазором, удовлетворяющим выбранному условию. Снижены потери энергии и тем самым повышен кпд турбины, снижены требования к конструктивно-технологическому ее исполнению, а также повышена ее надежность работы на загрязненном и/или влажном рабочем теле. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Ступень турбины заднего хода // 2636965

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к реверсивным силовым судовым турбинам, содержащим турбину заднего хода. Ступень турбины заднего хода содержит сопловой аппарат, рабочие лопатки, подвижный П-образный экран, установленный над рабочими лопатками, в дне которого выполнены окна. Внутри П-образного экрана над рабочими лопатками установлена неподвижная статорная Т-образная надроторная вставка, снижающая перетечки под П-образным экраном. На передней относительно направления газового потока боковой стенке П-образного экрана выполнен наружный выступ, контактирующий с внутренней поверхностью наружной стенки соплового аппарата в выдвинутом положении П-образного экрана, соответствующем работе турбины заднего хода, снижающий перетечки над П-образным экраном. Достигается устранение вентиляционных потерь в турбине заднего хода от утечек газа над и под П-образным экраном на заднем ходу. 3 ил.