Спосіб регулювання доцентрової турбіни з безлопатковим направляючим апаратом

Спосіб регулювання доцентрової турбіни з безлопатковим направляючим апаратом, що заснований на регулюванні пропускної здатності турбіни шляхом зміни площі прохідного перерізу розгінної ділянки завитки, який відрізняється тим, що зміну площі прохідного перерізу розгінної ділянки завитки безлопаткового направляючого апарата здійснюють за рахунок криволінійнопоступального руху профільованого елемента по або проти потоку газу, що входить у завитку, при цьому геометричну форму, розташування і величину площі прохідного перерізу розгінної ділянки завитки безлопаткового направляючого апарата визначають криволінійно-поступальним рухом профільованого елемента. (19) (21) 20040907860 (22) 27.09.2004 (24) 25.06.2007 (46) 25.06.2007, Бюл. № 9, 2007 р. (72) Петросянц Вартан Андронікович, Карнаухов Юрій Йосипович, Марченко Андрій Петрович, Самойленко Дмитро Евгенович (73) ТОВАРИСТВО З ОБМЕЖЕНОЮ ВІДПОВІДАЛЬНІСТЮ "ТУРБО-ВЕСТА" (56) US 3552876, 1971 EP 0096624, 1983 US 4177005, 1979 RU 2131981, 1999 GB 2105789, 1983 3 79451 4 випливає з представлених дослідних даних завитки у всьому діапазоні регулювання, що ви[рис.8в, криві 1, 2, 3 [2]] при зменшенні пропускної ключає тим самим дисипацію енергії газу через здатності турбіни на 30% у порівнянні з номінальзриви потоку газу, що входить у завитку БН А, і, ною, ККД турбіни знижується на 20...26%. відповідно, істотне зниження ККД турбіни. Рух В основу винаходу поставлена задача ствопрофільованого елемента по потоку газу, що вхорення ефективного способу регулювання доцентдить у завитку БНА турбіни, або проти нього дорової турбіни з БНА, у якому за рахунок іншого зволяє плавно зменшувати або збільшува ти велиспособу зміни площі прохідного перетину розгінної чину площі прохідного перетину розгінної ділянки ділянки завитки БНА досягається практично повна завитки БНА, сприяючи практичній відсутності довідсутність додаткової дисипації енергії газу в ній даткової дисипації енергії газу у завитці, що також, при регулюванні за рахунок плавності зміни площі у порівнянні з прототипом, значно збільшує ККД прохідного перетину розгінної ділянки завитки турбіни у всьому діапазоні регулювання. МожлиБНА, що забезпечує при цьому одержання постійвість задавати розташуванням профільованого ного високого ККД турбіни у всьому діапазоні її елемента при його криволінійно-поступальному регулювання по пропускній здатності. русі величину, форму і площі прохідного перетину Зокрема, для дизельного двигуна з турбонадрозгінної ділянки завитки БНА турбіни дозволяє дувом таке регулювання пропускної здатності турпідвищити ефективність регулювання за рахунок біни турбокомпресора по швидкісній характерисраціонального підбора геометричних параметрів тиці двигуна дає значне зниження такого перетину. середнєексплуатаційної витрати палива і поліпЗа наявними в заявника відомостями, сукупшення його екологічних характеристик. ність суттєви х ознак, що характеризують сутність Поставлена задача досягається тим, що в винаходу, що заявляється, не відома, виходячи з способі регулювання доцентрової турбіни з безлонаявного рівня техніки, що дозволяє зробити випатковим направляючим апаратом, що заснований сновок про його відповідність критерієві "новизна". на регулюванні пропускної здатності турбіни шляНа думку заявника для фахівця в області турбінохом зміни площі прохідного перетину розгінної будування, зокрема виробництва агрегатів наддуділянки завитки безлопаткового направляючого ву ДВЗ, сутність винаходу, що заявляється, не апарата, відповідно до винаходу, зміну площі провипливає явно з рівня техніки, тому що з нього не хідного перетину розгінної ділянки завитки безловиявляється сукупність суттєви х ознак і їхній вплив паткового направляючого апарата здійснюють за на технічний результат, що досягається. Це дорахунок криволінійно-поступального руху профізволяє зробити висновок про відповідність спосольованого елемента по або проти потоку газу, що бу, що заявляється, критерієві "винахідницький входить у завитку, при цьому геометричну форму, рівень". Спосіб регулювання доцентрової турбіни з розташування і величину площі прохідного перебезлопатковим направляючим апаратом, що заявтину розгінної ділянки завитки безлопаткового наляється, може бути багаторазово використаний у правляючого апарата визначають криволінійновиробництві радіально-осьових і діагональних тупоступальним рухом профільованого елемента. рбін з одержанням очікуваного технічного резульВід прототипу винахід, що заявляється, відрізтату, що дозволяє зробити висновок про відповідняється наступними ознаками: ність винаходу критерієві "промислова - регулювання пропускної здатності турбіни придатність". Таким чином, спосіб регулювання здійснюють за рахунок криволінійно-поступального доцентрової турбіни, що заявляється, є технічним руху профільованого елемента; рішенням, яке задовольняє всім умовам патенто- криволінійно-поступальний рух профільоваспроможності винаходу. ного елемента здійснюють у 2-х напрямках: по Сутність винаходу пояснюється кресленням потоку газу, що входить у завитку БНА турбіни, (Фіг.1), на якому представлене схематичне зобраабо проти нього в залежності від необхідності змеження доцентрової турбіни з БНА, на Фіг.2 зобраншення або збільшення величини площі прохідножена залежність площі прохідного перетину розго перетину розгінної ділянки завитки БНА; гінної ділянки завитки БНА від переміщення - криволінійно-поступальний рух профільовапрофільованого елемента, на Фіг.3 показані заленого елемента визначає геометричну форму, розжності відносної зміни ККД турбіни D`h від зміни ташування і величину площі прохідного перетину відносної приведеної витрати газу D`G при регукінця розгінної ділянки завитки БНА турбіни. люванні турбіни при декількох фіксованих ступеУ результаті використання винаходу, що заявнях розширення газу pT, а на Фіг.4 - графіки зміни ляється, забезпечується технічний результат, який показників ДВЗ по зовнішній швидкісній характеполягає в практично повній відсутності додаткової ристиці при використанні пропонованого способу дисипації енергії газу за рахунок плавності зміни регулювання турбіни турбокомпресора (криві 1) і площі прохідного перетину розгінної ділянки завинерегульованої турбіни турбокомпресора (криві 2). тки БНА, що забезпечує при цьому одержання Пропонований спосіб регулювання доцентропостійного високого ККД турбіни у всьому діапазоні вої турбіни здійснюють таким чином. її регулювання по пропускній здатності. На Фіг.1 позначено: 1 - завитка БНА, 2 - робоМіж суттєвими ознаками винаходу, що заявляче колесо турбіни, 3 - профільований елемент. ється, і технічним результатом, який досягається, Пропонований спосіб регулювання доцентроіснує такий причинно-наслідковий зв'язок. вої турбіни з БНА заснований на регулюванні проКриволінійно-поступальний рух елемента, що пускної здатності турбіни. Доцентрова турбіна з є профільованим, дозволяє здійснювати плавну БНА містить рухливий профільований елемент 3, зміну площі прохідного перетину розгінної ділянки що розташований у завитці 1 в районі розгінної 5 79451 6 ділянки (див. Фіг.1). Зміну площі прохідного переможе займати як по потоку, так і проти потоку не тину розгінної ділянки завитки 1 здійснюють за тільки положення, що забезпечують максимальну і рахунок криволінійно-поступального руху профімінімальну площі прохідного перетину розгінної льованого елемента 3 по або проти потоку газу, ділянки завитки 1 БНА, але також безліч інших що входить у завитку 1 БНА турбіни, зменшуючи положень між ними по траєкторії свого руху в проабо збільшуючи площу прохідного перетину завитцесі регулювання пропускної здатності турбіни. ки 1 БНА. При цьому геометричну форму, розтаТаким чином, при роботі двигуна по швидкісній шування і величину площі прохідного перетину характеристиці забезпечується оптимальний тиск розгінної ділянки завитки 1 БНА визначають кринаддуву на всі х режимах, залежність якого від наволінійно-поступальним рухом профільованого вантаження двигуна неважко визначити задаючи елемента 3. Криволінійно-поступальний рух прогеометрію завитки 1, профілю профільованого фільованого елемента 3 забезпечує плавну зміну елемента 3 і його переміщень. Аналогічно, пропоплощі прохідного перетину розгінної ділянки завинований винахід може бути використаний і при тки 1 БНА у всьому діапазоні його переміщень, у роботі двигуна по інших характеристиках - наванрезультаті чого додаткова дисипація енергії газу у тажувальним, регуляторним. завитці 1 БНА при регулюванні практично відсутня, Пропонований спосіб регулювання доцентрощо забезпечує високі значення ККД турбіни у вої турбіни з безлопатковим направляючим апаравсьому діапазоні регулювання. том був реалізований у конструкції турбокомпреРозглянемо варіант реалізації пропонованого сора ТКР-8,5ТВ-02 і досліджений на безмоторному способу регулювання доцентрової турбіни з БНА стенді шляхом зняття характеристик турбіни в шина прикладі доцентрової турбіни турбокомпресора рокому діапазоні зміни витрати газу при фіксовадля наддуву ДВЗ, що працює по швидкісній харакному ступені розширення pT й оптимальному знатеристиці. З випускного колектора ДВЗ гази, які ченні характеристичного числа турбіни U/Co=0,67. відробили у циліндрах, надходять через завитку 1 Як видно з графіків (Фіг.3), величина ККД турБНА на робоче колесо 2 турбіни (див. Фіг.1), виробіни D`h змінюється в діапазоні ±2% при зміні відбляючи потужність, що передається через вал на носного приведеної витрати газу D`G до 30% шлякомпресор турбокомпресора. Компресор, поглихом регулювання площі прохідного перетину F наючи потужність турбіни, розвиває тиск наддуву у розгінної ділянки завитки 1 БНА профільованим впускному колекторі ДВЗ, від величини якого заелементом 3 відповідно до винаходу. Незначна лежать багато показників двигуна з турбонаддузміна ККД турбіни в широкому діапазоні регулювом, зокрема паливна економічність і екологічні вання пропускної здатності підтверджує ефективпоказники. Тиск газів у випускному колекторі, а ність способу, що заявляється. отже, потужність турбіни і тиск наддуву, залежать Іншим, більш суттєвим, доказом ефективності від пропускної здатності турбіни, обумовленою пропонованого способу регулювання доцентрової площею прохідного перетину F розгінної ділянки турбіни є проведені моторні випробування 6-ти завитки 1 БНА турбіни. циліндрового V-образного двигуна СМД-62 з турУ випадку, коли ДВЗ укомплектований турбобокомпресором ТКР-8,5ТВ-02, які показали, що компресором з нерегульованою турбіною, площа пропонований спосіб регулювання доцентрової прохідного перетину F розгінної ділянки завитки 1 турбіни дозволив суттєво поліпшити показники БНА турбіни підбирається таким чином, щоб задвигуна по зовнішній швидкісній характеристиці. безпечити оптимальну величину тиску наддуву на Як видно з графіків (Фіг.4), за рахунок використанномінальній або близькій до нього потужності двиня в турбіні турбокомпресора регулювання пропусгуна. Однак при роботі двигуна в умовах реальної кної здатності по пропонованому способу (криві 1) експлуатації по швидкісній характеристиці відбуу порівнянні з нерегульованою турбіною турбокомвається неузгодженість витратних характеристик пресора (криві 2), питома ефективна витрата падвигуна і турбіни турбокомпресора, у результаті лива двигуна ge на режимах знижених частот обечого на часткових режимах тиск наддуву виявляртання колінчатого вала знижується на ється суттєво нижче оптимальних значень, що 7...12г/квт·год. Зазначений ефект досягається тим, приводить до перевитрати палива і погіршенню що при неузгодженості витратних характеристик екологічних показників двигуна. двигуна і турбіни турбокомпресора на часткових Відповідно до винаходу, що заявляється, опнавантаженнях, криволінійно-поступальний рух у тимальні величини тиску наддуву на часткових завитці профільованого елемента по і проти поторежимах роботи двигуна по швидкісній характерику, регулює пропускну здатність турбіни за рахунок стиці досягаються шляхом зміни величини площі плавної зміни площі прохідного перетину розгінної прохідного перетину F (Фіг.2) розгінної ділянки ділянки завитки БНА, що приводить до збільшення завитки 1 БНА за рахунок криволінійноККД турбокомпресора hткр, тиску наддуву РК, і як поступального руху профільованого елемента 3 наслідок, коефіцієнта надлишку повітря a і індика(див. Фіг.1). При зниженні потужності двигуна, торного ККД двигуна hі. При цьому, за рахунок профільований елемент 3 переміщається у завитці збільшення коефіцієнта надлишку повітря на част1 по потоку, плавно зменшуючи площу прохідного кових режимах, поліпшуються екологічні показники перетину F завитки до значення, наприклад, F2 і, двигуна. навпаки, при підвищенні потужності двигуна, проТаким чином, спосіб регулювання доцентрової фільований елемент 3 переміщається у завитці 1 турбіни з безлопатковим направляючим апаратом, проти потоку, плавно збільшуючи перетин розгінщо заявляється, дозволить поліпшити техніконої ділянки завитки 1 БНА до значення, наприклад, економічні показники установок з доцентровими F1 (Фіг.2). При цьому, профільований елемент 3 турбінами. 7 79451 8 Проведені випробування доцентрової турбіни / Г. Хак, Лангкабель. - Μ.: ΟΟΟ "Издательство Аспо пропонованому способу її регулювання відповітрель", 2003. - С.145. дно до винаходу підтвердили одержання очікува2. Поветкин Г.М. и др. Основные направления поного технічного результату і позитивного ефекту. вышения технико -экономических показателей Джерела інформації: тракторных двигателей. ЦНИИТЭИ, сер. "Тракто1. Турбодвигатели и компрессоры: Справ, пособие ры и двигатели", 1989г., Вып.2, С.29-30 (прототип). Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601