RU2654304C2

RU2654304C2 - Multistage gas power turbine with cantilever mounting

Info

Publication number: RU2654304C2
Application number: RU2015104575A
Authority: RU
Inventors: Валентин Александрович Гусаров; Владимир Николаевич Андреев; Игорь Николаевич Юрченко
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2018-05-17
Also published as: RU2015104575A

Abstract

FIELD: turbines.

SUBSTANCE: invention relates to a two-shaft gas turbine power plant for surface use, which use as a motor a turbocharger from an internal combustion engine with an external combustion chamber. Multi-stage gas power turbine with a cantilever mounting, Rotor containing a disk with working blades at the outlet of the turbine is provided with a gas cavity. On the disk, located on the shaft of the rotor. At least two stages of working blades with a labyrinth seal are located. Before the first stage and between the stages of the working blades, the blades of the guide apparatus are located and fixed to the turbocompressor parallel to the longitudinal axis of the rotor. Rotor under the action of the reactive forces of the gas flow, moving from the gas cavity through the vanes of the directing device and working blades of the first stage, further through the vanes of the guide apparatus and the working blades of the second stage, produces a rotation.

EFFECT: increase in the mechanical efficiency of the rotor of a free power radial turbine and reliability is achieved.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к двухвальным газотурбинным силовым установкам наземного применения, у которых в качестве двигателя используется турбокомпрессор от ДВС с внешней камерой сгорания и которые могут быть использованы для привода насосов, генераторов и другого механического оборудования.The invention relates to a twin-shaft gas turbine power plants for ground use, in which the engine uses a turbocompressor from the internal combustion engine with an external combustion chamber and which can be used to drive pumps, generators and other mechanical equipment.

Известна многоступенчатая силовая газовая турбина, ротор которой установлен консольно на подшипниках статора [С.А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1981, стр. 137, рис. 4 5 г.].Known multi-stage power gas turbine, the rotor of which is mounted cantilever on the stator bearings [S.A. Loaches. Design and engineering of aircraft gas turbine engines. - M.: Mechanical Engineering, 1981, p. 137, Fig. 4 5 g.].

Недостатком такой конструкции является низкая ее надежность из-за повышенных температур дисков вследствие недостаточного их охлаждения.The disadvantage of this design is its low reliability due to elevated disk temperatures due to insufficient cooling.

Известна многоступенчатая силовая газовая турбина, диски с рабочими лопатками которой, расположены консольно на роторе [Ревзин Б.С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. – М.: Недра», 1986, стр. 138, рис. 72].Known multi-stage power gas turbine, disks with working blades which are located cantilever on the rotor [Revzin BS Gas turbine gas pumping units. - M .: Nedra ", 1986, p. 138, Fig. 72].

Недостатком известной конструкции, является низкая ее надежность из-за повышенных температур дисков и повышенных усилий на подшипники турбины вследствие неудовлетворительного охлаждения дисков и отсутствия разгрузочного устройства от газовых сил, действующих на ротор турбины в осевом направлении.A disadvantage of the known design is its low reliability due to the increased temperature of the disks and increased efforts on the turbine bearings due to poor cooling of the disks and the absence of an unloading device from gas forces acting on the turbine rotor in the axial direction.

Наиболее близкой по конструкции к заявляемой является многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением на роторе дисков с рабочими лопатками, на выходе из турбины выполнена разгрузочная полость, междисковые полости на входе соединены с разгрузочной полостью, а на выходе - с газовой полостью через кольцевые замкнутые полости, образованные установленными на периферии дисков фланцами, каналы под подошвами хвостовиков рабочих лопаток и щелевые полости между фланцами и ободами дисков со стороны входа в диск по потоку газа и между фланцами и хвостовиками рабочих лопаток со стороны выхода из диска по потоку газа, при этом F₁/F₂=2-20, где F₁ - площадь щелевых полостей между фланцами и ободами дисков со стороны входа в диск по потоку газа; F₂ - площадь щелевых полостей между фланцами и хвостовиками рабочих лопаток со стороны выхода из диска по потоку газа (патент RU №2263790).Closest in design to the claimed one is a multi-stage gas power turbine with a cantilever arrangement on the rotor of the disks with rotor blades, an unloading cavity is made at the outlet of the turbine, interdisc cavities at the inlet are connected to the unloading cavity, and at the outlet - with a gas cavity through circular annular cavities, formed by flanges installed on the periphery of the disks, channels under the soles of the shanks of the blades and slotted cavities between the flanges and rims of the disks from the inlet side of the disk a and between the flanges and the shanks of rotor blades on the outlet side of the disk by the flow of gas, wherein F ₁ / F ₂ = 2-20, wherein F ₁ - area of gap cavities between the flanges and rims of disks at the input side of drive gas flow; F ₂ - the area of the slit cavities between the flanges and the shanks of the blades on the outlet side of the disk through the gas stream (patent RU No. 2263790).

Недостатком прототипа является низкая надежность подшипников качения, которые требуют для обеспечения заданного ресурса сложной маслосистемы с насосами подачи и откачки масла, а также высокой чистоты подаваемого масла.The disadvantage of the prototype is the low reliability of the rolling bearings, which require a complex oil system with oil supply and pumping pumps, as well as high purity of the supplied oil to ensure a given resource.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение механического КПД ротора свободной силовой радиальной турбины и надежности.The task of the invention is to increase the mechanical efficiency of the rotor of a free power radial turbine and reliability.

Технический результат заключается в повышении механического КПД за счет использования как минимум двух ступеней свободной силовой радиальной турбины, долговечности за счет простоты конструкции цилиндрического ротора и надежности за счет размещения подшипниковых опор вне зоны действия горячего газового потока.The technical result consists in increasing the mechanical efficiency due to the use of at least two stages of a free radial power turbine, durability due to the simplicity of the design of the cylindrical rotor and reliability due to the placement of bearing bearings outside the hot gas flow.

Технический результат достигается тем, что многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением, содержащая на роторе диск с рабочими лопатками, где на выходе из турбины турбокомпрессора выполнена газовая полость, а на роторе размещены как минимум две ступени рабочих лопаток с лабиринтным уплотнением, а перед первой ступенью и между ступенями рабочих лопаток расположены и закреплены на турбокомпрессоре лопатки направляющего аппарата, а ротор под действием реактивных сил газового потока, движущегося из газовой полости через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки первой ступени, далее через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки следующей ступени, производит вращение.The technical result is achieved by the fact that a multistage gas power turbine with a cantilever arrangement, containing a rotor disk with rotor blades, where a gas cavity is made at the outlet of the turbocompressor turbine, and at least two stages of rotor blades with labyrinth seal are placed on the rotor, and before the first stage and between the steps of the working blades are located and fixed on the turbocompressor of the blades of the guide apparatus, and the rotor under the action of the reactive forces of the gas stream moving from the gas cavity Erez blade guide vanes and rotor blades of the first stage, then through the blade guide vanes and rotor blades of the next degree, produces rotation.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 представлена общая схема свободной силовой турбины. На фиг. 2 представлена двухступенчатая свободная силовая турбина в разрезе.The essence of the invention is illustrated in FIG. 1 and FIG. 2. In FIG. 1 shows a general diagram of a free power turbine. In FIG. 2 is a sectional view of a two-stage free power turbine.

Многоступенчатая газовая свободная силовая турбина с консольным расположением содержит: вал с цилиндрическим ротором 1 и шлицевым поясом 2, установленный через подшипниковые опоры 3 в ступицу 4, перед которой имеется газовая полость 5, с диском 6 на котором закреплены лопатки 8 первой и 7 последующей ступени с лабиринтным уплотнением 9, где перед лопатками первой ступени 8 размещены лопатки 10 направляющего аппарата 13, перед лопатками второй ступени 7 размещены лопатки второй ступени 11 направляющего аппарата 13, прикрепленного к турбокомпрессору 14, а снаружи имеется выпускной кожух 12, через который газовый поток 15 выходит наружу.A multistage gas free power turbine with a cantilever arrangement comprises: a shaft with a cylindrical rotor 1 and a spline belt 2, mounted through bearing bearings 3 into a hub 4, in front of which there is a gas cavity 5, with a disk 6 on which blades 8 of the first and 7 subsequent stages are fixed with labyrinth seal 9, where the blades 10 of the guiding apparatus 13 are placed in front of the blades of the first stage 8, the blades of the second stage 11 of the guiding apparatus 13 attached to the turbocompresso are placed in front of the blades of the second stage 7 ru 14, and on the outside there is an exhaust casing 12, through which the gas stream 15 goes outside.

Работа свободной силовой турбины производится следующим образом.The work of a free power turbine is as follows.

Газовый поток 15 под давлением из турбокомпрессора 14 поступает в газовую полость 5 цилиндрического ротора, состоящего из диска 6 и закрепленных на нем рабочих лопаток первой ступени 8 и второй ступени 7, проходит через первый ряд лопаток 10 направляющего аппарата 13, формируя ему нужное направление, обеспечивающее необходимый угол воздействия на лопатки 7 первой ступени, где возникает реактивная сила, создающая вращательный момент, далее газовый поток 15 поступает в следующий ряд лопаток направляющего аппарата 11, который также формирует ему нужное направление, обеспечивающее необходимый угол воздействия на лопатки второй ступени 8, где тоже возникает реактивная сила, создающая дополнительный вращательный момент цилиндрического ротора, после чего газовый поток 15 выходит наружу из кожуха 12, закрепленного на турбокомпрессоре 14 и ступице 4.The gas stream 15 under pressure from the turbocharger 14 enters the gas cavity 5 of the cylindrical rotor, consisting of a disk 6 and fixed working blades of the first stage 8 and second stage 7, passes through the first row of blades 10 of the guide apparatus 13, forming the desired direction, providing it the necessary angle of influence on the blades 7 of the first stage, where there is a reactive force that creates a torque, then the gas stream 15 enters the next row of blades of the guide apparatus 11, which also forms the right direction, providing the necessary angle of influence on the blades of the second stage 8, where a reactive force also appears, creating an additional rotational moment of the cylindrical rotor, after which the gas stream 15 exits out of the casing 12, mounted on the turbocharger 14 and the hub 4.

Claims

A multistage gas power turbine with a cantilever arrangement containing a rotor disk with rotor blades, characterized in that a gas cavity is made at the outlet of the turbocompressor turbine, and at least two stages of rotor blades with a labyrinth seal are placed on the rotor, and in front of the first stage and between the stages rotor blades are located and fixed on the turbocompressor of the vanes of the guide vane, and the rotor under the action of the reactive forces of the gas stream moving from the gas cavity through the vanes is guiding the first apparatus and the working blades of the first stage, then through the blades of the guide apparatus and the working blades of the next stage, rotates.