РАДИАЛЬНЫЙ ТУРБИННЫЙ ПРИВОД

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.