Турбинные пневматические двигатели

В пневматических двигателях турбинного типа кинетическая энергия газового потока преобразуется в механическую энергию вращения выходного звена — ротора турбины с выходным валом.

В зависимости от лопаточного аппарата турбины можно разделить на активные турбины, где используется в основном кинетическая энергия газа, и активно-реактивные, где используется и кинетическая и потенциальная энергия газа за счет его расширения в лопаточном аппарате. Турбинные пневматические двигатели подразделяются на реверсивные и нереверсивные.

Принципиальная схема реверсивной турбины дана на рис. 4.26.

Рис. 4.26. Принципиальная схема реверсивного турбинного пневматического двигателя:

1 — рабочее колесо; 2 — вал; 3 — входной штуцер первой полости; 4 — входной штуцер второй полости

Принцип действия газовой турбины отражен на рис. 4.27.

Рис. 4.27. Принцип действия пневматической турбины: р, — давление газа перед соплам; а/ - установочный угол сопла;

/3/ - установочный угол крышки лопатки; Сскорость газовой струи; Uокружная скорость колеса; (3₂ -угол выхода газовой струи; С_вых — выходная скорость газовой струи

Он заключается в том, что струя газа, попадающая в лопаточный аппарат, изменяет свое направление. За счет этого образуется усилие, вращающее колесо турбины.

Для пневматических двигателей относительно малой мощности, т. е. порядка нескольких киловатт, желательно уменьшение массы и габаритных размеров. В этих целях в приводных пневматических турбинных двигателях обычно используются одновенечные активные пневматические турбины. За счет поворота газа в лопаточном венце турбины образуется крутящий момент, приложенный к ротору турбины.

При использовании нереверсивного пневматического двигателя его турбина вращается с постоянной скоростью, и передача движения на выходной вал осуществляется с помощью фрикционных электромагнитных муфт. В данном случае уравнение пневматического двигателя имеет вид:

или.

где М_кр — крутящий момент, развиваемый турбиной.

Для осуществления реверса в турбинном пневматическом двигателе применяют двухвенечный ротор, причем газовый поток от первого приемника попадает на один венец, а газовый поток от второго приемника — на другой. В зависимости от абсолютных величин газовых потоков от первого и второго приемников вращение ротора будет происходить в ту или иную сторону.

Выходной величиной турбинного пневматического двигателя является крутящий момент. Поэтому для вывода уравнения турбинного пневматического двигателя необходимо вначале вывести зависимость, связывающую крутящий момент на одном лопаточном венце с конструктивными параметрами двигателя.

Мощность, развиваемая одним лопаточным венцом турбины, определяется формулой:

где Nj — мощность, развиваемая одним венцом турбины, G, — весовой расход газа, Ln — работа газа, rj_ri — КПД венца турбины.

Турбинные моторы используются там, где требуется небольшая мощность. Скорость вращения их вала очень высокая. Например, бормашина, оснащенная турбиной, обеспечивает скорость до 500 000 об/мин.