Радиально-осевое турбинное колесо гидротрансформатора

(515 Р 16 Н 41/28 ГОСУДАРСТВЕ ННЬ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Патент Великобритании %1440134, кл,Г 16 Н 41/28; 1976,(54) РАДИАЛЬНО-ОСЕВОЕ ТУРБИННОЕ КОЛЕСО ГИДРОТРАНСФОРч 1 АТОРА (57) Изобретение относится к гидродинамическим передачам, конкретно к лопастял турбинных колес, и может быть применено при их проектировании. Цель изобретения - снижение потерь энергии при повыьчении преобразующих свойств гидротрансформаИзобретение относится к гидродинамическим передачам, конкретно к лопастям турбинных колес, и может быть пр.лменено пои их проектировании.Цель изобретения - снижение потерь энергии при повышении преобразующих свойств гидротрансформатора,На фиг.1 показана рабочая полость гидротрансформатора, включающая радиально-осевые турбинное и насосное колеса, а также колесо реактора; на Фиг.2 - радиально-осевое турбинное колесо, разрез, на фиг,З - вид по стрелке А на фиг,2; на фиг.4 - развертки профиля лопасти у внутреннего тора, по средней линии тока и у наружного тора; на фиг.5 - 7 показаны различные вари, Ы 2 1707357 А 1 тора, достигается тем, что турбиннэе колесо содержит корпус 4, заодно с которым выполнены лопасти 5, имеющие корытообразные профили. Проекция профиля лопасти по вн,треннему тору на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса, расположена внутри проекции на ту же плоскость профиля лопасти по наружному тору, это обеспечивает воэможность изготовления турбинного колеса путем отливки его в металлической ли гейной фооме с осевым разъемом. Для повышения преобразующих свойств гидротоансформатора с таким турбинным колесом входная кромка 11 лопасти на указанной проекции выполнена в виде кривой линии, пересекающейся с линией спинки профиля по внутреннему тору под углом, при этом е средней части лопасти на входной части профиля со стороны корыта имеется участок обратной кривизны, 7 ил анты выполнения поверхности лопасти турбинного колеса.Гидротрансформатор содержит радиально-осевое насосное колесо 1, радиально- осевое турбинное колесо 2 и колесо реактора 3. Радиально-осевое турбинное колесо 2, отлитое из алюминиевого сплава, включает корпус 4 (см,фиг.2) с выполненными с ним заодно путем литья в металлическую форму с осевым разьемом лопастями 5, имеющими корытообразные профили. На лопастях имеются выступы 6, на которых установлен направляющий экран 7. выполняющий функции внутреннего тора рабочей полости. при этом корпус 4 выполняет функции наружного тора.На фиг,2 показано меридиальное сечение рабочей полости турбинного колеса, которая ограничена наружной 8 и внутренней9 торовыми поверхностями, Здесь же показана средняя линия тока 10, а также входная 511 и выходная 12 кромки лопасти,Проекция профиля наружного тора наплоскосгь, перпендикулярную оси вращения (см,фиг,З), представляет собой контур13, который будем называть следом профиля лопасти наружного тора,Проекция профиля внутреннего тора наплоскость, перпендикулярную оси вращения, представляет собой контур 14, которыйбудем называть следом профиля лопасти 15внутреннего тора,След профиля внутреннего тора находится внутри следа профиля наружного тора, что обеспечивает выполнение условияразмыкаемости металлических литейных 20форм с осевым движением их вставок, используемых при отливке турбинного колеса,К особенностям профиля лопасти данного турбинного колеса с корытообраэнымпрофилем следует отнести увеличение толщины профиля лопасти по наружному торув средней части. Поскольку обычно толщиналопасти радиально-осевых колес задаетсядлиной дуги д, расположенной на окружности, ось которой совпадает с осью враще- ЗОния, примем этот размер за характерный(см. фиг.З).Для оценки толщины лопасти использудмахем безразмерный параметр д =- - ,Оа35гдедпах - максимальная длина дуги на профиле; О, - активный диаметр гидротрансформатора (см,фиг.З).Рациональные значения углов наклоналопастей в радиально-осевых турбинных колесах на входе имеют значения,821 = 35 -65, на выходе,022 - 145 - 155, при этомугол поворота потока в турбинном колесе9 =322 - Р 21 имеет значения 80 - 120.Развертки профилей лопастей по наружному тору 15, по средней линии тока 1 би по внутреннему тору 17 показаны на фиг.4.Здесь же показаны углы наклона лопастей%г 2 и/Ъ 1, замеряемые между направлениямиотносительной скорости Ю и переноснойскорости О. Для реализации указанных выше углов наклона лопастей величина о выполнена существенно больше чем втурбинных колесах, отливаемых с использованием песчаных стержней, причем рациональные значения д при использованииметаллических литейных форм равны 0,033- 0,055. Кроме того, для реализации требуемых значений углов поворота потока жидкости Ол входная кромка 11 лопасти в проекции на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса выполнена в виде кривой линии, пересекающейся с линией спинки профиля по внутреннему тору под тупым углом ,. Примерно под таким же углом входная кромка пересекается с линией корыта профиля, Выходная кромка лопасти 12 пересекается с линией спинки профиля по внутреннему тору под тупым углом р 2, Рациональные значения укаэанных углов находятся в пределах р 1 = 105 - 160; р " 155 - 175, При этом лопасть имеет плавные очертания по наружному и внутреннему торам (см.фиг,4),8 средней части лопасть на входной части профиля со стороны корыта имеет участок 18 обратной кривизны, В средней части лопасть на выходной части профиля со стороны корыта может иметь участок 19 обратной кривизны. Наличие укаэанных участков обратной кривизны на корыте лопасти в ее средней части дает возможность увеличить угол поворота потока по внутреннему тору и одновременно удовлетворить технологические требования, связанные с раэмыканием металлической литейной формы при отливке турбинного колеса, Расстояние а между спинками профилей и Ь между входными и выходными кромками и корытом наружного профиля выполнено с учетом обеспечения литейного уклона (с углами порядка 1 - 3), что необходимо для размыкания частей литейной формы,Еще одна особенность этои лопасти заключается в том, что для уменьшения стеснения на выходном, участке по наружному тору (см.фиг,З) профиль лопасти вьполнен с участком обратной кривизны 20. Длина этого участкак показана на фиг 3 Стноситель 1ная длина этого участка 1, = - находится вОапределахк = 0,1 - С,2,Поверхность лопасти может быть выполнена в нескольких вариантах Наиболее просто поверхность лопасти выполнить линейчатой с прямыми линиями 21, расположенными параллельно одной и той же плоскости, проходящей через линию ОХ и ось вращения колеса (см.фиг,5, на которой представлена проекция лопасти на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса). При этом крайняя точка гп входнои кромки лопасти по нару;кному тору расположена на вертикальной оси ОУ, Такое выполнение лопасти является наиболее простым с технологической точки зрения, однако в этом случае некоторые участки поверхности лопасти получаются недостаточно плавны-. ми, Это, в частности, относится к тем участ кам. на которых в соединяемых точках величины углов наклона лопастей аппо наружному и внутреннему торам отличаются болеечем на 8 - 10",Для получения лопастей с более плавными поверхностями последние могут бытьвыполнены линейчатыми с прямолинейными образующими, имеющими переменныйнаклон к одной и той же плоскости, проходящей через линию ОХ и ось вращения турбинного колеса(см.фиг,б) т,е, лопасть, показаннаяна фиг,6, имеет линейчатую поверхность, образованную прямыми линиями 22. Однако вобласти входной и выходной кромок ввидунеобходимости размещения следа профиля 15по внутреннему тору внутри следа профиляпо наружному тору требования по соответствию угловпо наружному и внутреннему торам выполнить полностью нельзя.По сравнению с первым вариантом такое выполнение лопастей с технологической точки зрения сложнее,Еще более плавное выполнение лопастей может быть достигнуто, если в областивходных и выходных кромок лопасти выполнить с криволинейными образующими, Вданном случае поверхности лопастей в указанных областях имеет двоякую кривизну, ана остальной частилинейчатую поверхность. 30Выполнение входного участка лопастис применением наклонных 22 и криволинейных 23 образующих показано на фиг.7, Посравнению с первыми двумя вариантамивыполнения лопастей третий вариант их выполнения, при котором лопасть в основнойчасти выполнена линейчатой, а на входноми выходном участках имеет двоякую кривизну, с технологической точки зрения является наиболее сложным. 40Работа радиально-осевого турбинногоколеса осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость из насосного колеса1 под напором, создаваемым этим насосным колесом, поступает в турбинное колссо 452, а иэ турбинного колеса - в колесо реактора 3, и далее опять в насосное колесо, Нлор преобразуется турбинным колесом с достаточно высокими энергетическигли показателями благодаря реализации укаэанной совокупности признаков, определяющих конфигурацию лопасти,Высокая чистота поверхностей межлопастных каналов турбинного колеса, а также их высокая размерная точность позволяют снизить потери энергии.Изготавливают турбинное колесо следующим образом.Корпус 4 иэ алюминиевого сплава совместно с лопастями 5 отливают в металлические формы с осевым разъемом, Затем направляющий экран 7 при помощи пазов устанавливают на выступах 6 лопастей и закрепляют путем оплавления выступов или их расклепкой. При этом с целью упрощения конструкции выступы могут быть выполне иы не иа всех лопастях. а лишь на их части. В целом изготовление данного турбинного колеса имеет меньшую трудоемкость по сравнению с другими известными способами го изготовления, при этом исключаются трудоемкие ручные операции, улучшаются экологические условия трудаФормула изобретения Радиально-осевое турбинное колесо гидротрансформатора, содержащее корпус с выполненными заодно с им лопастями, имеющими корытообразнь;е проФили, при этопроекция профиля лопасти по внутреннему тору на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса, расположена внутри проекции на ту же плоскость профиля лопасти по наружному тору, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что. с целью сних ения потерь при повышении преобразующих свойств тидротрансформатора, входая кромка лопасти на укаэанной проекции выполнена в виде кривой линии, пересекающейся с линией спинки профиля по внутреннему тору под углом, а в средней части лопасть на входнои части профиля со стороны корыта имеет участок с обратной кривизной.,707357 Составитель Е.ЦуканоТехред М.Моргентал Редактор А.Бер ктор В, Гирняк Заказ 255 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина