Турбодетандер

)4 Е 25 00 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТ ЕЛЬСТВ ВТОРСКОМ ОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Научно-исследовательский институт технологии криогенного машиностроения (72) Б. М. Дворкин и В. Н. Гроссман (53) 621.57 (088.8)(57) Изобретение относится к криогенной технике, в частности к турбодетандерам. Цель изобретения - уменьшение теплопритоков к рабочему колесу турбодетандера. Колесо выполнено в виде диска 3 с лопатками 5, снабженного на тыльной стороне, противоположной рабочей поверхности (РП) 4, теплоизолирующей накладкой (ТИН) 7. Диаметр ТИН 7 (0,9 - 0,95)0, где О диаметр колеса. Диск 3 снабжен также кольцеобразным теплоизолирующим элементом (ТИЭ) 8, большее основание которого контактирует с ТИН 7, а меньшее расположено в теле диска 3 на расстоянии Н=(0,35 - 0,4)Н от его тыльной стороны и имеет диаметр (0,4 - 0,7) О, где Н - высота колеса, 0 - диаметр диска 3 в плоскости расположения меньшего основания ТИЭ 8 Часть воздуха, просачивающаяся по зазору 14 в зазор 13, имеет температуру значительно выше температуры на РП 4 диска 3. Приток тепла к РП 4 снижается ТИН 7, увеличивающей тепловое сопротивление колеса. ТИЭ 8 уменьшает теплоприток со стороны вала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.1268903 5 О 5 20 25 30 35 40 45 50 Формула изобретения 55 1Изобретение относится к криогенной технике, в частности к турбодетандерам криогенных систем.Целью изобретения является уменьшение теплопритоков к рабочему колесу.На фиг. 1 изображен предлагаемый турбодетандер; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1,Турбодетандер содержит помещенные в корпус 1 направляющий аппарат 2 и рабочее колесо, представляющее собой диск 3, на рабочей поверхности 4 которого имеются образующие сопла лопатки 5. К тыльной поверхности 6 диска 3 прикреплена (например, приклеена или напылена) тепло- изолирующая накладка 7, наружный диаметр которой 0=0,950, где 0 -- диаметр колеса, Имеется также дополнительный кольцеобразный теплоизолирующий элемент 8, расположенный в теЛе диска 3 концентрично ему (ось элемента 8 совпадает с осью 9 диска). При этом основание 10 теплоизолирующего элемента 8 примыкает к теплоизолирующей накладке 7, а основание 11 расположено в плоскости 12 диска, параллельной тыльной поверхности 6, на расстоянии Н от поверхности 6 (0,35 - 0,4) Н, где Н - вы сота колеса (расстояние вдоль оси 9 от тыль. ной поверхности 6 до наиболее удаленных от нее точек лопаток 5). Диаметр 01 основания 11 равен (0,4 - 0,7)ВР, где В диаметр рабочей поверхности 4 в плоскости 12. Диаметр 01 элемента 8 меньше или равен его диаметру 0 в любом поперечном сечении. В данном случае теплоизолирующий элемент 8 выполнен в виде конического кольца, т. е. 0(0. Между тыльной поверхностью 6 и корпусом 1 имеется зазор 13, а между диском 3 и направляющим аппаратом 2 - зазор 14. Рабочее колесо насажено на вал 15, на котором установлено лабиринтное уплотнение 16 для уменьшения утечек продукта из зазора 13 в атмосферу, Накладка и элемент 8 выполнены толщиной, обеспечивающей уменьшение теплопритоков через них не менее чем на 90/,Турбодетандер работает следуктщим образом.Рабочую среду, например предваритепьно охлажденный воздух, подают на направляющий аппарат 2 турбодетандера, откуда она поступает на лопатки 5 рабочего колеса. При прохождении по образованным лопатками соплам рабочее тело (воздух) расширяется с совершением внешней работы, и его температура падает. Часть воздуха просачивается по зазору 14 между диском 3 рабочего колеса и направляющим аппаратом 2 в зазор 13. Поскольку это воздух не- расширенный и дополнительно подсгретый, в результате трения о диск вращающегося рабочего колеса его температура значительно выше температуры на рабочей поверхности 4 диска 3 колеса. Под действием 2этого градиента температур (приблизительно 40 - 60 К) происходит приток тепла к рабочей поверхности колеса, что уменьшает охлаждение воздуха, движущегося по соплам образованным лопатками 5. Теплоизолирую щая накладка 7, прикрепленная к тыльной поверхности 6 диска 3, значительно увеличивает тепловое сопротивление рабочего коле са и, следовательно, снижает приток тепла к рабочей поверхности колеса.Вал 15 турбодетандера вращается в подшипниках, температура масла в которых достигает 340 - 350 К. В результате значительное количество тепла передается к рабочей поверхности колеса по валу 15. Кроме того, по валу может передаваться тепло от применяющегося в некоторых видах турбодетандеров масляного тормоза. Теплоизолирующий элемент 8 уменьшает теплоприток со сторонь. вала и, следовательно, обуславливаемый им подогрев воздуха, движущегося по образованным лопатками соплам. Расстояние Н между основаниями 10 и 11 кольцеобразного теплоизолирующего элемента 8 должно быть равно не более 0,4 высоты колеса, а диаметр 01 основания 11 должен лежать в пределах (0,4 - 0,7) диаметра рабочей поверхности 4 диска 3 в плоскости 12, поскольку при большей величине расстояния Н между основаниями 10 и 11 (т. е. большей высоте элемента 8) либо при п 1)иближении элемента 8 к оси 9 или к рабочей поверхности 4 диска, обусловленном выполнением основания 11 с диаметром, меньшим или большим указанного, значительно уменьшается прочность рабочего колеса. Выполнение элемента 8 с расстоянием между основаниями меньшим 0,350 нецелесообразно, так как снижает эффект повышения КПД. Все это подтверждено экспериментально. Диаметр внешней теплоизолирующей накладки 7 выбирается исходя из следующих условий: увеличение диаметра приводит к повышению теплозащитных свойств элемента и в то же время к большим потерям КПД турбодетандера из-за увеличения толщины внешней кромки диска.Ввиду того, что указанные факторы дей ствуют в разных направлениях, существует оптимальный диаметр наружного теплоизоли рующего элемента, соответствующий максимуму КПД турбодетандера. Экспериментально установлено, что этот максимум достигается при 0=(0,92 - 0,925)0. Практически этот диаметр принят равным (0,9 - 0,95)0. 1. Турбодетандер, содержащий корпус с направляющим аппаратом и размещенное в корпусе рабочее колесо, установленное на валу и выполненное в виде диска с лопат1268903 Составитель А. КоломейцеваТехред И. Верес Корректор С. ЧерниТираж 482 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор О. ЮрковецкаяЗаказ 6019/40 ками на рабочей поверхности, отличающийся тем, что, с целью уменьшения тепло- притоков к рабочему колесу, диск на тыльной стороне, противоположной рабочей поверхности, снабжен теплоизолирующей накладкой, имеющей диаметр 0=(0,9 - 0,95)0, где О - диаметр колеса,2. Турбодетандер по п. 1, отличающийся тем, что диск дополнительно снабжен кольцеобразным теплоизолирующим элементом, контактирующим большим основанием с теплоизолирующей накладкой, при этом меньшее основание элемента расположено в теле диска параллельно его тыльной стороне на расстоянии от нее Н=(0,35 - 0,4)Н и имеет диаметр 01=(0;4 - 0,7)Ор, где Н - высота колеса; 0 - диаметр диска в плоскости расположения меньшего основания кольцеобразного теплоизолирующего элемента.