PL230606B1 - Turbina wysokich predkosci poddzwiekowych i naddzwiekowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest turbina wysokich prędkości poddźwiękowych powyżej 0,9 M i prędkości naddźwiękowych, mająca zastosowanie zwłaszcza w napędach samolotów i bezpilotowych środków latających, poruszających się z dużą prędkością.

Przez pojęcie „turbina”, dla celów niniejszego wynalazku, należy rozumieć urządzenie techniczne zawierające wał lub pierścień z przytwierdzonymi do niego łopatkami, współdziałające z przepływającym przez nie czynnikiem roboczym, zarówno poprzez odbieranie energii kinetycznej czynnika i zamianę jej na moment obrotowy wału lub pierścienia, jak również zamianę momentu obrotowego wału na energię kinetyczną przepływającego czynnika.

Przez pojęcie „propeller”, dla celów niniejszego wynalazku, należy rozumieć taki rodzaj turbiny, w którym moment obrotowy wału przekazywany jest poprzez oddziaływanie wirujących łopatek na czynnik, powodując jego rozpędzanie lub sprężanie.

Przez pojęcie „impeller”, dla celów niniejszego wynalazku, należy rozumieć taki rodzaj turbiny, w której oddziałujący na łopatki turbiny, poruszający się czynnik, zamienia część swojej energii kinetycznej na moment obrotowy wału turbiny.

Znane są turbiny gazowe odśrodkowe (centryfugi) oraz osiowe, stosowane w lotniczych zespołach napędowych, pozwalające na osiągnięcie prędkości przydźwiękowych i naddźwiękowych.

Znane są poddźwiękowe turbowentylatorowe silniki dwuprzepływowe, z jednostopniowym otunelowanym wentylatorem dużej średnicy, oraz naddźwiękowe silniki turbowentylatorowe z otunelowanym wielostopniowym wentylatorem mniejszej średnicy.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji turbiny pełniącej funkcje zarówno jako turbowentylator, turbosprężarka, jak i turbina napędowa turbowentylatorowego zespołu napędowego, pracującego w wysokich prędkościach poddźwiękowych powyżej 0,8 M i naddźwiękowych, o prostszej konstrukcji od istniejących, zachowującej wysoką sprawność w szerokim zakresie prędkości użytkowych.

Turbina wysokich prędkości poddźwiękowych i naddźwiękowych posiadająca wał napędowy oraz co najmniej dwie łopatki przytwierdzone do wału i okręcające go spiralnie, według pierwszego wynalazku charakteryzuje się tym, że w strefie wejścia czynnika, łopatka ma wielokrotnie dłuższą cięciwę w stosunku do jej długości i jest tak ukształtowana, że krawędź natarcia w strefie wejścia czynnika tworzy z osią wału kąt o zmiennym kierunku nachylenia i stałej wartości bezwzględnej mniejszej niż 45°, oraz że przekroje łopatki w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału mają kształt sierpowaty a kąt zawarty pomiędzy rzutami odcinków łączących końcówki jej przekrojów poprzecznych do osi wału z osią wału oraz różnica długości tych odcinków, dla każdej pary następujących po sobie przekrojów oddalonych od siebie wzdłuż osi wału o tę samą wartość, zachowują stałą wartość, oraz długość wału w strefie wejścia czynnika jest większa od największej odległości końcówki sierpowatego przekroju łopaty od osi wału, przy czym odległość ta rośnie wzdłuż wału od strony jego nasady, i wprost proporcjonalnie do tego wzrostu rośnie też pole powierzchni obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki i linię łączącą początek tego przekroju, stykający się z przekrojem wału, z jego końcówką.

Korzystnie, łopatka turbiny ma za strefą wejścia czynnika ukształtowaną strefę wyjścia czynnika, w której odległość końcówki sierpowatego przekroju łopatki od osi wału z każdym kolejnym przekrojem jest taka sama lub zmniejsza się, zwiększa się odległość nasady łopatki od osi turbiny, maleje pole powierzchni obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki i odcinek łączący początek krzywej wyznaczającej wewnętrzną krawędź przekroju z końcem tej krzywej.

W tym przypadku turbina może pełnić rolę turbosprężarki, gdzie w strefie wejścia czynnika następuje rozpędzanie czynnika, natomiast w strefie wyjścia czynnika następuje jego sprężanie. Wówczas korzystnie, obszary obu stref, wejściowej i wyjściowej czynnika, są ściśle rozgraniczone skokową zmianą kąta nachylenia ścianki wału turbiny, jak również korzystnie obszary obu stref wejściowej i wyjściowej czynnika są ściśle rozgraniczone narastaniem rozmiaru zewnętrznych średnic okręgów, wyznaczonych przez obrót końcówki przekroju turbiny wokół osi turbiny. Ponadto, korzystnie kąt nachylenia ścianki wału turbiny zmienia się w sposób płynny, a wyznacznikiem początku strefy wyjścia czynnika jest malejące wraz z każdym kolejnym przekrojem łopatki pole powierzchni obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki i odcinek łączący początek krzywej wyznaczającej wewnętrzną krawędź przekroju z końcem tej krzywej. Dodatkowo, turbina w strefie wyjścia czynnika jest obudowana pierścieniem, zapobiegającym ucieczce czynnika na zewnątrz łopatek turbiny, pod wpływem ciśnienia i siły odśrodkowej wytwarzanej przez wirujące łopatki.

PL 230 606 B1

W innej wersji wynalazku, w strefie wyjścia czynnika odległość końcówki sierpowatego przekroju łopaty od osi wału nagle maleje a krawędź natarcia przechodzi w krawędź spływu, przy czym długość strefy wyjścia czynnika jest mniejsza od długości strefy wejścia czynnika, oraz krawędź natarcia w strefie wejścia czynnika i krawędź spływu w strefie wyjścia czynnika tworzą z osią wału kąt o zmiennym kierunku nachylenia i stałej wartości bezwzględnej, przy czym dla krawędzi natarcia wartość bezwzględna tego kąta jest mniejsza niż 45°, natomiast dla krawędzi spływu większa niż 45°. W tej wersji wynalazku krawędź łopatek może być skręcona w kierunku zgodnym z kierunkiem ich zwoju i wówczas turbina może pełnić funkcję impellera napędzającego turbowentylatorowy zespół napędowy, gdzie w strefie wejścia czynnika następuje jego spowalnianie a w strefie wyjścia czynnika następuje jego wyrzut, albo krawędź łopatek może być skręcona w kierunku odwrotnym do kierunku ich zwoju i wówczas turbina może pełnić funkcję turbowentylatora, gdzie w strefie wejścia czynnika następuje jego rozpędzanie a w strefie wyjścia czynnika następuje jego wyrzut.

W jeszcze innej wersji wynalazku turbina może pełnić jednocześnie rolę turbosprężarki i turbowentylatora. Wówczas turbina posiada łopatki z ukształtowaną strefą wyjścia czynnika, w której to strefie odległość końcówki sierpowatego przekroju łopatki od osi wału z każdym kolejnym przekrojem jest taka sama lub zmniejsza się, zwiększa się odległość nasady łopatki od osi turbiny, maleje pole powierzchni obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki i odcinek łączący początek krzywej wyznaczającej wewnętrzną krawędź przekroju z końcem tej krzywej, oraz posiada łopatki, których krawędź skręcona jest w kierunku odwrotnym do kierunku zwoju tej łopatki a odległość końcówki sierpowatego przekroju od osi wału w strefie wyjścia czynnika nagle maleje a krawędź natarcia przechodzi w krawędź spływu, przy czym długość strefy wyjścia czynnika jest mniejsza od długości strefy wejścia czynnika. W tym przypadku, korzystnie łopatki o większej długości przytwierdzone są do wału pomiędzy łopatkami o mniejszej długości, albo łopatki o większej długości przytwierdzone są do krawędzi łopatek o mniejszej długości.

W turbinie według wynalazku czynnik rozpędzany w długim, rozszerzającym się kanale, ukształtowanym przez wewnętrzną ściankę i nachyloną krawędź łopatki turbiny, porusza się po torze w kształcie wydłużonej helisy, leżącym wokół jej wału, oddalając się jedynie nieznacznie od osi wału wraz ze wzrostem prędkości. Dlatego w odróżnieniu od różnych rodzajów centryfug, w turbinie według wynalazku kierunek przepływu czynnika nie ulega gwałtownemu załamaniu, co sprzyja względnie małym rozmiarom jej przekroju czołowego, porównywalnym z wielostopniowymi turbinami osiowymi.

Turbina według wynalazku, w porównaniu z wielostopniowymi turbinami osiowymi, charakteryzuje się prostą, jednowieńcową konstrukcją oraz łopatkami o dużej powierzchni, dzięki której można efektywnie odzyskać część energii układu w postaci ciepła, używając go do wstępnego podgrzania powietrza przed wprowadzeniem go do komory. Dzięki swojej szczególnej geometrii, wyrażającej się stosunkiem powierzchni stożkowych zakreślanych przez krawędź natarcia i krawędź spływu, oraz izomorficzności dowolnych fragmentów turbiny, wydzielonych przez przekroję poprzeczne względem jej osi w obszarze rozpędzania czynnika, turbina w wersji turbowentylatora zapewnia równomierne rozpędzanie coraz większych porcji czynnika, wlatujących w jej obszar roboczy. Duża powierzchnia łopatek pomimo ich małej liczby w wieńcu zapewnia z jednej strony skuteczne przeniesienie momentu obrotowego wału na czynnik, z drugiej zaś strony masywna łopatka o małym wydłużeniu i bardzo pochylonej krawędzi natarcia gwarantuje dużo większą odporność łopatek, a co za tym idzie całej turbiny, na mechaniczne uszkodzenia w skutek zderzeń z małymi obiektami.

Turbina wysokich prędkości poddźwiękowych i naddźwiękowych posiadająca co najmniej dwie łopatki według drugiego wynalazku charakteryzuje się tym, że łopatki przytwierdzone są do pierścienia okręcając go spiralnie, przy czym w strefie wejścia czynnika, łopatka ma wielokrotnie dłuższą cięciwę w stosunku do jej długości i jest tak ukształtowana, że jej przekroje w płaszczyźnie prostopadłej do osi pierścienia mają kształt sierpowaty a kąt zawarty pomiędzy rzutami odcinków łączących końcówki jej przekrojów poprzecznych do osi pierścienia, z osią pierścienia oraz różnica długości tych odcinków, dla każdej pary następujących po sobie przekrojów oddalonych od siebie wzdłuż osi pierścienia o tę samą wartość, zachowują stałą wartość, oraz długość cięciwy łopatki w strefie wejścia czynnika jest większa od największej odległości końcówki sierpowatego przekroju łopaty od powierzchni pierścienia, przy czym odległość ta rośnie wzdłuż cięciwy łopatki od strony wlotu czynnika w obszar roboczy turbiny i wprost proporcjonalnie do tego wzrostu rośnie też pole powierzchni obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki i linię łączącą początek tego przekroju, stykający się z przekrojem pierścienia, z jego końcówką, zaś w strefie wyjścia czynnika odległość końcówki sierpo

PL 230 606 B1 watego przekroju łopaty od powierzchni pierścienia nagle maleje a krawędź natarcia przechodzi w krawędź spływu, przy czym długość strefy wyjścia czynnika jest mniejsza od długości strefy wejścia czynnika, oraz krawędź natarcia w strefie wejścia czynnika i krawędź spływu w strefie wyjścia czynnika tworzą z osią pierścienia kąt o zmiennym kierunku nachylenia i stałej wartości bezwzględnej, przy czym dla krawędzi natarcia wartość bezwzględna tego kąta jest mniejsza niż 45°, natomiast dla krawędzi spływu większa niż 45°. Łopatki, których krawędź skręcona w kierunku odwrotnym do kierunku ich zwoju, mogą być przytwierdzone do pierścienia od jego strony zewnętrznej, natomiast od strony wewnętrznej mogą być przytwierdzone łopatki, których krawędź skręcona jest w kierunku zgodnym do kierunku ich zwoju.

W turbinie według wynalazku czynnik jest rozpędzany i sprężany w turbosprężarce, następnie wtłaczany do komór spalania, gdzie wymieszany z paliwem ulega samozapłonowi. Rozpędzone gazy spalinowe napierają na łopatki większego impellera, którego łopatki przytwierdzone są do wewnętrznej powierzchni pierścienia. Impeller ten napędza turbowentylator, którego łopatki według wynalazku przytwierdzone są na zewnątrz tego pierścienia. Gazy spalinowe, opuszczając obszar większego impellera, napierają na łopatki mniejszego impellera, zblokowanego wspólnym wałem ze sprężarką, a następnie wydostają się przez dyszę na zewnątrz.

Turbina według wynalazku zapewnia prostszą konstrukcję od standardowych wielostopniowych turbin o dwóch lub trzech współosiowych wałach, będących częściami składowymi turbowentylatorowych zespołów napędowych, zachowując ich zasadniczą zaletę, polegającą na dostosowaniu prędkości obrotowej osobno - sprężarki i turbowentylatora - do optymalnych dla nich wartości, co skutkuje zwiększeniem sprawności całego zespołu napędowego, którego oba współosiowe układy sprężarka - impeller i turbowentylator - impeller są podzespołami.

Wynalazek przedstawiono przykładowo na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia sześciołopatkową turbinę w funkcji turbowentylatora w widoku z boku; fig. 2 - wał turbiny pełniącej funkcję turbowentylatora z jedną łopatką, w widoku z boku; fig. 3 - sześciołopatkową turbinę w funkcji turbowentylatora w widoku skośnym z przodu; fig. 4 - otunelowaną wielołopatkową turbinę pełniącą funkcję sprężarki, w widoku z boku; fig. 5 - wał turbiny pełniącej funkcję sprężarki z jedną łopatką; fig. 6 - przekrój poprzeczny wału turbiny pełniącej funkcję sprężarki z jedną łopatką z uwidocznionym przekrojem podłużnym pierścieniowej osłony; fig. 7 - otunelowaną wielołopatkową turbinę, jak na fig. 4 w widoku z tyłu; fig. 8 - otunelowaną wielołopatkową turbinę, jak na fig. 4 w widoku skośnym z boku; fig. 9, fig. 10, fig. 11 - przekroje poprzeczne oraz wzajemne proporcje i usytuowanie łopatek turbiny w wersji propellera; fig. 12 - przekroje poprzeczne łopatki turbiny w wersji impellera; fig. 13 - przekroje poprzeczne łopatki turbiny w wersji propellera; fig. 14 - strefę wejściową spowalniania czynnika, oraz strefę wyjściową wyrzutu czynnika, dla łopatki turbiny w wersji impellera, w widoku z przodu; fig. 15 - strefę wejściową rozpędzania czynnika i strefę wyjściową wyrzutu czynnika dla łopatki turbiny w wersji propellera, w widoku z przodu; fig. 16 - strefę wejściową rozpędzania czynnika oraz strefę wyjściową wyrzutu czynnika dla łopatki turbiny w wersji propellera lub impellera w widoku z boku; fig. 17 - powierzchnie stożkowe zakreślane przez krawędź natarcia i krawędź spływu łopatek turbiny w wersji propellera lub impellera; fig. 18 - łopatkę turbiny o podwójnej funkcji sprężarki i wentylatora w widoku skośnym z tyłu; fig. 19 - łopatkę turbiny o podwójnej funkcji sprężarki i wentylatora w widoku z boku; fig. 20, fig. 21 turbowałowy zespół napędowy z łopatkami jak na fig. 18 i fig. 19; fig. 22 - turbinę z umocowanymi współosiowo łopatkami turbosprężarki i łopatkami turbowentylatora w widoku skośnym z tyłu; fig. 23 łopatkę turbiny z umocowanymi współosiowo łopatkami turbosprężarki i łopatkami turbowentylatora w widoku skośnym z tyłu; fig. 24 - jednowałowy turbowentylatorowy zespół napędowy, wyposażony w turbiny według wynalazku; fig. 25 - turbowentylatorowy zespół napędowy wyposażony w turbiny według wynalazku, z turbowentylatorem zblokowanym wspólnym pierścieniem z impellerem, umieszczonym w tylnej części zespołu oraz osobnym zespołem impeller - sprężarka, zblokowanym osobnym wałem; fig. 26, fig. 27, fig. 28 - zespół jak na fig. 25 bez obudowy, z odsłoniętymi łopatkami impellerów, w widokach.

Według pierwszego przykładu wykonania wynalazku, przedstawionego na fig. 1-3, turbina pełniąca funkcję turbowentylatora posiada wał napędowy 1, z sześcioma łopatkami w pojedynczym wieńcu, przytwierdzonymi do wału i okręcającymi go spiralnie. Turbina ma strefę wejściową I gdzie zachodzi rozpędzanie czynnika i strefę wyjściową II w której następuje wyrzut czynnika opuszczającego obszar roboczy turbiny. Łopatka 2 o wielokrotnie dłuższej cięciwie w stosunku do jej długości, jest tak ukształtowana, że jej przekroje w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału 1 mają kształt sierpowaty, co pokazano na fig. 9. Kąt α1, a2 zawarty pomiędzy rzutami obcinków łączących końcówki jej przekrojów poprzecznych do osi wału 1, z osią wału 1 oraz różnica długości tych odcinków, dla każdej pary następujących

PL 230 606 B1 po sobie przekrojów oddalonych od siebie wzdłuż osi wału 1 o tę samą wartość, zachowuje stałą wartość, co przedstawiono na fig. 9, fig. 10 i fig. 11. Długość wału 1 w strefie I rozpędzania czynnika jest większa od największej odległości końcówki sierpowatego przekroju łopatki od osi wału 1, przy czym odległość ta w strefie I rozpędzania rośnie wzdłuż wału 1 od strony jego nasady, i wprost proporcjonalnie do tego wzrostu rośnie też pole powierzchni półkolistego obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki 2 i linię łączącą początek tego przekroju stykający się z przekrojem wału 1, z jego końcówką. Za strefą I rozpędzania czynnika jest strefa II wyrzutu czynnika, gdzie odległość końcówki sierpowatego przekroju łopatki 2 od osi wału 1 nagle maleje a krawędź natarcia 3 przechodzi w krawędź spływu 4. Długość strefy II wyrzutu czynnika jest mniejsza od długości strefy I rozpędzania czynnika. Krawędź natarcia 3 w strefie I rozpędzania czynnika i krawędź spływu 4 w strefie II wyrzutu czynnika tworzą z osią wału 1 kąt o zmiennym kierunku nachylenia i stałej wartości bezwzględnej, przy czym dla krawędzi natarcia 3 wartość bezwzględna tego kąta jest mniejsza niż 45°, korzystnie 30° natomiast dla krawędzi spływu 4 większa niż 45° korzystnie 60°. Krzywa styczna do krawędzi natarcia 3 zawiera się na powierzchni stożka 5, którego kąt nachylenia ścianki względem osi turbiny jest mniejszy od 45°. Krzywa styczna do krawędzi spływu 4 zawiera się na powierzchni stożka 6, którego kąt nachylenia ścianki względem osi turbiny jest większy od 45°. Krawędź łopatki 2 jest skręcona w kierunku odwrotnym do kierunku jej zwoju.

Turbina o łopatkach spełniających opisane powyżej zależności może pełnić rolę turbowentylatora napędzanego silnikami elektrycznymi lub spalinowymi, w szczególności turbowałowymi jednostkami napędowymi. W tym przypadku opisana powyżej turbina jest częścią turbowentylatorowego odrzutowego zespołu napędowego.

Według drugiego przykładu wykonania wynalazku, przedstawionego na fig. 12, fig. 13 i fig. 15, turbina ma łopatki, które opisane są w pierwszym przykładzie wykonania, ale z innym niż w pierwszym przykładzie skręceniem krawędzi łopatek, a mianowicie zgodnie z kierunkiem ich zwoju. Według tego przykładu wykonania wynalazku turbina pełni funkcję impellera, gdzie w strefie wejściowej I zachodzi spowalnianie czynnika a w strefie II wyjściowej - wyrzut czynnika opuszczającego obszar roboczy turbiny.

Według trzeciego przykładu wykonania wynalazku, przedstawionego na rysunku fig. 4-8, turbina pełniąca funkcję turbosprężarki posiada wał napędowy 11, z dwunastoma łopatkami 12 w pojedynczym wieńcu, przytwierdzonymi do wału i okręcającymi go spiralnie. Turbina ma strefę wejściową I gdzie zachodzi rozpędzanie czynnika i strefę wyjściową II bis w której następuje sprężanie czynnika opuszczającego obszar roboczy turbiny. Łopatka 12 o wielokrotnie dłuższej cięciwie w stosunku do jej długości, jest tak ukształtowana, że jej przekroje w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału 11 mają kształt sierpowaty, co pokazano na fig. 9. Kąt α1, a2 zawarty pomiędzy rzutami odcinków łączących końcówki jej przekrojów poprzecznych do osi wału 11, z osią wału 11 oraz różnica długości tych odcinków, dla każdej pary następujących po sobie przekrojów oddalonych od siebie wzdłuż osi wału 11 o tę samą wartość, zachowuje stałą wartość, co przedstawiono na fig. 9, fig. 10 i fig. 11. Długość wału 11 w strefie I rozpędzania czynnika jest większa od największej odległości końcówki sierpowatego przekroju łopaty od osi wału 1, przy czym odległość ta w strefie I rozpędzania czynnika rośnie wzdłuż wału 1 od strony jego nasady, i wprost proporcjonalnie do tego wzrostu rośnie też pole powierzchni półkolistego obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki 12 i linię łączącą początek tego przekroju stykający się z przekrojem wału 11, z jego końcówką. Za strefą I rozpędzania czynnika jest strefa II bis sprężania czynnika, w której odległość końcówki sierpowatego przekroju łopatki 12 od osi wału 11 z każdym kolejnym przekrojem jest taka sama ale zmniejsza się promień wyznaczający sierp wewnętrznej i zewnętrznej krawędzi przekroju łopatki 12, zwiększa się odległość nasady łopatki 12 od osi turbiny, maleje pole powierzchni półkolistego obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki 12 i odcinek łączący początek krzywej wyznaczającej wewnętrzną krawędź przekroju z końcem tej krzywej. Obszary obu stref są ściśle rozgraniczone skokową zmianą kąta nachylenia ścianki wału turbiny 11 względem jej osi oraz narastaniem rozmiaru zewnętrznych średnic okręgów, wyznaczonych przez obrót końcówki przekroju turbiny wokół jej osi. Krawędź łopatki 12 jest skręcona w kierunku odwrotnym do kierunku jej zwoju.

W drugim wariancie wyżej opisanego trzeciego przykładu wykonania wynalazku, obie strefy przechodzą w sposób płynny jedna w drugą, gdzie wyznacznikiem początku strefy II bis sprężania czynnika jest malejące pole powierzchni półkolistego obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki i linię łączącą początek tego przekroju, stykający się z przekrojem wału, z jego końcówką.

PL 230 606 B1

W trzecim wariancie wyżej opisanego trzeciego przykładu wykonania wynalazku, pokazanym na rysunku fig. 4, fig. 6-8 w strefie II bis sprężania czynnika, turbina obudowana jest pierścieniem 9, zapobiegającym ucieczce czynnika na zewnątrz jej strefy sprężania, pod wpływem ciśnienia i siły odśrodkowej wytwarzanej przez wirujące łopatki.

Według czwartego przykładu wykonania wynalazku, przedstawionego na fig. 22-23, turbina pełniąca jednocześnie funkcję turbosprężarki i turbowentylatora posiada współosiowo umieszczone łopatki 12 posiadające strefę I rozpędzania czynnika i strefę II bis sprężania czynnika według trzeciego przykładu wykonania wynalazku, oraz łopatki 2 o większej długości, posiadające strefę I rozpędzania czynnika i strefę II wyrzutu czynnika według pierwszego przykładu wykonania wynalazku, przy czym łopatki 2 o większej długości przytwierdzone są do wału 11 pomiędzy łopatkami 12 o mniejszej długości.

Według piątego przykładu wykonania wynalazku, przedstawionego na fig. 18-21, turbina pełniąca jednocześnie funkcję turbosprężarki i turbowentylatora ma łopatki 12 posiadające strefę I rozpędzania czynnika i strefę II bis sprężania czynnika według trzeciego przykładu wykonania wynalazku, oraz łopatki 2, posiadające strefę I rozpędzania czynnika i strefę II wyrzutu czynnika według pierwszego przykładu wykonania wynalazku, przy czym łopatki 2 przytwierdzone są do krawędzi łopatek 12.

Według szóstego przykładu wykonania wynalazku, przedstawionego na fig. 24, turbina według czwartego przykładu wykonania wynalazku połączona jest na tym samym wale z impellerem według drugiego przykładu wykonania wynalazku, tworząc razem turboodrzutowy jednowałowy zespół napędowy.

Według siódmego przykładu wykonania wynalazku, przedstawionego na fig. 25-28, zespół napędowy zawiera układ turbin sprężarki i impellera, zblokowany wspólnym wałem, według szóstego przykładu wykonania wynalazku, zainstalowany jest na początku tego zespołu, oraz umieszczony na końcu całego zespołu turbowentylator, zblokowany z większym impellerem wspólnym pierścieniem, na którego powierzchni zewnętrznej osadzone są łopatki turbowentylatora a na wewnętrznej łopatki impellera.

Claims (18)

Zastrzeżenia patentowe

1. Turbina wysokich prędkości poddźwiękowych i naddźwiękowych posiadająca wał napędowy oraz co najmniej dwie łopatki przytwierdzone do wału, znamienna tym, że łopatki okręcają wał spiralnie a w strefie (I) wejścia czynnika łopatka (2, 12) ma wielokrotnie dłuższą cięciwę w stosunku do jej długości i jest tak ukształtowana, że krawędź natarcia (3) w strefie (I) wejścia czynnika tworzy z osią wału (1) kąt o zmiennym kierunku nachylenia i stałej wartości bezwzględnej mniejszej niż 45° oraz że przekroje łopatki w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału (1, 11) mają kształt sierpowaty a kąt zawarty pomiędzy rzutami odcinków łączących końcówki jej przekrojów poprzecznych do osi wału (1, 11), z osią wału (1, 11) oraz różnica długości tych odcinków, dla każdej pary następujących po sobie przekrojów oddalonych od siebie wzdłuż osi wału (1, 11) o tę samą wartość, zachowują stałą wartość, oraz długość wału (1, 11) w strefie (I) wejścia czynnika jest większa od największej odległości końcówki sierpowatego przekroju łopatki (2, 12) od osi wału (1, 11), przy czym odległość ta rośnie wzdłuż wału (1, 11) od strony jego nasady, i wprost proporcjonalnie do tego wzrostu rośnie też pole powierzchni obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki (2, 12) i linię łączącą początek tego przekroju, stykający się z przekrojem wału (1, 11), z jego końcówką.

2. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że ma strefę (II bis) wyjścia czynnika, w której odległość końcówki sierpowatego przekroju łopatki (12) od osi wału (1, 11) z każdym kolejnym przekrojem jest taka sama lub zmniejsza się, zwiększa się odległość nasady łopatki (12) od osi turbiny, maleje pole powierzchni obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki (12) i odcinek łączący początek krzywej wyznaczającej wewnętrzną krawędź przekroju z końcem tej krzywej.

3. Turbina według zastrz. 2, znamienna tym, że obszary obu stref, wejściowej (I) i wyjściowej (II bis) czynnika, są ściśle rozgraniczone skokową zmianą kąta nachylenia ścianki wału (1) turbiny.

4. Turbina według zastrz. 2 albo 3, znamienna tym, że obszary obu stref wejściowej (I) i wyjściowej (II bis) czynnika są ściśle rozgraniczone narastaniem rozmiaru zewnętrznych średnic okręgów, wyznaczonych przez obrót końcówki przekroju turbiny wokół osi turbiny.

5. Turbina według zastrz. 2 do 4, znamienna tym, że kąt nachylenia ścianki wału turbiny zmienia się w sposób płynny, a wyznacznikiem początku strefy (II bis) wyjścia czynnika jest malejące

PL 230 606 B1 wraz z każdym kolejnym przekrojem łopatki (12) pole powierzchni obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki (12) i odcinek łączący początek krzywej wyznaczającej wewnętrzną krawędź przekroju z końcem tej krzywej.

6. Turbina według zastrz. 2 do 5, znamienna tym, że strefa (II bis) wyjścia czynnika jest obudowana pierścieniem (9), zapobiegającym ucieczce czynnika na zewnątrz łopatek (12) turbiny, pod wpływem ciśnienia i siły odśrodkowej wytwarzanej przez wirujące łopatki (12).

7. Turbina według zastrz. 2 do 6, znamienna tym, że pełni funkcję turbosprężarki, gdzie w strefie (I) wejścia czynnika następuje rozpędzanie czynnika, natomiast w strefie (II bis) wyjścia czynnika następuje jego sprężanie.

8. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że ma strefę (II) wyjścia czynnika, w której odległość końcówki sierpowatego przekroju łopatki (2, 22) od osi wału (1) nagle maleje a krawędź natarcia (3) przechodzi w krawędź spływu (4), przy czym długość strefy (II) wyjścia czynnika jest mniejsza od długości strefy (I) wejścia czynnika, oraz krawędź natarcia (3) w strefie (I) wejścia czynnika i krawędź spływu (4) w strefie (II) wyjścia czynnika tworzą z osią wału (1) kąt o zmiennym kierunku nachylenia i stałej wartości bezwzględnej, przy czym dla krawędzi natarcia (3) wartość bezwzględna tego kąta jest mniejsza niż 45°, natomiast dla krawędzi spływu (4) większa niż 45°.

9. Turbina według zastrz. 8, znamienna tym, że krawędź łopatki (22) jest skręcona w kierunku zgodnym z kierunkiem jej zwoju.

10. Turbina według zastrz. 9, znamienna tym, że pełni funkcję impellera napędzającego turbowentylatorowy zespół napędowy, gdzie w strefie (I) wejścia czynnika następuje jego spowalnianie a w strefie (II) wyjścia czynnika następuje jego wyrzut.

11. Turbina według zastrz. 8, znamienna tym, że krawędź łopatki (2) jest skręcona w kierunku odwrotnym do kierunku jej zwoju.

12. Turbina według zastrz. 11, znamienna tym, że pełni funkcję turbowentylatora, gdzie w strefie (I) wejścia czynnika następuje jego rozpędzanie a w strefie (II) wyjścia czynnika następuje jego wyrzut.

13. Turbina według zastrz. 2 do 7, znamienna tym, że zaopatrzona jest w łopatki (2), których krawędź skręcona jest w kierunku odwrotnym do kierunku jej zwoju, a odległość końcówki sierpowatego przekroju od osi wału (11) w strefie (II) wyjścia czynnika nagle maleje a krawędź natarcia (3) przechodzi w krawędź spływu (4), przy czym długość strefy (II) wyjścia czynnika jest mniejsza od długości strefy (I) wejścia czynnika,

14. Turbina według zastrz. 13, znamienna tym, że łopatki (12) o mniejszej długości przytwierdzone są do wału (11) pomiędzy łopatkami (2) o większej długości, przytwierdzonymi do tego samego wału (11), pełniąc jednocześnie funkcję turbosprężarki i turbowentylatora.

15. Turbina według zastrz. 13, znamienna tym, że do krawędzi łopatek (12) o mniejszej długości, przytwierdzonych do wału (11), przytwierdzone są łopatki (2) o większej długości, pełniąc jednocześnie funkcję turbosprężarki i turbowentylatora.

16. Turbina wysokich prędkości poddźwiękowych i naddźwiękowych posiadająca co najmniej dwie łopatki, znamienna tym, że łopatki przytwierdzone są do pierścienia (19) okręcając go spiralnie, przy czym w strefie (I) wejścia czynnika, łopatka (2, 22) ma wielokrotnie dłuższą cięciwę w stosunku do jej długości i jest tak ukształtowana, że jej przekroje w płaszczyźnie prostopadłej do osi pierścienia (19) mają kształt sierpowaty a kąt zawarty pomiędzy rzutami odcinków łączących końcówki jej przekrojów poprzecznych do osi pierścienia (19), z osią pierścienia (19) oraz różnica długości tych odcinków, dla każdej pary następujących po sobie przekrojów oddalonych od siebie wzdłuż osi pierścienia (19) o tę samą wartość, zachowują stałą wartość, oraz długość cięciwy łopatki (2, 22) w strefie (I) wejścia czynnika jest większa od największej odległości końcówki sierpowatego przekroju łopatki (2, 22) od powierzchni pierścienia (19), przy czym odległość ta rośnie wzdłuż cięciwy łopatki (2, 22) od strony wlotu czynnika w obszar roboczy turbiny i wprost proporcjonalnie do tego wzrostu rośnie też pole powierzchni obszaru wyznaczonego przez wewnętrzną krawędź sierpowatego przekroju łopatki (2, 22) i linię łączącą początek tego przekroju, stykający się z przekrojem pierścienia (19), z jego końcówką, zaś w strefie (II) wyjścia czynnika odległość końcówki sierpowatego przekroju łopatki (2, 22) od powierzchni pierścienia (19) nagle maleje a krawędź natarcia (3) przechodzi w krawędź spływu (4), przy czym długość strefy (II) wyjścia czynnika jest mniejsza od długości strefy (I) wejścia czynnika, oraz krawędź natarcia (3) w strefie (I) wejścia czynnika

PL 230 606 Β1 i krawędź spływu (4) w strefie (II) wyjścia czynnika tworzą z osią pierścienia (19) kąt o zmiennym kierunku nachylenia i stałej wartości bezwzględnej, przy czym dla krawędzi natarcia (3) wartość bezwzględna tego kąta jest mniejsza niż 45°, natomiast dla krawędzi spływu (4) większa niż 45°.

17. Turbina według zastrz. 16, znamienna tym, że do pierścienia (19) od strony zewnętrznej przytwierdzone są łopatki (2), których krawędź skręcona jest w kierunku odwrotnym do kierunku jej zwoju.

18. Turbina według zastrz. 16 albo 17, znamienna tym, że do pierścienia (19) od strony wewnętrznej przytwierdzone są łopatki (22), których krawędź skręcona jest w kierunku zgodnym do kierunku jej zwoju.