CZ2011107A3

CZ2011107A3 - Lopatkový stroj

Info

Publication number: CZ2011107A3
Application number: CZ20110107A
Authority: CZ
Inventors: Kreidl@František
Original assignee: Kreidl@František
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2012-09-12
Also published as: WO2012117365A1

Abstract

Vynálezem je lopatkový stroj s obežným kolem umísteným mezi vstupním prostorem tekutého média a vne ohraniceným výstupním prostorem tekutého média, u kterého je ve výstupním prostoru za obežným kolem (12; 61) umísteno prídavné lopatkové kolo (2) spojené se zarízením na premenu kinetické energie lopatkového kola (2) na elektrickou nebo tlakovou energii. Príkladem obežného kola je dmychadlo (12) dvouproudého motoru nebo obežné kolo (61) vodní turbíny.

Description

Lopatkový stroj s oběžným kolem umístěným mezi vstupním prostorem tekutého media a vně ohraničeným výstupním prostorem tekutého média.

Dosavadní stav techniky

Charakteristickým znakem všech točivých lopatkových strojů s oběžným kolem s osovým výtokem média je vířivý pohyb tekutého média tj. kapaliny, vzduchu nebo jiného plynu ve výstupní komoře stroje. Vířivý pohyb složený z lineami a rotační složky je vyvolán rotačním pohybem lopatek oběžného kola. Jev se vyskytuje jak u oběžného kola turbíny, která přeměňuje kinetickou, či tlakovou energii vody na mechanickou energii, tak například u dynamického lopatkového stroje jako je turbokompresor, stlačující plyn při průtoku oběžným kolem. Dalším důsledkem vířivého pohybu je odklon proudu vzduchu a spalin za proudovým motorem od osy letounu, čímž dochází v důsledku boční silové složky k snížení účinků tahu motoru.

Ze stavu techniky jsou známa řešení na usměrňování proudu media, například v patentu US 526787 je popsáno zařízení k usměrňování proudu vody za oběžným kolem turbíny pomocí kužele, který může být i uměle roztáčen a to za účelem snížení vodních rázů a vibrací turbiny.

U patentu US 4175640 je usměrňování obtoku vzduchu do proudu plynů z trysky motoru prováděno za účelem snížení hluku. Soudobé proudové motory také používají systém pevných lopatek umístěných v obtokovém kanálu za oběžným kolem dmychadla, které usměrňují proud vystupující z trysky motoru do přímého směru a tak eliminují nežádoucí odklon proudu vzduchu a plynů od podélné osy letounu. Využití rotační kinetické .složky proudu média za oběžným kolem k přeměně na mechanickou a dále na elektrickou energii však není známo.

Úkolem vynálezu je vyřešit lopatkový stroj, který by využil rotační energii vířivého pohybu tekutiny vznikajícího za oběžným kolem.

Podstata vynalezu

Podstata vynálezu lopatkového stroje s oběžným kolem umístěným mezi vstupním prostorem tekutého media a vně ohraničeným výstupním prostorem tekutého média spočívá v tom, že ve výstupním prostoru je za oběžným kolem umístěno přídavné lopatkové kolo spojené s se zařízením na přeměnu kinetické energie lopatkového kola na elektrickou nebo tlakovou energii.

Dále jsou uveden možná provedení lopatkového stroje podle vynálezu, která jeho podstatu dále rozvíjejí nebo konkretizují.

Lopatkové kolo je umístěno ve vzdálenosti rovné 0,2 až 2 násobku vnějšího průměru oběžného kola.

Lopatky lopatkového kola jsou spojeny s natáčecím mechanismem.

Zařízením na přeměnu kinetické energie je elektrický generátor nebo hydraulické čerpadlo.

Oběžným kolem je dmychadlo dvouproudého motoru a lopatkové kolo je umístěno v obtokovém kanálu dvouproudého motoru.

Součástí náboje lopatkového kola je rotor elektrického generátoru a součástí dutého čepu lopatkového kola uloženého v tělese motoru je stator elektrického generátoru.

Oběžným kolem je oběžné kolo vodní turbiny.

Lopatky lopatkového kola jsou na vnějším konci spojeny věncem uloženým v ložiscích v plášti turbíny a odděleným od vnitřního prostoru turbíny těsněním, přičemž součástí věnce je rotor elektrického generátoru a součástí protilehlé části pláště turbíny je stator elektrického generátoru.

Výhodou zařízení podle vynálezu je, že umístěním přídavného lopatkového kola za oběžné kolo je získán dodatečný využitelný zdroj kinetické energie, kterou lze známými způsoby přeměnit na energii elektrickou nebo tlakovou.

Další výhodou je, že lopatkové kolo lze zároveň využít jako prostředek k nastavení žádoucích podmínek proudění tekutého média za oběžným kolem.

Popis obrázků na výkrese

Vynález je blíže popsán, aniž by tím jeho podstata byla omezena v následujících příkladech a s pomocí výkresu, na kterém představují: obr. I - schematický osový rez dvouproudovým motorem; obr. 2 - schematický průřez dvouproudovým motorem podle z obr. I podle linie A-A; obr. 3 - perspektivní pohled na dvouproudový motor v řezu; obr. 4 ediemahekv icz horizontálně umístěnou turbínou; obr. ? - osovv řez Kaplanovou turbinou bez rozváděciho ústrojí s oběžným a lopatkovým kolem; obr. 6 - částečný příčný řez lopatkovým kolem v obr. 5.

Příklady provedeni

Za účelem větší přehlednosti jsou u různých variant provedení označeny součásti s obdobným tvarem a funkcí stejnými vztahovými značkami.

Na obr. 1 je v osovém řezu a na obr. 3 v perspektivním řezu, znázorněn dvouproudový motor v jednoduchém provedení s jednou aerodynamicky tvarovanou hřídelí las jednou společnou hnací turbínou 15. Hřídel 1 je otočně uložena v tělese 5 a na její přední části jsou upevněny lopatky dmychadla 12, které zasahují vnějšími konci k plášti 4, obklopujícím těleso 5 motoru. Za dmychadlem 12 jsou k hřídeli 1 upevněny lopatky axiálního vícestupňového kompresoru 14. Po obvodu střední části hřídele 1 jsou umístěny spalovací komory 52 a v zadní části, za komorami 52, nejprve turbína 15 a na ní navazuje výtokový kužel vymezující mezidruhový prostor výtokové trysky 51. Mezi vnitřní stěnou pláště 4 a tělesem motoru 5 je vytvořen mezikruhový obtokový kanál 41. Jak je patrné z obr. 2 a obr. 3 zasahují do obtokového kanálu 41 lopatky lopatkového kola 2 s nábojem 21 a to ve vzdálenosti odpovídající cca 0,25 násobku průměru dmychadla ,12. Náboj 21 je uložen na ložiskách 32 nasazených na dutém čepu 31 upevněném v tělese 5. Náboj 21 tvoří zároveň rotor elektrického generátoru a dutý čep 31 tvoří zároveň stator elektrického generátoru. Část plynů z dmychadla 12 proudí přímo do motoru, zbytek obtéká motor obtokovým kanálem 41 a ve výtokové trysce 51 se oba proudy smísí a společně vytváří tah motoru.

l opatky lopatkového kola 2 jsou rovnoběžné s osou motoru, a do pohybu je přivádí radiální, resp. rotační silová složka proudového víru vznikajícího za dmychadlem 12. Mechanická energie rotujícího lopatkového kola 2 je přeměňována generátorem v energii elektrickou využitelnou k napájení libovolných elektrických zařízení, například letadla.

Popsané provedení slouží jako příklad a nevylučuje jiné umístění lopatkového kola 2, například do prostoru výtokové trysky 51 motoru, použití aerodynamicky tvarovaných lopatek lopatkového kola 2 nebo zařízení k jejich natáčení.

Další příklad využití lopatkového kola ve spojení s vodní turbínou.znázoménou ve zjednodušeném pohledu bez rozvádčcího ústrojí vyplývá z obr. 4. V plášti 8 turbíny je na hřídeli 6 uloženo horizontálně oběžné kolo 61 s generátorem 62. Za oběžným kolem 61_. ve směru 82 proudu kapaliny ve vzdálenosti odpovídající cca 1 násobku průměru oběžného kola 61 je umístěno lopatkové kolo 7 uložené na společné hřídeli 75 s přidav ním generátorem 76.

Volba vzdálenosti mezi oběžným a lopatkovým kolem závisí mimo jiné na hustotě a rychlosti proudící tekutiny, poměru průřezů, atd.

Lopatkové kolo 7 pohánějící přídavný generátor 76 je uváděno do pohybu rotační silovou složkou proudového víru vznikajícího za oběžným kolem 61.

Detailnější pohled na jiné, vertikální uspořádání vodní, například Kaplanovy turbíny s generátorem, poskytují obr. 5 a obr. 6. Turbína M, znázorněná opět ve zjednodušené formě bez rozváděcího ústrojí, je uložena ve vertikální poloze na hřídeli 6 uvnitř pláště 8 turbíny 6L Pod ní je umístěno lopatkové kolo 7 s lopatkami vetknutými do obvodového věnce 72 a vnitřního náboje 78. Obvodový věnec 72 je uložen v plášti 8 na kuželíkových ložiscích 73. Na obvodovém věnci 72 je po obvodě rozmístěno vinutí rotoru 71 generátoru a proti němu v plášti 8 vinutí statoru 81 generátoru. Generátor je utěsněn vůči vnitřnímu prostoru pláště 8 těsněním 74. Lopatky jsou v obvodovém věnci 72 a v náboji uloženy na čepech 77, které jsou spojeny s neznázoměným mechanismem natáčení lopatek. Tak jako v předchozím případě je lopatkové kolo 7 pohánějící rotor 71 generátoru uváděno do pohybu rotační silovou složkou proudového víru vznikajícího za oběžným kolem 61. Mechanismus natáčení lopatek umožňuje optimální regulaci otáček lopatkového kola 7 s volbou podmínek průtoku vody za lopatkovým kolem 7.

Uvedené příklady provedení neomezují vynález na popsaný způsob přeměny kinetické energie lopatkového kola 2, nebo 7 na elektrickou energii. Místo elektrického generátoru lze použít jiné zařízení k přeměně mechanické energie lopatkového kola. Příkladem může být přeměna na potenciální tlakovou energii, jejímž zdrojem může být hydraulické čerpadlo napojené na lopatkové kolo. atd. Také průřez pláště v prostoru umístění lopatkového kola může být rozšířen a tím eliminována redukce průřezu průtoku tekutiny za lopatkovým kolem v důsledku instalovaných pasivních ploch konstrukce lopatkového kola.

Průmyslová využitelnost

Zařízení lopatkového kola podle vynálezu lze aplikovat u všech točivých lopatkových strojů s oběžným kolem, které je poháněno kinetickou nebo tlakovou energii tekutiny, jako jsou vodní nebo plynové turbíny, nebo u lopatkových strojů, které kinetickou energii samy pomocí pohonné jednotky vytvářejí, jako jsou například ventilátory, dmychadla apod.

fall- «fa

Patentové nároky

Claims

Patentové nároky

1. Lopatkový stroj s oběžným kolem umístěným mezi vstupním prostorem tekutého media a vně ohraničeným výstupním prostorem tekutého média vyznačující se tím, že ve výstupním prostoru je za oběžným kolem (12; 61) umístěno přídavné lopatkové kolo (2) spojené s se zařízením na přeměnu kinetické energie lopatkového kola (2) na elektrickou nebo tlakovou energii.
2. Lopatkový stroj podle nároku 1 vyznačující se tím, že lopatkové kolo (2) je umístěno ve vzdálenosti rovné 0,2 až 2 násobku vnějšího průměru oběžného kola (12; 61).
3. Lopatkový stroj podle kteréhokoli nároku 1 až 2 vyznačující se tím, že lopatky lopatkového kola (2) jsou spojeny s natáčecím mechanismem.
4. Lopatkový stroj podle kteréhokoli nároku 1 až 3 vyznačující se tím, že zařízením na přeměnu kinetické energie je elektrický generátor.
5. Lopatkový stroj podle nároku I kteréhokoli nároku 1 až 3 vyznačující se tím, že zařízením na přeměnu kinetické energie je hydraulické čerpadlo.
6. Lopatkový stroj podle kteréhokoli nároku 1 až 4 vyznačující se tím, že oběžným kolem je dmychadlo (12) dvouproudého motoru.
7. Lopatkový stroj podle nároku 6 vyznačující se tím, že lopatkové kolo (2) je umístěno v obtokovém kanálu (41) dvouproudého motoru.
8. Lopatkový stroj podle kteréhokoli nároku 6 nebo 7 vyznačující se tím. že součástí náboje (21) lopatkového kola (2) je rotor elektrického generátoru a součástí dutého čepu (31) lopatkového kola (2) uloženého v tělese (5) motoru je stator elektrického generátoru.

ů I opatkový stroj podle kteréhokoli nároku [ až 5 označující se tím. že oběžným kolem ic oběžné kolo (61 ) xo<lní turbiny.
10. Lopatkový stroj podle nároku 9 vyznačující se tím, že lopatky lopatkového kola (2) jsou na vnějším konci spojeny věncem (72) uloženým v ložiscích (73) v plášti turbíny (8) přičemž součástí věnce (72) je rotor (71) elektrického generátoru a oddělený od vnitřního prostoru turbíny těsněním (74), a součástí protilehlé části pláště (8) turbíny je stator (81) elektrického generátoru.