РАДИАЛЬНЫЙ ТУРБИННЫЙ ПРИВОД

Полезная модель относится к области турбинных приводов, применяемых в малоразмерных турбоагрегатах, в частности, в ручных пневматических шлифовальных машинах.
В малоразмерных турбоагрегатах широко используются радиальные турбинные приводы, реализующие течение газа преимущественно в плоскости перпендикулярной оси вращения турбинного колеса. В их энергетическом балансе большой удельный вес занимают потери энергии от утечек потока газа из венца рабочих лопаток (РЛ) в зазор между турбинным колесом и ограничивающей стенкой корпуса (См. Левенберг В.Д. Судовые турбоприводы: Справочник. - Л.: «Судостроение», 1983. - 328 с., рис.4.8, а).
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 поверхности которых формируют каналы для прохода газа, и покрывающий диск, установленный с прилеганием к торцевым поверхностям радиальных РЛ. Крепление покрывающего диска осуществляется непосредственно к торцевым поверхностям радиальных РЛ без специальных элементов, которые бы обеспечивали его фиксацию и центрирование. Такая конструкция не является технологичной, а крепление покрывающего диска нельзя считать надежным.
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 поверхности которых формируют каналы для прохода газа, и покрывающий диск, установленный с прилеганием к торцевым поверхностям радиальных РЛ и содержащий элемент центрирования относительно оси вращения турбинного колеса.
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 поверхности которых формируют каналы для прохода газа, и покрывающий диск, установленный с прилеганием к торцевым поверхностям радиальных рабочих лопаток и содержащий элемент центрирования относительно оси вращения турбинного колеса, указанный элемент центрирования представляет собой венец выступов, размещенных на торцевой поверхности покрывающего диска, обращенной к венцу радиальных рабочих лопаток, причем выступы расположены в пределах каналов для прохода газа, а боковые поверхности выступов сопряжены с боковьми поверхностями рабочих лопаток.
В радиальном турбинном приводе боковые поверхности вышеупомянутых выступов могут иметь форму, повторяющую форму боковых поверхностей радиальных рабочих лопаток на участке их сопряжения.
На фиг.1 приведен продольный разрез радиального турбинного привода; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - продольный разрез турбинного колеса с венцом радиальных РЛ; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - продольный разрез покрывающего диска с венцом выступов; на фиг.6 - сечение В-В на фиг.5; на фиг.7 - сечение Г-Г на фиг.5.
Радиальный турбинный привод включает в себя корпус 1 с неподвижным направляющим аппаратом 2, вал 3, закрепленное на валу турбинное колесо 4 с венцом радиальных РЛ 5, боковые поверхности 6 и 7 которых формируют каналы для прохода газа, а также покрывающий диск 8 с элементом центрирования, представляющим собой венец выступов 9. Выступы 9 размещены на торцевой поверхности покрывающего диска 8, обращенной к венцу радиальных РЛ 5, и расположены в пределах каналов для прохода газа. Боковые поверхности 10 и 11 выступов 9 сопряжены с боковыми поверхностями 6 и 7 радиальных РЛ 5. Винт 12 фиксирует турбинное колесо 4 относительно вала 3. Боковые поверхности 10 и 11 выступов 9 могут иметь форму, повторяющую форму боковых поверхностей 6 и 7 радиальных РЛ 5 на участке их сопряжения.
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 турбинного колеса. Далее в каналах для прохода газа поток взаимодействует с боковыми поверхностями 6 и 7 радиальных РЛ 5, передает энергию закрепленному на валу 3 турбинному колесу 4 и беспрепятственно выходит из радиального турбинного привода. Покрывающий диск 8 обеспечивает минимальные потери энергии от утечек потока из каналов для прохода газа в зазор между турбинным колесом 4 и ограничивающей стенкой корпуса 1. Сопряжение боковых поверхностей 6 и 7 радиальных РЛ 5 с боковыми поверхностями 10 и 11 выступов 9 обеспечивает центрирование покрывающего диска 8 относительно оси вращения турбинного колеса 4. Передача крутящего момента от турбинного колеса 4 валу 3 обеспечивается их стяжкой винтом 12.
Наиболее газодинамически эффективной, обеспечивающей плавное течение потока в каналах для прохода газа является форма боковых поверхностей 10 и 11 выступов 9, повторяющая форму боковых поверхностей 6 и 7 радиальных РЛ 5 на участке их сопряжения.
Венец радиальных РЛ 5 может быть изготовлен из единой заготовки турбинного колеса путем фрезерования на станке с ЧПУ либо методами литья под давлением в разъемных пресс-формах. Венец выступов 9 может быть изготовлен из единой заготовки покрывающего диска указанными выше способами. Взаимная фиксация покрывающего диска 8 и турбинного колеса 4 осуществляется склеиванием либо обеспечением посадки с натягом по вышеупомянутым сопрягаемым поверхностям.
Заявляемая конструкция радиального турбинного привода надежна и технологична. В отличие от прототипа она может применяться в радиальных турбинных приводах, реализующих как центростремительное, так и центробежное движение потока газа через венец радиальных РЛ 5.
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.