Радиальный турбинный привод

Полезная модель относится к области турбинных приводов, применяемых, в частности, в ручных пневматических шлифовальных машинах.

В радиальном турбинном приводе, содержащем корпус с неподвижным направляющим аппаратом, вал, закрепленное на валу турбинное колесо с венцом радиальных рабочих лопаток, боковые стенки которых образуют каналы для прохода газа, покрывающий диск, установленный соосно валу с прилеганием к торцевым поверхностям радиальных рабочих лопаток и фиксированный относительно турбинного колеса, и элемент центрирования покрывающего диска относительно оси вала, указанный элемент центрирования представляет собой венец пальцев, закрепленных на торцевых поверхностях радиальных рабочих лопаток, обращенных к покрывающему диску, а в последнем выполнен венец отверстий, расположенных на его торцевой поверхности, обращенной к радиальным рабочим лопаткам, число которых соответствует числу пальцев, причем указанные пальцы размещены в пределах указанных отверстий с сопряжением боковых образующих поверхностей пальцев с образующими поверхностями отверстий.

Боковые образующие поверхности пальцев и образующие поверхности отверстий могут быть параллельны оси вала. Боковая образующая поверхность каждого из пальцев может иметь цилиндрическую форму и лежать в пределах боковых стенок соответствующей ему радиальной рабочей лопатки. Отверстия могут прорезать покрывающий диск насквозь. Пальцы могут быть равноудалены от оси вала и равномерно распределены по окружности, причем число радиальных рабочих лопаток может быть кратно числу пальцев.

Технический результат от использования полезной модели заключается в повышение газодинамической эффективности радиального турбинного привода.

1 с.п.ф., 4 илл.

Полезная модель относится к области турбинных приводов, применяемых, в частности, в ручных пневматических шлифовальных машинах.

В энергетическом балансе турбинных приводов большой удельный вес занимают потери энергии от утечек потока из каналов для прохода газа, образованных венцом рабочих лопаток (РЛ), в зазор между турбинным колесом и ограничивающей стенкой корпуса (См. Дейч М.Е., Трояновский Б.М. Исследования и расчеты ступеней осевых турбин. - М.: «Машиностроение», 1964. - 628 с., §40). С целью снижения этих потерь в осевых турбинах широко используются бандажные полки, устанавливаемые со стороны периферийной цилиндрической поверхности турбинного колеса. Бандажные полки обычно крепятся непосредственно к РЛ и центрируются относительно оси вала по наружной цилиндрической поверхности турбинного колеса.

В малоразмерных турбоагрегатах широко используются радиальные турбинные приводы, реализующие течение газа преимущественно в плоскости перпендикулярной оси вращения турбинного колеса. В радиальных турбинных приводах для снижения указанных потерь применяют покрывающие диски. Проблема их установки и дальнейшего использования заключается в невозможности центрирования покрывающего диска относительно оси вала по наружной цилиндрической поверхности турбинного колеса.

Известен радиальный турбинный привод (См. Кириллов И.И., Кириллов А.И. Теория турбомашин. Примеры и задачи. Учебное пособие для вузов. - Л.: «Машиностроение», 1974. - 320 с., рис.IV.3), содержащий корпус с неподвижным направляющим аппаратом, вал, закрепленное на валу турбинное колесо с венцом радиальных РЛ, боковые стенки которых образуют каналы для прохода газа, покрывающий диск, установленный соосно валу с прилеганием к торцевым поверхностям радиальных рабочих лопаток и фиксированный относительно турбинного колеса.

В конструкциях рассматриваемого вида крепление покрывающего диска осуществляется непосредственно к торцевым поверхностям радиальных РЛ без применения специальных конструктивных элементов. Центрирование покрывающего диска относительно оси вала осуществляется с использованием технологического приспособления. Крепление покрывающего диска к турбинному колесу обычно производится с использованием дорогостоящих методов сварки трением. Описанную технологию сборки нельзя считать эффективной.

Известен радиальный турбинный привод (См. патент РФ на полезную модель 108482, F01D 1/08 / Кузнецов Ю.П. и др. Опубл. 20.09.2011), который выбран за прототип. Радиальный турбинный привод содержит корпус с неподвижным направляющим аппаратом, вал, закрепленное на валу турбинное колесо с венцом радиальных РЛ, боковые стенки которых образуют каналы для прохода газа, покрывающий диск, установленный соосно валу с прилеганием к торцевым поверхностям радиальных рабочих лопаток и фиксированный относительно турбинного колеса, и элемент центрирования покрывающего диска относительно оси вала.

Указанный элемент центрирования представляет собой центральное отверстие и прилегающий к нему участок покрывающего диска, причем цилиндрическая поверхность указанного центрального отверстия сопряжена с наружной поверхностью вала, а покрывающий диск выполнен со сквозными окнами, которые размещены на участке между внутренней поверхностью венца радиальных РЛ и элементом центрирования.

Недостатком описанной конструкции является наличие дополнительных потерь энергии, вызванных взаимодействием потока газа на выходе из радиального турбинного привода с перемычками, образующими сквозные окна в покрывающем диске.

Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, - усовершенствование радиального турбинного привода.

Технический результат от использования полезной модели заключается в повышение газодинамической эффективности радиального турбинного привода.

Указанный результат достигается тем, что в радиальном турбинном приводе, содержащем корпус с неподвижным направляющим аппаратом, вал, закрепленное на валу турбинное колесо с венцом радиальных рабочих лопаток, боковые стенки которых образуют каналы для прохода газа, покрывающий диск, установленный соосно валу с прилеганием к торцевым поверхностям радиальных рабочих лопаток и фиксированный относительно турбинного колеса, и элемент центрирования покрывающего диска относительно оси вала, указанный элемент центрирования представляет собой венец пальцев, закрепленных на торцевых поверхностях радиальных рабочих лопаток, обращенных к покрывающему диску, а в последнем выполнен венец отверстий, расположенных на его торцевой поверхности, обращенной к радиальным рабочим лопаткам, число которых соответствует числу пальцев, причем указанные пальцы размещены в пределах указанных отверстий с сопряжением боковых образующих поверхностей пальцев с образующими поверхностями отверстий.

Боковые образующие поверхности пальцев и образующие поверхности отверстий могут быть параллельны оси вала. Боковая образующая поверхность каждого из пальцев может иметь цилиндрическую форму и лежать в пределах боковых стенок соответствующей ему радиальной рабочей лопатки. Отверстия могут прорезать покрывающий диск насквозь. Пальцы могут быть равноудалены от оси вала и равномерно распределены по окружности, причем число радиальных рабочих лопаток может быть кратно числу пальцев.

На фиг.1 приведен поперечный разрез радиального турбинного привода по радиальным рабочим лопаткам и каналам для прохода газа; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - местное сечение Б на фиг.2 в увеличенном масштабе; на фиг.4 - вид на турбинное колесо с венцом рабочих лопаток и венцом пальцев.

Радиальный турбинный привод включает в себя корпус 1 с неподвижным направляющим аппаратом 2, вал 3, закрепленное на валу 3 турбинное колесо 4 с венцом радиальных РЛ 5, боковые стенки которых 6 и 7 образуют каналы для прохода газа 8, и покрывающий диск 9, установленный соосно валу 3 с прилеганием к торцевым поверхностям радиальных РЛ 5 и фиксированный относительно турбинного колеса 4. Элемент центрирования покрывающего диска относительно оси вала представляет собой венец пальцев 10, закрепленных на торцевых поверхностях радиальных РЛ 5, обращенных к покрывающему диску 9. В покрывающем диске 9 выполнен венец отверстий 11, расположенных на его торцевой поверхности, обращенной к радиальным РЛ 5, число которых соответствует числу пальцев. Пальцы 10 размещены в пределах отверстий 11 с сопряжением боковых образующих поверхностей пальцев 10 с образующими поверхностями отверстий 11.

Оптимальным представляется конструктивное исполнение радиального турбинного привода, при котором боковые образующие поверхности пальцев 10 и образующие поверхности отверстий 11 параллельны оси вала 3, боковая образующая поверхность каждого из пальцев 10 имеет цилиндрическую форму и лежит в пределах боковых стенок 6 и 7 соответствующей ему радиальной РЛ 5, отверстия 11 прорезают покрывающий диск 9 насквозь, а пальцы 10 равноудалены от оси вала 3 и равномерно распределены по окружности, причем число радиальных РЛ 5 кратно числу пальцев 10.

Радиальный турбинный привод работает следующим образом. Поток газа подводится к венцу радиальных РЛ 5 через размещенный в корпусе 1 направляющий аппарат 2 и приобретает заданный угол закрутки в плоскости перпендикулярной оси вращения, закрепленного на валу 3 турбинного колеса 4. Далее поток в каналах для прохода газа 8 взаимодействует с боковыми стенками 6 и 7 радиальных РЛ 5, передает энергию валу 3 и выходит из радиального турбинного привода. Покрывающий диск 9 обеспечивает минимальные потери энергии от утечек потока из каналов для прохода газа 8 в зазор между турбинным колесом 4 и ограничивающей стенкой корпуса 1.

Сопряжение боковых образующих поверхностей пальцев 10 с боковыми образующими поверхностями отверстий 11 обеспечивает точное центрирование покрывающего диска 9 относительно оси вала 3 и надежное крепление указанного диска к торцевым поверхностям радиальных РЛ 5.

Заявляемая конструкция радиального турбинного привода проста, надежна и технологична. Турбинное колесо 4, содержащее венец радиальных РЛ 5 и венец пальцев 10, может быть изготовлено как единый конструктивный элемент высокоэффективными методами литья под давлением в разъемных пресс-формах. Взаимная фиксация покрывающего диска 9 и турбинного колеса 4 может быть осуществлена склеиванием по вышеупомянутым сопрягаемым поверхностям. В отличие от прототипа конструкция может применяться в радиальных турбинных приводах, реализующих как центростремительное, так и центробежное движение потока газа через венец радиальных РЛ5.

Конструкция обеспечивает плавное течение газа в пределах радиального турбинного привода и его беспрепятственный выход из последнего. Это позволяет сделать вывод о более высокой газодинамической эффективности заявляемого радиального турбинного привода по сравнению с прототипом.

1. Радиальный турбинный привод, содержащий корпус с неподвижным направляющим аппаратом, вал, закрепленное на валу турбинное колесо с венцом радиальных рабочих лопаток, боковые стенки которых образуют каналы для прохода газа, покрывающий диск, установленный соосно валу с прилеганием к торцевым поверхностям радиальных рабочих лопаток и фиксированный относительно турбинного колеса, и элемент центрирования покрывающего диска относительно оси вала, отличающийся тем, что указанный элемент центрирования представляет собой венец пальцев, закрепленных на торцевых поверхностях радиальных рабочих лопаток, обращенных к покрывающему диску, а в последнем выполнен венец отверстий, расположенных на его торцевой поверхности, обращенной к радиальным рабочим лопаткам, число которых соответствует числу пальцев, причем указанные пальцы размещены в пределах указанных отверстий с сопряжением боковых образующих поверхностей пальцев с образующими поверхностями отверстий.

2. Радиальный турбинный привод по п.1, отличающийся тем, что боковые образующие поверхности пальцев и образующие поверхности отверстий параллельны оси вала.

3. Радиальный турбинный привод по п.1, отличающийся тем, что боковая образующая поверхность каждого из пальцев имеет цилиндрическую форму и лежит в пределах боковых стенок соответствующей ему радиальной рабочей лопатки.

4. Радиальный турбинный привод по п.1, отличающийся тем, что отверстия прорезают покрывающий диск насквозь.

5. Радиальный турбинный привод по п.1, отличающийся тем, что пальцы равноудалены от оси вала и равномерно распределены по окружности, причем число радиальных рабочих лопаток кратно числу пальцев.