ВЫХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ТУРБИНЫ
TURBINE OUTPUT DEVICE

Изобретение относится к конструкции выходного устройства турбины, а именно к элементам связи между корпусом турбины и ее внутренними элементами.
Известно выходное устройство турбины, содержащее профилированные пустотелые силовые стойки корпуса, размещенные в проточной части за рабочим колесом последней ступени турбины, у которых средние линии входных и выходных участков профилей направлены вдоль продольной оси турбины (см. патент Канады №2647058, МПК F01D 25/30, опубл. 14.06.2009 г.). Конструктивно такие стойки просты в исполнении и выполняют не только роль опорных силовых элементов турбины, но и используются в качестве коллекторов для различных проводок в турбину и из нее.
К недостаткам турбин с такими стойками следует отнести следующее. Для обеспечения благоприятного обтекания потоком самих стоек необходимо, чтобы поток газа на выходе из турбины был направлен практически вдоль продольной оси двигателя с малой окружной составляющей вектора скорости. Для этого мы вынуждены увеличивать угол выхода и снижать скорость потока в относительном движении на выходе из рабочего колеса последней ступени турбины. Но для повышения КПД последней ступени турбины нужно делать все наоборот, чтобы на выходе из рабочего колеса поток газа в абсолютном движении имел большую отрицательную окружную составляющую. При этом желательно, чтобы за выходным устройством поток газа был направлен вдоль продольной оси двигателя с малой закруткой.
Задача изобретения - обеспечить возможность получения максимального КПД последней ступени турбины при практически осевом потоке газа на выходе из выходного устройства турбины.
Указанная задача достигается тем, что в выходном устройстве турбины, содержащем профилированные стойки корпуса, у которых средние линии выходных участков профилей направлены вдоль продольной оси турбины, а средние линии входных участков профилей стоек повернуты к продольной оси турбины на угол 20-40° в сторону вращения рабочего колеса последней ступени турбины.
Поворот средней линии входных участков профилей стоек к продольной оси турбины в сторону вращения рабочего колеса последней ступени турбины позволяет иметь возможность увеличить закрутку потока за рабочим колесом последней ступени турбины, что улучшает ее эффективность.
При этом поворот на угол, меньший 20°, не приводит к существенному росту КПД турбины, а поворот на угол, больший 40°, вызывает при ограниченных габаритах турбины рост скорости потока за рабочим колесом до сверхзвуковых значений и большие потери мощности турбины.
На фиг.1 показан продольный разрез последней ступени турбины с выходным устройством;
на фиг.2 показан поперечный разрез по рабочим лопаткам последней ступени турбины и выходного устройства.
1
Выходное устройство турбины содержит пустотелые профилированные стойки 1 корпуса 2, размещенные в проточной части 3 за рабочим колесом 4 с рабочими лопатками 5 последней ступени турбины 6. Средние линии 7 выходных участков профилей стоек 1 направлены вдоль продольной оси 8 турбины 6, а средние линии 9 входных участков профилей стоек 1 повернуты к продольной оси 8 турбины на угол Θ=20-40° в сторону вращения рабочего колеса 4 последней ступени турбины 6.
2
2
2
2
2
u2
2·
2
При работе турбины поток выходит из последнего колеса с относительной средней скоростью w под углом β к фронту решетки. С учетом скорости вращения колеса на выходе u абсолютная скорость потока будет равна c с направлением α (фиг.2). Окружная составляющая скорости будет равна c=ccos α. Если эта компонента будет отрицательной по отношению к направлению вращения, то при прочих равных условиях она будет давать приращение мощности ступени, вычисляемой по формуле Эйлера.
1
1
u1
2
2
u2
N=muс-muc,
1
2
где m и m - расходы массы газа на входе и выходе из колеса.
Для организации безударного натекания потока на стойки необходимо обеспечить
2
Θ=90°-α.
Расчеты показывают, что поворот на угол Θ, меньший 20°, не приводит к существенному росту КПД турбины, а поворот на угол, больший 40°, вызывает при ограниченных габаритах турбины рост скорости потока за рабочим колесом до сверхзвуковых значений и большие потери мощности турбины.
Таким образом, изобретение обеспечивает и получение максимального КПД последней ступени турбины и осевой поток газа на выходе из выходного устройства турбины.