[go: up one dir, main page]

RU2086774C1 - Reaction turbine for multi-phase working medium - Google Patents

Reaction turbine for multi-phase working medium Download PDF

Info

Publication number
RU2086774C1
RU2086774C1 RU94012308A RU94012308A RU2086774C1 RU 2086774 C1 RU2086774 C1 RU 2086774C1 RU 94012308 A RU94012308 A RU 94012308A RU 94012308 A RU94012308 A RU 94012308A RU 2086774 C1 RU2086774 C1 RU 2086774C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channels
passages
turbine according
channel
turbine
Prior art date
Application number
RU94012308A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94012308A (en
Inventor
В.Б. Мельников
А.Е. Баршак
С.А. Мурахин
Original Assignee
Мельников Вячеслав Борисович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мельников Вячеслав Борисович filed Critical Мельников Вячеслав Борисович
Priority to RU94012308A priority Critical patent/RU2086774C1/en
Publication of RU94012308A publication Critical patent/RU94012308A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2086774C1 publication Critical patent/RU2086774C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: gas and steam turbomachines for driving electric generators, compressors and pumps. SUBSTANCE: reaction turbine has casing and rotor whose hollow shaft carries working wheel made in the form of disc provided with system of radial curvilinear passages brought in communication with interior of shaft; outlet sections of passages bent tangentially relative to circle of working wheel are provided with Laval nozzles and additional discharge passages with drain holes closed by check valves; inlet of additional discharge passage is located before Laval nozzle. Condensate separated from working flow in course of motion via curvilinear radial passages is accumulated in discharge passages and is discharged to collecting chamber through drain holes upon accumulation of definite amount. EFFECT: enhanced efficiency. 6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области турбостроения, преимущественно к турбинам, работающим на "сыром" природном газе, и может применяться в газовых и паровых турбомашинах для привода электрогенераторов, компрессоров, насосов. The invention relates to the field of turbine construction, mainly to turbines operating on "raw" natural gas, and can be used in gas and steam turbomachines to drive electric generators, compressors, pumps.

Известно использование осевых турбин для привода электродвигателей, работающих на природном газе, которые устанавливаются непосредственно в скважине или в транспортном трубопроводе [1] Однако при работе на "сыром", т.е. не осушенном и не очищенном от жидких и твердых частиц, природном газе капли конденсата и твердые частицы вызывают эрозию лопаток турбины и часто приводят к их механическому разрушению. It is known to use axial turbines to drive natural gas powered electric motors that are installed directly in a well or in a transport pipeline [1] However, when operating on a "raw", i.e. natural gas not drained and not cleaned of liquid and solid particles, condensate droplets and solid particles cause erosion of the turbine blades and often lead to their mechanical destruction.

Вследствие отмеченного недостатка указанное техническое решение не нашло промышленного применения, и на практике осевые турбины работают в составе детандерных агрегатов на газе, прошедшем первичную обработку на заводе или у потребителя на газораспределительном пункте. Due to the noted drawback, the indicated technical solution has not found industrial application, and in practice the axial turbines operate as part of gas expander units that have undergone primary processing at the plant or at the consumer at the gas distribution point.

Известны двухпоточные радиально-осевые турбины, содержащие радиальный сопловой аппарат с разделителем потоков и осевые лопаточные венцы, между которыми расположена камера с разделительным гребнем на роторе, при этом полость разделителя потоков сообщается с полостью камеры посредством кольцевой щели, снабженной боковыми козырьками, отогнутыми внутрь полости разделителя [2] Указанное устройство обеспечивает удаление конденсата перед рабочими венцами за счет наличия полого разделителя потоков, сообщающегося с полостью камеры. Known dual-flow radial-axial turbines containing a radial nozzle apparatus with a flow separator and axial blade crowns between which there is a chamber with a separating ridge on the rotor, while the cavity of the flow separator communicates with the cavity of the chamber by means of an annular gap provided with side visors bent into the cavity of the separator [2] The specified device provides for the removal of condensate in front of the working crowns due to the presence of a hollow flow separator in communication with the chamber cavity.

Недостатками известного устройства является сложность его конструкции и недостаточно высокая сепарационная эффективность. Кроме того, данное устройство обеспечивает эффективную работу лишь при использовании в качестве рабочего тела влажного пара. The disadvantages of the known device is the complexity of its design and insufficiently high separation efficiency. In addition, this device provides efficient operation only when using wet steam as a working fluid.

При работе на "сыром" газе устройство не обеспечит эффективного отделения конденсата и твердых частиц, поскольку не созданы условия для их направленной сепарации. When working on "raw" gas, the device will not provide an effective separation of condensate and solid particles, since the conditions for their directed separation are not created.

Также известны реактивные турбины, содержащие корпус, в котором размещен рабочий орган типа Сегнерова колеса с тангенциально установленными соплами [3] Указанная конструкция турбины при работе на двухфазном потоке обеспечивает эффективную сепарацию конденсата благодаря конструкции рабочего колеса. При этом в данном решении не предусмотрено удаление конденсата, в результате чего отсепарированный конденсат в виде капель отражается от одних лопаток турбины к другим, вызывая их эрозию. Причем в процессе их многократной рециркуляции происходит укрупнение капель и накопление их в полости рабочего колеса, сконструированного в виде полого барабана, закрытого с торцов двумя дисками. Jet turbines are also known, comprising a housing in which a working element of the Segner wheel type is located with tangentially mounted nozzles [3]. The specified turbine design when operating on a two-phase flow provides efficient condensate separation due to the design of the impeller. Moreover, this solution does not provide for the removal of condensate, as a result of which the separated condensate in the form of droplets is reflected from one turbine blade to another, causing their erosion. Moreover, in the process of their repeated recycling, droplets are enlarged and accumulated in the cavity of the impeller, designed in the form of a hollow drum, closed from the ends by two disks.

Из известных турбин наиболее близкой к предлагаемой является реактивная турбина для двухфазного потока рабочей среды, содержащая корпус и ротор, на полом валу которого установлено рабочее колесо в виде системы криволинейных радиальных каналов, сообщающихся с полостью вала, в выходных участках которых, отогнутых в тангенциальном направлении относительно окружности рабочего колеса, установлены сопла Лаваля [4]
Однако в указанном устройстве также на конструктивном уровне не организован отвод отсепарированного конденсата, вследствие чего происходит эрозионное разрушение стенок каналов и в первую очередь сопел, установленных в их выходных участках.
Of the known turbines, the closest to the proposed one is a jet turbine for a two-phase flow of a working medium, comprising a housing and a rotor, on the hollow shaft of which an impeller is installed in the form of a system of curved radial channels communicating with the shaft cavity, in the output sections of which are bent in the tangential direction relative to impeller circumference, Laval nozzles installed [4]
However, the indicated device also does not organize the removal of the separated condensate at a constructive level, as a result of which the walls of the channels and in particular the nozzles installed in their outlet sections are eroded.

В основу настоящего изобретения положена задача создания конструкции реактивной турбины, обеспечивающей при работе на природном ("сыром") газе снижение степени эрозии стенок сопел и, таким образом, повышение надежности работы турбины. The basis of the present invention is the creation of a jet turbine design, providing when working on natural ("raw") gas, reducing the degree of erosion of the walls of the nozzles and, thus, increasing the reliability of the turbine.

Поставленная задача решается тем, что в реактивной турбине для многофазного рабочего тела, содержащей корпус и ротор, на полом валу которого установлено, по крайней мере, одно рабочее колесо в виде диска с системой криволинейных радиальных каналов, сообщающихся с полостью вала, в выходных участках которых, отогнутых в тангенциальном направлении относительно окружности рабочего колеса установлены сопла Лаваля. The problem is solved in that in a jet turbine for a multiphase working fluid containing a housing and a rotor, on the hollow shaft of which at least one impeller is installed in the form of a disk with a system of curved radial channels communicating with the cavity of the shaft, in the output sections of which bent in a tangential direction relative to the circumference of the impeller installed Laval nozzle.

Согласно изобретению выходные участки каналов имеют сообщающиеся с ними дополнительные отводные каналы со сливными отверстиями, перекрытыми обратными клапанами, причем вход в дополнительный отводной канал расположен перед соплом Лаваля. According to the invention, the outlet portions of the channels have additional outlet channels connected to them with drain holes blocked by non-return valves, the entrance to the additional outlet channel being located in front of the Laval nozzle.

Целесообразно вход в дополнительный отводной канал выполнять в задней стенке основного канала. It is advisable to enter the additional bypass channel in the rear wall of the main channel.

Предпочтительно расстояние от оси основного канала до входа в дополнительный отводной канал должно быть не более 3 и не менее 1,5 приведенного диаметра основного канала. Preferably, the distance from the axis of the main channel to the entrance to the additional outlet channel should be no more than 3 and not less than 1.5 of the reduced diameter of the main channel.

В предпочтительном варианте:
обратный клапан может быть выполнен в виде золотникового пружинного клапана, размещенного в заглушенном конце отводного канала;
на задних стенках отводных каналов выполнены продольные канавки;
на внутренней поверхности выходных участков основных каналов установлены турбулизаторы потока.
In a preferred embodiment:
the check valve may be made in the form of a spool valve located at the plugged end of the outlet channel;
longitudinal grooves are made on the rear walls of the branch channels;
flow turbulators are installed on the inner surface of the outlet sections of the main channels.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 shows a General view of the device; in FIG. 2, section AA in FIG. one; in FIG. 3 section BB in FIG. 2.

Турбина содержит корпус 1, в котором расположен ротор 2, на полом валу 3 которого установлены один или несколько дисков 4 с криволинейными радиальными каналами 5 для прохода рабочего тела к соплам 6, имеющим форму сопел Лаваля и установленных на выходных участках 7 каналов тангенциально относительно окружности дисков 4. The turbine contains a housing 1, in which the rotor 2 is located, on the hollow shaft 3 of which one or several disks 4 with curved radial channels 5 are installed for the passage of the working fluid to nozzles 6 having the form of Laval nozzles and installed on the output sections of the 7 channels tangentially relative to the circumference of the disks 4.

Каналы 5 имеют дополнительные отводные каналы 8 со сливными отверстиями 9 и золотниковыми пружинными клапанами 10 для отвода отсепарированной жидкости в сборную камеру 11. Вход 12 в дополнительный отводной канал выполнен в задней стенке основного канала перед соплом Лаваля. The channels 5 have additional outlet channels 8 with drain holes 9 and spring-loaded spool valves 10 to divert the separated liquid into the collection chamber 11. The inlet 12 to the additional outlet channel is made in the rear wall of the main channel in front of the Laval nozzle.

Причем на задних стенках отводных каналов 8 выполнены продольные канавки 13, образующие дорожки для перемещения отсепарированной жидкости. На внутренней поверхности выходных участков 7 основных каналов установлены турбулизаторы потока 14, выполненные, например, в виде ножей или кольцевых гребешков. Moreover, longitudinal grooves 13 are made on the rear walls of the branch channels 8, forming paths for moving the separated liquid. On the inner surface of the output sections 7 of the main channels installed flow turbulators 14, made, for example, in the form of knives or ring scallops.

Сборная камера 11 снабжена торцевыми уплотнениям 15, исключающими протечки конденсата в газовую полость турбины. The collection chamber 11 is equipped with mechanical seals 15, eliminating leakage of condensate into the gas cavity of the turbine.

Работа турбины основана на реактивном действии выходящего из сопел 6 газового потока. Рабочее тело в виде влажного пара или "сырого" природного газа подводится под давлением через полый вал 3 в радиальные каналы 5 и выбрасывается через сопла 6, приводя ротор 2 во вращение. The operation of the turbine is based on the reactive action of the gas stream exiting the nozzles 6. The working fluid in the form of wet steam or "raw" natural gas is supplied under pressure through the hollow shaft 3 into the radial channels 5 and is ejected through the nozzle 6, causing the rotor 2 to rotate.

Содержащийся в природном газе или влажном паре конденсат под действием центробежных сил отбрасывается на задние выпуклые стенки каналов 5 и, поступая через вход 12 в дополнительные отводные каналы 8, движется в виде пленки по дорожкам, образуемым канавками 13, в заглушенные концы отводных каналов 8. Condensate contained in natural gas or wet steam is discarded under the action of centrifugal forces to the rear convex walls of channels 5 and, entering through additional input channels 8 through input 12, moves in the form of a film along the paths formed by grooves 13 into the muffled ends of the drain channels 8.

По достижении определенного количества конденсата создается усилие, достаточное для преодоления силы прижатия пружиной золотникового клапана 10, в результате чего клапан 10 открывается и конденсат выводится через сливные отверстия 9 в сборную камеру 11. Upon reaching a certain amount of condensate, a force is created sufficient to overcome the force of the spring pressing the spool valve 10, as a result of which the valve 10 opens and the condensate is discharged through the drain holes 9 into the collection chamber 11.

После слива конденсата клапан 10 закрывается, и процесс накопления отсепарированного конденсата повторяется. After draining the condensate, the valve 10 closes, and the process of accumulating the separated condensate is repeated.

Аналогично происходит отделение и сброс через сливные отверстия 9 вместе с конденсатом частиц породы (песка) при наличии их в природном газе. Similarly, separation and discharge through drain holes 9 occur together with condensate of rock particles (sand) in the presence of them in natural gas.

Очищенный газ или сухой пар направляется в сопла 6. The purified gas or dry steam is sent to the nozzle 6.

Экспериментально установлено, что оптимальные условия для отвода конденсата будут обеспечены при соблюдении следующего условия: расстояние от оси основного канала до входа в дополнительный отводной канал 8 должно быть не более 3 и не менее 1,5 приведенного диаметра основного канала 5. It was experimentally established that the optimal conditions for condensate drainage will be provided if the following condition is met: the distance from the axis of the main channel to the entrance to the additional bypass channel 8 should be no more than 3 and not less than 1.5 of the reduced diameter of the main channel 5.

При низком значении влажности исходного рабочего тела поток газа, направляемый в сопла может содержать определенное количество неотсепарированного и неудаленного конденсата, который будет оказывать эрозионное воздействие на сопла. Для ослабления эрозионного воздействия потока на стенки сопел на внутренней поверхности выходных участков 7 основных каналов 5 перед соплами 6 размещают ножи или кольцевые гребешки, выполняющие роль турбулизаторов потока и обеспечивающие его гомогенизацию, т.е. диспергирование до "туманного" состояния. При этом одновременно увеличивается момент количества движения струи, выходящей из сопла, т.е. достигается повышение мощности турбины. With a low value of the humidity of the initial working fluid, the gas flow directed to the nozzles may contain a certain amount of unseparated and unremoved condensate, which will have an erosive effect on the nozzles. To reduce the erosive effect of the flow on the nozzle walls, on the inner surface of the outlet sections 7 of the main channels 5, knives or ring combs are placed in front of the nozzles 6, which act as turbulators of the flow and ensure its homogenization, i.e. dispersion to a "foggy" state. At the same time, the moment of momentum of the jet leaving the nozzle increases, i.e. An increase in turbine power is achieved.

Предлагаемая конструкция турбины за счет повышенных износостойких характеристик может найти применение на промыслах газоконденсатных месторождений в качестве турбодросселя для снижения давления с одновременным получением за счет используемого перепада давлений электроэнергии для местных нужд и внешнего потребления. The proposed design of the turbine due to the increased wear-resistant characteristics can find application in the fields of gas condensate fields as a turbo throttle to reduce pressure while at the same time obtaining electric pressure for local needs and external consumption due to the used differential pressure.

Claims (6)

1. Реактивная турбина для многофазного рабочего тела, содержащая корпус и ротор, на полом валу которого установлено по крайней мере одно рабочее колесо в виде диска с системой криволинейных радиальных каналов, сообщающихся с полостью вала, в выходных участках которых, отогнутых в тангенциальном направлении относительно окружности рабочего колеса, установлены сопла Лаваля, отличающаяся тем, что выходные участки каналов имеют сообщающиеся с ними дополнительные отводные каналы со сливными отверстиями, перекрытыми клапанами, причем вход в дополнительный отводной канал расположен перед соплом Лаваля. 1. A jet turbine for a multiphase working fluid, comprising a housing and a rotor, on the hollow shaft of which at least one impeller is installed in the form of a disk with a system of curved radial channels communicating with the shaft cavity, in the output sections of which are bent in a tangential direction relative to the circumference the impeller, Laval nozzles are installed, characterized in that the output sections of the channels have additional outlet channels in communication with them with drain holes covered by valves, the entrance to an additional bypass channel is located in front of the Laval nozzle. 2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что вход в дополнительный отводной канал выполнен в задней стенке основного канала. 2. The turbine according to claim 1, characterized in that the entrance to the additional bypass channel is made in the rear wall of the main channel. 3. Турбина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что вход в дополнительный отводной канал выполнен на расстоянии от оси основного канала не более 3 и не менее 1,5 приведенного диаметра основного канала. 3. The turbine according to claims 1 and 2, characterized in that the entrance to the additional bypass channel is made at a distance from the axis of the main channel of not more than 3 and not less than 1.5 of the reduced diameter of the main channel. 4. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что обратный клапан выполнен в виде золотникового пружинного клапана, размещенного в заглушенном конце отводного канала. 4. The turbine according to claim 1, characterized in that the check valve is made in the form of a spool valve located at the plugged end of the outlet channel. 5. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что на задних стенках отводных каналов выполнены продольные канавки. 5. The turbine according to claim 1, characterized in that longitudinal grooves are made on the rear walls of the outlet channels. 6. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности выходных участков основных каналов размещены турбулизаторы потока. 6. The turbine according to claim 1, characterized in that on the inner surface of the output sections of the main channels placed flow turbulators.
RU94012308A 1994-04-04 1994-04-04 Reaction turbine for multi-phase working medium RU2086774C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94012308A RU2086774C1 (en) 1994-04-04 1994-04-04 Reaction turbine for multi-phase working medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94012308A RU2086774C1 (en) 1994-04-04 1994-04-04 Reaction turbine for multi-phase working medium

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94012308A RU94012308A (en) 1996-01-20
RU2086774C1 true RU2086774C1 (en) 1997-08-10

Family

ID=20154458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94012308A RU2086774C1 (en) 1994-04-04 1994-04-04 Reaction turbine for multi-phase working medium

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2086774C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2280168C1 (en) * 2004-12-29 2006-07-20 Закрытое акционерное общество "РТИ-Системы вторичного энергопитания" Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner's wheel for implementing the method
RU2307940C2 (en) * 2005-11-17 2007-10-10 Альберт Петрович Данилин Wet steam reaction turbine
RU2607008C2 (en) * 2012-07-10 2017-01-10 Олег Григорьевич Рудевский Hydraulic coupling
RU181361U1 (en) * 2017-12-18 2018-07-11 Василий Алексеевич Аброськин CENTRIFUGAL TURBINE
RU2673431C2 (en) * 2013-08-05 2018-11-26 Сергей Константинович Исаев Method for producing mechanical energy, single-flow and double-flow reactive turbines and turbo-reactive installation therefor
RU2742711C2 (en) * 2018-04-28 2021-02-09 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Radial birotational active-reactive turbine (variants)
RU2764566C1 (en) * 2021-06-07 2022-01-18 Общество с Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Авиагаз-Союз+" Jet-expander generator (options)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент США N 334267, кл. 166-60, 1967. 2. Авторское свидетельство СССР N 901584, кл. F 01 D 25/32, 1982. 3. Патент США N 3032988, кл. 60-39.35, 1962. 4. Экономический патент ГДР N 213973, кл. F 01 D 1/32, 1984. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2280168C1 (en) * 2004-12-29 2006-07-20 Закрытое акционерное общество "РТИ-Системы вторичного энергопитания" Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner's wheel for implementing the method
RU2307940C2 (en) * 2005-11-17 2007-10-10 Альберт Петрович Данилин Wet steam reaction turbine
RU2607008C2 (en) * 2012-07-10 2017-01-10 Олег Григорьевич Рудевский Hydraulic coupling
RU2673431C2 (en) * 2013-08-05 2018-11-26 Сергей Константинович Исаев Method for producing mechanical energy, single-flow and double-flow reactive turbines and turbo-reactive installation therefor
RU181361U1 (en) * 2017-12-18 2018-07-11 Василий Алексеевич Аброськин CENTRIFUGAL TURBINE
RU2742711C2 (en) * 2018-04-28 2021-02-09 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Radial birotational active-reactive turbine (variants)
RU2764566C1 (en) * 2021-06-07 2022-01-18 Общество с Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Авиагаз-Союз+" Jet-expander generator (options)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1204339A (en) Centrifugal pump for liquids containing solid material
JPS5840678B2 (en) Accumulated rotation movement device
SE467466B (en) DEVICE FOR FLUIDIZATION, GAS SEPARATION AND PUMPING OF A SUSPENSION OF FIBER-containing CELLULO MATERIAL, AND ITS APPLICATION
RU2086774C1 (en) Reaction turbine for multi-phase working medium
US4336039A (en) Geothermal turbine
EP0135365B1 (en) Regenerative-compressor
RU2053373C1 (en) Exhaust section of steam turbine
RU94012308A (en) REACTIVE MULTIPHASE WORKING TURBINE
US4273509A (en) Self-powered cleaning unit for a fluid pump
RU2028464C1 (en) Separator stage
RU2123590C1 (en) Gas separator
KR100437035B1 (en) Centrifugal fan of vacuum cleaner
US4573870A (en) Solid turbine wheel with guided discharge
RU2307940C2 (en) Wet steam reaction turbine
RU3783U1 (en) MULTI-PHASE WORK TURBINE
RU2087206C1 (en) Cyclone
JPS6131602A (en) Stepped structure in steam turbine
WO2017168950A1 (en) Compressor
RU2042054C1 (en) Free-vortex pump for hydraulic mixtures
RU2182263C2 (en) Centrifugal pump
EP1382798B1 (en) Rotary machine
JPS63117105A (en) Moisture removing device for blade cascade of steam turbine
RU2304729C1 (en) Stage of centrifugal turbine machine
RU2749586C1 (en) Method for pumping formation fluid with high content of gas and abrasive particles and submersible installation with vane pump and gas separator for its implementation
SU1664371A1 (en) Ventilator-cum-dust separator