Одновінцева турбіна із ступенями тиску

Одновінцева турбіна зі ступенями тиску, що містить сопло для підведення свіжого робочого тіла, активні робочі лопатки та перепускний апарат для послідовного підведення робочого тіла від ступеня до ступеня, що складається із перепускних каналів, виконаних з послідовним збільшенням розмірів від першого ступеня до останнього, яка відрізняє ться тим, що додатково містить діафрагму для закріплення перепускного апарата, перепускні канали складаються з поворотної частини, безпосередньо приєднаної до вхідного отвору, виконаного в діафрагмі, і вихідної частини, при цьому поворотна частина виконана з профілем у вигляді криволінійного асиметричного конфузора, вихідна частина - із профілем у вигляді прямолінійного асиметричного дифузора з кутом нахилу профільних стінок, що відповідає вхідному куту робочих лопаток, а перепускний апарат додатково містить дефлектори, установлені в поворотній частині перепускних каналів, причому головна профільна стінка поворотної частини перепускних каналів виконана з конфігурацією, залежною від розмірів перепускного каналу даного ступеня тиску, й обумовлена системою рівнянь: для перепускного каналу першого ступеня тиску: Винахід належить до машинобудування, зокрема, турбобудування, і може знайти застосування в одновінцевих парових і газових турбінах зі ступенями тиску та повторним підведенням робочого тіла. Ці турбіни можуть бути використані як привод електрогенераторів та інших механізмів для власних потреб котельні, теплоелектростанції (вентилятор, мережний насос, живильний насос, димосос), а також на газорозподільних станціях. Відома одновінцева турбіна зі ступенями тиску (з багаторазовим підведенням робочого тіла), що містить сопло - для підведення свіжого робочого тіла, активні робочі лопатки та перепускний апарат, який містить перепускні канали та сопла, розташовані на виході перепускних каналів, причому перепускний канал першого ступеня виконаний із двома вихідними частинами, напрямками в протилежні боки, а наступні ступені ìR 2 (cosa1 - 2 cos a ) + L ch sin a1 + B ct (cosa 1 - cos(a1 + j3 )) = 0 í îR 2 (2 sin a - sin a 1) - Rкб sin d2 + L ch cosa1 + Bct (sin a - sin a1 ) = 0 ; для перепускних каналів проміжних ступенів тиску: ì(R1 - R 2 )sin j1 - Lch sina1 - R 3 cos a1 + (R 2 + R3 )cos a = 0 í îRкб [sin(d - d1 ) + sind 1] + (R1 - R2 )cos j 1 - Lch cos a1 + R 3 sina1 - R1 - (R2 + R3 )sina = 0 d - кут перепускного каналу; Bct - товщина стінки перепускного каналу; Lch - довжина прямої ділянки вихідної частини; радіус кореневого перерізу каналу. (13) (19) UA Rкб - базовий перепускного 82065 d1,d2 - кути радіуса Rкб в системі координат У 1О1 Х1 і У 2О 2 Х2 відповідно; a 1 - кут виходу потоку робочого тіла із перепускного каналу; a - кут радіуса R2 в системі координат У 2О2 Х2 ; (11) , де: R1,R2 , R3 - радіуси кривих, що складають конфігурацію головної профільної стінки; j1, j3 - кути радіусі в R1,R3 відповідно; C2 ; для перепускних каналів останнього ступеня тиску: ìR1 cos a - Lch sina 1 - R3 (cos a1 - cos a ) = 0 í 1 ch 1 3 1 ( ) í îR1 sina - Rкб sind2 + L ch cos a1 + R 3 (sin a - sina 1) = 0 3 82065 тиску розташовані по обидва боки від сопла для підведення свіжого робочого тіла [1]. Однак, відома турбіна має невисокий ККД. Цей недолік пов'язаний з тим, що профіль перепускних каналів має великий кут повороту та викликає турбулізацію потоку робочого тіла, через що перепускний апарат має високий аеродинамічний опір. Відома також одновінцева турбіна зі ступенями тиску, що містить сопло для підведення свіжого робочого тіла, активні робочі лопатки та перепускний апарат для послідовного підведення робочого тіла від ступеня до ступеня, який містить перепускні канали, виконані з послідовним збільшенням розмірів від першого ступеня до останнього, і сопла, установлені на виході перепускних каналів, при цьому перепускні канали виконані з подібними профілями й складаються із вхідної та ви хідної частин, виконаних із профілем у вигляді циліндра, головна та допоміжна профільні стінки яких перпендикулярні площині обертання робочих лопаток, і поворотної частини, що з'єднує вхідн у й ви хідну частини та виконана з криволінійним симетричним профілем, головна та допоміжна профільні стінки якої мають конфігурацію центральної кривої [2]. Однак, відома турбіна має недостатньо високий ККД і досить складну конструкцію. Недостатньо високий ККД пов'язаний із профільними втратами кінетичної енергії потоку робочого тіла в перепускному апараті через геометричну форму профілю перепускних каналів, що викликає сильну турбулізацію та створює високий аеродинамічний опір у поворотній частині, а також із профільними втратами в соплах перепускного апарата. Значна складність конструкції пов'язана з тим, що перепускний апарат містить сопла. Завдання винаходу складається в підвищенні ККД турбіни за рахунок зниження профільних втрат кінетичної енергії робочого тіла в перепускному апараті шляхом зниження турбулізації потоку робочого тіла й аеродинамічного опору перепускних каналів та шляхом усунення профільних втрат, пов'язаних із соплами перепускного апарата, а також у спрощенні конструкції ступеня за рахунок виключення необхідності в соплах перепускного апарата. Сутність винаходу полягає в тім, що для вирішення поставленого завдання в одновінцевій турбіні зі ступенями тиску, що містить сопло для підведення свіжого робочого тіла, активні робочі лопатки та перепускний апарат для послідовного підведення робочого тіла від ступеня до ступеня, який складається із перепускних каналів, відмінністю є те, що турбіна додатково містить діафрагму для закріплення перепускного апарата, перепускні канали складаються з поворотної частини, безпосередньо приєднаної до вхідного отвору, виконаного в діафрагмі, і вихідної частини, при цьому поворотна частина виконана з профілем у вигляді криволінійного асиметричного конфузора, вихідна частина - із профілем у вигляді прямолінійного асиметричного дифузора з кутом 4 нахилу профільних стінок, що відповідає вхідному куту робочих лопаток, а перепускний апарат додатково містить дефлектори, встановлені в поворотній частині перепускних каналів. Причому, головна профільна стінка поворотної частини перепускних каналів виконана з конфігурацією залежною від розмірів перепускного каналу на даному ступені тиску, й визначається за системою рівнянь: для перепускного каналу першого ступеня тиску ìR 2 (cos a1 - 2 cos a) + L ch sin a1 + Bct (cos a1 - cos(a1 + j 3 )) = 0 í îR 2 (2(sin a - sin a1) - R êá sind 2 + L ch cos a1 + Bct (sin a - sin a1) = 0 для перепускних каналів проміжних ступенів тиску ì ï (R1 - R2 ) sinj1 - Lch sina1 - R3 cos a1 + (R2 + R 3 ) cos a = 0 í ï Rêá[sin(d - d 1) + sind 1] + (R1 - R2 ) cos j1 - Lch cos a 1 + R3 sina1 - R1 - (R2 + R 3 ) sina = 0 î для перепускних каналів останнього ступеня тиску ìR1 cos a - Lch sin a1 - R3 (cos a1 - cos a ) = 0 í îR1 sin a - Rêásind 2 + L ch cos a1 + R 3 (sin a - sin a1) = 0 де: R1 R2, R3 - радіуси кривих, що складають конфігурацію головної профільної стінки; j1 j3 - кути радіусів R1, R3 відповідно; , δ1, δ2,- кути радіуса RKб у системі координат У 1О1 Х1 і У 2О 2 Х2 відповідно. α1 - кут ви ходу потоку робочого тіла із перепускного каналу; α - кут радіуса R2 в системі координат У 2О2 Х2; δ - кут перепускного каналу; Bct - товщина стінки перепускного каналу; Lch – довжина прямої ділянки вихідної частини; RKб - базовий радіус кореневого перерізу перепускного каналу. Винахід пояснюється кресленнями: Фіг.1 розгорнення турбіни; Фіг.2 – головна профільна стінка перепускного каналу, вигляд збоку, Фіг.3 головна профільна стінка перепускного каналу, вигляд зверху. Одновінцева турбіна з щаблями тиску містить сопло 1 для підведення свіжого робочого тіла, активні робочі лопатки 2, діафрагму 3, перепускний апарат для послідовного підведення робочого тіла від ступеня до ступеня та вихлопний патрубок 4. Перепускний апарат містить перепускні канали 5, закріплені на діафрагмі 3, які складаються з поворотної частини 6 і вихідної частини 7 та дефлекторів 8, установлених у поворотній частині 6. Поворотна частина 6 виконана із профілем у вигляді криволінійного асиметричного конфузора, вихідна частина 7 - із профілем у вигляді прямолінійного асиметричного дифузора з кутом 5 82065 нахилу профільних стінок, що відповідає вхідному куту робочих лопаток 2. Конфігурація головної профільної стінки поворотної частини 6 (Фіг.2 і Фіг.3) виконана залежно від розмірів перепускного каналу 5 на даному ступені тиску та визначається: за системою рівнянь [1] - для перепускного каналу першого ступеня тиску; за системою рівнянь [2] для перепускних каналів проміжних ступенів тиску; за системою рівнянь [3] - для перепускного каналу останнього ступеня тиску. Система рівнянь [1]... [3] одержані шляхом проекції поворотної частини 6 на осі двох залежних один від одного систем координат У 1О1 Х1 і У 2О 2 Х2 центри яких О1 і О2 розташовані на відстані RKб від загального центру О. У зв'язку зі збільшенням лінійних розмірів головної профільної стінки за висотою діаметра, для сполучення двох криволінійних ділянок головної профільної стінки поворотної частини 6 перепускних каналів 5 з радіусами R2 і R3, застосовують прямолінійну ділянку 9 (Фіг.2). Винахід працює в такий спосіб. Свіже робоче тіло (пара або газ) через сопло 1 подає до активних робочих лопаток 2, на яких кінетична енергія робочого тіла перетворюється в механічну роботу обертання робочих лопаток 2 за рахунок силового впливу на них. Вийшовши з каналу робочих лопаток 2, робоче тіло надходить у перепускний канал 5 першого ступеня тиску, що повторно підводить робоче тіло до робочих лопаток 2, де кінетична енергія робочого тіла повторно перетворюється в механічну роботу обертання. Пройшовши ступені тиску, робоче тіло з останнього ступеня тиску через вихлопний патрубок 4 виводять у паропровід відпрацьованої пари, яку далі подають відповідному споживачеві або на підігрівник мережної води. Кількість ступенів тиску залежить від теплоперепаду, що спрацьовується в турбіні та від геометричних характеристик турбіни: висоти робочих лопаток, середнього діаметра робочого колеса. До числа переваг даної турбіни можна віднести можливість організації виробничого відбору з будь-якого перепускного каналу 5, проробивши у відповідному перепускному каналі отвір у головній профільній стінці. Можливість заміни перепускних апаратів на інші, у яких розміщені перепускні канали 5, дозволяє мати на одній і тій же турбіні різні одиничні потужності. 1. Авт. св. СРСР №421783, F01 ol 1/12, публ. 1974р. 2. Патент Великобританії №1119287, F01 оl 1/12, публ. 1968р. 6