Сопловой аппарат турбины. Аппарат движения, или опорно-двигательный аппарат

Турбины

лопаточный венец, ограниченный поверхностями, образованными полками по торцам лопаток, неподвижно закреплённый в корпусе турбины. В С. а. т. происходит расширение газа, при котором потенциальная сжатого горячего газа преобразуется в кинетическую, поэтому его давление и температура уменьшаются, а скорость потока увеличивается. Кроме того, газовый поток закручивается по направлению вращения рабочего колеса. Межлопаточные каналы соплового аппарата турбины имеют уменьшающуюся по потоку газа площадь проходного сечения, на выходе из каналов поток, как правило, достигает около- или сверхзвуковой скорости. Газодинамическая эффективность работы С. а. т. оценивается коэффициентом скорости (отношение действительной скорости истечения газа из С. а. т. к адиабатической скорости), равным 0,96-0,98. В современных высокотемпературных газовых турбинах лопатки и торцовые поверхности С. а. т. охлаждаются изнутри воздухом, причём наиболее интенсивно - сопловой аппарат первой ступени. Утечки охлаждающего воздуха по стыкам торцовых полок сопловых лопаток ухудшают тепловое состояние лопаток и снижают газодинамический эффективность С. а. т. Уплотнения на его внутренних торцевых поверхностях препятствуют перетеканию газа под лопаточными венцами.
Во многих конструкциях С. а. т. через полые сопловые лопатки проходят силовые стойки опоры турбины и коммуникации масляной системы. Лопатки С. а. т. изготовляются из жаропрочных жаростойких сплавов методом литья по выплавляемым моделям.

Авиация: Энциклопедия. - М.: Большая Российская Энциклопедия . Главный редактор Г.П. Свищев . 1994 .

Смотреть что такое "Сопловой аппарат турбины" в других словарях:

сопловой аппарат турбины Энциклопедия «Авиация»

сопловой аппарат турбины - Конструктивная схема соплового аппарата турбины. сопловой аппарат турбины лопаточный венец, ограниченный поверхностями, образованными полками по торцам лопаток, неподвижно закреплённый в корпусе турбины (см. рис.). В С. а. т. происходит… … Энциклопедия «Авиация»

Сопловой аппарат паровой турбины - 7. Сопловой аппарат паровой турбины Неподвижный элемент ступени паровой турбины, предназначенный для преобразования энергии рабочего тела в кинетическую и придания выходящему потоку заданного направления Источник: ГОСТ 23269 78: Турбины… …

Сопловой аппарат ступени турбины - 107. Сопловой аппарат ступени турбины СА D. Leitkranz der Turbinenstufe E. Nozzle diaphragme of turbine stage F. Distributeur de l’étage de turbine Неподвижный лопаточный венец, устанавливаемый перед рабочим колесом турбины ГТД и предназначенный… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Элемент паровой или газовой турбины (См. Турбина); состоит из расположенных по окружности спрофилированных сопловых (направляющих) лопаток, в каналах между которыми происходит расширение пара (газа) и превращение его потенциальной энергии … Большая советская энциклопедия

регулируемый сопловой аппарат ступени турбины - регулируемый сопловой аппарат РСА Сопловой аппарат турбины ГТД с изменяемой в процессе работы турбины площадью проходного сечения межлопаточных каналов. [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов Синонимы регулируемый сопловой… … Справочник технического переводчика

Регулируемый сопловой аппарат ступени турбины - 108. Регулируемый сопловой аппарат ступени турбины Регулируемый сопловой аппарат РСА D. Verstellbarer Leitkranz der Turbinenstufe E. Variable area nozzles of turbine stage F. Distributeur à calage variable de l’étage de turbine Сопловой аппарат… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

температура на входе в сопловой аппарат - 3.95.2 температура на входе в сопловой аппарат (nozzle inlet temperature): Среднемассовая по потоку температура торможения горячего газа, поступающего на лопатки направляющего аппарата первой ступени турбины после того, как охлаждающий воздух,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Аппарат (паровой турбины) сопловой - Сопловой аппарат паровой турбины Неподвижный элемент ступени паровой турбины, предназначенный для преобразования энергии рабочего тела в кинетическую и придания выходящему потоку заданного направления Смотреть все термины ГОСТ 23269 78. ТУРБИНЫ… … Словарь ГОСТированной лексики

сопловой - см. сопло; а/я, о/е. С ые отверстия. Соплово/й аппарат турбины … Словарь многих выражений

Сопловой аппарат осевой турбины, входящей, например, в состав приводной газотурбинной установки, содержит внутреннюю и наружную соосные обечайки и установленные между ними сопловые лопатки. Выходные кромки лопаток образуют с радиальными линиями, проходящими через корневые точки выходных кромок, угол 3-5 o . Изобретение позволяет повысить полезную мощность приводной газотурбинной установки, находящейся в эксплуатации, путем модернизации соплового аппарата свободной силовой турбины без внесения значительных конструктивных изменений в базовые детали турбины. 2 ил.

Изобретение относится к области сопловых аппаратов осевых турбин, входящих, в частности в состав приводных газотурбинных установок (ГТУ). В практике эксплуатации приводных ГТУ со свободной силовой турбиной, имеющих большую эксплуатационную наработку, имеет место задача повышения полезной мощности при ограничении температуры газа перед турбиной. Эта задача может быть решена путем увеличения проходных сечений и изменения формы межлопаточных каналов соплового аппарата силовой турбины. Вследствие этого произойдет перераспределение теплоперепада между компрессорной и силовой турбинами с увеличением его на компрессорной турбине. При этом увеличатся расход рабочего тела и мощность ГТУ, а также исчезнет ограничение по температуре перед турбиной. Известен сопловой аппарат, содержащий поворотные лопатки, при поворотах которых возможно изменение проходных сечений соплового аппарата (см. кн. Топунов А. М. Работа судовых турбин с отбором и потреблением энергии. Л., Судостроение, 1978, стр.107-116). Данные сопловые аппараты имеют ряд недостатков: значительная конструктивная сложность, потребность в механизмах привода, низкая эксплуатационная надежность, кроме того, при повороте лопаток проходные сечения каналов меняются одновременно во всех сечениях по высоте лопаток, что не всегда желательно. Совокупность этих недостатков делает невозможным применение сопловых аппаратов с поворотными лопатками при модернизации находящейся в эксплуатации ГТУ. Прототипом предлагаемого соплового аппарата является сопловой аппарат, выполненный по принципу тангенциального наклона направляющих лопаток (ТННЛ) (см. кн. И.И.Кириллов. Паровые турбины и паротурбинные установки/ И.И. Кириллов, В.А. Иванов, А.И. Кириллов. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978.-276 с.). Сопловой аппарат состоит из наружной и внутренней соосных обечаек, между которыми установлены сопловые лопатки, оси которых имеют наклон в тангенциальном направлении. Путем подбора угла наклона осей сопловых лопаток можно получить требуемые изменения аэродинамических характеристик соплового аппарата. Сопловые аппараты с ТННЛ имеют следующие недостатки: потребность в крупных переделках прилегающих к лопаткам деталей при реализации ТННЛ, необходимость в разработке и изготовлении сопловых лопаток новой конструкции, значительное изменение распределения степени реактивности ступени по высоте и, в частности в корне. Последнее может вызвать нарушение баланса осевых усилий на роторе турбины. Указанные недостатки ограничивают возможность применения сопловых аппаратов с ТННЛ для модернизации уже эксплуатирующейся ГТУ. Технический результат, достигаемый применением предлагаемого соплового аппарата, заключается в повышении полезной мощности приводной ГТУ, находящейся в эксплуатации, путем модернизации соплового аппарата свободной силовой турбины без внесения значительных конструктивных изменений в базовые детали турбины. Это достигается тем, что выходные кромки лопаток соплового аппарата образуют с радиальными линиями, проходящими через корневые точки выходных кромок, угол 3...5 o . Отклонение выходных кромок лопаток соплового аппарата от радиального направления при сохранении положения корневых точек выходных кромок приводит к увеличению горл сопловых каналов, причем степень этого увеличения возрастает от нулевой величины в корне до максимума на периферии сопловой решетки. Этому соответствует увеличение степени реактивности от корня к периферии при сохранении штатного значения в корне. При наклоне выходных кромок с образованием между ними и радиальными линиями, проходящими через корневые точки выходных кромок, угла в 3...5 o суммарное проходное сечение соплового аппарата увеличивается на 2...5%. Это приводит к уменьшению теплоперепада на силовой турбине и увеличению его на компрессорной турбине. При этом частота вращения компрессора ГТУ и расход воздуха через него возрастают, что приводит к росту полезной мощности ГТУ на 5...10%. Сохранение штатного значения степени реактивности в корне предотвращает нарушение баланса осевых усилий на роторе турбины. Изменение в сопловых лопатках лишь формы выходных кромок позволяет провести модернизацию ГТУ без изменения прилегающих к сопловым лопаткам деталей. На фиг.1 изображен предлагаемый сопловой аппарат, содержащий внутреннюю (1) и наружную (2) соосные обечайки и установленные между ними лопатки (3), выходные кромки которых (4) образуют с радиальными линиями (5), проходящими через корневые точки (6) выходных кромок, угол 3...5 o . Фрагменты (7) соответствуют удаляемым при модернизации соплового аппарата частям прежнего профиля сопловых лопаток. На фиг.2 приведены результаты испытаний ГТУ в форме взаимозависимостей относительных параметров до и после оснащения ее предлагаемым сопловым аппаратом. Устройство работает следующим образом. Поток рабочего тела, протекая через каналы соплового аппарата силовой турбины приводной ГТУ, преобразует свою потенциальную энергию в кинетическую. Срабатываемый при этом теплоперепад уменьшен в соответствии с увеличенным на 2...5% проходным сечением соплового аппарата вследствие наклона выходных кромок с образованием между ними и радиальными линиями, проходящими через корневые точки выходных кромок, угла в 3. . .5 o . За счет этого увеличивается теплоперепад, приходящийся на турбину компрессора, что вызывает рост частоты вращения компрессора ГТУ и расхода воздуха через него с одновременным ростом полезной мощности ГТУ на 5. . .10%. Сохранение проходного сечения сопловых каналов в корневом сечении обеспечивает неизменность давления рабочего тела в этом сечении, что сохраняет баланс осевых усилий на роторе силовой турбины. Возможность осуществления предлагаемого изобретения основывается на следующем. Известные данные (см. кн. Седых С.З. Эксплуатация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. - М.: Недра, 1990. - 203 с.), а также анализ характеристик ГТУ со свободной силовой турбиной методом малых отклонений (см. кн. Черкез А.Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений. - М.: Машиностроение, 1965. - 380 с., а также Погодин С. И. Применение метода малых отклонений для расчета и анализа рабочего процесса транспортных газотурбинных двигателей. - М.: Изд. ЦНИИинформации, 1977. - 296 с.) показывают, что увеличение площади проходного сечения соплового аппарата силовой турбины приводит к увеличению полезной мощности ГТУ. Дополнительный анализ методом малых отклонений показывает, что при увеличении площади проходного сечения соплового аппарата силовой турбины на 2...5% полезная мощность увеличивается на 5...10%. Одновременно увеличиваются частота вращения ротора турбокомпрессора, степень повышения давления и расход воздуха циклового компрессора. Рабочая точка циклового компрессора удаляется от границы помпажа. КПД ГТУ при этом может несколько снизиться. Для более изношенных агрегатов возможно сохранение топливной экономичности или даже некоторый ее рост. Улучшаются пуск и приемистость ГТУ. Снимается ограничение по температуре перед турбиной. При этом, если увеличение площади проходного сечения соплового аппарата распределить по высоте лопаток от нулевого значения в корне до максимума на периферии, степень реактивности в корневом сечении ступени сохранит штатное значение - тем самым здесь сохранится штатное давление за сопловым аппаратом и, следовательно, баланс осевых усилий на роторе силовой турбины. Увеличению площади проходного сечения соплового аппарата силовой турбины на 2...5% соответствует диапазон угла между выходными кромками сопловых лопаток и радиальными линиями, проходящими через корневые точки выходных кромок в 3...5 o . Значения угла более 5 o приведут к такому увеличению площади проходного сечения соплового аппарата, при котором существенно нарушится режим обтекания профилей лопаток. Значения угла, меньшие 3 o , не дадут ожидаемых от применения предлагаемого соплового аппарата полезных эффектов. Доработка контура профиля сопловых лопаток в районе выходных кромок (фрагмент 7 на фиг. 1), сохранит угол истечения газа из сопел вследствие двух взаимокомпенсирующих воздействий: увеличения угла за счет увеличения относительного шага сечений сопловой решетки, лежащих выше корня, и уменьшения угла за счет увеличения кривизны профиля сопловых лопаток в районе выходных кромок. Сохранение угла истечения газа из сопел обеспечит сохранение режима обтекания рабочих лопаток ступени. Возможность достижения перечисленных выше полезных эффектов подтверждена результатами испытаний и эксплуатацией в течение ряда лет приводной ГТУ мощностью 10 МВт со свободной силовой турбиной. На фиг.2 приведены результаты испытаний ГТУ в форме взаимозависимостей относительных параметров до и после оснащения ее силовой турбины предлагаемым сопловым аппаратом. Из графика а) виден рост полезной мощности ГТУ, из графика б) - рост частоты вращения ротора турбины высокого давления ГТУ, из графика в) - рост степени повышения давления турбокомпрессора ГТУ, из графика г) видно, что незначительное увеличение расхода топливного газа не выходит за пределы погрешностей промышленного эксперимента. Из графиков а), б), в) видно также, что прежние показатели ГТУ достигаются при более низкой температуре газа. Эти данные показывают улучшение показателей ГТУ после оснащения ее силовой турбины предлагаемым сопловым аппаратом.

Формула изобретения

Сопловой аппарат осевой турбины, содержащий внутреннюю и наружную соосные обечайки и установленные между ними сопловые лопатки, отличающийся тем, что выходные кромки лопаток образуют с радиальными линиями, проходящими через корневые точки выходных кромок, угол 3 - 5 o .

); состоит из расположенных по окружности спрофилированных сопловых (направляющих) лопаток, в каналах между которыми происходит расширение пара (газа) и превращение его потенциальной энергии в кинетическую. Лопатки С. а. либо крепятся в неподвижных дисках (диафрагмах), либо устанавливаются непосредственно в корпусе турбины. Пар в С. а. приобретает значительную скорость, после чего поступает на рабочие лопатки турбины, где кинетическая энергия струи пара превращается в механическую энергию вращающегося ротора. В зависимости от скорости пара на выходе различают дозвуковые и сверхзвуковые С. а. См. также Сопло .

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Сопловой аппарат" в других словарях:

Лопаточный венец, ограниченный поверхностями, образованными полками по торцам лопаток, неподвижно закреплённый в корпусе турбины. В С. а. т. происходит расширение газа, при котором потенциальная энергия сжатого горячего газа преобразуется в… … Энциклопедия техники

сопловой аппарат турбины Энциклопедия «Авиация»

мн. сопловой аппарат - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN nozzle vane … Справочник технического переводчика

Изобретение относится к машиностроению, в частности к турбостроению, и может быть использовано в транспортных газотурбинных двигателях, а также в турбокомпрессорах двигателей внутреннего сгорания. Регулируемый сопловой аппарат турбины содержит расположенные между корпусами лопатки с поворотными осями. Поворотные оси выполнены составными из материалов, обладающих эффектом памяти формы. В качестве материалов, обладающих эффектом памяти формы, использованы сплавы на основе железа и никеля, в которых мартенситное превращение происходит при различной температуре. Изобретение позволяет повысить экономичность работы турбины в широком диапазоне эксплуатационных режимов путем обеспечения оптимальной величины углов установки лопаток регулируемого соплового аппарата. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2294439

Известен регулируемый направляющий аппарат турбомашины , который содержит наружную и внутреннюю обечайки с фигурными прорезями, в которых установлены с возможностью перемещения пластинчатые лопатки, связанные с приводом. Привод выполнен в виде обоймы, установленной на шлицах на валу с возможностью осевого перемещения, шарнирно соединенных с обоймой рычагов с грузами, подшипника и связанной с ним втулки, подпружиненной относительно внутренней обечайки, причем лопатки закреплены на наружной поверхности втулки.

При запуске турбомашины с увеличением частоты вращения вала грузы под действием центробежной силы посредством рычагов смещают обойму по шлицам вала. Обойма передает усилие через подшипник втулке, и пластинчатые лопатки перемещаются в прорезях и принимают обусловленную конфигурацией последних форму. Жесткость пружин ограничивает перемещение лопаток. При дальнейшем увеличении частоты вращения вала в результате соответствующего перемещения лопаток угол закрутки потока на входе в рабочее колесо возрастает.

При снижении частоты вращения вала центробежная сила, действующая на грузы, уменьшается, втулка и обойма под действием пружин удаляются от колеса, лопатки перемещаются в прорезях, и угол закрутки потока на входе в колесо уменьшается.

Недостатком этого технического решения является сложность устройства для регулирования направления потока на входе в рабочее колесо турбины.

Известна регулируемая турбомашина , содержащая корпус с двумя симметричными кольцевыми камерами, в которых размещен подвижный в осевом направлении радиальный сопловой аппарат, выполненный в виде отдельных секций с различными характеристиками, разделенных радиальными перегородками и размещенных в кольцевых камерах.

Для повышения КПД регулируемой турбомашины на различных нагрузках при изменении режима работы перемещают в осевом направлении радиальный сопловой аппарат и перед рабочим колесом устанавливают секцию, лопатки которой имеют профиль и конструктивные углы, оптимальные для данного режима работы.

Недостатком этого технического решения является сложность устройства для изменения угла установки лопаток путем перестановки секций многосекционного соплового аппарата турбомашины.

Известен регулируемый сопловой аппарат радиально-осевой турбины , содержащий расположенные между корпусами лопатки с поворотными осями и поворотное кольцо, причем сопловой аппарат снабжен поворотными втулками, имеющими зубчатые колеса, и соосно с ними расположенными промежуточными шестернями; приводное кольцо выполнено в виде двух зубчатых венцов, соответственно взаимодействующих с зубчатыми колесами поворотных втулок и через промежуточные шестерни с зубчатыми колесами поворотных осей лопаток соплового аппарата.

При номинальном режиме работы лопатки с поворотными осями находятся в определенном положении и имеют заданные углы установки, что обеспечивает требуемый расход рабочей среды. Для получения нового режима работы турбины с изменением расхода газа от исполнительного механизма привода передается усилие на поворотное кольцо, заставляя его поворачиваться. При этом через пары соответствующих зубчатых зацеплений обеспечивается поворот осей лопаток и в новом положении устанавливаются новые геометрические параметры соплового аппарата.

Недостатком этого технического решения, принятого за прототип, является сложность работы устройства для регулирования соплового аппарата турбины.

Цель изобретения - повышение экономичности работы турбины в широком диапазоне эксплуатационных режимов путем обеспечения оптимальной величины углов установки лопаток регулируемого соплового аппарата.

Поставленная цель достигается в регулируемом сопловом аппарате турбины, который содержит лопатки, размещенные на составных поворотных осях, секции которых выполнены из материалов, обладающих эффектом памяти формы.

Новым в регулируемом сопловом аппарате турбины является выполнение составных поворотных осей из секций, изготовленных из материалов, обладающих эффектом памяти формы, например из сплавов на основе железа и никеля .

На фиг.1 представлен сопловой аппарат турбины, продольный разрез; на фиг.2 - вид А на фиг.1 после поворота составных осей при изменении режима работы турбины.

Поворот составных осей и, следовательно, сопловых лопаток происходит при изменении режима работы двигателя в результате мартенситного превращения в секциях поворотных составных осей при изменении температуры рабочей среды, омывающей при работе турбины лопатки соплового аппарата и их поворотные составные оси.

Регулируемый сопловой аппарат турбины (фиг.1) содержит расположенные между корпусами 3 и 4 рабочие лопатки 1 ротора турбины и сопловые лопатки 2 с поворотными составными осями 9, закрепленные одним концом в корпусе 4, а другим концом соединенные с лопатками 2, причем поворотные составные оси состоят из нескольких секций 5, 6, 7, 8, число которых для более плавного регулирования углов установки лопаток выбирается возможно большим.

Регулируемый сопловой аппарат работает следующим образом. При увеличении нагрузки турбины возрастает температура рабочей среды, омывающей сопловые лопатки 2 и их составные поворотные оси 9, выполненные в виде секций 5, 6, 7, 8 из материалов, обладающих эффектом памяти формы, в которых мартенситное превращение происходит в каждой секции отдельно при различной последовательно возрастающей температуре. Поворот составных осей 9 и, следовательно, сопловых лопаток 2 происходит при изменении режима работы турбины в результате мартенситного превращения материала, обладающего эффектом памяти формы, в секциях поворотных осей при изменении температуры рабочей среды. На фиг.2 показано исходное положение сопловой лопатки 2 и ее положение при различных углах поворота составной поворотной оси 9. При некотором увеличении температуры рабочей среды при возрастании нагрузки турбины происходит поворот секции 5 составной поворотной оси и лопатка 2 занимает положение 10, а при дальнейшем нагреве лопатки 2 и секций поворотной оси 9 в результате мартенситного превращения в секции 6 происходит ее поворот и сопловая лопатка 2 занимает положение 11. При последующем нагреве рабочей среды при увеличении нагрузки турбины происходит последовательный поворот секций 7 и 8, в результате чего сопловая лопатка 2 поворачивается на еще больший угол. При снижении нагрузки турбины лопатки соплового аппарата поворачиваются в противоположном направлении вследствие уменьшения температуры рабочей среды и обратного мартенситного превращения в материалах секций составных поворотных осей.

Таким образом, использование предлагаемого регулируемого соплового аппарата способствует повышению экономичности работы турбины путем обеспечения оптимальной величины углов установки лопаток в широком диапазоне эксплуатационных нагрузочных режимов.

Источники информации

1. А.С. СССР № 1645570 А1, опубл. 30.04.91, бюл. № 16.

2. А.С. СССР № 1219831 А, опубл. 23.03.86, бюл. № 11.

3. А.С. СССР № 1544990 А1, опубл. 23.02.90, бюл. № 7.

4. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении./ А.С.Тихонов, А.П.Герасимов, И.И.Прохорова - М., Машиностроение, 1981, - 80 с.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Регулируемый сопловой аппарат турбины, содержащий расположенные между корпусами лопатки с поворотными осями, отличающийся тем, что поворотные оси выполнены составными из материалов, обладающих эффектом памяти формы.

2. Регулируемый сопловой аппарат турбины по п.1, отличающийся тем, что в качестве материалов, обладающих эффектом памяти формы, использованы сплавы на основе железа и никеля, в которых мартенситное превращение происходит при различной температуре.