Турбомашина ее варианты

СОКЗ. СОВГ СКИХСО ИАЛИС ТИЧЕСКИРЕСПУбЛИК 01 01/ ТЕНИЯ ЕИ Оп(46) (75) (56) 1/О 82, кл,461 АРИАНТЫ) ргетическом маизобретения: в ротор и направненные в виде ми по окружно(54) (57) шин тур ляю бар нео частаааа ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЭОбРЕТЕНИЯМ И ОКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 4768258/0614,12.8923,11.92. Бюл, М 43П. С. ВладимировПатент Германии М 41, опублик, 1924. Т РбОМАШИНА (ЕЕ В Использование: в эне остроении, Сущность бомашине, содержащей щее устройство, выпо абанов с расположеннь зобретение относится к знергетическому машиностроению, а именно к газовым турбинам различной мощности, оно может быть исмользовано в качестве компрессора.Известна паровая или газовая турбина,содержащая ротор, на наружнои конической поверхности которого вымолнены винтовые каналы трапециевидного сечения, закрытые кожухом; на входе каналы соединены с направляющим аппаратом в виде сопел Лаваля, на выходе - с ломаточным венцом. Известное устройство является турбиной трения, принцип действия которой заключается в торможении высокоскоростного потока газа в винтовых каналах, передачей механического импульса газа ротору посредством сил трения и давления и созданием дополнительного крутящего момента на лопаточном венце.Основным недостатком указанной конструкции являются низкий КГ 1 Д, характерный для машин трения с неизбежными.,Ж 1776818 сти аксигльно-наклонными каналами, заглушенными с внешних торцов, каналы рабочего колеса заглушены со стороны, противоположной направляющему устройству, каналы направляющего устройства подключены к источнику сжатого газа и внешней среде, При подаче сжатого газа и вращении ротора в аксиально-наклонных каналах генерируется система стоячих акустических волн и возникает реактивная сила, окружная компонента которой создает крутящий момент на валу машины. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил,братимыми потерями, а также высокая ота вращения ротора вследствие большой окружной скорости венца, сопоставимой со скоростью звука.Цель изобретения - турбомашина, лишенная указанных недостатков, т: е, обладающая высоким КПД при относительно низкой частоте вращения силового вала.Указанная цель достигается другим принципом действия турбомашины, т. е, исполнением ее статора и ротора в виде сопряженных частей акустического волнообменника с последовательно соединенными мри вращении ротора резонирующими каналами.На фиг. 1 изображена турбомашина в осевом разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг, 3 - разрез В - В на фиг. 1.Турбомашина содержит статор 1 с аксиально-наклонными каналами 2, перемычками 3, вмускными матрубками 4 и выпускными матрубками 5. Минимальное число патрубков 4 и 5 - два, при многосек 1776818ционном исполнении число патрубком увеличивается пропорционально числу секций, в предельном случае число патрубков может быть равно числу каналов 2, В статоре на подшипниках 6 установлен ротор 7 с глухими аксиально-наклонными каналами 8. Глухие каналы статора и ротора могут быть выполнены, например, литьем; в мелкосерийном и роизводстве достаточно технологичным является исполнение аксиально-наклонных каналов 2 и 8 в виде многоэаходной резьбы на внешних цилиндрических поверхностях статора и ротора, снаружи канала закрыты кожухами 9 и 10, которые неподвижно соединены со статором и ротором, например, напрессованы. Внутренние уступы кожухом закрывают внешние торцы каналов, т, е, заглушают их, Угол наклона 3 каналов статора в соответствии с треугольником скоростей газа и ротора выполняется несколько больше угла наклона а каналов ротора, Суммарная длина каналов ротора и статора соответствует определенному соотношению;С(1)и в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 где С - скорость звука в рабочем газе;и - число каналов в роторе;а - частота вращения ротора, об/с, Кроме того, длина каналовстатора исполняется переменной в окружном направлении, т, е, уменьшающейся от впускного патрубка, где она выбирается несколько больше половины , к выпускному патрубку, где 1 /2,Для уменьшения пульсации величины крутящего момента на роторе рекомендуется расположить каналы ротора и статора по окружности с разным угловым шагом, например, выполнить число каналов ротора на один больше или меньше числа каналов статора,Для повышения КПД машины путем разгрузки ротора от осевых усилий и соответствующего снижения потерь на трение целесообразно исполнение ротора с двумя разнесенными по его длине рядами каналов с разным (правым и левым) направлением винтовой линии (подобно шевронной шестерне), причем каналы в этом случае могут быть как глухими, так и сквозными, т, е. могут соединяться в плоскости симметрии; статор в этом варианте состоит из двух частей, сопряженных с двумя торцами ротора с обоих сторон.Возможно исполнение кожуха 10 неподвижно скрепленным с корпусом машины и с минимальным зазором сопряженным с ротором, однако такое. исполнение сопровождается увеличением уплотняемого периметра каналов, Действует турбомашина следующим образом; при вращении ротора 7 и подключении впускного патрубка 4 к источнику сжатого газа соединение патрубка с аксиально-наклонным каналом 8 ротора вызывает в последнем ударную волну, которая отражается от заглушенного конца канала, возвращается к открытому концу в области зазора Ь и проникает в канал 2 статора, вход которого эа время прохождения ударной волны в канале 8 совмещается вследствие вращения ротора с открытым концом канала 8, процесс отражения ударной волны повторяется в канале статора, затем снова в канале ротора и так последовательно со ступенчатым падением давления порция сжатого газа расширяется во всех каналах статора и ротора, после чего выпускается через патрубок 5 наружу или в холодильник (в агрегатах с замкнутым циклом), Таким образом, турбомашина функционирует как волнообменный двигатель, пульсирующий поток газа в котором генерирует стоячие акустические волны с длиной, вдвое превышающей суммарную длинуканалов, при этом узлы максимального давления волн расположены на заглушенных концах каналов-резонаторов, а максимальные амплитуды и скорости колебания газа - в области зазора Ь. Последовательное расширение газа в каналах сопровождается снижением его температуры и скорости звука, это обстоятельство компенсируетсяуменьшением суммарной длины- каналов-резонаторов по ходу ротораПри колебаниях газа в каналах вдоль их оси возникает реактивная сила, окружная компонента которой создает на роторе 7 крутящий момент, Действие варианта сдвоенной турбомашины, когда вторая ее часть является зеркальным отражением первой части относительно плоскости симметрии,аналогично, при этом осевые силы, приложенные к обоим половинам ротора с "шевронными" каналами, взаимно скомпенсированы и невоспринимаются подшипниками. Машина работоспособна при сквозном (не заглушенном) исполнении шевронных каналов; функциональным эквивалентном, глухой стенки или акустического отражателя в этом случае служит ударная волна второй части канала ротора, взаимно отражающаяся от волны в первой части канала, поскбльку волны приходят в плоскость симметрии машины в противофазе, По сравнению с прототипом,являющимся машиной трения, предложенная турбомашина характеризуется относительно низкими скоростями газа,/ локализованными в малой части длины каналов вблизи зазора Ь, поэтому потери на трение в каналах значительно меньше и выше КПД. Как следует из формулы (1), оптимальная частота вращения ротора 5 находится в обратной зависимости от длины и числа каналов ротора, поэтому создание турбины с малой частотой вращения ротора (примерно в 20 раз меньшей, чем у прототипа) не представляет проблемы. Сле довательно, устраняется в ряде случаев потребность в понижающем редукторе (например,в шлифмашинках), упрощается конструкция привода, повйшается надежность. При использовании машины в качест ве компрессора вращение ротора от внешнего привода осуществляется в противоположном направлении, при этом описанные выше газодинамические процессы происходят в обратном порядке, обеспечи вая выход сжатого газа через патрубок 5.Формула изобретения1, Турбомашина, содержащая расположенные в корпусе рабочее колесо, выполненное в виде цилиндрического барабана с 25 аксиально наклоненными каналами, направляющее устройство, подключенное к источнику сжатого газа и к рабочему колесу . со стороны его торцевых поверхностей, о тличающаяся тем,что,сцелью повыше ния КПД и упрощения конструкции, направляющее устройство выполнено в виде цилиндра с аксиально наклоненными каналами и дополнительно подключено к внешней среде, каналы рабочего колеса и 35 направляющего устройства последовательно соединены между собой, причем каналы рабочего колеса заглушены со стороны, противоположной направляющему устройству, а каналы последнего - со стороны внешних торцов,2, Турбомашина по и. 1,о т л и ч а ю щ ая с я тем, что каналы рабочего колеса и направляющего устройства расположены по окружности с разным угловым шагом.3. Турбомашина по пп, 1 и 2, о т л и ч аю щ а я с я тем, что каналы направляющего устройства расположены по винтовой линии.4. Турбомашина по пп. 1 - 3. от л и ч аю щ а я с я тем, что каналы направляющего устройства в окружном направлении от входа к выходу выполнены с переменной, последовательно уменьшающейся длиной.5. Турбомашина, содержащая расположенные в корпусе рабочее колесо, выполненное в виде цилиндрического барабана с аксиально наклоненными каналами, направляющее устройство, подключенное к источнику сжатого газа и к рабочему колесу со стороны его торцевых поверхностей, о тличающаяся тем,что, сцельюповышения КПД и упрощения конструкции, она снабжена дополнительным перепускным устройством в виде цилиндрического барабана с наклонными каналами, установленным за рабочим колесом, причем углы наклона каналов основного и дополнительного устройства противоположны, а каналы рабочего колеса выполнены Ч-образными.1776818 едактор Т.Иванов ректор С,П каз 4101 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 Составитель П,ВладимироТехред М,Моргентал роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гага 8 10