МАЛОРАЗМЕРНАЯ ТУРБИНА

Полезная модель относится к области малоразмерных турбин (МТ), применяемых, в частности, в качестве привода ручных пневматических шлифовальных машин.
Важнейшими требованиями, предъявляемыми к МТ, являются компактность, технологичность и высокая энергетическая эффективность.
В зависимости от направления движения газа МТ условно разделяют на радиальные, реализующие движение газа перпендикулярно оси вращения вала, и осевые, реализующие движение газа вдоль оси вращения вала (В.Д. Левенберг. Судовые турбоприводы. Справочник, стр. 65, рис. 4.2. Л.: «Судостроение», 1983. - 328 с.). В радиальных МТ основные элементы конструкции (входной и выходной патрубки, а также лопаточные венцы) имеют взаимно концентричное расположение, что обусловливает их громоздкость. Осевые МТ более компактны, но их энергетическая эффективность ниже вследствие существенных утечек газа из межлопаточных каналов рабочего колеса под действием центробежных сил.
Рабочие колеса МТ чаще всего изготавливаются методом фрезерования рабочих лопаток концевой фрезой на единой заготовке. Рабочая поверхность концевой фрезы имеет малый диаметр, величина которого должна быть меньше ширины формируемых межлопаточных каналов. Малый диаметр рабочей поверхности фрезы обусловливает малую скорость ее движения по обрабатываемым поверхностям и малую глубину фрезерования за один проход. Это определяет большое машинное время, требуемое на обработку рабочего колеса, и низкую технологичность его изготовления.
Рабочие колеса МТ также могут быть изготовлены методом печати на 3-д принтере. Метод еще менее технологичен и может применяться только в условиях экспериментального производства либо при изготовлении единичных образцов.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату, выбранной в качестве прототипа, является МТ, описанная в Авторском свидетельстве СССР №2008435, F01D 1/06, 1994. Малоразмерная турбина содержит корпус, установленный в корпусе центробежный сопловой аппарат с радиально расположенными соплами, вал, установленное на валу рабочее колесо, выполненное в виде диска с рабочими лопатками, формирующими боковые стенки межлопаточных каналов, причем входное сечение рабочего колеса расположено на боковой поверхности указанного диска напротив выходного сечения сопел, выходное сечение рабочего колеса расположено на противоположной боковой поверхности указанного диска, а рабочие лопатки и межлопаточные каналы прикрыты бандажными полками с перемычками, соединенными между собой по периферии рабочего колеса.
МТ по прототипу содержит два венца рабочих лопаток, размещенных на противоположных боковых поверхностях диска рабочего колеса. Рабочие лопатки первого венца размещены на боковой поверхности диска, обращенной к центробежному сопловому аппарату, и формируют входные межлопаточные каналы. Рабочие лопатки второго венца размещены на противоположной боковой поверхности диска рабочего колеса и формируют выходные межлопаточные каналы. Входной и выходной межлопаточные каналы соединены между собой через диск рабочего колеса. Перемычки бандажных полок установлены с прилеганием к периферийной поверхности диска рабочего колеса.
На выходе из соплового аппарата МТ по прототипу движение газа осуществляется в центробежном направлении. Непосредственно в рабочем колесе газ изменяет направление своего движения сначала с центробежного осевое, затем с осевого на центростремительное.
Рабочие колеса МТ по прототипу, как и другие типы МТ, могут быть изготовлены методами фрезерования рабочих лопаток концевой фрезой на единой заготовке либо печати на 3-д принтере. Эти методы не являются технологичными, что обусловливает высокую стоимость МТ.
Технологическая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью, - усовершенствование МТ.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении технологичности МТ.
Указанный результат достигается тем, что в малоразмерной турбине, содержащей корпус, установленный в корпусе центробежный сопловой аппарат с радиально расположенными соплами, вал, установленное на валу рабочее колесо, выполненное в виде диска с рабочими лопатками, формирующими боковые стенки межлопаточных каналов, причем входное сечение рабочего колеса расположено на боковой поверхности указанного диска напротив выходного сечения сопел, выходное сечение рабочего колеса расположено на противоположной боковой поверхности указанного диска, а рабочие лопатки и межлопаточные каналы прикрыты бандажными полками с перемычками, соединенными между собой по периферии рабочего колеса, бандажные полки с перемычками установлены с зазором по отношению к периферийной поверхности диска рабочего колеса, рабочие лопатки размещены в указанном зазоре с прилеганием к внутренним поверхностям бандажных полок и перемычек, а боковые стенки межлопаточных каналов расположены во взаимно параллельных плоскостях, смещенных в поперечном сечении рабочего колеса относительно оси его вращения.
На фиг. 1 приведен продольный разрез МТ; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 (корпус условно не показан); на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1 (корпус условно не показан); на фиг. 4 - изображение процесса фрезерования рабочих лопаток МТ дисковой фрезой; на фиг. 5 - вид на рабочее колесо МТ в продольном направлении; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5.
МТ содержит корпус 1, в котором неподвижно установлен центробежный сопловой аппарат 2 с радиально расположенными соплами 3, и вал 4, на котором размещено рабочее колесо. Последнее выполнено в виде диска 5 с рабочими лопатками 6, образующими боковые стенки 7 и 8 межлопаточных каналов 9. Боковые стенки 7 и 8 межлопаточных каналов 9 расположены во взаимно параллельных плоскостях, смещенных в поперечном сечении рабочего колеса относительно оси его вращения. Входное сечение рабочего колеса, совпадающее с входным сечением 10 межлопаточных каналов 9, расположено на боковой поверхности 11 диска 5 рабочего колеса напротив выходного сечения 12 сопел 3. Выходное сечение рабочего колеса, совпадающее с выходным сечением 13 межлопаточных каналов 9, расположено на противоположной боковой поверхности 14 диска 5 рабочего колеса.
Рабочие лопатки 6 и межлопаточные каналы 9 прикрыты бандажной полкой 15 с перемычкой 16 и бандажной полкой 17 с перемычкой 18. Указанные бандажные полки и перемычки установлены с зазором по отношению к периферийной поверхности 19 диска 5 рабочего колеса. Перемычки 16 и 18 соединены между собой по периферии рабочего колеса, а рабочие лопатки 6 размещены в указанном зазоре с прилеганием к внутренним поверхностям бандажных полок 15 и 17 и перемычек 16 и 18.
МТ работает следующим образом. Газ проходит через неподвижно установленный в корпусе 1 центробежный сопловой аппарат 2 и ускоряется в радиально расположенных соплах 3. Газ покидает сопла 3 через их выходное сечение 12 и попадает во входное сечение 10 межлопаточных каналов 9 рабочего колеса, размещенного на валу 4.
Далее газ продолжает движение в межлопаточных каналах 9, боковые стенки 7 и 8 которых образованы рабочими лопатками 6. Газ перемещается в центробежном направлении в зазоре, образованном боковой поверхностью 11 диска 5 и бандажной полкой 15. В процессе дальнейшего движения газ взаимодействует с перемычками 16 и 18 и разворачивается с центробежного направления на центростремительное, плавно огибая периферийную поверхность 19 диска 5. Далее газ продолжает движение в центростремительном направлении в зазоре, образованном бандажной полкой 17 и боковой поверхностью 14 диска 5. Газ покидает рабочее колесо через выходное сечение 13 межлопаточных каналов 9.
В процессе движения по межлопаточным каналам 9 газ, взаимодействуя с боковыми стенками 7 и 8, меняет направление своего движения в окружном направлении, создавая крутящий момент на рабочем колесе.
Заявляемая МТ существенно компактнее радиальных турбин. Ее высокая энергетическая эффективность обеспечивается плоским характером течения газа без утечек из межлопаточных каналов 9, а также плавным разворотом газа с центробежного направления на центростремительное.
Повышение технологичности заявляемой МТ по сравнению с МТ по прототипу достигается благодаря возможности формообразования межлопаточных каналов 9 рабочего колеса, боковые стенки 7 и 8 которых расположены во взаимно параллельных плоскостях, методом фрезерования дисковой фрезой на единой заготовке. Высокая производительность описываемого метода изготовления рабочего колеса обусловлена тем, что диаметр рабочей поверхности дисковой фрезы не ограничен шириной формируемых межлопаточных каналов 9 и может быть выбран, исходя из соображений обеспечения наилучшей производительности технологического процесса. Отметим, что дисковая фреза обычно осуществляет обработку каждого межлопаточного канала 9 всего за один проход.
Метод формообразования межлопаточных каналов рабочего колеса дисковой фрезой существенно более технологичен, чем описанные выше методы фрезерования рабочих лопаток концевой фрезой и печати рабочего колеса на 3-д принтере. Это позволяет сделать вывод о более высокой технологичности заявляемой МТ по сравнению с прототипом.
Высокая технологичность заявляемой МТ может способствовать ее успешному применению, в частности, в качестве привода ручных пневматических шлифовальных машин.
Все элементы описанной конструкции могут быть изготовлены на обычном обрабатывающем оборудовании.