Интегральное колесо

Полезная модель относится к области турбомашин и может быть использована при проектировании, конструировании и изготовлении рабочих колес турбокомпрессоров, газотурбинных двигателей, стационарных газотурбинных установок и турбохолодильников.
Известные конструкции лопаточных машин могут дифференцированно выполнять функции отбора энергии рабочего тела (турбина) или передачи энергии рабочему телу (компрессор). (См. http://docs.cntd.ru/document/gost-23851-79.
Предлагаемая конструкция части ротора лопаточной машины, выполненной в виде интегрального колеса, объединяет в себе функции передачи и отбора энергии от рабочего тела за счёт реализации каналов внутри одной детали.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому устройству и выбранным в качестве наиболее близкого аналога является ротор турбины газотурбинного двигателя, содержащий связанные между собой диски с центральными отверстиями.
(См. патент РФ на изобретение №2 213 228 «Ротор турбины газотурбинного двигателя» по классу F01D 5/06, заявл. 26.04.2002г., опубл.27.09.2003г.)
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройств с ранее недоступными компоновочными схемами, позволяющими достичь улучшенных габаритно-массовых характеристик по сравнению с существующими аналогами.
Техническим результатом, позволяющим решить эту задачу, является совмещение функции колеса центробежного компрессора и колеса осевой турбины в одной детали за счет одновременного исполнения каналов обеспечивающих соответствующее преобразование энергии, выполненных с использованием современных аддитивных технологий, обеспечивающих изготовление деталей со сложной геометрией.
Данная часть ротора лопаточной машины, выполненного в виде интегрального колеса, в зависимости от места установки, может быть изготовлен из полимеров, алюминиевых, никелевых сплавов или жаропрочных сталей.
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствуют о том, что предлагаемое интегральное колесо не известно, т.е. соответствует критерию «новизна».
Предлагаемое интегральное колесо может быть изготовлен на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, т.к. для этого требуются известные материалы и оборудование, выпускаемое отечественной и зарубежной промышленностью в современных условиях применения аддитивных технологий.
Таким образом, заявляемая часть ротора лопаточной машины, выполненного в виде интегрального колеса, соответствует критерию «промышленная применимость».
Совокупность существенных признаков предлагаемого интегрального колеса позволяет достичь заявленного технического результата, а именно, обеспечить совмещение функции центробежного компрессора и осевой турбины в одной детали за счет одновременного исполнения каналов центробежного компрессора и осевой турбины, выполненных с использованием современных аддитивных технологий, обеспечивающих изготовление деталей со сложной геометрией каналов. И, следовательно, решить поставленную задачу – создание устройства улучшенными габаритно-массовыми параметрами.
Предлагаемая полезная модель поясняется рисунками:
На фиг.1 – общий вид
На фиг.2 – общий вид в изометрии
На фиг.3 – канал, обеспечивающий сжатие рабочего тела
На фиг.4 – канал, обеспечивающий расширение рабочего тела
На фиг.5 – пример схемы ГТД с интегральным колесом
Конструкция колеса, представляет собой диск, содержащий ступицу (фиг. 1, поз 3), каналы, обеспечивающие передачу энергии рабочему телу (фиг. 1, поз 1.; фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 поверхность канала выделена синим) и каналы, обеспечивающие отбор энергии от рабочего тела (фиг.1 поз. 2; фиг. 2 и фиг. 4 поверхность канала выделена красным).
Пример принципиальной схемы ГТД с использованием предлагаемого колеса представлен на фиг. 5. Рабочее тело, проходя через каналы (1), обеспечивающие передачу энергии, подвергается сжатию. Затем в камере сгорания к рабочему телу подводится тепло. Далее рабочее тело проходя через каналы (2) отбора энергии передает энергию ротору, обеспечивая его вращение. После прохождения каналов, обеспечивающих передачу энергии интегральному колесу рабочее тело, истекает из сопла создавая реактивную тягу.