PL168648B1 - Turbina o przeplywie osiowym PL PL - Google Patents

Abstract

1. Turbina o przeplywie osiowym, z co najmniej jednym zespolem nastawnych lopa- tek kierujacych oraz co najmniej jednym ze- spolem lopatek wirnikowych, znamienna tym, ze pod prad wzgledem nastawnych lo- patek kierujacych (8) umieszczona jest nieru- choma krata lopatek kierujacych, przy czym lopatki nastawne (8) maja stosunek cieciwy (S) do podzialki (T), znacznie mniejszy od analogicznego stosunku dla nieruchomych lopatek kierujacych (13). FIG. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest turbina o przepływie osiowym, z co najmniej jednym zespołem nastawnych łopatek kierujących oraz co najmniej jednym zespołem łopatek wirnikowych.

Tego rodzaju turbiny są dość dobrze znane w turbosprężarkach doładowujących. Oprócz nastawiania łopatek kierujących w sprężarce jako środek regulacyjny do poprawiania przyspieszenia i przebiegu momentu obrotowego możliwe jest również nastawianie łopatek kierowniczych w turbinie. Przykład takiego rozwiązania podaje europejski opis patentowy nr 253 234 a1. Za pomocą nastawnych łopatek kierowniczych turbiny można osiągnąć przy danym natężeniu przepływu większą wysokość padania. Dzięki temu wzrasta moc turbiny, jej prędkość obrotowa, a wreszcie ciśnienie doładowania. Aby łopatki nastawne nie zakleszczały się podczas pracy na gorąco, muszą być one zamontowane z reguły z odpowiednim luzem. W szczególności w stanie zakręcenia, przepływ szczelinowy przy główce i stopie łopatek może oddziaływać bardzo zakłócająco na przepływ główny w kanale. Ponieważ ponadto na łopatki nastawne działają duże siły strumieniowe w kierunku osiowym i obwodowym, przeto łopatki te muszą być coraz częściej zamocowywane zarówno przy główce, jak i przy stopie, w celu odciążenia wału nastawczego.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie tych wad, przez opracowanie dla turbin o przepływie osiowym wymienionego na wstępie rodzaju takiego środka, za pomocą którego można zmniejszyć siły strumieniowe, działające na łopatki nastawne, a tym samym niezbędne siły nastawcze.

W myśl wynalazku osiąga się to w ten sposób, że pod prąd względem nastawnych łopatek kierujących umieszczonajest nieruchoma krata łopatek kierujących, przy czym łopatki nastawne mają stosunek cięciwa/podziałka, znacznie mniejszy od analogicznego stosunku dla nieruchomych łopatek kierowniczych. .

Korzystne jest, jeśli stosunek cięciwa/podziałka nastawnych łopatek kierujących wynosi około połowy stosunku cięciwa/podziałka nieruchomych łopatek kierujących oraz jeśli nastawne łopatki kierujące mają przynajmniej w przybliżeniu tę samą długość cięciwy jak nieruchome łopatki kierujące.

168 648

Przy założeniu, że układ łopatkowy nieruchomej kraty składa się z korzystnych pod względem kosztów części, pochodzących z produkcji seryjnej oraz że jego stosunek podziałkowy jest zoptymalizowany dla każdorazowego obciążenia całkowitego, zalety wynalazku należy upatrywać m. in. w tym, że w porównaniu z nieruchomymi łopatkami kierującymi należy przewidzieć jedynie około połowy łopatek nastawnych. Ponadto wskutek tylko niewielkiej zmiany kierunku przepływu siły, działające na łopatki nastawne, są umiarkowane, co oddziaływa korzystnie na konfigurację urządzenia nastawczego.

Celowe jest, jeżeli łopatki kierujące mają prostą linię szkieletową z symetrycznym profilem. Dzięki temu środkowi można wykorzystać dość dobrze znane właściwości takich krat w zakresie niewrażliwości na napływ strug do zmiany kierunku, połączonego z małymi stratami.

Zaleca się, aby nastawne łopatki kierujące ustawione były w obszarze wlotowym stożkowym w kierunku promieniowym. Stożkowatość należy przy tym dobierać z uwzględnieniem maksymalnej liczby Macha. Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwe jest wyeliminowanie na nosku profilu wlotu łopatki urządzeń zagęszczeniowych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowy przekrój podłużny turbiny, a fig. 2 - częściowe rozwinięcie przekroju walcowego na środkowej średnicy kanału przepływowego według fig. 1.

Uwidocznione są jedynie elementy, istotne dla zrozumienia wynalazku. Z całego zespołu nie są przedstawione część sprężarkowa, obudowy, wirnik wraz z ułożyskowaniem itd. Kierunek przepływu czynnika roboczego jest oznaczony strzałkami.

W turbinie gazowej, uwidocznionej schematycznie na fig. 1, ścinkami, ograniczającymi przepływowy kanał 1, są; z jednej strony piasta wewnętrzna 2, z drugiej zaś strony zewnętrzny element nośny 3 łopatek, który jest zawieszony odpowiednio w obudowie 4. W obszarze łopatek wirnikowych 5 kanał 1 jest ograniczony wewnątrz przez tarczę wirnikową 6, a na zewnątrz przez pokrywę 7.

Nastawne łopatki kierujące 8 są wykonane korzystnie jako jedna całość wraz z ich przypadającym nastawczym wałem 9. Wał 9 jest osadzony w tulei 10, która przechodzi przez obudowę 4 i element nośny 3 łopatek. Na swym końcu, wystającym z tulei 10, wał jest połączony z dźwignią wychylną 11. Dźwignia wychylna 11 jest połączona za pośrednictwem sworznia 12 z nie uwidocznionym pierścieniem nastawczym.

Pod prąd względem nastawnej kraty kierowniczej umieszczonajest tradycyjna nieruchoma krata prowadnicza. Jej łopatki 13 są zoptymalizowane pod względem liczby oraz ich stosunku cięciwa S do podziałki T w aspekcie techniki przepływowej na obciążenie całkowite. Nadają one przepływowi wstępne zawirowanie, tak, iż w następnej, nastawnej kracie kierowniczej nie następuje już prawie dalsza zmiana kierunku.

Nastawne łopatki kierujące 8 mają w przybliżeniu tę samą długość S cięciwy, jak nieruchome łopatki kierujące 13. Wskutek bardzo słabej zmiany kierunku są one rozmieszczone w kracie z podwójną w przybliżeniu podziałką, tak, iż ich liczba wynosi w przybliżeniu tylko połowę liczby nieruchomych łopatek kierujących. Chodzi tu o symetryczne profile z prostą linią szkieletową 14. W uwidocznionym układzie turbosprężarki doładowującej liczba Macha 1 może być przekraczana na wylocie nieruchomej kraty kierowniczej. Z tego powodu krawędź wlotowa 15 łopatek nastawnych przebiega w kierunku promieniowym stożkowato, aby uniknąć uderzeń zagęszczeniowych na nosku profilu.

Właściwe nastawianie łopatek kierujących 8 w kracie następuje za pośrednictwem układu drążków dźwigniowych 7, 11, 12 przy użyciu nie uwidocznionych środków uruchamiających, jakie znane są przykładowo z budowy sprężarek. Nastawianie zachodzi najkorzystniej automatycznie w funkcji parametrów roboczych, takich jak ciśnienie doładowania, prędkość obrotowa itd.

Przekrój walcowy na fig. 2 przedstawia w powiększonej skali rzut poziomy łopatek w rozpatrywanej strefie turbiny gazowej. W celu podania rzędu wielkości w przypadku zrealizowanego przykładu wykonania, poszczególnym kratom nadaje się np. następujące relacje wymiarowe: stosunek grubości profilu do cięciwy wynosi w łopatkach nastawnych 0,25; stosunek cięciwy S do podziałki T wynosi w nieruchomych łopatkach kierujących ok. 1,20, a w łopatkach nastawnych ok. 0,6. Według literatury fachowej (np. Traupel: Thermische Turbomaschinen, t.

168 648

1, 1966, s. 364, rys. 8.4.1) uzyskuje się w ten sposób optymalne warunki podziałowe dla obu ustawionych jedna za drugą krat kierowniczych, z uwzględnieniem panujących zazwyczaj w turbinach turbosprężarek doładowujących warunków dopływu i odpływu.

Na łopatki kierujące 8 strugi napływają w tych samych warunkach, w jakich opuszczają one- kierujące łopatki wirnikowe 13. Są one tak ustawione, że pracują w obszarze nieczułości. Gazy odlotowe opuszczają kratę nastawną przy całkowitym obciążeniu pod kątem ok. 15-20°. Zakres nastawiania łopatek kierujących wynosi korzystnie 5-10° w obie strony.

Jest zrozumiałe, że w praktyce stosunek podziałki do cięciwy jest optymalizowany w odniesieniu do wielkości obciążenia częściowego, z jakim doładowywana maszyna pracuje.

Jest oczywiste, że wynalazek nie ogranicza się do uwidocznionego i opisanego przykładu wykonania. Odmiennie niż podano może być także zakrzywiony kształt szkieletowy łopatek nastawnych, co przyczyniłoby się ze zrozumiałych względów do znacznego podrożenia konstrukcji z taką dodatkową zmianą, jeśli nie chodzi tu o części odlewane. W łopatkach nastawnych kontur wierzchołka łopatki i jej stopy można również uformować w obszarze odpowiednio wykonanych, przeciwległych części obudowy jako wybrzuszony, aby uzyskać przy obrocie łopatki równomierną szczelinę. Wreszcie nowe rozwiązanie nie jest bynajmniej ograniczone jedynie do turbin turbosprężarek doładowujących.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Turbina o przepływie osiowym, z co najmniej jednym zespołem nastawnych łopatek kierujących oraz co najmniej jednym zespołem łopatek wirnikowych, znamienna tym, że pod prąd względem nastawnych łopatek kierujących (8) umieszczona jest nieruchoma krata łopatek kierujących, przy czym łopatki nastawne (8) mają stosunek cięciwy (S) do podziałki (T), znacznie mniejszy od analogicznego stosunku dla nieruchomych łopatek kierujących (13).
2. 2. Turbina według zastrz: 1, znamienna tym, że stosunek cięciwy (S) do podziałki (T) w nastawnych łopatkach kierujących (8) wynosi około połowy stosunku cięciwy do podziałki w nieruchomych łopatkach kierujących (13).
3. 3. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że nastawne łopatki kierujące (8) mają co najmniej w przybliżeniu tę samą długość cięciwy (S) jak nieruchome łopatki kierujące (13).
4. 4. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że nastawne łopatki kierujące (8) mają prostą linię szkieletową (14) z symetrycznym profilem.
5. 5. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że nastawne łopatki kierujące (8) ustawione są stożkowo w kierunku promieniowym w obszarze krawędzi wlotowej (15) łopatki.
6. 6. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że kanał przepływowy (1) turbiny jest walcowy w obszarze nastawnych łopatek kierujących (8).