CZ301533B6 - Rotor turbíny - Google Patents

Abstract

Rotor turbíny obsahuje náboj (1) opatrený na jednom konci dutinou (10) a na druhém konci hrídelem (6), jehož prostrednictvím je rotor otocne uložen ve skríni (4). K náboji (1) jsou pripevneny štíhlé náporové prvky (2), v nejjednodušším prípade v podobe drátu. Náboj (1) je opatren pruchozími odtokovými otvory (11), kterými je propojen prostor u náporových prvku (2) s dutinou (10) náboje (1).

Description

Vynález se týká rotoru turbíny uzpůsobené pro pohon tlakovým médiem, zejména plynným.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy turbíny uzpůsobené pro pohon tlakovým médiem, zejména plynným, které obsahují skříň, v níž je kolem axiální osy otočně uložen rotor. Rotor sestává z náboje a z náporových prvků ve tvaru lopatek. Každý náporový prvek, resp. každá lopatka je připevněna k náboji po jeho obvodu a je opatřena návétrnou plochou orientovanou proti směru proudění tlakového média. Tlakové médium se knávétmé ploše lopatek dostává alespoň jedním tangenciálním vstupním otvorem, vytvořeným ve skříni. Skříň je dále opatřena axiálním výstupním otvorem, uzpůsobeným pro zaústění do beztlakového prostředí, zejména do atmosféiy. Náboj rotoru je opatřen dutinou, jež je spojena s atmosférou s výhodou přes axiální výstupní otvor. Náboj rotoru je dále opatřen radiálně provedenými průchozími odtokovými otvory, propojujícími prostor mezi náporovými prvky s dutinou náboje.

V rámci této koncepce je známo řešení rotoru s plochými lopatkami, jimiž jsou vytvořeny uzavřené kanály (US 2 280 585). V těchto kanálech dochází k adiabatické expanzi a k podstatnému ochlazení tlakového média, čímž rotor získává mechanickou energii.

U jiného známého řešení (US 4 302 147) jsou lopatky rotoru oproti běžnému provedení opatřeny pružnými bočními listy, které spolu s nosnou spirálovou lopatkou vytvářejí uzavřený kanál, kterým radiálně proudí plynné médium. Bočními listy lopatek je vytvořeno účinné těsnění mezi lopatkou a stěnou skříně, což zlepšuje provozní vlastnosti a parametry turbíny.

Zatímco u popsaných řešení proudí plynné médium tangenciálně k obvodu rotoru a vystupuje z turbíny axiálně, je známo řešení, u něhož plynné médium vstupuje axiálně středem do rotoru a vystupuje radiálně (DE 34 18946). I u této turbíny jsou lopatkami vytvořeny uzavřené kanály. Při daném proudění tlakového média je turbína určena k využití dynamického tlaku atmosférického vzduchu, takže nalezne nejěastěj i uplatnění jako větrná elektrárna.

U dosud známých rotoru, včetně právě popsaných, je olopatkování rotoru řešeno plochými lopatkami, které spolu s bočnicemi skříně vytvářejí uzavřené radiální ěi spirálové kanály.

Kanály proudí tlakové médium, které svým statickým nebo dynamickým účinkem působí na plochu lopatky silou způsobující rotaci rotoru. Nevýhoda známých rotorů spočívá často v tom, že jejich lopatky jsou přesně prostorově tvarované, což vyžaduje speciální výrobní stroje. Tím je výroba lopatek relativně drahá. Nevýhodou známých turbín je též to, že mohou pracovat jen s tlakovým médiem o přesně stanovených parametrech, takže variabilita parametrů tlakového média, sloužícího k jejich pohonu, je vyloučená. Známé turbíny v podstatě nelze napájen nízkopotenciálními energetickými zdroji, odpadními plyny, apod.

Některé známé turbíny jsou dále opatřeny soustavou pevných lopatek rozváděčích kol. To jsou prvky, které činí turbínu z výrobního hlediska složitější, tudíž z ekonomického hlediska dražší.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody jsou podstatně zmenšeny rotorem turbíny uzpůsobené pro pohon tlakovým médiem, zejména plynným, která obsahuje skříň opatřenou jednak alespoň jedním tangenciálním

-1CZ 301533 B6 vstupním otvorem pro takové médium a jednak axiálním výstupním otvorem, uzpůsobeným pro zaústění do beztlakového prostředí, zejména do atmosféry. Ve skříni je kolem axiální osy otočně uložen rotor, který sestává z náboje a z náporových prvků. Každý náporový prvek je připevněn k náboji po jeho obvodu. Každý náporový prvek je opatřen návětmou plochou orientovanou proti směru proudění tlakového média, vystupujícího z tangenciálního vstupního otvoru. Náboj je opatřen jednak dutinou, jež je spojena s atmosférou s výhodou přes axiální výstupní otvor, a jednak radiálně provedenými průchozími odtokovými otvory. Průchozími odtokovými otvory je propojen prostor mezi náporovými prvky s dutinou náboje. Podstata vynálezu spočívá v tom, že náporový prvek má charakter prutu, jehož délka, měřená v radiálním směru, je nejméně patnácti10 násobkem jeho Šířky, měřené v axiálním směru, nebo-li ve směru axiální osy rotoru. Náporové prvky jsou k rotoru připevněny tak, Že vzájemná vzdálenost dvou sousedních náporových prvků v axiálním směru není menší než je Šířka náporového prvku.

Olopatkování rotoru podle vynálezu je tak provedeno pruty, které v nejjednodušším provedení jsou tvořeny dráty. Ty jsou zasazeny po obvodu náboje rotoru, ato v několika řadách vedle sebe. Vizuálně tak je vytvořen rotační kartáč. Mezi řadami prutů nejsou umístěna žádná rozváděči kola. Takto provedený rotor, a tím i turbína, jsou výrobně snadno zvládnutelné, bez nároků na enormní přesnost. K výrobě jsou potřeby jen běžné obráběcí stroje. Snadná výroba se projeví v příznivých výrobních nákladech. K výhodám turbíny obsahující rotor podle vynálezu patří v důsledku konstrukční i výrobní jednoduchosti jednak spolehlivost provozu a jednak nenáročnost na údržbu.

Zvláště jednoduché připevnění náporových prvků spočívá v tom, že náporový prvek je vložen do radiálního montážního otvoru, vytvořeného v náboji. V radiálním montážním otvoru je náporový prvek upevněn.

Náporový prvek může mít v radiálním směru jakýkoliv tvar. Výrobně nejjednodušší a z hlediska účinnosti zcela vyhovující je, má-lí náporový prvek tvar přímky.

jo Poloha náporového prvku ve tvaru přímky vzhledem k náboji může být různá. Technologicky výhodné a funkčně postačující je, jestliže náporový prvek má vzhledem k náboji polohu normály.

Přehled obrázků na výkresech

Na připojeném výkrese je schematicky znázorněn příklad provedení rotoru turbíny podle vynálezu, kde značí obr. 1 příčný řez turbínou, obr. 2 podélný řez turbínou, obr. 3 axonometrický pohled na rotor ze strany hřídele, obr. 4 axonometrický pohled na rotor z opačné strany, tj. ze strany dutiny v náboji, přičemž náboj je opatřen jinak rozmístěnými odtokovými otvory než na

4o obr. 3.

Příklad provedení vynálezu

Rotor podle vynálezu je určen pro zabudování do turbíny uzpůsobené pro pohon tlakovým médiem, zejména plynným. Turbína obsahuje skříň 4, která je opatřena alespoň jedním tangenciálním vstupním otvorem 3. Tangenciální vstupní otvor 3 je napojen na přívodní potrubí 7 tlakového média (obr. 1). Skříň 4 je dále opatřena axiálním výstupním otvorem 8, uzpůsobeným pro zaústění do beztlakového prostředí, zejména do atmosféry (obr. 2). Ve skříni 4 je kolem axiální osy na ložiskách 5 otočně uložen rotor. Rotor sestává z náboje i, na jehož jednom konci je upraven hřídel 6 a na jehož druhém konci je vytvořen dutina 10 (obr. 3, 4). Dutina 10 je spojena s atmosférou s výhodou přes axiální výstupní otvor 8. Po obvodu náboje i jsou k náboji i připevněny náporové prvky 2. Výhodné provedení spočívá v tom, že v náboji 1 jsou vytvořeny radiální montážní otvory 9, přičemž každý náporový prvek 2 je vložen ve směru šipky b do svého radiál55 ního montážního otvoru 9, kde je upevněn. Každá náporový prvek 2 je opatřen návětrnou plo-2CZ BO chou orientovanou proti směru proudění tlakového média, vystupujícího z tangenciálního vstupního otvoru 3. Náporový prvek 2 má charakter prutu, jehož délka L měřená v radiálním směru, je nejméně patnáctinásobkem jeho šířky s, měřené v axiálním směru, neboli ve směru axiální osy rotoru. Vzájemná vzdálenost v dvou sousedních náporových prvků 2 v axiálním směru není menší než Šířka s náporového prvku 2. V příkladu provedení má náporový prvek 2 tvar přímky, která má vzhledem k náboji I polohu normály. Náboj I je opatřen radiálně provedenými průchozími odtokovými otvory IL kterými je propojen prostor mezi náporovými prvky 2 s dutinou 10 náboje 1. Průchozí odtokové otvory 11 mohou být uspořádány v podstatě kdekoliv v náboji L. Jedno z možných provedení spočívá v tom, že jsou uspořádány vedle náporových prvků 2 to v mezerách každé z řady náporových prvků 2 (obr. 3). V jiném příkladném provedení jsou vytvořeny mezi jednotlivými řadami náporových prvků 2 (obr. 4).

Při činnosti tlakové médium přiváděné do turbíny přívodním potrubím 7 naráží po expanzi v tangenciálně provedeném vstupním otvoru 3 na návětmé plochy náporových prvků 2, na kte15 rých je brzděno. Tím tlakové médium vyvozuje na obvodu rotoru obvodovou sílu, která rotor roztáčí. Expandované tlakové médium prochází mezerami mezi náporovými prvky 2 po spirálové dráze ke středu rotoru. Odtud se průchozími odtokovými otvory IL dostává do dutiny náboje 9 a přes axiální výstupní otvor 8 odchází volně do atmosféry. Mechanický výkon turbíny, daný jejími otáčkami a kroutícím momentem, je hřídelem 6 přenášen k hnanému agregátu, např. stroji na výrobu elektřiny.

Průmyslová využitelnost

Turbína je použitelná pro výkony srovnatelné s výkony, středně velkých turbín. Její velkou výhodou však je, že ji lze použít i pro malé agregáty k výrobě elektrické energie v rodinných domcích, hotelích, malých firmách apod., a to např. v kombinaci s kotlem pro vytápění objektu. Je také vhodná pro využití odpadních i nízkopotenciálních energií v teplárnách a průmyslových podnicích. Rovněž u ní lze využít jak zbytkovou energii, která vzniká při rozvodu tlakových médií, tak energii z přírodních zdrojů. Bylo totiž s překvapením zjištěno, že tlakové médium může mít široký rozsah fyzikálních parametrů. Tato skutečnost byla ověřena úspěšným experimentálním použitím mokré páry, což je tlakové médium, které ve známých klasických turbínách nemůže být využíváno.

Claims (4)

1. Rotor turbíny uzpůsobené pro pohon tlakovým médiem, zejména plynným, která obsahuje skříň (4) opatřenou jednak alespoň jedním tangenciálním vstupním otvorem (3) pro tlakové médium a jednak axiálním výstupním otvorem (8), uzpůsobeným pro zaústění do beztlakového prostředí, zejména do atmosféry, přičemž v této skříni (4) je rotor uložen otočně kolem axiální

45 osy, přičemž rotor sestává z náboje (1) a z náporových prvků (2), jednak opatřených návětmou plochou orientovanou proti směru proudění tlakového média, vystupujícího z tangenciálního vstupního otvoru (3), a jednak připevněných k náboji (1) po jeho obvodu, přičemž současně náboj (1) je opatřen jednak dutinou (10), jež je spojena s atmosférou s výhodou pres axiální výstupní otvor (8), a jednak radiálně provedenými průchozími odtokovými otvory (11), propojují50 čími prostor mezi náporovými prvky (2) s dutinou (10) náboje (1), vyznačující se tím, že náporový prvek (2) má charakter prutu, jehož délka (1), měřená v radiálním směru, je nejméně patnáctinásobkem jeho šířky (s), měřené v axiálním směru, nebo-li ve směru axiální osy rotoru, a náporové prvky (2) jsou k rotoru připevněny tak, že vzájemná vzdálenost (v) dvou sousedních náporových prvků (2) v axiálním směru není menší než je šířka (s) náporového prvku (2).

-3CZ 301533 B6

2. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že náporový prvek (2) je vložen do radiálního montážního otvoru (9), kde je upevněn.

3. Rotor podle jednoho z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že náporový prvek (2) 5 má tvar přímky.

4. Rotor podle nároku 3, vyznačující se tím, že náporový prvek (2) ve tvaru přímky má vzhledem k náboji (1) polohu normály.