Диффузор

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к выхлопным диффузорам турбомашин. Диффузор содержит внешний обвод 1, выполненный коническим, на внутренней стороне которого выполнено оребрение, содержащее основные ребра 2 и вспомогательные ребра 3. Основные ребра 2 выполнены клиновидными переменной высоты, линейно возрастающей от нулевого значения в области входной кромки 4, расположенной во входном сечении 5 диффузора, до значения h1 в области выходной кромки 6, расположенной в выходном сечении 7 диффузора. Угловой шаг установки β1 между основными ребрами 2 не превышает 5°. Свободная кромка 8 основных ребер 2 параллельна продольной оси О диффузора. Вспомогательные ребра 3 установлены в середине между основными ребрами 2. Угловой шаг установки β2 между основным ребром 2 и вспомогательным ребром 3 равен половине углового шага установки β1. Вспомогательные ребра 3 выполнены трапециевидными переменной высоты. Входные кромки 9 вспомогательных ребер 3 расположены на расстоянии L1 от входного сечения 5 диффузора, выбранном равным половине осевой длины диффузора L. Выходные кромки 10 вспомогательных ребер 3 расположены в выходном сечении 7 диффузора. Свободная кромка 11 вспомогательных ребер 3 параллельна продольной оси О диффузора. Высота вспомогательных ребер 3 выполнена линейно возрастающей от значения h2 в области их входной кромки 9 до значения h3 в области их выходной кромки 10. При этом значение h2 выбрано равным половине значения h1, а значения h3 и h1 равны и выбраны как , где - число Рейнольдса, где c1 - среднерасходная скорость во входном сечении 5 диффузора, ν - коэффициент кинематической вязкости движущегося рабочего тела. Использование изобретения позволяет повысить надежность элементов турбомашин за счет эффективной стабилизации потока у широкоугольных диффузоров с углами раскрытия проточной части свыше 12° вследствие предотвращения образования отрывных зон, приводящих к резкому увеличению амплитуд пульсаций давления. 4 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании выхлопных диффузоров турбомашин.

Известен диффузор, содержащий внешний обвод, на внутренней стороне которого выполнены продольные канавки прямоугольного профиля глубиной 2-4 мм (Зарянкин А.Е., Грибин В.Г., Парамонов А.Н. Некоторые пути повышения аэродинамической нагрузки на диффузорные элементы турбомашин // Известия АН СССР. 1989. Выпуск 2. С. 40-44).

Недостатком настоящего технического решения является низкая надежность вследствие наличия значительных пульсаций давления при эквивалентных углах раскрытия диффузора, превышающих 12°.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является диффузор (Патент РФ №2469214, опубл. 10.12.2012, МПК F04D 29/44), содержащий внутренний и внешний обвод и выполненный коническим. При этом на внутренней стороне внешнего обвода выполнено оребрение, содержащее клиновидные ребра, вершины которых расположены во входном сечении диффузора, свободные кромки параллельны продольной оси диффузора, а высота выходной кромки в выходном сечении диффузора h определена как , где L - длина диффузора, а α - угол раскрытия внешнего обвода диффузора.

Недостатком настоящего технического решения является низкая надежность вследствие наличия значительных пульсаций давления при эквивалентных углах раскрытия диффузора, превышающих 12°.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в снижении уровня вибраций стенок широкоугольного диффузора с эквивалентными углами раскрытия α, превышающими 12°, за счет снижения амплитуд пульсаций давления.

Технический результат заключается в повышении надежности элементов турбомашин за счет резкого снижения динамических нагрузок, действующих на стенки широкоугольных диффузоров.

Это достигается тем, что диффузор, содержащий внешний обвод, выполненный коническим, на внутренней стороне которого выполнено оребрение, содержащее основные ребра, выполненные клиновидными переменной высоты, линейно возрастающей от нулевого значения в области входной кромки, расположенной во входном сечении диффузора, до значения h1 в области выходной кромки, расположенной в выходном сечении диффузора, при этом свободная кромка основных ребер параллельна продольной оси диффузора, снабжен вспомогательными ребрами, расположенными в середине между основными ребрами и выполненными трапециевидными переменной высоты, при этом угловой шаг установки между основными ребрами β1 не превышает 5°, а угловой шаг установки между основным ребром и вспомогательным ребром β2 равен половине углового шага установки между основными ребрами β1, входные кромки вспомогательных ребер расположены на расстоянии L1 от входного сечения диффузора, выбранном равным половине осевой длины диффузора L, выходные кромки вспомогательных ребер расположены в выходном сечении диффузора, свободная кромка вспомогательных ребер параллельна продольной оси диффузора, высота вспомогательных ребер выполнена линейно возрастающей от значения h2 в области их входной кромки до значения h3 в области их выходной кромки, при этом значение h2 выбрано равным половине значения h1, а значения h3 и h1 равны и выбраны как , где - число Рейнольдса, где с1 - среднерасходная скорость во входном сечении диффузора, ν - коэффициент кинематической вязкости движущегося рабочего тела.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен диффузор, на фиг. 2 изображена схема расположения основных и вспомогательных ребер, на фиг. 3 изображено основное ребро, на фиг. 4 - вспомогательное ребро.

Диффузор содержит внешний обвод 1, выполненный коническим, на внутренней стороне которого выполнено оребрение, содержащее основные ребра 2 и вспомогательные ребра 3. Основные ребра 2 выполнены клиновидными переменной высоты, линейно возрастающей от нулевого значения в области входной кромки 4, расположенной во входном сечении 5 диффузора, до значения h1 в области выходной кромки 6, расположенной в выходном сечении 7 диффузора. Угловой шаг установки β1 между основными ребрами 2 не превышает 5°. Свободная кромка 8 основных ребер 2 параллельна продольной оси О диффузора.

Вспомогательные ребра 3 установлены в середине между основными ребрами 2. Угловой шаг установки β2 между основным ребром 2 и вспомогательным ребром 3 равен половине углового шага установки β1. Вспомогательные ребра 3 выполнены трапециевидными переменной высоты. Входные кромки 9 вспомогательных ребер 3 расположены на расстоянии L1 от входного сечения 5 диффузора, выбранном равным половине осевой длины диффузора L. Выходные кромки 10 вспомогательных ребер 3 расположены в выходном сечении 7 диффузора. Свободная кромка 11 вспомогательных ребер 3 параллельна продольной оси О диффузора. Высота вспомогательных ребер 3 выполнена линейно возрастающей от значения h2 в области их входной кромки 9 до значения h3 в области их выходной кромки 10. При этом значение h2 выбрано равным половине значения h1, а значения h3 и h1 равны и выбраны как , где - число Рейнольдса, где c1 - среднерасходная скорость во входном сечении 5 диффузора, ν - коэффициент кинематической вязкости движущегося рабочего тела, L - осевая длина диффузора.

Диффузор работает следующим образом.

В рабочем процессе газообразная среда протекает в проточной части диффузора. При этом движение среды происходит в направлении градиента статического давления. В основной зоне потока наблюдается превалирование инерционных сил над силами давления. С приближением к внутренней стороне внешнего обвода 1 в области пограничного слоя скорость рабочей среды уменьшается, в связи с чем изменяется баланс соотношения указанных сил. С приближением к выходному сечению 7 диффузора увеличивается расстояние между основными ребрами 2, что понижает эффективность гашения пульсаций давления.

Вспомогательные ребра 3 уменьшают расстояние между основными ребрами 2 в выходной части диффузора, что препятствует отрыву потока от внешнего обвода 1 за счет увеличения составляющей силы трения, возникающей между частицами основного потока и потока в пристеночной области. В результате повышается эффективность гашения пульсаций давления в пристеночной области за счет предотвращения нестационарного отрыва потока от внешнего обвода 1.

Ограничение высоты основных 2 и вспомогательных 3 ребер до величины, соизмеримой с толщиной пограничного слоя, приводит к снижению коэффициента потерь энергии за счет уменьшения добавочного сопротивления ребер.

Трапециевидная форма вспомогательных ребер 3 с заявленной высотой выходной кромки 10 позволяет понизить пульсации давления, не внося значительного сопротивления потоку за счет нарастающей толщины пограничного слоя.

Использование изобретения позволяет повысить надежность элементов турбомашин за счет эффективной стабилизации потока у широкоугольных диффузоров с углами раскрытия проточной части свыше 12° вследствие предотвращения образования отрывных зон, приводящих к резкому увеличению амплитуд пульсаций давления.

Диффузор, содержащий внешний обвод, выполненный коническим, на внутренней стороне которого выполнено оребрение, содержащее основные ребра, выполненные клиновидными переменной высоты, линейно возрастающей от нулевого значения в области входной кромки, расположенной во входном сечении диффузора, до значения h1 в области выходной кромки, расположенной в выходном сечении диффузора, при этом свободная кромка основных ребер параллельна продольной оси диффузора, отличающийся тем, что он снабжен вспомогательными ребрами, расположенными в середине между основными ребрами и выполненными трапециевидными переменной высоты, при этом угловой шаг установки между основными ребрами β1 не превышает 5°, а угловой шаг установки между основным ребром и вспомогательным ребром β2 выбран равным половине углового шага установки между основными ребрами β1, входные кромки вспомогательных ребер расположены на расстоянии L1 от входного сечения диффузора, выбранном равным половине осевой длины диффузора L, выходные кромки вспомогательных ребер расположены в выходном сечении диффузора, свободная кромка вспомогательных ребер параллельна продольной оси диффузора, высота вспомогательных ребер выполнена линейно возрастающей от значения h2 в области их входной кромки до значения h3 в области их выходной кромки, при этом значение h2 выбрано равным половине значения h1, а значения h3 и h1 равны и выбраны как , где - число Рейнольдса, где c1 - среднерасходная скорость во входном сечении диффузора, ν - коэффициент кинематической вязкости движущегося рабочего тела.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к устройствам радиальных лопаточных диффузоров центробежных компрессоров. Изменение конфигурации передней стенки радиального диффузора обеспечивает перераспределение процесса расширения рабочего тела по длине лопаточного диффузора так, что уменьшается расширение на входном и выходном его участках, а основной процесс расширения осуществляется на среднем участке канала диффузора.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, а именно к погружным многоступенчатым центробежным насосам с изделиями из полимерных материалов, и может быть использовано в насосах для подъема пластовой жидкости из нефтяных скважин с повышенным содержанием механических примесей, в том числе солей, с переменной вязкостью.

Изобретение относится к области конструирования газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно конструированию узла статора осевого компрессора. Направляющий аппарат осевого компрессора содержит корпус, выполненный с продольным разъемом, внутренние полукольца и поворотные лопатки, установленные своими внутренними цапфами в полукольца.

Изобретение относится к области конструирования газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно конструированию узла статора осевого компрессора. Направляющий аппарат осевого компрессора содержит корпус, выполненный с продольным разъемом, внутренние полукольца и поворотные лопатки, установленные своими внутренними цапфами в полукольца.

Изобретение относится к центробежным турбомашинам и может использоваться в центробежных ступенях, имеющих периферийное осесимметричное колено, выпуклый и вогнутый обводы которого выполнены по радиусам.

Группа изобретений относится к нефтяному машиностроению, в частности к насосам для откачки пластовой жидкости из скважин. Установка содержит: двигатель, протектор с осевой опорой вала и по крайней мере одну насосную секцию.

Диффузор центробежного компрессора содержит два фланца, между которыми заключено множество расположенных по окружности лопаток (60), и по меньшей мере один поперечный передний проход (63, 64), выполненный в корытцах (6i) или спинках (6e) лопаток (60).

Изобретение относится к энергетическим турбомашинам и может использоваться в центробежных компрессорах, нагнетателях и насосах. Оно применимо к таким входным устройствам, которые содержат расположенные последовательно по ходу рабочей среды радиально ориентированный переходник с круглого входного сечения на прямоугольное, секцию увеличения ширины сечения в радиальной плоскости, промежуточную камеру и радиально-осевой осесимметричный конфузор, причем переходник в направлении хода рабочей среды расширяется в радиальной плоскости и сужается в меридиональной, секция и камера сужаются в направлении хода рабочей среды в меридиональной плоскости с одинаковым углом, граничное сечение между камерой и конфузором - цилиндрическое, а выпуклый меридиональный обвод конфузора закруглен по радиусу.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано в турбонасосных агрегатах (ТНА) ЖРД верхних ступеней ракет в качестве разгонных блоков многоразового включения и с продолжительным временем работы.

Центробежный компрессор с по меньшей мере одной ступенью, в котором указанная или каждая ступень компрессора содержит крыльчатку с множеством подвижных лопастей, которая установлена в проточной части соответствующей ступени компрессора, причем проточная часть соответствующей ступени компрессора ограничена профилем ступицы и профилем корпуса или покрывного диска.

Изобретение призвано предложить решение, препятствующее обратному нагнетанию горячего потока в периферическое отверстие, образованное между выпускной трубой и выпускным патрубком выпускного тракта газовой турбины.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в энергоблоках с паротурбинными установками (ПТУ), имеющими выхлоп в конденсатор. Предложен двухпоточный цилиндр низкого давления (ЦНД) паровой турбины, соединенный с входным патрубком конденсатора, включающий корпус, расположенные по его концам входные патрубки, лабиринтовые концевые уплотнения и облопаченный ротор, опирающийся на подшипники, соединенный с генератором и содержащий группу влажнопаровых ступеней прямого, направленного в сторону генератора, потока пара с выхлопным осерадиальным диффузором и группу влажнопаровых ступеней обратного потока с выхлопным осерадиальным диффузором, при этом диффузоры расположены внутри выхлопного патрубка ЦНД, соединенного с входным патрубком конденсатора, находящимся под вакуумом, и образованы парой кольцевых лопастей, осуществляющих конфузорный поворот потока от осевого направления к радиальному, внешние лопасти заканчиваются радиальными стенками, перпендикулярными оси вращения, ограничивающими осевой размер выхлопной части осерадиальных диффузоров и образующими объединенную выхлопную часть осерадиальных диффузоров обеих групп ступеней, кроме этого выхлопной патрубок и выхлопные части диффузоров, ограниченные радиальными стенками и размещенные внутри выхлопного патрубка, расположены в средней части ЦНД, а внутренняя образующая лопасти со стороны потока выполнена с прямоугольными уступами.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при конструировании и изготовлении паровых турбин для тепловых и атомных электростанций.

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.

Конструкция турбомашины с теплообменником, интегрированным в выпускной газовоздушный тракт (10) потока горячих газов (1) турбомашины, отличающаяся тем, что элементы теплообмена (60, 60а-60i; 9), установленные в одном из элементов (11, 14, 14а, 14b, 15, 16, 16а, 16b, 18, 18а, 18с) выпускного газовоздушного тракта (10), выполнены с возможностью направлять часть потока горячих газов (1), проходящую через элементы теплообмена, с последующим использованием остаточной тепловой энергии указанной части потока горячих газов (1) для увеличения мощности на валу (30, 31) турбомашины (20, 20а, 20b), оставляя большую часть потока горячих газов (1) невозмущенной.

Изобретение относится к системам очистки от оксидов азота газов и может быть использовано для очистки выхлопных газов газотурбинных двигателей, например, газоперекачивающих агрегатов, газотурбинных электростанций.

Глушитель предназначен для снижения шума выхлопной струи пара. Глушитель состоит из верхней и нижней ступеней.

Концевые бандажи (411) на лопатках (419) последней ступени конденсационной паровой турбины (410) могут создавать значительное препятствие и образовывать завихрение у стенки паронаправляющей (423, 424) диффузора (300), что приводит к отрыву потока пара от указанной стенки паронаправляющей.

Диффузор (20), в частности, для осевого компрессора, предпочтительно стационарной газотурбинной установки. В диффузоре (20) кольцевой канал (17), имеющий первую площадь поперечного сечения, переходит в выходное пространство (21), имеющее вторую, большую площадь поперечного сечения вдоль оси (31) машины.

Выхлопной диффузор (10) для газовой турбины имеет расширяющийся в направлении выхода (20) диффузора проточный канал (22), в центре которого предусмотрен распространяющийся в осевом направлении направляющий аппарат (14).

Газотурбинный двигатель включает внешний кожух, канал для отвода выхлопных газов, охлаждающий канал, панельную структуру и воздуховод. Канал для отвода выхлопных газов расположен внутри внешнего кожуха и содержит внешнюю и внутреннюю стенки канала, формирующие кольцевой проход и распложенные радиально внутрь от внешнего кожуха. Охлаждающий канал связан с наружной поверхностью внешнего кожуха и имеет вход канала и выход канала. Панельная структура расположена вокруг внешнего кожуха и радиально отстоит от его наружной поверхности с формированием охлаждающего канала между ними. Панельная структура содержит множество панельных секций с простирающимися в осевом направлении зазорами между смежными панельными секциями, расположенными по окружности на расстоянии друг от друга, причем зазоры обеспечивают прохождение окружающего воздуха в охлаждающий канал. Воздуховод включает входной конец, гидравлически сообщающийся с выходом канала, и выходной конец, гидравлически сообщающийся с областью пониженного давления относительно входного конца воздуховода. В области выходного конца воздуховода расположена выходная полость, в которой формируется пониженное давление для того, чтобы засасывать воздух из канала охлаждения в воздуховод. В другом варианте газотурбинный двигатель включает распорку, простирающуюся от внешнего кожуха до корпуса подшипника, и экранирующую структуру, окружающую распорку, чтобы защищать ее от отработанных газов. В еще одном варианте газотурбинного двигателя внешний кожух содержит выхлопной кожух, содержащий расположенные вверх и вниз по потоку фланцы, выступающие радиально наружу от наружной поверхности указанного внешнего кожуха. Панельная структура содержит расположенный вверх по потоку конец, закрепленный на расположенном вверх по потоку фланце, и расположенный вниз по потоку конец, закрепленный на расположенном вниз по потоку фланце. Группа изобретений позволяет повысить надежность газотурбинного двигателя за счет обеспечения охлаждения его внешнего кожуха. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к выхлопным диффузорам турбомашин. Диффузор содержит внешний обвод 1, выполненный коническим, на внутренней стороне которого выполнено оребрение, содержащее основные ребра 2 и вспомогательные ребра 3. Основные ребра 2 выполнены клиновидными переменной высоты, линейно возрастающей от нулевого значения в области входной кромки 4, расположенной во входном сечении 5 диффузора, до значения h1 в области выходной кромки 6, расположенной в выходном сечении 7 диффузора. Угловой шаг установки β1 между основными ребрами 2 не превышает 5°. Свободная кромка 8 основных ребер 2 параллельна продольной оси О диффузора. Вспомогательные ребра 3 установлены в середине между основными ребрами 2. Угловой шаг установки β2 между основным ребром 2 и вспомогательным ребром 3 равен половине углового шага установки β1. Вспомогательные ребра 3 выполнены трапециевидными переменной высоты. Входные кромки 9 вспомогательных ребер 3 расположены на расстоянии L1 от входного сечения 5 диффузора, выбранном равным половине осевой длины диффузора L. Выходные кромки 10 вспомогательных ребер 3 расположены в выходном сечении 7 диффузора. Свободная кромка 11 вспомогательных ребер 3 параллельна продольной оси О диффузора. Высота вспомогательных ребер 3 выполнена линейно возрастающей от значения h2 в области их входной кромки 9 до значения h3 в области их выходной кромки 10. При этом значение h2 выбрано равным половине значения h1, а значения h3 и h1 равны и выбраны как, где - число Рейнольдса, где c1 - среднерасходная скорость во входном сечении 5 диффузора, ν - коэффициент кинематической вязкости движущегося рабочего тела. Использование изобретения позволяет повысить надежность элементов турбомашин за счет эффективной стабилизации потока у широкоугольных диффузоров с углами раскрытия проточной части свыше 12° вследствие предотвращения образования отрывных зон, приводящих к резкому увеличению амплитуд пульсаций давления. 4 ил.

Наверх