RU2063517C1 - Toroidal steam turbine - Google Patents

Abstract

FIELD: turbomechanical engineering. SUBSTANCE: steam turbine has casing, rotor, diaphragms; rotor in the form of bladed disk has solid ring secured on tops of blades that carries additional rows of moving blades; steam flows in stator over toroidal helical line with multiple delivery of steam to blades. EFFECT: improved design. 5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к турбостроению и может быть при соответствующем парогенераторе широко использовано в народном хозяйстве, как первичный двигатель малой и средней мощности. The invention relates to turbine engineering and can be widely used in the national economy, with a suitable steam generator, as a primary engine of small and medium power.

Лучшая перспектива применения такого двигателя просматривается в водном и железнодорожном транспорте. The best prospect of using such an engine is visible in water and rail transport.

Проблема создания экономических многоступенчатых турбин, работающих по конденсационному циклу с малым расходом пара средних и высоких параметров, на умеренные обороты ротора, при небольших габаритах и массе турбины в настоящее время решения не имеет. The problem of creating multi-stage economic turbines operating on a condensation cycle with a low steam consumption of medium and high parameters, at moderate rotor speeds, with small dimensions and mass of the turbine, currently has no solution.

Задачей настоящего изобретения является создание экономичной, неметаллоемкой, малогабаритной, многоступенчатой паровой турбины малой (средней) мощности, на средние и высокие параметры пара, при умеренных оборотах ротора, с возможностью отбора пара на регенерацию и другие нужды, работающей по конденсационному циклу, или, при необходимости, и с противодавлением. The objective of the present invention is to provide an economical, non-metal-consuming, small-sized, multi-stage steam turbine of small (medium) power, for medium and high parameters of steam, at moderate rotor speeds, with the possibility of taking steam for regeneration and other needs, operating on a condensation cycle, or, at necessary, and with back pressure.

Сущность изобретения заключается в том, что корпус турбины образует один или несколько тороидальных объемов, в которых установлены элементы статора проточной части, ротором же каждого тороидального статора является диск, соединенный с валом, и облопаченный усиленными лопатками, на вершинах которых закреплено цельное кольцо, несущее дополнительные ряды рабочих лопаток, при этом в статоре перед рядами рабочих лопаток установлены секретные диафрагмы, а между ними винтообразные разделители потоков пара, а также примыкающие к диафрагмам и разделителям фасонные кольца, являющиеся элементами проточной части статора и образующие винтовой тороидальный расширяющийся канал, который обеспечивает направление потока пара в проточной части вокруг цельного кольца через секторные диафрагмы и ряды рабочих лопаток многократно. The essence of the invention lies in the fact that the turbine housing forms one or more toroidal volumes in which the stator elements of the flow part are installed, the rotor of each toroidal stator is a disk connected to the shaft and blotted by reinforced blades, on the tops of which a solid ring is fixed, bearing additional rows of working blades, while in the stator, secret diaphragms are installed in front of the rows of working blades in the stator, and between them are spiral-shaped separators of steam flows, as well as adjacent to the diaphragms and shaped rings, which are elements of the stator flow part and form a spiral expanding toroidal channel, which ensures the direction of steam flow in the flow part around the whole ring through sector diaphragms and rows of rotor blades multiple times.

Соединение цельного кольца с усиленными лопатками получено с помощью фланцев (бандажей), выполненных заодно с телом лопаток, посредством, например, сварки. The connection of a solid ring with reinforced blades is obtained using flanges (bandages) made integral with the body of the blades, for example, by welding.

Лабиринтные уплотнения в проточной части выполнены кольцевыми сотового типа или соосно или под углом K оси турбины. The labyrinth seals in the flow part are made annular honeycomb type or coaxially or at an angle K of the turbine axis.

Предложенное устройство паровой турбины, имея незначительные габариты и массу, обеспечивает получение значительного количества (например при 4-х оборотах 14 16) рабочих ступеней на одном рабочем диске, а следовательно срабатывание на нем большого перепада теплосодержания пара при небольших его расходах и умеренных оборотах ротора. The proposed device of a steam turbine, having small dimensions and weight, provides a significant amount (for example, at 4 revolutions 14 16) of working stages on one working disk, and therefore, a large difference in the heat content of steam is triggered on it at low costs and moderate rotor speeds.

Небольшие габариты предлагаемой турбины позволяют уменьшить зазоры в уплотнениях между подвижными и неподвижными частями минимума, что обеспечивает низкие потери от утечек пара. The small dimensions of the proposed turbine can reduce the gaps in the seals between the moving and stationary parts of the minimum, which ensures low losses from steam leaks.

Низкие потери от утечек пара и небольшие срабатываемые перепады давлений в рабочих ступенях, из-за их большого количества, обуславливают повышение значения КПД турбины. Low losses from steam leaks and small triggered pressure drops in the working stages, due to their large number, cause an increase in the turbine efficiency.

Предлагаемое устройство турбины простое в изготовлении и не требует дорогих материалов. Малые габариты и масса турбины гарантируют оперативность работы при ее эксплуатации (не требуется длительных прогревов и охлаждений). The proposed turbine device is easy to manufacture and does not require expensive materials. The small dimensions and mass of the turbine guarantee operational efficiency during its operation (long-term heating and cooling are not required).

Предложенное устройство турбины позволяет получить очень низкие обороты ротора и прямое соединение ротора с потребителем, например, гребным винтом, насосом и др. The proposed turbine device allows to obtain very low rotor speeds and direct connection of the rotor with the consumer, for example, a propeller, a pump, etc.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами и, с целью краткости описание, составлено применительно к простым и технологичным устройствам турбины. The essence of the invention is illustrated by drawings and, for the sake of brevity, the description is drawn up in relation to simple and technological turbine devices.

На фигуре 1 показан продольный разрез турбины. The figure 1 shows a longitudinal section of a turbine.

На фигуре 2 вариант корпуса турбины. In figure 2, a variant of the turbine housing.

На фигуре 3 внутренний вид полукорпуса (фиг. 1) в сборе с крышкой. In figure 3, the internal view of the half-housing (Fig. 1) assembly with a cover.

На фигуре 4 фрагмент проточной части (фиг. 1) в разрезе по средней линии усиленных лопаток (развернуто). In figure 4, a fragment of the flowing part (Fig. 1) in the section along the midline of the reinforced blades (deployed).

На фигуре 5 продольный разрез турбины с дополнительной осевой частью. In figure 5, a longitudinal section of the turbine with an additional axial part.

На фигуре 6 продольный разрез турбины с двумя рабочими дисками. In figure 6, a longitudinal section of a turbine with two working disks.

Паровая многоступенчатая турбина состоит из корпуса 1 (фиг. 1, 2). На фигуре 1 изображен корпус, состоящий из полукорпусов 2 и 3 и крышек 4 и 5 турбины. A multi-stage steam turbine consists of a housing 1 (Fig. 1, 2). The figure 1 shows a housing consisting of half-shells 2 and 3 and covers 4 and 5 of the turbine.

Корпус имеет три вертикальных разъема для обеспечения изготовления и сборки турбины. The casing has three vertical connectors for the manufacture and assembly of the turbine.

На фигуре 2 показан вариант корпуса 1, состоящего из двух полукорпусов 6 и 7 с одним вертикальным разъемом. The figure 2 shows a variant of the housing 1, consisting of two half-shells 6 and 7 with one vertical connector.

Выбор того или другого корпуса зависит от принятой технологии изготовления и отливки. The choice of one or another case depends on the accepted manufacturing and casting technology.

Корпус 1 в сборе во всех вариантах образует внутри тороидальный объем 8 (фиг. 1, 2, 5, 6), где расположена проточная часть турбины. The housing 1 assembly in all variants forms a toroidal volume 8 inside (Fig. 1, 2, 5, 6), where the turbine flow section is located.

Ротор турбины 9 (фиг. 1) состоит из вала 10 и откованного заодно или насадного диска 11. The rotor of the turbine 9 (Fig. 1) consists of a shaft 10 and forged at the same time or mounted disk 11.

Диск 11 (фиг. 1) облопачен усиленными рабочими лопатками 12, на вершинах которых имеются фланцы (бандажи) 13, изготовленные заодно с телом лопатки. The disk 11 (Fig. 1) is blotted with reinforced working blades 12, on the tops of which there are flanges (bandages) 13, made at the same time with the body of the blade.

К фланцам 13 прочно закреплено, например, сваркой, установленное на них цельное кольцо 14 (фиг. 1), на которое смонтированы (в рассматриваемом случае три) дополнительные ряды рабочих лопаток 15, 16, 17 (фиг. 1), расположенные друг другу под углом 90^o. Указанное количество дополнительных рядов рабочих лопаток и их расположение обуславливает простоту устройства турбины, технологичность ее изготовления и сборки.The flanges 13 are firmly fixed, for example, by welding, mounted on them a solid ring 14 (Fig. 1), on which are mounted (in this case, three) additional rows of working blades 15, 16, 17 (Fig. 1), located under each other angle of 90 ^o . The specified number of additional rows of working blades and their location determines the simplicity of the turbine design, the manufacturability of its manufacture and assembly.

Принципиально на кольце 14 может быть смонтировано большое количество дополнительных рядов рабочих лопаток (4, 5, 7.), но это ведет к росту нагрузки на кольцо и к усложнению устройства корпуса. Такое устройство турбины может найти применение лишь в отдельных и особых случаях, а поэтому в настоящей заявке подробно не рассматривается, тем более, что сказанное сущности изобретения не имеет. Fundamentally, a large number of additional rows of working blades can be mounted on the ring 14 (4, 5, 7.), but this leads to an increase in the load on the ring and to the complication of the housing structure. Such a turbine device can find application only in individual and special cases, and therefore is not considered in detail in this application, especially since the foregoing does not have the essence of the invention.

Кольцо 14 (фиг. 1) между рядами рабочих лопаток имеет скосы 18, 19 под углом 30 ^oC45^o к продольной оси кольца, являющиеся ответными поверхностями лабиринтных уплотнений.The ring 14 (Fig. 1) between the rows of blades has bevels 18, 19 at an angle of 30 ^o C45 ^o to the longitudinal axis of the ring, which are mating surfaces of the labyrinth seals.

Ряды рабочих лопаток 15 и 17 подобны рабочим лопаткам радиальных турбин и на вершинах имеют бандажные кольца 20, 21 (фиг. 1). The rows of working blades 15 and 17 are similar to the working blades of radial turbines and at the tops have retaining rings 20, 21 (Fig. 1).

На вершинах лопаток ряда 16 установлено цельное бандажное кольцо 22 (фиг. 1) и закреплено от осевого смещения к отдельным лопаткам электрозаклепками (не показаны). Бандажное кольцо 22 имеет широкие полки с внутренними скосами (15^oC30^o). Под полками бандажа установлены кольцевые лабиринтные сотовые уплотнения 23 (фиг. 1), которые предотвращают утечку пара у вершин ряда рабочих лопаток 16 (фиг. 1).On the tops of the blades of row 16, a single retaining ring 22 is installed (Fig. 1) and secured from axial displacement to individual blades by electric rivets (not shown). The retaining ring 22 has wide shelves with internal bevels (15 ^o C30 ^o ). Under the shelves of the bandage installed annular labyrinth honeycomb seals 23 (Fig. 1), which prevent leakage of steam at the tops of a number of blades 16 (Fig. 1).

Между рядами лопаток 12 и 15, 15 и 16, 16 и 17, 17 и 12 (фиг. 1) установлены разделители 24 (фиг. 3, 4) соседних потоков пара представляющие собой секторные винтообразные стенки (внутри могут быть полыми), закрепленные к соответствующим частям корпуса или получены при отливке этих частей. Between the rows of blades 12 and 15, 15 and 16, 16 and 17, 17 and 12 (Fig. 1), separators 24 (Fig. 3, 4) of adjacent steam flows are installed, which are sector helical walls (can be hollow inside), fixed to corresponding parts of the body or obtained by casting these parts.

Количество разделителей потока пара и их ширина по дуге определяется числом оборотов парового потока вокруг кольца 14 и конкретными условиями при проектировании турбины. Однако, ширина торца разделителя по дуге может быть только более двух шагов соответствующего ряда рабочих лопаток, в противном случае перетекание пара между ступенями соседних витков потока пара резко возрастет. The number of steam flow separators and their width along the arc is determined by the number of revolutions of the steam flow around ring 14 and the specific conditions when designing the turbine. However, the width of the end face of the separator along the arc can be only more than two steps of the corresponding row of working blades, otherwise the flow of steam between the steps of adjacent turns of the steam flow will increase sharply.

Зазор 25 (фиг. 4) между торцами разделителей 24 и рядами рабочих лопаток 12, 15, 16, 17 возможен минимальный, т.к. осевая "игра" ротора при использовании подшипников качения практически нулевая, а также минимально при коротком роторе его тепловое расширение. The gap 25 (Fig. 4) between the ends of the dividers 24 and the rows of rotor blades 12, 15, 16, 17 is minimal, as the axial "play" of the rotor when using rolling bearings is practically zero, and also its thermal expansion is minimized with a short rotor.

Сказанное обеспечивает минимальное перетекание пара между ступенями соседних витков потока. The aforementioned ensures minimal flow of steam between the steps of adjacent turns of the stream.

Между разделителями 24 потоков пара перед каждым рядом рабочих лопаток 12, 15, 16, 17 установлены секторные диафрагмы 26, 27, 28, 29 (фиг. 1, 3, 4) с соответствующими направляющими аппаратами. Количество секторных диафрагм в данном ряду соответствует количеству рабочих ступеней в нем. Длина по дуге секторных диафрагм определяется количеством протекающего пара, его скоростью и его параметрами. Between the separators 24 of the steam flows in front of each row of blades 12, 15, 16, 17, sector diaphragms 26, 27, 28, 29 (Figs. 1, 3, 4) are installed with the corresponding guide vanes. The number of sector diaphragms in this series corresponds to the number of working steps in it. The length along the arc of the sector diaphragms is determined by the amount of flowing steam, its speed and its parameters.

К разделителям 24 потоков пара и секторным диафрагмам 26, 27, 28, 29 с внутренней стороны каждого ряда укреплены фасонные кольца 30, 31, 32, 33 (фиг. 1). Омываемая потоком пара сторона колец выполнена хорошо обтекаемой, а сторона примыкающая к цельному кольцу 14 несет на себе кольцевое лабиринтное уплотнение сотового типа соответственно 34, 35, 36, 37 (фиг. 1, 2, 3), обеспечивающие уменьшение утечки пара у корней лопаток дополнительных рядов 15, 16, 17 и у вершин усиленных лопаток 12. Shaped rings 30, 31, 32, 33 are strengthened to the separators 24 of the steam flows and sector diaphragms 26, 27, 28, 29 on the inner side of each row (Fig. 1). The side of the rings washed by the steam flow is well streamlined, and the side adjacent to the integral ring 14 carries a ring labyrinth seal of the honeycomb type, respectively 34, 35, 36, 37 (Figs. 1, 2, 3), which ensure the reduction of steam leakage at the roots of the additional blades rows 15, 16, 17 and at the tops of reinforced blades 12.

Для уменьшения утечек пара из проточной части турбины между ободом 38 диска 11 и частями корпуса 1 (фиг. 1, 2) в последних установлены соответственно ободу кольцевые габаритные уплотнения 39 сотового типа. To reduce steam leakage from the turbine flow path between the rim 38 of the disk 11 and the parts of the housing 1 (Figs. 1, 2), the oversized honeycomb type o-rings 39 are respectively installed in the latter.

Снижение протечек пара у вершин рабочих лопаток 15 и 17 осуществляется кольцевыми, лабиринтными уплотнениями 40 и 41 (фиг. 1) сотового типа, образующих уплотняющую лабиринтную пару с бандажными кольцами 20 и 21. The reduction of steam leaks at the tops of the blades 15 and 17 is carried out by ring, labyrinth seals 40 and 41 (Fig. 1) of the honeycomb type, forming a sealing labyrinth pair with retaining rings 20 and 21.

Зазор между корпусом и выходом вала уплотнен лабиринтовым уплотнением 42. The gap between the housing and the output of the shaft is sealed with a labyrinth seal 42.

В предложенном устройстве турбины большинство уплотнений расположено соосно или под углом к оси турбины, что исключает задевания в уплотнениях при осевой "игре" и тепловом расширении даже при минимальных зазорах в уплотнениях. In the proposed turbine device, most of the seals are located coaxially or at an angle to the axis of the turbine, which excludes grazing in the seals during axial “play” and thermal expansion even with minimal clearance in the seals.

Для осуществления необходимого направления потоку пара при входе в проточную часть турбины и сокращения потерь установлена направляющая пластина 43 (фиг. 1), а противоположное направление закрыто экраном 44 (фиг. 1, 6). Зазор между экраном 44 и рабочими лопатками 15 равен зазору 25 (фиг. 4). To implement the necessary direction to the steam flow at the entrance to the flow part of the turbine and reduce losses, a guide plate 43 is installed (Fig. 1), and the opposite direction is closed by a screen 44 (Fig. 1, 6). The gap between the screen 44 and the blades 15 is equal to the gap 25 (Fig. 4).

При отводе пара из проточной части турбины последующая секторная диафрагма заменяется экраном 45 (фиг. 5 и 6) с зазором от ряда рабочих лопаток равным зазору 25 (фиг. 4). When steam is removed from the turbine flow section, the subsequent sector diaphragm is replaced by a screen 45 (Figs. 5 and 6) with a gap from a number of blades equal to the gap 25 (Fig. 4).

Отбор пара регенерацию и другие нужды в предложенном устройстве турбины возможен от потока пара в секторах между разделителями 24 и рядами рабочих лопаток 12, 15, 16, 17 (на фигурах не показано). The selection of steam regeneration and other needs in the proposed turbine device is possible from the steam flow in the sectors between the separators 24 and the rows of blades 12, 15, 16, 17 (not shown in the figures).

Вал 10 турбины поддерживается роликовыми подшипниками качения 46, а осевое усилие воспринимается упорным подшипником качения 47 (фиг. 1). При необходимости можно уменьшить осевое усилие за счет введения реактивности ряда рабочих лопаток 16 (фиг. 1). The turbine shaft 10 is supported by roller bearings 46, and the axial force is perceived by a thrust roller bearing 47 (Fig. 1). If necessary, the axial force can be reduced by introducing the reactivity of a number of working blades 16 (Fig. 1).

Внутренние стенки корпуса 1, разделители 24 потоков пара и омываемая часть колец 30, 31, 32, 33 ограничивают винтовой, тороидальный, расширяющийся по ходу пара канал 48 (фиг. 3, 4), обеспечивающий подвод пара через диафрагмы к рабочим лопаткам многократно, что делает возможным потребление пара повышенных параметров при малых расходах пара, при небольших габаритах и массе турбины, достичь минимальных зазоров в уплотнениях, малых потерь с утечками пара, повышенных КПД турбины. The inner walls of the housing 1, the separators 24 of the steam flows and the washed part of the rings 30, 31, 32, 33 limit the screw, toroidal channel 48 expanding along the steam (Fig. 3, 4), which provides steam supply through the diaphragms to the working blades repeatedly, which makes it possible to consume steam of increased parameters at low steam flow rates, with small dimensions and mass of the turbine, to achieve minimal clearance in the seals, small losses with steam leaks, increased turbine efficiency.

В предложенном устройстве турбины профили рабочих лопаток выбираются по принципу наименьших потерь, а профили сопловых решеток из условия наилучшей работы пара на данном профиле рабочих лопаток. In the proposed turbine device, the profiles of the blades are selected according to the principle of least loss, and the profiles of the nozzle grates from the conditions of the best steam operation on this profile of the blades.

Изготовление и сборка предложенной турбины подобно радиальным турбинам и не вызывают особых технических трудностей. Контроль зазоров в уплотнениях возможно производить через технологические отверстия в корпусе (на чертежах не указаны) или определять расчетным путем. The manufacture and assembly of the proposed turbine is similar to radial turbines and does not cause special technical difficulties. It is possible to control the gaps in the seals through technological holes in the housing (not shown in the drawings) or determined by calculation.

В условиях эксплуатации общую оценку состояния зазоров в уплотнениях удобно определять по зазору у обода рабочего диска (38, 39 фиг. 1), через отверстия, закрываемые пробками (не указаны). Under operating conditions, it is convenient to determine the overall assessment of the state of gaps in seals by the gap at the rim of the working disk (38, 39 of Fig. 1), through openings closed by plugs (not indicated).

Предлагаемая паровая турбина работает применительно к фиг.1 следующим образом:
Свежий пар через запорные и регулирующие органы (не показаны) поступает через отверстие 49 в корпусе 1 в начальную часть 50 тороидального вентового канала 48, ограниченную двумя соседними разделителями пара 24, экраном 44 (пластина 43 упорядочивает поток и сокращает потери) и одной из секторных диафрагм 28. После расширения в диафрагме пар совершает работу на ряду рабочих лопаток 16. Так происходит работа в первой ступени турбины. Далее отработавший на лопатках 16 пар продолжает движение по винтовому каналу 48, отклоняясь на часть шага по дуге тороидального объема 8 и поворачиваясь с аксиального направления на радиальное, подается к одной из секторных диафрагм 29, после расширения в которой, работает на ряду лопаток 17. Так происходит работа во второй ступени. После рабочих лопаток 17 пар следующим участком канала 48 разворачивается из радиального в осевое направление и подводится к одной из секторных диафрагм 26, после расширения в которой пар работает на ряду рабочих усиленных лопаток 12. Так происходит работа в третьей ступени турбины. Следующий участок канала 48, развернув поток на радиальный, подводит пар к одной из секторных диафрагм 27, после которой пар работает на рабочих лопатках 15. Так происходит работа в четвертой ступени турбины. Последующий участок канала 48 разворачивает поток пара с радиального на осевое и подводит его к соседней и вводом пара в турбину секторной диафрагме 28, после которой пар вторично работает на лотках 16, так происходит работа в пятой ступени турбины. И т.д.The proposed steam turbine operates in relation to figure 1 as follows:
Fresh steam through the locking and regulating bodies (not shown) enters through the opening 49 in the housing 1 into the initial part 50 of the toroidal ventilation duct 48, limited by two adjacent steam dividers 24, a screen 44 (plate 43 controls the flow and reduces losses) and one of the sector diaphragms 28. After expansion in the diaphragm, the steam performs work on a number of working blades 16. This is how the work occurs in the first stage of the turbine. Next, the steam spent on the blades 16 continues to move along the helical channel 48, deviating by a part of the step along the arc of the toroidal volume 8 and turning from the axial direction to the radial direction, is fed to one of the sector diaphragms 29, after expansion in which it works on a series of blades 17. So work in the second stage occurs. After the working blades 17 pairs of the next section of the channel 48 is deployed from radial to the axial direction and is led to one of the sector diaphragms 26, after expansion in which the steam works on a series of working reinforced blades 12. This is the work in the third stage of the turbine. The next section of the channel 48, turning the flow on the radial, brings the steam to one of the sector diaphragms 27, after which the steam works on the working blades 15. This is the work in the fourth stage of the turbine. The subsequent section of the channel 48 turns the steam flow from radial to axial and brings it to the adjacent diaphragm 28 and steam is introduced into the turbine, after which the steam works on trays 16 for the second time, so the work occurs in the fifth stage of the turbine. Etc.

Паровой поток по каналу 48 совершает несколько оборотов (например 4 и более) вокруг кольца 14. Каждый раз поочередно работает на всех рядах рабочих лопаток, срабатывая расчетный теплоперепад. После отработки расчетного теплоперепада пар отводится из турбины (на фиг. 4, 6 показано условно) из любой части канала 48, и подается или в конденсатор, или в другой корпус для срабатывания оставшегося теплоперепада, или какому-либо потребителю тепла. The steam stream through channel 48 makes several revolutions (for example 4 or more) around ring 14. Each time, it alternately works on all rows of working blades, triggering the calculated heat transfer. After working out the calculated heat transfer, steam is removed from the turbine (Fig. 4, 6 is shown conventionally) from any part of the channel 48, and is supplied either to a condenser or to another housing to operate the remaining heat transfer, or to some heat consumer.

Первый вариант. First option.

В тороидальной турбине сработать полностью теплоперепад не представляется возможным. Установка последующего корпуса увеличивает занимаемую площадь, материальные затраты, массу установки. В этом случае целесообразно применить турбину, изображенную на фиг. 5, состоящую из тороидальной части 51 и аксиальной части 52. Аксиальная часть состоит из корпуса 53, представляющего собой колоколообразную отливку с частью тороида, где расположены несколько рабочих аксиальных ступеней, состоящих из облопаченных насадных дисков 54 и диафрагм 55. Диафрагмы разделены между собою проставками 56. Аксиальная часть турбины закрывается крышкой 57, через которую отработавший пар отводится в конденсатор. Собирается аксиальная часть последовательной установки диафрагм, дисков и проставок. In a toroidal turbine, it is not possible to fully operate the heat transfer. Installation of the subsequent building increases the occupied area, material costs, installation weight. In this case, it is advisable to use the turbine shown in FIG. 5, consisting of a toroidal part 51 and an axial part 52. The axial part consists of a body 53, which is a bell-shaped casting with a part of a toroid, where several axial working stages are located, consisting of padded mounted discs 54 and diaphragms 55. The diaphragms are separated by spacers 56 The axial part of the turbine is closed by a cover 57, through which the exhaust steam is discharged into the condenser. The axial part of the sequential installation of diaphragms, discs and spacers is assembled.

Работа турбины. Свежий пар, поступивший в турбину, работает сначала в тороидальной части, как это описано выше, затем через отверстие 58 поступает в аксиальную часть, совершая работу на ступенях этой части, и отводится в конденсатор. Turbine operation. Fresh steam entering the turbine first works in the toroidal part, as described above, then through the hole 58 it enters the axial part, performing work on the steps of this part, and is discharged to the condenser.

Второй вариант. The second option.

В случае турбины, предназначенной для срабатывания большого теплоперепада, или тихоходной предлагается компактная, однокорпусная паровая турбина (фиг. 6), которая состоит из двух частей: часть высокого давления (ЧВД) 59, и часть низкого давления (ЧНД) 60. Обе части имеют тороидальное исполнение. In the case of a turbine designed to operate with a large heat loss, or a low-speed one, a compact, single-case steam turbine is proposed (Fig. 6), which consists of two parts: a high-pressure part (CVP) 59 and a low-pressure part (NPP) 60. Both parts have toroidal performance.

Турбина состоит из корпуса 61, представляющего собой цилиндрическую отливку, оканчивающуюся с обоих концов полными полуторами (полутороидами). Передняя часть 62 и задняя часть 63 турбины могут быть выполнены в вариантах фиг. 1 или 2. После сборки корпуса образуется два тороидальных объема 8, где располагаются проточные части турбины, ЧВД-64, ЧНД-65. The turbine consists of a casing 61, which is a cylindrical casting ending at both ends with one and a half (one and a half toroid). The front part 62 and the rear part 63 of the turbine can be made in the variants of FIG. 1 or 2. After assembly of the casing, two toroidal volumes 8 are formed, where the flow parts of the turbine, CVP-64, and NPP-65 are located.

Ротор турбины имеет вал 66 и два рабочих диска 67 и 68 (в приведенном варианте диск 67 откован заодно с валом 66, диск 68 насажен). The turbine rotor has a shaft 66 and two working disks 67 and 68 (in the above embodiment, the disk 67 is forged at the same time with the shaft 66, the disk 68 is mounted).

Устройство элементов проточной части и уплотнений ЧВД и ЧНД аналогично рассмотренному в начале настоящей заявки. The device elements of the flowing part and seals CVD and NPV is similar to that considered at the beginning of this application.

С целью уменьшения осевого усилия в турбине потоки пара ЧВД и ЧНД имеют противоположные направления. In order to reduce the axial force in the turbine, the steam flows of the CVP and NPV have opposite directions.

По рассмотренному принципу возможно осуществить устройство турбины с двумя и более корпусами, с тремя и более рабочими дисками и тороидальными проточными частями. According to the principle considered, it is possible to implement a turbine device with two or more cases, with three or more working disks and toroidal flow parts.

Сборка рассматриваемой турбины возможна и не вызывает технических затруднений. The assembly of the turbine in question is possible and does not cause technical difficulties.

Работа турбины. Turbine operation.

Свежий пар поступает в ЧВД 59, где протекая через тороидальную проточную часть 64, за несколько оборотов вокруг кольца 14 срабатывает теплоперепад на рабочих лопатках диска 67. После чего пар, отсеченный пластиной 45 через отверстия 69 и 70 перетекает в ЧНД 60. Fresh steam enters the CVP 59, where, flowing through the toroidal flow part 64, a heat drop on the working blades of the disk 67 is triggered for several revolutions around the ring 14. After that, the steam cut off by the plate 45 through the openings 69 and 70 flows into the NPP 60.

Будучи перегороженным пластиной 44 пар направляется в тороидальную проточную часть ЧНД, где срабатывает оставшийся теплоперепад на рабочих лопатках диска 68 и отводится за пределы турбины, например, в конденсатор (не показано). ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 Being blocked by a plate, 44 pairs are sent to the toroidal flow part of the NPP, where the remaining heat drop on the working blades of the disk 68 is triggered and discharged outside the turbine, for example, to a condenser (not shown). YYY2 YYY4

Claims (5)

1. Паровая тороидальная турбина малой мощности, содержащая корпус, ротор, диафрагмы, отличающаяся тем, что корпус турбины образует один или несколько тороидальных объемов, в которых установлены элементы проточной части, ротором каждого тороидального статора является диск, соединенный с валом и облапаченный усиленными лопатками, на вершинах которых закреплено цельное кольцо, несущее дополнительные ряды рабочих лопаток, при этом в статоре перед рядами рабочих лопаток установлены секторные диафрагмы, а между ними винтообразные разделители потоков пара, а также примыкающие к диафрагмам и разделителям фасонные кольца, являющиеся элементами проточной части статора и образующие винтовой тороидальный расширяющийся канал, который обеспечивает направление потока пара в проточной части вокруг цельного кольца через секторные диафрагмы и ряды рабочих лопаток многократно. 1. Steam toroidal turbine of low power, comprising a housing, a rotor, diaphragms, characterized in that the turbine housing forms one or more toroidal volumes in which flow elements are installed, the rotor of each toroidal stator is a disk connected to the shaft and covered with reinforced blades, on the tops of which a solid ring is fixed, bearing additional rows of working blades, while in the stator in front of the rows of working blades sector diaphragms are installed, and screw-shaped dividers between them and steam flows, as well as shaped rings adjacent to the diaphragms and dividers, which are elements of the stator flow part and form a spiral expanding toroidal channel, which provides direction of the steam flow in the flow part around the whole ring through sector diaphragms and rows of blades. 2. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что лопатки, установленные на диске, имеют на периферии выполненные за одно целое с ними бандажные полки, при этом цельное кольцо расположено на последних и соединено с ними, например, сваркой. 2. The turbine according to claim 1, characterized in that the blades mounted on the disk have on the periphery shroud shelves made in one piece with them, while the integral ring is located on the latter and connected to them, for example, by welding. 3. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что на фасонных кольцах выполнены сотовые уплотнения, а цельное кольцо между лопатками имеет скосы под углом 30-45°, образующие с уплотнениями соответствующие уплотняющие пары. 3. The turbine according to claim 1, characterized in that honeycomb seals are made on the shaped rings, and the solid ring between the blades has bevels at an angle of 30-45 °, forming the corresponding sealing pairs with the seals. 4. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что наружный ряд лопаток имеет на периферии бандажное кольцо со скошенными полками, причем под полками на корпусе установлены кольцевые сотовые уплотнения, образующие со скосами уплотняющую пару. 4. The turbine according to claim 1, characterized in that the outer row of blades has a retaining ring with beveled shelves on the periphery, and annular honeycomb seals are installed under the shelves on the casing, forming a sealing pair with bevels. 5. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что на корпусе в области обода диска установлены сотовые уплотнения для отделения тороидальной проточной части от дискового пространства. 5. The turbine according to claim 1, characterized in that honeycomb seals are installed on the housing in the region of the disk rim to separate the toroidal flow part from the disk space.

Images