CZ309564B6

CZ309564B6 - Turbine with rotating blades

Info

Publication number: CZ309564B6
Application number: CZ2022-41A
Authority: CZ
Inventors: Milan Ĺ evÄŤĂk; Milan Ing Ševčík
Original assignee: Milan Ing Ševčík
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-04-12
Also published as: CZ202241A3

Abstract

A turbine with rotating blades includes a stator (2), a rotor (1) rotating around the turbine axis Z and n rotating blades (3) evenly distributed around the circumference of the rotor (1). The turbine includes a pressure chamber (4) delimited by a slot (6) and a sealing chamber (7), between which an inlet channel (8) for the supply of medium opens into the pressure chamber (4). The slot (6), the sealing chamber (7) and the vanes (3) permanently seal the slot (6) and the sealing chamber (7) with at least one vane (3). The blades (3) are rotated by a gear, the angular velocity of the blades (3) is an integer multiple of the angular velocity of the rotor (1). The vanes (3) can have a front wall (9) and a back wall (10) of approximately conical or cylindrical shape. The axis of rotation of each blade (3) is divergent with respect to the Z axis.

Description

Turbína s rotačními lopatkamiTurbine with rotating blades

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká turbíny, obsahující lopatky s možností rotace kolem jejich vlastní osy. Konkrétně se vynález týká turbíny s tlakovou komorou, do které je vháněno médium a která je utěsněna procházejícími lopatkami.The invention relates to a turbine containing blades with the possibility of rotation around their own axis. Specifically, the invention relates to a turbine with a pressure chamber into which a medium is blown and which is sealed by passing blades.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

Turbína obecně představuje stroj, který převádí kinetickou, tepelnou a tlakovou energii proudícího média na mechanickou práci. Přeměna energie se děje v lopatkové mříži, tvořené lopatkami na jednom nebo více otočně uložených rotorech. Průchod tekutiny mezi lopatkami vyvolá silové působení na ně, a to vyvolá otáčení rotoru. Lopatky mohou mít různé tvary a velikosti, mohou být pevně upevněny nebo mohou být otočné kolem své osy, rovněž úhel mezi lopatkou a osou turbíny může být rozdílný. Práci, kterou turbína vykoná, lze v kombinaci s generátorem, který je s rotorem spojený hřídelí, využít k výrobě elektrické energie.A turbine is generally a machine that converts the kinetic, thermal and pressure energy of a flowing medium into mechanical work. Energy conversion takes place in a blade grid, formed by blades on one or more rotatably mounted rotors. The passage of fluid between the blades causes a force to act on them, and this causes the rotor to rotate. The blades can have different shapes and sizes, they can be fixed or they can be rotatable about their axis, also the angle between the blade and the axis of the turbine can be different. The work done by the turbine can be used in combination with a generator, which is connected to the rotor by a shaft, to produce electricity.

Turbína má mnohostranné využití. Používá se jako pohonná jednotka, např. v leteckých motorech (u proudových letadel nebo jako turbohřídelová jednotka u vrtulníků a vrtulových letadel). Jsou jí poháněna turbočerpadla, např. v raketách nebo na plynovodech. Velmi významné je její použití v energetice, kde se turbíny využívají především jako primární poháněcí stroje pro elektrické alternátory, vyrábějící elektrickou energii do veřejné elektrorozvodné sítě. Turbíny u některých speciálních typů vodních přečerpávacích elektráren jsou konstruovány tak, že mohou sloužit (ve zpětném chodu) také jako čerpadla vody.The turbine has many uses. It is used as a propulsion unit, e.g. in aircraft engines (for jet aircraft or as a turboshaft unit for helicopters and propeller-driven aircraft). It is powered by turbopumps, e.g. in rockets or on gas pipelines. Its use in the energy sector is very important, where turbines are mainly used as primary drive machines for electric alternators, producing electric energy for the public power distribution network. Turbines in some special types of hydro-pumped power plants are designed in such a way that they can also serve (in reverse) as water pumps.

Turbíny se dělí podle více hledisek. Podle principu přeměny energie se dělí na impulsní, kdy turbíny mění směr proudu tekutiny, který má vysokou rychlost a tím i vysokou kinetickou energii, a na reakční, kdy turbíny vytvářejí točivý moment na základě působení reakčních sil při změně směru a rychlosti proudění tekutiny v prostoru mezi lopatkami rotoru.Turbines are divided according to several aspects. According to the principle of energy conversion, it is divided into impulse, when the turbines change the direction of the fluid flow, which has a high speed and thus high kinetic energy, and reaction, when the turbines create a torque based on the action of reaction forces when changing the direction and speed of the fluid flow in space between the rotor blades.

Dále se turbíny dělí podle média, která zpracovávají. Může jít o turbíny vodní, z nichž nejznámější jsou Francisova turbína, Peltonova turbína, Kaplanova turbína nebo Bánkiho turbína. Dále jsou známé plynové turbíny, které se dělí na parní turbíny a spalovací turbíny s tepelným motorem. Jinou skupinou jsou turbíny využívající pro pohon rotoru proudění vzduchu, tedy větrné turbíny.Furthermore, turbines are divided according to the medium they process. It can be water turbines, the most famous of which are Francis turbine, Pelton turbine, Kaplan turbine or Bánki turbine. Gas turbines are also known, which are divided into steam turbines and combustion turbines with a heat engine. Another group are turbines that use air flow to drive the rotor, i.e. wind turbines.

Podle konstrukce se turbíny dělí na otevřené, u kterých není rotor uzavřen tělesem statoru, a na zavřené, u kterých je rotor uzavřen tělesem statoru.According to the design, turbines are divided into open, in which the rotor is not closed by the stator body, and closed, in which the rotor is closed by the stator body.

Podle směru proudění média se turbíny dělí na axiální - ve kterých tekutina proudí převážně ve směru osy rotace rotoru, radiální - ve kterých se směr proudění tekutiny mění, avšak na významné části dráhy je kolmý na osu rotace rotoru, radiaxiální turbíny - v nichž proud tekutiny mění v oběžném kole směr z radiálního na axiální, a na tangenciální turbíny - u nichž tekutina působí na oběžné kolo tangenciálně.According to the direction of the flow of the medium, turbines are divided into axial - in which the fluid flows mainly in the direction of the axis of rotation of the rotor, radial - in which the direction of the fluid flow changes, but on a significant part of the path it is perpendicular to the axis of rotation of the rotor, radial-axial turbines - in which the flow of fluid it changes the direction of the impeller from radial to axial, and to tangential turbines - in which the fluid acts tangentially on the impeller.

V současném stavu techniky jsou známy turbíny s částečně rotačními lopatkami jako je tomu například v automobilovém průmyslu, kde je turbína součástí většiny vozidel s přeplňovanými motory, kde tvoří nedílnou část turbodmychadla nebo turbokompresoru. V dosavadním stavu techniky jsou také známé turbíny s rotačními lopatkami. Tyto turbíny s proměnnou plochou (VAT) jsou adaptivní součástí, která ve spojení s dalšími adaptivními prvky motoru, jako jsou adaptivní ventilátory, kompresory s proměnnými lopatkami, proměnné trysky atd., může přinést významné výhody v celkovém výkonu plynového turbínového motoru. Tyto výhody mohou mimo jinéIn the current state of the art, turbines with partially rotating blades are known, as is the case, for example, in the automotive industry, where the turbine is part of most vehicles with turbocharged engines, where it forms an integral part of the turbocharger or turbocompressor. Turbines with rotating blades are also known in the prior art. These Variable Area Turbines (VATs) are an adaptive component that, in conjunction with other adaptive engine elements such as adaptive fans, variable vane compressors, variable nozzles, etc., can provide significant benefits in the overall performance of a gas turbine engine. These benefits can include

- 1 CZ 309564 B6 zahrnovat snížení měrné spotřeby paliva (SFC), snížení teploty vzduchu na výstupu z vysokotlakého kompresoru, zlepšení odezvy škrticí klapky a zvýšení životnosti dílů.- 1 CZ 309564 B6 include reduction of specific fuel consumption (SFC), reduction of air temperature at the outlet of the high-pressure compressor, improvement of throttle response and increase of component life.

Turbína s rotačními lopatkami je také popsána v patentu číslo EP 3071796, který popisuje dvouproudý plynový turbínový motor obsahující ventilátorovou část, kompresorovou část, spalovací část a turbínovou část. Lopatka v tomto případě rotuje kolem své osy v průtokové dráze definované mezi vnějším průměrem a vnitřním průměrem. Lopatka rotuje kolem své osy v konstantní vzdálenosti od povrchu průtokové dráhy. Nevýhodou tohoto řešení jsou vysoké ztráty během provozu turbíny, které mohou nepříznivě ovlivnit její provozní účinnost. Další nevýhoda spočívá v generování značných vibrací během provozu turbíny.A rotary vane turbine is also described in patent number EP 3071796, which describes a two-flow gas turbine engine comprising a fan section, a compressor section, a combustion section and a turbine section. In this case, the vane rotates around its axis in the flow path defined between the outer diameter and the inner diameter. The vane rotates around its axis at a constant distance from the surface of the flow path. The disadvantage of this solution is the high losses during turbine operation, which can adversely affect its operational efficiency. Another disadvantage is the generation of significant vibrations during turbine operation.

Další turbína s rotačními lopatkami je popsána v dokumentu DE 2602597 A1. V tomto řešení však dochází ke značným únikům média ve směru proti unášení lopatek, což má za následek nižší účinnost. Navíc i v tomto řešení dochází ke vzniku podstatných vibrací, což ovlivňuje mj. například životnost turbíny.Another turbine with rotating blades is described in document DE 2602597 A1. However, in this solution, there is significant leakage of the medium in the direction against the drift of the vanes, which results in lower efficiency. In addition, even in this solution, significant vibrations occur, which affects, for example, the life of the turbine.

Dalším příkladem známých turbín s rotačními lopatkami je turbína popsaná v dokumentu DE 883563 C. V této turbíně však mají lopatky dutovypuklý tvar, který je u této turbíny nutný pro utěsnění štěrbiny, ale zvyšuje plochu štěrbiny, což snižuje účinnost turbíny.Another example of known rotary vane turbines is the turbine described in DE 883563 C. However, in this turbine, the vanes have a convex shape, which is necessary in this turbine to seal the slot, but increases the slot area, which reduces the efficiency of the turbine.

Dalším příkladem turbíny s rotačními lopatkami, a to spalovací turbíny roztáčené spalovacím cyklem obdobným spalovacímu motoru, je turbína z dokumentů DE 102005056182 A1 a DE 102006041505 A1. Lopatky zde utěsňují tlakovou komoru během expanze a následně umožní výfuk paliva ven z turbíny před nasátím nového paliva. Lopatky jsou zde však součástí statoru a tvar lopatek a štěrbiny, který zajišťuje, že během expanze spalovaného paliva nedochází k uniku média štěrbinou proti směru otáčení lopatek, není zcela vhodný pro využití na turbíně poháněné pod tlakem přiváděným médiem, např. vodou.Another example of a turbine with rotating blades, namely combustion turbines rotated by a combustion cycle similar to an internal combustion engine, is the turbine from documents DE 102005056182 A1 and DE 102006041505 A1. Here, the vanes seal the pressure chamber during expansion and subsequently allow fuel to be exhausted out of the turbine before new fuel is drawn in. However, the blades here are part of the stator and the shape of the blades and the slot, which ensures that during the expansion of the burned fuel there is no leakage of the medium through the slot against the direction of rotation of the blades, is not entirely suitable for use on a turbine driven under pressure by a medium supplied, e.g. water.

Bylo by tedy vhodné přijít s řešením, které zvýší efektivitu turbíny a minimalizuje kmitavý pohyb sestavy.It would therefore be advisable to come up with a solution that increases the efficiency of the turbine and minimizes the oscillatory movement of the assembly.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Nedostatky řešení známých ze stavu techniky do jisté míry odstraňuje turbína s rotačními lopatkami zahrnující rotor uzpůsobený k rotaci kolem osy rotoru Z a stator, přičemž rotor obsahuje po obvodu uspořádané lopatky a každá lopatka je otočná kolem své osy. Z vnějšího povrchu rotoru vystupuje n lopatek rovnoměrně rozmístěných okolo osy rotoru neboli osy turbíny Z. Každá lopatka zahrnuje přední stěnu a zadní stěnu, které jsou obě při pohledu v ose lopatky zakřivené se středem křivosti na stejnou stranu od lopatky, a dvě boční hrany. Mezi přední a zadní stěnou je vymezena tloušťka lopatky. Boční hrany, a případně i další hrany lopatky mohou být ostré, zaoblené a mohou mít podobu relativně úzkých stěn. Zakřivení přední a zadní stěny stejným směrem v zásadě znamená, že lopatka má při pohledu přibližně v ose lopatky dutovypuklý či vypuklodutý tvar. Tyto stěny mají výhodně tvar v podstatě válcové či kuželovité plochy, například se od válcovitého či kuželovitého tvaru na většině své plochy neodchylují o více než milimetr, výhodně než půl milimetru. Nemusí jít přitom nutně o rotační plochu, ale například o plochu s eliptickou či parabolickou podstavou.The disadvantages of the solutions known from the state of the art are removed to a certain extent by a turbine with rotary blades comprising a rotor adapted to rotate around the rotor axis Z and a stator, wherein the rotor comprises circumferentially arranged blades and each blade is rotatable about its axis. Projecting from the outer surface of the rotor are n blades equally spaced around the rotor axis or turbine axis Z. Each blade includes a front wall and a back wall, both of which are curved when viewed in the blade axis with the center of curvature on the same side of the blade, and two side edges. The thickness of the blade is defined between the front and back walls. The side edges, and possibly other edges of the blade, can be sharp, rounded and can have the form of relatively narrow walls. The curvature of the front and back walls in the same direction basically means that the scapula has a convex or convex shape when viewed approximately in the axis of the scapula. These walls preferably have the shape of an essentially cylindrical or conical surface, for example they do not deviate from the cylindrical or conical shape on most of their surface by more than a millimeter, preferably by half a millimeter. It does not necessarily have to be a rotating surface, but, for example, a surface with an elliptical or parabolic base.

Tloušťka lopatky nemusí být v celé její šířce či délce konstantní. Výhodně je měřena v každém místě lopatky jako vzdálenost přední a zadní stěny, např měřená kolmo k aspoň jedné z těchto stěn.The thickness of the blade does not have to be constant throughout its width or length. It is preferably measured at each point of the blade as the distance between the front and back walls, e.g. measured perpendicular to at least one of these walls.

Turbína dále obsahuje tlakovou komoru ohraničenou předním čelem tlakové komory a zadním čelem tlakové komory z obou axiálních směrů turbíny, vnitřní obvodovou stěnou tlakové komory a vnější obvodovou stěnou tlakové komory. Čela a obvodové stěny jsou vymezeny z části rotorem a z části statorem. Čely mohou být například rovinné plochy kolmé na osu turbíny. Obvodové stěnyThe turbine also contains a pressure chamber bounded by the front face of the pressure chamber and the rear face of the pressure chamber from both axial directions of the turbine, the inner peripheral wall of the pressure chamber and the outer peripheral wall of the pressure chamber. The fronts and perimeter walls are defined partly by the rotor and partly by the stator. The faces can be, for example, plane surfaces perpendicular to the axis of the turbine. Side walls

- 2 CZ 309564 B6 mohou být například válcovité či kulovité. Začátek tlakové komory, tj. její přední konec vzhledem ke směru unášení či průchodu lopatek, je definovaný dvoudílnou přepážkou, přičemž mezi oběma díly přepážky je vymezena štěrbina pro vstup lopatky do tlakové komory. Oba díly mohou být i z jednoho kusu materiálu, např. mohou být navzájem propojeny u jednoho čela či jedné obvodové stěny tlakové komory. Lopatka je svým tvarem uzpůsobena pro těsné kopírování tvaru štěrbiny při průchodu štěrbinou. Těsné kopírování znamená kopírování tvaru pouze s drobnou vůlí. Při průchodu lopatky štěrbinou je lopatka orientována některou hranou napřed, tedy při průchodu směřuje přední stěna lopatky k jednomu dílu přepážky a zadní stěna ke druhému. Tvar přední a zadní stěny, zejména jejich zakřivení, je přitom volen právě tak, aby bylo dosaženo uvedeného těsného kopírování. Uvedená vůle je přitom co nejmenší při zachování volného průchodu lopatek, například může jít řádově o méně než milimetr, výhodně než půl milimetru, výhodněji méně než desetina milimetru. Směr průchodu lopatek, 1j. otáčení rotoru, je definován pro stav, kdy turbína funguje jako generátor. Obecně může při dodávání energie fungovat i jako čerpadlo, přičemž rotor se potom otáčí proti výše zavedenému směru průchodu lopatek.- 2 CZ 309564 B6 can be, for example, cylindrical or spherical. The beginning of the pressure chamber, i.e. its front end relative to the direction of drift or passage of the vanes, is defined by a two-part partition, with a slot defined between the two parts of the partition for the entry of the vane into the pressure chamber. Both parts can also be made of one piece of material, e.g. they can be connected to each other at one face or one peripheral wall of the pressure chamber. The shape of the blade is adapted to closely copy the shape of the slot when passing through the slot. Close copying means copying the shape with only a small amount of clearance. When the blade passes through the slot, the blade is oriented with one edge forward, i.e. during passage, the front wall of the blade faces one part of the partition and the rear wall faces the other. The shape of the front and back walls, especially their curvature, is chosen in such a way as to achieve the mentioned close copying. Said clearance is as small as possible while maintaining the free passage of the blades, for example it can be of the order of less than a millimeter, preferably less than half a millimeter, more preferably less than a tenth of a millimeter. Direction of passage of blades, 1j. rotation of the rotor, is defined for the condition where the turbine acts as a generator. In general, it can also function as a pump when supplying energy, with the rotor then rotating against the direction of passage of the blades established above.

Při pohledu ve směru osy Z jsou pro lopatku v poloze na vstupu do štěrbiny i v poloze na výstupu ze štěrbiny osou lopatky, štěrbinou a osou Z vymezeny dvě přímky protínající se na ose Z a svírající β=³-^.When viewed in the direction of the Z axis, for the vane in the position at the entrance to the slot and in the position at the exit from the slot, the vane axis, the slot and the Z axis define two straight lines intersecting on the Z axis and containing β= ³ -^.

úhel ²ⁿ Výhodně je tohoto úhlu dosaženo s takovou přesností, že mezi lopatkami, když se dvě lopatky míjejí ve štěrbině, není mezera větší než půl milimetru, výhodně než desetina milimetru. Vzhledem k teplotní roztažnosti materiálů jsou popsané vůle výhodně měřeny na turbíně, která již má běžnou provozní teplotu. Štěrbina má v tomto pohledu podobu úsečky procházející nejbližšími body obou dílů přepážky a směřující k ose Z. Osa Z má v tomto pohledu podobu jediného bodu. Osa lopatky může mít podobu přímky či bodu, přičemž má-li podobu přímky, směřuje tato přímka do osy Z. Poloha na vstupu do štěrbiny je tedy poloha lopatky, daná natočením rotoru a v důsledku toho i natočením lopatky, v níž hrana lopatky zasahuje do nejužšího místa štěrbiny a zbytek lopatky je před štěrbinou (tj. mimo tlakovou komoru), přičemž díky volbě úhlu beta se v ní potkává s předcházející lopatkou, které je přibližně ve své poloze na výstupu ze štěrbiny, kdy je druhá boční hrana v nejužším místě štěrbiny a zbytek lopatky je za štěrbinou (tj. uvnitř tlakové komory). V zásadě je tedy jinými slovy možno říci, že při otočení rotoru o celou otáčku nastane n okamžiků, kdy štěrbina přestává být utěsněna určitou lopatkou a začíná být utěsněna lopatkou následující, tj. se lopatky potkají ve štěrbině, takže je zabráněno úniku média skrz štěrbinu.angle ²ⁿ Preferably, this angle is achieved with such precision that between the blades, when two blades pass in the slot, the gap is not greater than half a millimeter, preferably less than a tenth of a millimeter. Due to the thermal expansion of the materials, the clearances described are preferably measured on a turbine that is already at normal operating temperature. In this view, the slot has the form of a segment passing through the nearest points of both parts of the partition and pointing towards the Z axis. The Z axis in this view has the form of a single point. The axis of the blade can have the form of a straight line or a point, while if it has the form of a straight line, this line points to the Z axis. The position at the entrance to the slot is therefore the position of the blade, given by the rotation of the rotor and, as a result, also by the rotation of the blade, in which the edge of the blade reaches into of the narrowest point of the slot and the rest of the vane is in front of the slot (i.e. outside the pressure chamber), and thanks to the choice of angle beta, it meets the preceding vane, which is approximately in its position at the exit of the slot, when the other side edge is at the narrowest point of the slot and the rest of the vane is behind the slot (ie inside the pressure chamber). Basically, in other words, it is possible to say that when the rotor is turned by a full revolution, there are n moments when the slot ceases to be sealed by a certain blade and starts to be sealed by the next blade, i.e. the blades meet in the slot, so the leakage of the medium through the slot is prevented.

Tlaková komora obsahuje ve směru unášení lopatek nejprve vtokový kanál pro přívod média do tlakové komory a následně těsnicí komoru, která má délku alespoň o velikosti a, přičemž 360° a =-- ⁿ . Střed těsnicí komory je umístněný od štěrbiny ve směru unášení lopatek v rozmezí +65° až +100° nebo ve stejném intervalu proti směru unášení lopatek. Jeho umístění proti směru unášení lopatek může být výhodnější s ohledem na kmitání turbíny. Umístění po směru může být výhodnější z hlediska nákladnosti a náročnosti výroby, protože je v takovém případě kratší tlaková komora. Výhodně se lopatka při otočení kolem své osy o 90° vůči natočení v poloze, kdy její osa prochází štěrbinou, nachází v těsnicí komoře a utěsňuje ji svými hranami. Toto utěsnění, podobně jako utěsnění štěrbiny, je s drobnou vůli, aby nedocházelo k tření lopatek o stěny těsnicí komory. Okamžik, resp. poloha, kdy určitá lopatka začíná těsnit těsnicí komoru nemusí být nutně tím samým okamžikem, kdy lopatka do těsnicí komory vstoupila celým svým objemem. K utěsnění může dojít i později, když se lopatka natočí tak, aby její boční hrany začali těsnit vůči stěnám těsnicí komory. Analogicky může lopatka přestat těsnit těsnicí komoru i dříve, než ji částí svého objemu opustí. Střed těsnicí komory se pak může nacházet ve středu trajektorie osy lopatky mezi polohou, kdy začíná těsnit, a polohou, kdy tato lopatka těsnicí komoru těsnit přestává.The pressure chamber contains, in the direction of drift of the vanes, first an inlet channel for supplying the medium to the pressure chamber and then a sealing chamber, which has a length of at least a size, while 360° a =-- ⁿ . The center of the sealing chamber is located from the slot in the direction of drift of the blades in the range of +65° to +100° or in the same interval against the direction of drift of the blades. Its location against the drift direction of the blades may be more advantageous with respect to turbine oscillations. Positioning downstream may be more advantageous in terms of cost and production difficulty, as in this case the pressure chamber is shorter. Advantageously, when the vane is rotated around its axis by 90° relative to rotation in a position where its axis passes through the slot, it is located in the sealing chamber and seals it with its edges. This seal, like the slot seal, has a slight clearance to prevent the vanes from rubbing against the walls of the seal chamber. A moment, or the position at which a particular vane begins to seal the sealing chamber is not necessarily the same moment when the vane has entered the sealing chamber with its entire volume. Sealing can also occur later when the vane is rotated so that its side edges begin to seal against the walls of the sealing chamber. Analogously, the vane can stop sealing the sealing chamber even before part of its volume leaves it. The center of the sealing chamber can then be located in the center of the trajectory of the vane axis between the position where it starts to seal and the position where this vane stops sealing the sealing chamber.

V každé poloze natočení rotoru je štěrbina utěsněna alespoň jednou lopatkou a těsnicí komora je utěsněna alespoň jednou jinou lopatkou. Jak bylo uvedeno výše, nemusí se jednat o dokonalé utěsnění, mezi stěnami tlakové komory a lopatkami může být vždy určitá vůle umožňující volný pohyb lopatek. Účinnost lopatky je závislá, mimo jiné, na poměru plochy průřezu těsnicí komoryAt each position of rotation of the rotor, the slot is sealed by at least one vane and the sealing chamber is sealed by at least one other vane. As mentioned above, it does not have to be a perfect seal, there can always be some clearance between the walls of the pressure chamber and the vanes to allow the vanes to move freely. The efficiency of the vane depends, among other things, on the ratio of the cross-sectional area of the sealing chamber

-3CZ 309564 B6 k ploše štěrbiny, takže plocha štěrbiny je výhodně co nejmenší a plocha těsnicí komory, kde jsou lopatky v záběru, je výhodně co největší, s ohledem na konstrukční požadavky jako je například pevnost lopatky. Výše popsaná turbína přitom umožňuje dosáhnout tohoto poměru většího než turbíny známé ze stavu techniky, takže umožňuje i funkci s vyšší účinností. Zakřivení obou stěn lopatky stejným směrem umožňuje dosáhnout relativně malé tloušťky lopatky při zachování dostatečné pevnosti lopatky v době, kdy je v záběru a je nejvíce náchylná k deformaci. Trvalé utěsnění štěrbiny i těsnicí komory potom brání nežádoucímu průchodu média, a tedy rovněž zvyšuje účinnost. Odvod média může být realizován kdekoliv za těsnicí komoru nebo za poslední z těsnicích komor, je-li jich více. Například může být poskytnut otvor pro volné vytékání média. Tj. například po opuštění tlakové komory médium odchází z turbíny do volného prostoru přímo nebo přes výstupní potrubí.-3CZ 309564 B6 to the area of the slot, so that the area of the slot is preferably as small as possible and the area of the sealing chamber where the vanes engage is preferably as large as possible, taking into account design requirements such as the strength of the vane. At the same time, the above-described turbine makes it possible to achieve this ratio greater than turbines known from the state of the art, so it also enables a function with higher efficiency. The curvature of both walls of the blade in the same direction makes it possible to achieve a relatively small thickness of the blade while maintaining sufficient strength of the blade at the time when it is engaged and is most susceptible to deformation. The permanent sealing of the slot and the sealing chamber then prevents the undesired passage of the medium and therefore also increases the efficiency. The outlet of the medium can be implemented anywhere behind the sealing chamber or behind the last of the sealing chambers, if there are more. For example, an opening may be provided for the medium to flow freely. I.e. for example, after leaving the pressure chamber, the medium leaves the turbine into the free space directly or via the outlet pipe.

Tato turbína přitom může fungovat s libovolným úhlem mezi osami lopatek a osou rotoru Z, kdy je osa otáčení lopatky různoběžná vůči ose Z. Osy lopatek se přitom všechny mohou protínat na ose Z nebo být rovnoběžné s osou Z. Hodnota tohoto úhlu následně může ovlivňovat řadu dalších konstrukčních parametrů turbíny, například úhel mezi bočními hranami lopatek, které mohou mít stejný sklon jako osy lopatek, tedy mohou být rovnoběžné s osou Z nebo se k sobě přibližovat tak, že při myšleném prodloužení se protnou na ose Z, např. přibližně ve stejném místě, jako všechny osy lopatek. Dále tento úhel může ovlivnit umístění středu těsnicí komory či to, které stěny a čela tlakové komory jsou součástí rotoru a které statoru.At the same time, this turbine can operate with any angle between the axes of the blades and the axis of the rotor Z, when the axis of rotation of the blade is divergent to the axis Z. The axes of the blades can all intersect on the axis Z or be parallel to the axis Z. The value of this angle can subsequently influence a number of other design parameters of the turbine, for example the angle between the side edges of the blades, which can have the same inclination as the blade axes, i.e. they can be parallel to the Z axis or approach each other in such a way that they intersect on the Z axis during the intended extension, e.g. approximately at the same place, like all blade axes. Furthermore, this angle can affect the location of the center of the sealing chamber or which walls and faces of the pressure chamber are part of the rotor and which of the stator.

Počet lopatek n může být od 5 do 100. Výhodně je od 8 do 50, výhodněji od 8 do 30. Počet lopatek ovlivňuje výše zavedené úhly β a α, tedy v zásadě šířku lopatek a délku těsnicí komory. Šířka lopatek pak ovlivňuje i šířku těsnicí komory, která musí být lopatkami utěsnitelná. Dále se s rostoucím počtem lopatek může zmenšovat velikost prohnutí přední a zadní stěny lopatek, což může ovlivňovat jejich pevnost.The number of vanes n can be from 5 to 100. It is preferably from 8 to 50, more preferably from 8 to 30. The number of vanes affects the angles β and α introduced above, i.e. basically the width of the vanes and the length of the sealing chamber. The width of the vanes also affects the width of the sealing chamber, which must be sealed by the vanes. Furthermore, as the number of blades increases, the amount of deflection of the front and rear walls of the blades can decrease, which can affect their strength.

Turbína s rotačními lopatkami může obsahovat m tlakových komor, každá obsahující těsnicí komoru, přepážku, štěrbinu a vtokový kanál, přičemž m je celé číslo od 1 do 10. Obecně může m být i větší než 10. V zásadě pak každá lopatka může po opuštění tlakové komory její těsnicí komorou vstoupit do další tlakové komory skrze její štěrbinu. Pro všech m tlakových komor s jejich odpovídajícími součástmi platí znaky uvedené pro tyto součásti výše a mohou pro ně platit i další, níže uvedené znaky. Zejména tedy mohou mít všechny tlakové komory shodnou konstrukci. Možné je však i každou tlakovou komoru realizovat jinak, např. s různými délkami těsnicích komor. Výhodně jsou pak lopatky uzpůsobeny k otáčení o m otáček vůči rotoru na každou otáčku rotoru.A rotary vane turbine may contain m pressure chambers, each containing a sealing chamber, a baffle, a slot, and an inlet channel, where m is an integer from 1 to 10. In general, m may be greater than 10. In principle, each blade can then chamber through its sealing chamber to enter the next pressure chamber through its slot. For all m pressure chambers with their corresponding components, the signs listed for these components above apply, and other signs listed below may also apply to them. In particular, all pressure chambers can therefore have the same design. However, it is also possible to implement each pressure chamber differently, e.g. with different lengths of sealing chambers. Advantageously, the blades are adapted to rotate by m revolutions relative to the rotor for each revolution of the rotor.

Turbína může být například vodní turbínou, parní turbínou nebo plynovou turbínou. Volba média pak může dle uvážení odborníka v oboru ovlivnit některé konstrukční parametry turbíny.The turbine can be, for example, a water turbine, a steam turbine or a gas turbine. The choice of medium can then, at the discretion of an expert in the field, affect some design parameters of the turbine.

Výhodně má každá lopatka svou rovinu symetrie, v níž leží osa lopatky, přičemž v poloze lopatky ve středu těsnicí komory svírá osa vtokového kanálu s rovinou symetrie dané lopatky úhel menší než 15°. V zásadě tedy lopatka s osou ve středu těsnicí komory je svou plochou přibližně kolmá vůči směru přiváděného média, což je úhel nejvhodnější pro efektivní záběr lopatky, a tedy roztáčení rotoru. Není-li vtokový kanál rovný, takže jeho osou není přímka, je daný úhel 15° měřen vůči směřování osy v místě, kde vtokový kanál ústí do tlakové komory, tj. právě vůči směru toku média při jeho vstupu do tlakové komory.Advantageously, each vane has its plane of symmetry in which the vane axis lies, while in the position of the vane in the center of the sealing chamber, the axis of the inlet channel forms an angle of less than 15° with the plane of symmetry of the given vane. In principle, the blade with its axis in the center of the sealing chamber has its surface approximately perpendicular to the direction of the supplied medium, which is the most suitable angle for effective engagement of the blade and thus the rotation of the rotor. If the inlet channel is not straight, so that its axis is not a straight line, the given angle of 15° is measured with respect to the direction of the axis at the point where the inlet channel opens into the pressure chamber, i.e. precisely with respect to the direction of the flow of the medium when it enters the pressure chamber.

Výhodně jsou lopatky uzpůsobeny k otáčení úhlovou rychlostí rovnou celočíselnému a nenulovému násobku úhlové rychlosti rotoru. Například v případě os lopatek přibližně rovnoběžných s osou turbíny se tak lopatky mohou otáčet stejným směrem jako rotor, ale i směrem opačným. Rovnoměrná závislost mezi otáčením rotoru a lopatek může být zejména zajištěna ozubeným převodem, který může zahrnovat například i řetězový převod, ozubený řemen apod. a který převádí část krouticího momentu rotoru na lopatky. Nejvýhodněji se jedná o převod z ozubených kol. Uvedený násobek je celočíselný, aby bylo zachováno stejné natočení lopatek přiPreferably, the blades are adapted to rotate at an angular velocity equal to an integer and non-zero multiple of the angular velocity of the rotor. For example, in the case of blade axes approximately parallel to the turbine axis, the blades can rotate in the same direction as the rotor, but also in the opposite direction. Uniform dependence between the rotation of the rotor and the blades can be ensured in particular by a gear, which can include, for example, a chain gear, a toothed belt, etc., and which transfers part of the torque of the rotor to the blades. It is most advantageously a transmission from gears. The given multiple is an integer to maintain the same rotation of the blades at

- 4 CZ 309564 B6 každém jejich vstupu do štěrbiny i tlakové komory. Výhodou tohoto rovnoměrného otáčení, s úhlovou rychlostí otáčení lopatek lineárně závislou na úhlové rychlosti rotoru, je jednodušší konstrukce a minimální vznik vibrací a rázů.- 4 CZ 309564 B6 each time they enter the slot and the pressure chamber. The advantage of this uniform rotation, with the angular speed of rotation of the blades linearly dependent on the angular speed of the rotor, is a simpler construction and minimal occurrence of vibrations and shocks.

Lopatky mohou také být uzpůsobeny ke kmitavému otáčení, tedy otáčení tam a zpět v uzavřeném intervalu menším než 360°. Takového pohybu může být dosaženo zejména s využitím vačkového mechanismu, který vede při otáčení rotoru hřídel lopatky a otáčí s ní. Kmitavé otáčení umožňuje například využít komplexnější tvary lopatek či těsnicí komory, při zachování utěsnění štěrbiny i těsnicí komory, a může zmenšit prostorové nároky.The vanes may also be adapted to oscillate, i.e. rotate back and forth in a closed interval of less than 360°. Such a movement can be achieved in particular with the use of a cam mechanism, which guides the shaft of the blade and rotates with it during the rotation of the rotor. Oscillating rotation makes it possible, for example, to use more complex shapes of blades or sealing chambers, while maintaining the sealing of the slot and sealing chamber, and can reduce space requirements.

Výhodně každá lopatka obsahuje na svém volném konci zpevňovací úsek se zvětšenou tloušťkou. Tloušťkou je tedy rozměr určený šířkou štěrbiny a vzdáleností přední a zadní stěny lopatky. Volný konec lopatky je koncem nacházejícím se mezi bočními hranami, na kterém není realizováno rotační uchycení lopatky k rotoru. Tento zpevňovací úsek poskytne lopatce lepší stabilitu, když je v záběru, takže je méně namáhána a deformována. Díky tomu může lopatka, která snese určitou hodnotu zatížení, se zpevňovacím úsekem oproti lopatce dimenzované na stejné zatížení, která zpevňovací úsek nemá, být na zbytku své délky tenčí. Tedy je v zásadě zmenšen průřez lopatky i štěrbiny a tím zvýšen poměr mezi průřezem těsnicí komory a štěrbiny, což má pozitivní vliv na účinnost turbíny. Na turbíně s lopatkami se zpevňovacím úsekem má štěrbina na odpovídajícím konci rovněž rozšíření, aby lopatka volně prošla štěrbinou a utěsňovala ji.Preferably, each blade contains a strengthening section with increased thickness at its free end. The thickness is therefore the dimension determined by the width of the slit and the distance between the front and back walls of the blade. The free end of the blade is the end located between the side edges, on which the rotational attachment of the blade to the rotor is not implemented. This strengthening section will give the blade better stability when engaged, so it is less stressed and deformed. As a result, a blade that can carry a certain amount of load with a stiffening section can be thinner over the rest of its length than a blade rated for the same load that does not have a stiffening section. Thus, in principle, the cross-section of the blade and the slot is reduced and thus the ratio between the cross-section of the sealing chamber and the slot is increased, which has a positive effect on the efficiency of the turbine. On a bladed turbine with a stiffening section, the slot at the corresponding end also has an extension to allow the blade to pass freely through the slot and seal it.

Možné je zpevňovací úsek poskytnout i uprostřed délky lopatky nebo jinde než na jejím volném konci. Dále může každá lopatka zahrnovat i více zpevňovacích úseků rozmístěných po délce lopatky. Tvar štěrbiny by potom odrážel tato rozšíření. Například tedy může lopatka zahrnovat tři zpevňovací úseky, na kterých je její tloušťka zvětšena, a mimo zpevňovací úseky může mít tloušťku konstantní nebo se zužující směrem k volnému konci lopatky. Štěrbina pak obsahuje tři rozšíření, aby jí lopatka mohla projít a zároveň byla štěrbina lopatkou utěsněna. Rozšířené úseky mohou mít například oválný tvar.It is possible to provide a reinforcing section in the middle of the length of the blade or elsewhere than at its free end. Furthermore, each blade can also include several strengthening sections distributed along the length of the blade. The shape of the slit would then reflect these extensions. Thus, for example, the blade may include three strengthening sections where its thickness is increased, and outside the strengthening sections it may have a constant thickness or tapering towards the free end of the blade. The slot then contains three extensions so that the vane can pass through it and at the same time the slot is sealed by the vane. The extended sections can have an oval shape, for example.

Výhodně se tloušťka každé lopatky směrem k jejímu volnému konci na většině délky lopatky zmenšuje. Většinou délky je výhodně většina délky části lopatky, která vystupuje z rotoru, tj. do ní není započítána část lopatky uložená v rotoru. Díky tomu je lopatka nejpevnější v místě svého rotačního uchycení, kde je i nejvíce namáhaná, a případně na volném konci se zpevňovacím úsekem. Dále od místa uchycení je pak její tloušťka menší, což opět zlepší účinnost turbíny, přičemž je nadále zachována dostatečná pevnost lopatky. Lopatka bez zpevňovacího úseku se může ztenčovat na celé své délce.Preferably, the thickness of each blade decreases towards its free end over most of the length of the blade. The majority of the length is preferably the majority of the length of the part of the blade that emerges from the rotor, i.e. it does not include the part of the blade stored in the rotor. Thanks to this, the blade is strongest at the point of its rotational attachment, where it is also most stressed, and possibly at the free end with a strengthening section. Further from the point of attachment, its thickness is then smaller, which will again improve the efficiency of the turbine, while sufficient strength of the blade is still maintained. A blade without a strengthening section can become thinner along its entire length.

Tvar těsnicí komory může být alespoň na části délky těsnicí komory vymezen obálkou složeného pohybu hran lopatky procházející těsnicí komorou. Tímto složeným pohybem je tedy rotace kolem osy lopatky a kolem osy turbíny. Pro určitý tvar lopatky je pak požadovaný tvar těsnicí komory možné získat například počítačovou simulací. Pro některé tvary lopatek může být možné ho získat i analyticky. Hrany lopatky zahrnují boční hrany a případně i hranu na volném konci a/nebo naproti volnému konci v místě rotačního uchycení. Vliv na tvar těsnicí komory má i počet lopatek, umístění středu těsnicí komory apod.The shape of the sealing chamber can be defined, at least on part of the length of the sealing chamber, by the envelope of the composite movement of the blade edges passing through the sealing chamber. This compound motion is therefore a rotation around the axis of the blade and around the axis of the turbine. For a certain blade shape, the required shape of the sealing chamber can be obtained, for example, by computer simulation. For some blade shapes, it may also be possible to obtain it analytically. The edges of the blade include the side edges and possibly the edge at the free end and/or opposite the free end at the point of rotary attachment. The shape of the sealing chamber is also influenced by the number of blades, the location of the center of the sealing chamber, etc.

Tvar štěrbiny, tedy její průřez v jejím nejužším místě, může být vymezen obálkou složeného pohybu přední stěny a zadní stěny lopatky procházející štěrbinou. Je tedy vymezen částí obálky složeného pohybu lopatky, tato část začínající při vstupu lopatky do štěrbiny a končící při jejím výstupu ze štěrbiny. Podobně jako výše se jedná o složenou rotaci. Pro určitou lopatku může být tvar štěrbiny získán opět například počítačovou simulací. Možné je však naopak vyjít při konstrukci z určitého tvaru štěrbiny, z něj na základě požadovaného složeného pohybu lopatek, tj. uvedené obálky, získat tvar lopatky, tak aby její přední a zadní stěna těsnily štěrbinu a hrany sousedních lopatek na sebe ve štěrbině navazovaly, a následně může z tvaru lopatky a daného pohybu být získán tvar stěn těsnicí komory.The shape of the slot, i.e. its cross-section at its narrowest point, can be defined by the envelope of the composite motion of the front wall and the back wall of the blade passing through the slot. It is therefore defined by the part of the envelope of the composite movement of the blade, this part starting when the blade enters the slot and ending when it exits the slot. Similar to above, this is a compound rotation. For a certain blade, the shape of the slot can be obtained again, for example, by computer simulation. On the other hand, it is possible, on the contrary, to start from a certain shape of the slot, based on the required composite movement of the vanes, i.e. the mentioned envelope, to obtain the shape of the vane so that its front and rear walls seal the slot and the edges of the adjacent vanes connect to each other in the slot, and subsequently, the shape of the walls of the sealing chamber can be obtained from the shape of the vane and the given movement.

- 5 CZ 309564 B6- 5 CZ 309564 B6

Osy lopatek mohou být rovnoběžné s osou turbíny, přičemž střed těsnicí komory je umístněný od štěrbiny ve směru nebo proti směru unášení lopatek v rozmezí 65° až 85° a boční hrany každé lopatky jsou rovnoběžné s osou lopatky. Tvar přední a zadní stěny lopatky pak může být přibližně válcovitý. Dále mohou osy lopatek být kolmé na osu turbíny, přičemž střed těsnicí komory je umístněný od štěrbiny ve směru nebo proti směru unášení lopatek v rozmezí 80° až 100° a boční hrany každé lopatky se k sobě ve směru k ose turbíny přibližují. Možné je tento úhel natočení os lopatek využít i na turbíně, kde se boční hrany lopatek směrem k ose vzájemně oddalují, přičemž se lopatky nacházejí v prostoru vymezeném rotorem a směřují volnými konci k sobě. Přední a zadní stěny pak mohou být přibližně kuželovité. Tyto dva případy sklonu osy lopatek v zásadě představují hraniční případy a obecně může být sklon osy vůči ose turbíny jakýkoliv mezi 0° a 90°. Resp. může být mezi -90° a 90°, protože natočení lopatek jsou možná z intervalu o velikosti 180°. Při úhlu -90° tak mohou volné konce lopatek směřovat do jednoho bodu na ose Z, přičemž jejich osy leží v rovině a při úhlu 90° mohou volné konce lopatek směřovat od sebe, přičemž jejich osy leží v jedné rovině.The axes of the blades may be parallel to the axis of the turbine, with the center of the sealing chamber located from the slot in the direction or against the direction of drift of the blades in the range of 65° to 85°, and the side edges of each blade are parallel to the axis of the blade. The shape of the front and back walls of the scapula can then be approximately cylindrical. Further, the blade axes may be perpendicular to the turbine axis, with the center of the sealing chamber located from the slot in the direction or opposite direction of the blade drift within 80° to 100°, and the side edges of each blade approach each other in the direction of the turbine axis. It is also possible to use this angle of rotation of the blade axes on a turbine, where the side edges of the blades move away from each other towards the axis, while the blades are located in the space defined by the rotor and point their free ends towards each other. The front and back walls can then be approximately conical. These two cases of blade axis tilt are basically borderline cases and in general the axis tilt to the turbine axis can be anything between 0° and 90°. Resp. can be between -90° and 90°, since blade rotations are possible from an interval of 180°. At an angle of -90°, the free ends of the blades can point to one point on the Z axis, with their axes lying in the same plane, and at an angle of 90°, the free ends of the blades can point away from each other, with their axes lying in the same plane.

Lopatky mohou dále být opatřeny spojovacím prstencem, který prochází přes celý obvod turbíny a má na něm konstantní průřez. Volné konce lopatek jsou otočně uchyceny k prstenci, a prstenec může být posuvně uchycen ke statoru. Štěrbina pak je svým tvarem uzpůsobena pro průchod prstence, který štěrbinu v daném místě trvale utěsňuje. Analogicky může tvar prstence mít dopad i na průřez těsnicí komory. Díky spojovacímu prstenci se volné konce lopatek podpírají navzájem, takže je omezeno jejich prohýbání, zejména prohýbání lopatky v záběru. V důsledku toho je možné vytvořit tenčí lopatky při zachování dostatečné pevnosti a je tedy možné zvýšit účinnost turbíny. Spojovací prstenec může být využit pro jakoukoliv výše popsanou turbínu, zejména pro jakýkoliv úhel natočení mezi osou turbíny a osami lopatek, a také pro jakýkoliv počet a tvar lopatek, jakoukoliv hodnotu parametru m, jakékoliv použité médium apod. Průřez prstence může být volen tak, aby byl dostatečně pevný, ale zároveň, aby ho mohlo snadno obtékat médium, zejména prochází-li prstenec přes vyústění přívodu média do tlakové komory.The blades can also be equipped with a connecting ring that passes over the entire circumference of the turbine and has a constant cross-section on it. The free ends of the vanes are pivotally attached to the ring, and the ring can be slidably attached to the stator. The shape of the slot is adapted for the passage of the ring, which permanently seals the slot in the given place. Analogously, the shape of the ring can also have an impact on the cross-section of the sealing chamber. Thanks to the connecting ring, the free ends of the blades support each other, so that their deflection, especially the deflection of the blade in engagement, is limited. As a result, it is possible to create thinner blades while maintaining sufficient strength, and therefore it is possible to increase the efficiency of the turbine. The connecting ring can be used for any of the above-described turbines, in particular for any angle of rotation between the turbine axis and the blade axes, as well as for any number and shape of blades, any value of the parameter m, any medium used, etc. The cross-section of the ring can be chosen so that it was strong enough, but at the same time, so that the medium could easily flow around it, especially if the ring passes through the outlet of the medium supply to the pressure chamber.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:The essence of the invention is further clarified by examples of its implementation, which are described using the attached drawings, where on:

obr. 1 je schematicky znázorněn pohled v ose Z na uspořádání lopatek a tlakové komory turbíny s rotačními lopatkami dle vynálezu, přičemž osy lopatek jsou rovnoběžné s osou Z a jedna z lopatek právě vstupuje do štěrbiny, zatímco předcházející lopatka ze štěrbiny vystupuje a štěrbina je oběma lopatkami utěsněna, obr. 2 je schematicky znázorněn pohled z obr. 1 s jiným natočením rotoru, přičemž ve štěrbině se nachází jedna lopatka, která štěrbinu sama utěsňuje, obr. 3 je perspektivní pohled na rotor s lopatkami a část statoru turbíny z obr. 1 a 2, přičemž je znázorněna i vnitřní a vnější obvodová stěna statoru s oběma díly přepážky a vnější stěna těsnicí komory, obr. 4 je schematicky znázorněný pohled v řezu na další provedení turbíny s osami lopatek kolmými k ose turbíny, přičemž rovina řezu je kolmá ke štěrbině a protíná ji a přičemž jedna z lopatek právě vstupuje do štěrbiny, zatímco předcházející lopatka ze štěrbiny vystupuje a štěrbina je oběma lopatkami utěsněna, obr. 5 je schematicky znázorněn pohled z obr. 4 s jiným natočením rotoru, přičemž ve štěrbině se nachází jedna lopatka, která štěrbinu sama utěsňuje,Fig. 1 is a schematic view in the Z-axis of the arrangement of the blades and the pressure chamber of a turbine with rotating blades according to the invention, wherein the axes of the blades are parallel to the Z-axis and one of the blades is just entering the slot, while the preceding blade is exiting the slot and the slot is both sealed with blades, Fig. 2 is a schematic representation of the view from Fig. 1 with a different rotation of the rotor, while there is one blade in the slot that seals the slot itself, Fig. 3 is a perspective view of the rotor with blades and part of the turbine stator from Fig. 1 and 2, showing the inner and outer peripheral walls of the stator with both parts of the partition and the outer wall of the sealing chamber, Fig. 4 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the turbine with the axes of the blades perpendicular to the axis of the turbine, the plane of the section being perpendicular to the slot and intersects it, and with one of the blades just entering the slot, while the previous blade is exiting the slot and the slot is sealed by both blades, Fig. 5 is a schematic representation of the view from Fig. 4 with a different rotation of the rotor, with one blade in the slot , which seals the gap itself,

- 6 CZ 309564 B6 obr. 6 je schematicky znázorněn pohled v řezu dovnitř těsnicí komory, přičemž těsnicí komora je utěsněna dvěma lopatkami a rovina řezu je přibližně kolmá na osy lopatek v těsnicí komoře, obr. 7 je pohled z obr. 6 s jiným natočením rotoru, přičemž těsnicí komora je v zobrazené poloze natočení rotoru utěsněna jedinou lopatkou, zatímco předcházející lopatka těsnicí komoru opouští a následující lopatka do ní vstupuje, obr. 8 je pohled v řezu na převodový mechanismus pro první polovinu lopatek turbíny z obr. 4 až 7, přičemž osa turbíny i štěrbina leží v rovině řezu, obr. 9 je pohled v řezu na převodový mechanismus pro druhou polovinu lopatek turbíny z obr. 4 až 7, přičemž osa turbíny a střed těsnicí komory leží v rovině řezu, obr. 10 je pohled v řezu na turbínu osami lopatek kolmými na osu rotoru, přičemž rovina řezu je kolmá na osu rotoru, jedna z lopatek se nachází ve štěrbině a jiná z lopatek se nachází uprostřed těsnicí komory, obr. 11 je schematicky znázorněna lopatka turbíny s osami lopatek kolmými na osu rotoru a je znázorněno několik příkladných průřezů lopatky a detailní pohled na volný konec lopatky se zpevňovacím úsekem a na obr. 12 je schematicky znázorněno několik příkladných pohledů na turbínu v řezu vedeném osou turbíny, přičemž turbíny v těchto pohledech se vzájemně liší natočením os lopatek vůči ose turbíny vyjádřeným jako úhel γ.- 6 CZ 309564 B6 Fig. 6 is a schematically shown cross-sectional view inside the sealing chamber, while the sealing chamber is sealed by two vanes and the plane of the section is approximately perpendicular to the axes of the vanes in the sealing chamber, Fig. 7 is a view from Fig. 6 with a different rotation of the rotor, the seal chamber being sealed by a single vane in the rotor rotation position shown, while the preceding blade exits the seal chamber and the succeeding blade enters it, Fig. 8 is a cross-sectional view of the transmission mechanism for the first half of the turbine blades of Figs. 4 to 7; with the axis of the turbine and the slot lying in the plane of the section, Fig. 9 is a sectional view of the transmission mechanism for the second half of the turbine blades of Figs. 4 to 7, with the axis of the turbine and the center of the sealing chamber lying in the plane of the section, Fig. 10 is a view in cut on the turbine with the blade axes perpendicular to the rotor axis, while the plane of the cut is perpendicular to the rotor axis, one of the blades is located in the slot and another of the blades is located in the middle of the sealing chamber, Fig. 11 is a schematic representation of a turbine blade with the blade axes perpendicular to the axis of the rotor and several exemplary cross-sections of the blade and a detailed view of the free end of the blade with a strengthening section are shown, and in Fig. 12 several exemplary views of the turbine in a section guided by the turbine axis are shown schematically, and the turbines in these views differ from each other by the rotation of the blade axes relative to the axis of the turbine expressed as an angle γ.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention

Vynález bude dále objasněn na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy.The invention will be further explained by examples of implementation with reference to the respective drawings.

Předmětem předkládaného vynálezu je turbína s rotačními lopatkami 3. Tato turbína zahrnuje rotor 1, otočný kolem osy turbíny Z, a stator 2, alespoň z části obklopující rotor 1. Mezi rotorem 1 a statorem 2 je vymezena alespoň jedna prstencovitá dutina, v níž jsou umístěny lopatky 3. Lopatky 3 jsou pravidelně rozmístěné na obvodu či stěně rotoru 1 a jsou k němu otočně připojené. Otáčení lopatek 3 vůči rotoru 1 definuje pro každou lopatku 3 osu lopatky 3. Osy lopatek 3 se protínají v jednom bodě ležícím na ose Z nebo jsou s osou Z rovnoběžné (tj. se v podstatě protínají s osou Z v nekonečnu). V dutině s lopatkami 3 se nachází tlaková komora 4, do které vede vtokový kanál 8 pro přívod pracovního média. Začátek tlakové komory 4, tedy místo, ve kterém do ní vstupují lopatky 3 při otáčení rotoru 1, je určen přepážkou 5. Přepážka 5 zahrnuje dva díly, přičemž mezi oběma díly je vymezena štěrbina 6 pro těsný průchod lopatek 3, a právě touto štěrbinou 6 začíná tlaková komora 4. Oba díly přepážky 5 spolu mohou být pevně spojeny a mohou být z jednoho kusu materiálu, jsou však vzájemně oddělené a odlišitelné štěrbinou 6. Konec tlakové komory 4 je určen těsnicí komorou 7, která je rovněž uzpůsobena pro těsný průchod lopatek 3, ale na rozdíl od štěrbiny 6 v ní lopatky 3 procházejí s co největší plochou vystavenou pracovnímu médiu přiváděnému do tlakové komory 4 vtokovým kanálem 8. Jak štěrbina 6, tak těsnicí komora 7 jsou spolu s tvarem a uspořádáním lopatek 3 uzpůsobeny tak, aby štěrbina 6 i těsnicí komora 7 byly trvale, tj. při každém natočení rotoru 1, co možná nejlépe utěsněny alespoň jednou lopatkou 3. Utěsnění může být vymezeno s drobnou vůlí, například několik desetin milimetru, výhodně méně než desetina milimetru, aby byl zajištěn volný průchod lopatek 3, aniž by docházelo k podstatnému úniku média mezi lopatkami 3 a přepážkou 5 nebo stěnami těsnicí komory 7. Tato vůle může být volena i s ohledem na teplotní roztažnost lopatek 3, například je-li médiem pára, aby nedocházelo ke tření lopatek 3 o plochy na statoru 2.The subject of the present invention is a turbine with rotating blades 3. This turbine includes a rotor 1, rotatable around the turbine axis Z, and a stator 2, at least in part surrounding the rotor 1. Between the rotor 1 and the stator 2, at least one annular cavity is defined, in which they are located blades 3. The blades 3 are regularly distributed on the circumference or wall of the rotor 1 and are rotatably connected to it. The rotation of the vanes 3 relative to the rotor 1 defines for each vane 3 an axis of the vane 3. The axes of the vanes 3 intersect at one point lying on the Z axis or are parallel to the Z axis (i.e. they essentially intersect the Z axis at infinity). In the cavity with the vanes 3 there is a pressure chamber 4 into which the inlet channel 8 leads for the supply of the working medium. The beginning of the pressure chamber 4, i.e. the place where the vanes 3 enter it when the rotor 1 rotates, is determined by the partition 5. The partition 5 includes two parts, and between the two parts a slot 6 is defined for the tight passage of the vanes 3, and it is this slot 6 the pressure chamber 4 begins. Both parts of the partition 5 can be firmly connected together and can be made of one piece of material, but they are mutually separated and distinguishable by a slot 6. The end of the pressure chamber 4 is determined by the sealing chamber 7, which is also adapted for the tight passage of the vanes 3 , but in contrast to the slot 6, the vanes 3 in it pass with the largest possible area exposed to the working medium supplied to the pressure chamber 4 through the inlet channel 8. Both the slot 6 and the sealing chamber 7, together with the shape and arrangement of the vanes 3, are adapted so that the slot 6 and the sealing chamber 7 were permanently, i.e. at each turn of the rotor 1, best sealed by at least one blade 3. The sealing can be defined with a small clearance, for example a few tenths of a millimeter, preferably less than a tenth of a millimeter, to ensure the free passage of the blades 3 , without substantial leakage of the medium between the vanes 3 and the partition 5 or the walls of the sealing chamber 7. This clearance can also be chosen with regard to the thermal expansion of the vanes 3, for example, if the medium is steam, so that the vanes 3 do not rub against the surfaces on the stator 2.

V zásadě je tedy každá lopatka 3 otáčením rotoru 1 nastavitelná do řady poloh, a to zejména alespoň polohy na vstupu do štěrbiny 6, kdy začíná tato lopatka 3 utěsňovat štěrbinu 6, přičemž doBasically, each blade 3 can be adjusted to a number of positions by rotating the rotor 1, especially at least the position at the entrance to the slot 6, when this blade 3 begins to seal the slot 6, while

- 7 CZ 309564 B6 štěrbiny 6 vstupuje svou boční hranou 11 napřed; polohy na výstupu ze štěrbiny 6, kdy tato lopatka přestává utěsňovat štěrbinu 6, takže se ve štěrbině 6 v podstatě nachází pouze její protilehlá boční hrana 11, přičemž následující lopatka 3 je ve své poloze na vstupu do štěrbiny 6; polohy začátku utěsnění těsnicí komory 7, kdy boční hrany 11 lopatky 3 jsou v co nejtěsnější blízkosti některých stěn vymezujících těsnicí komoru 7 nebo na ně dosedají, takže lopatka 3 do těsnicí komory 7 v zásadě vstupuje svou přední stěnou 9 či zadní stěnou 10 napřed; polohy konce utěsnění těsnicí komory 7 danou lopatkou 3, přičemž nejpozději v okamžiku, kdy nastává u dané lopatky 3 tato poloha, přichází lopatka 3 následující do své polohy začátku utěsnění těsnicí komory 7, přičemž alespoň mezi těmito polohami začátku a konce utěsnění těsnicí komory 7 je danou lopatku 3 možné označit za lopatku 3 v záběru; i opuštění těsnicí komory 7 v poloze ukončení těsnění může nastat přední stěnou 9 či zadní stěnou 10 napřed (tj. stejnou stěnou napřed jako při vstupu do těsnicí komory 7 a začátku těsnění).- 7 CZ 309564 B6 slots 6 enters with its side edge 11 forward; the position at the exit from the slot 6, when this vane stops sealing the slot 6, so that only its opposite side edge 11 is essentially located in the slot 6, while the following vane 3 is in its position at the entrance to the slot 6; the position of the beginning of the sealing of the sealing chamber 7, when the side edges 11 of the vane 3 are as close as possible to some of the walls defining the sealing chamber 7 or rest on them, so that the vane 3 basically enters the sealing chamber 7 with its front wall 9 or rear wall 10 first; the position of the end of the sealing of the sealing chamber 7 by the given vane 3, whereby at the latest when this position occurs for the given vane 3, the following vane 3 arrives at its position of the beginning of the sealing of the sealing chamber 7, while at least between these positions of the beginning and end of the sealing of the sealing chamber 7 is the given blade 3 can be designated as blade 3 in engagement; even exiting the sealing chamber 7 in the sealing end position can occur with the front wall 9 or the rear wall 10 first (i.e. the same wall as when entering the sealing chamber 7 and the beginning of the sealing).

Tvar lopatek 3 je definován tak, aby při průchodu štěrbinou 6 lopatka 3 co nejtěsněji doléhala na plochy či hrany přepážky 5, mezi kterými je štěrbina 6 vymezena. Tento tvar je tedy určen tvarem štěrbiny 6 a složeným pohybem lopatky 3 zahrnujícím otáčení kolem osy Z a kolem osy lopatky 3. V zásadě je tedy tvar lopatky 3, zejména její přední stěny 9 a zadní stěny 10, případně i alespoň některých jejích hran, vymezen obálkou složeného relativního pohybu mezi lopatkou 3 a štěrbinou 6, resp. plochami a hranami vymezujícím štěrbinu 6. Štěrbina 6 je přitom vytvořena co nejužší, při zachování dostatečné pevnosti lopatky 3, pro zajištění co nejvyšší účinnosti turbíny, zejména co nejvyššího poměru plochy těsnicí komory 7 vůči ploše štěrbiny 6. Pevnost lopatky 3 přitom musí být dostatečná pro zabránění poškození či prohýbání, když je lopatka 3 v záběru v těsnicí komoře 7; při průchodu štěrbinou 6, kdy je lopatka 3 natočena svou šířkou po směru otáčení lopatky 3 kolem rotoru 1, je namáhání lopatek 3 výrazně menší. Každá lopatka 3 zahrnuje přední stěnu 9 a zadní stěnu 10, spojené hranami lopatky 3 a definující tloušťku lopatky 3. Obě tyto stěny jsou zakřivené, výhodně mají v průřezu rovinou kolmou na osu lopatky 3 obě tyto stěny podobu křivek, jejichž středy křivosti leží na stejné straně od lopatky 3 pro většinu takových průřezů. Například může přední stěna 9 i zadní stěna 10 být alespoň částečně vymezena válcovou či kuželovitou stěnou, přičemž přední stěna 9 může mít jiný poloměr zakřivení či jiné umístění osy než zadní stěna 10, aby byl zajištěn výše popsaný požadavek na co nejlepší utěsnění štěrbiny 6 při složeném pohybu lopatky 3.The shape of the blades 3 is defined so that when passing through the slot 6, the blade 3 rests as closely as possible on the surfaces or edges of the partition 5, between which the slot 6 is defined. This shape is thus determined by the shape of the slot 6 and the compound movement of the blade 3 including rotation around the Z axis and around the blade axis 3. In principle, the shape of the blade 3, especially its front wall 9 and rear wall 10, possibly also at least some of its edges, is defined the envelope of the composite relative movement between blade 3 and slot 6, or surfaces and edges defining the slot 6. The slot 6 is made as narrow as possible, while maintaining sufficient strength of the blade 3, to ensure the highest possible efficiency of the turbine, in particular the highest possible ratio of the area of the sealing chamber 7 to the surface of the slot 6. The strength of the blade 3 must be sufficient for preventing damage or bending when the vane 3 is engaged in the sealing chamber 7; when passing through the slot 6, when the blade 3 is turned by its width in the direction of rotation of the blade 3 around the rotor 1, the stress on the blades 3 is significantly less. Each vane 3 includes a front wall 9 and a rear wall 10, connected by the edges of the vane 3 and defining the thickness of the vane 3. Both of these walls are curved, preferably in cross-section in a plane perpendicular to the axis of the vane 3, both of these walls have the form of curves, the centers of curvature of which lie on the same side from blade 3 for most such cross-sections. For example, both the front wall 9 and the rear wall 10 can be at least partially defined by a cylindrical or conical wall, while the front wall 9 can have a different radius of curvature or a different location of the axis than the rear wall 10, in order to ensure the above-described requirement for the best possible sealing of the slot 6 when folded movement of the scapula 3.

Výhodně se lopatky 3 směrem ke svému volnému konci alespoň na části své délky zužují. Délkou je rozměr lopatky 3 měřený podél její osy. Volným koncem je ten, na kterém není lopatka 3 otočně uchycena k rotoru 1. Toto zužování umožní další zmenšení průřezu štěrbiny 6, které má pozitivní vliv na účinnost. V místě otočného uchycení je lopatka 3 namáhána tlakem média nejvíce, takže je tam třeba větší tloušťka. V blízkosti volného konce pak může být lopatka 3 ve směru své tloušťky rozšířena zpevňovacím úsekem 12, bez ohledu na to, zda se podélně zužuje či ne. Zejména může tedy mít lopatka 3 rozšířený okraj podél volného konce, pro navýšení pevnosti lopatky 3. Tvar štěrbiny 6 a výhodně i těsnicí komory 7 pak musí odrážet toto rozšíření, takže na odpovídajícím konci je potom rozšířena i štěrbina 6, a výhodně je na odpovídajícím místě rozšířena i těsnicí komora 7. Alternativně nebo navíc lze ve kterémkoliv provedení prohýbání lopatek omezit pomocí spojovacího prstence. Tento prstenec propojuje volné konce všech lopatek 3 a má na celé své délce, tj. po celém obvodu turbíny, konstantní průřez. Tvar štěrbiny 6 je na odpovídajícím konci uzpůsoben pro utěsnění procházejícím prstencem. Obdobně může být uzpůsoben tvar těsnicí komory 7, například v její stěně může být drážka, v níž je prstenec kluzně usazen. Volné konce lopatek 3 jsou k prstenci uchyceny otočně, například z každého volného konce vystupuje čep či trn, který zapadá do kulatého otvoru v prstenci, nebo mohou být využita i ložiska.Advantageously, the vanes 3 are narrowed towards their free end at least on part of their length. The length is the dimension of the blade 3 measured along its axis. The free end is the one on which the blade 3 is not rotatably attached to the rotor 1. This narrowing will allow a further reduction of the cross-section of the slot 6, which has a positive effect on efficiency. In the place of the rotary attachment, the blade 3 is stressed the most by the pressure of the medium, so a greater thickness is needed there. In the vicinity of the free end, the blade 3 can then be widened in the direction of its thickness by the strengthening section 12, regardless of whether it narrows longitudinally or not. In particular, the vane 3 can therefore have a widened edge along the free end, to increase the strength of the vane 3. The shape of the slot 6 and preferably also the sealing chamber 7 must then reflect this expansion, so that the slot 6 is also widened at the corresponding end, and is preferably in the corresponding place the sealing chamber is also extended 7. Alternatively or in addition, in any design, the bending of the blades can be limited by means of a connecting ring. This ring connects the free ends of all blades 3 and has a constant cross-section over its entire length, i.e. around the entire circumference of the turbine. The shape of the slit 6 is adapted at the corresponding end for sealing with a passing ring. Similarly, the shape of the sealing chamber 7 can be adapted, for example in its wall there can be a groove in which the ring is slidably seated. The free ends of the blades 3 are rotatably attached to the ring, for example a pin or a mandrel protrudes from each free end, which fits into a round hole in the ring, or bearings can also be used.

Tlaková komora 4 je vymezena vnějším povrchem rotoru 1 a vnitřním povrchem statoru 2. Tyto povrchy přitom vymezují vnitřní a vnější obvodovou stěnu tlakové komory 4 a dále ve směru osy turbíny vymezují přední čelo 13 tlakové komory a zadní čelo 13 tlakové komory 4. Čela mohou být například rovinná. To, zda jsou čela či obvodové stěny tvořeny rotorem 1 či statorem 2 může být ovlivněno volbou úhlu mezi osami lopatek 3 a osou turbíny. Ve směru průchodu lopatek 3 je dále tlaková komora 4 vymezena přepážkou 5 se štěrbinou 6 a těsnicí komorou 7, jak bylo uvedenoThe pressure chamber 4 is defined by the outer surface of the rotor 1 and the inner surface of the stator 2. These surfaces define the inner and outer peripheral walls of the pressure chamber 4 and further in the direction of the turbine axis they define the front face 13 of the pressure chamber and the rear face 13 of the pressure chamber 4. The faces can be for example flat. Whether the fronts or peripheral walls are formed by the rotor 1 or the stator 2 can be influenced by the choice of the angle between the axes of the blades 3 and the axis of the turbine. In the direction of passage of the vanes 3, the pressure chamber 4 is further defined by a partition 5 with a slot 6 and a sealing chamber 7, as mentioned

- 8 CZ 309564 B6 výše. Při pohledu ve směru osyZje možné definovat souřadnicový systém turbíny, například pravotočivý polární souřadnicový systém. Jeho počátkem je průmět osy Z a nulovou osou, tedy osou, od níž se v tomto systému měří ve směru hodinových ručiček úhly, je osa procházející štěrbinou 6, zejména nejužším místem štěrbiny 6. Pokud má nejužší místo štěrbiny 6 nezanedbatelnou délku ve směru unášení lopatek 3, pak je za nulovou osu a za místo, kde lopatka 3 vstupuje do tlakové komory 4, považován například střed tohoto nejužšího místa.- 8 CZ 309564 B6 above. Looking in the Z axis direction, it is possible to define a turbine coordinate system, for example a clockwise polar coordinate system. Its origin is the projection of the Z axis and the zero axis, i.e. the axis from which angles are measured clockwise in this system, is the axis passing through the slot 6, especially the narrowest point of the slot 6. If the narrowest point of the slot 6 has a non-negligible length in the direction of the blades drift 3, then the center of this narrowest point is considered to be the zero axis and the place where the vane 3 enters the pressure chamber 4.

Mezi štěrbinou 6 a začátkem těsnicí komory 7 je tlaková komora 4 rozšířena, takže dodávané médium může procházet kolem lopatek 3. Těsnicí komora 7 je pak v podstatě zúžením tlakové komory 4, ve kterém již médium kolem lopatek 3 volně procházet nemůže, takže musí lopatky 3 posouvat a roztáčet tak rotor E Tvar těsnicí komory 7 je proto v zásadě obálkou pohybu konaného hranami lopatky 3 procházející daným místem, kde tento pohyb je tedy složením dvou rotací. Délka těsnicí komory 7, tedy velikost úhlového intervalu měřeného ve výše zavedeném souřadnicovém systému, je potom stanovena s ohledem na počet n lopatek 3 umístěných na rotoru 1 v uvažované dutině tak, aby těsnicí komora 7 byla vždy utěsněna alespoň jednou lopatkou 3, tedy následující lopatka 3 vstupuje do těsnicí komory 7 nejpozději v okamžiku, kdy zní předcházející lopatka 3 vychází. Minimální délku těsnicí komory 7 je tak možné vyjádřit 360° Cť = ----, úhlem ¹¹ a její střed se výhodně nachází 65° až 100° od nulové osy, tedy od štěrbiny 6, a to buď ve směru unášení lopatek nebo proti němu, tj. v záporném směru vzhledem k zavedenému souřadnicovému systému. Konkrétní hodnota tohoto úhlu umístění středu těsnicí komory 7 záleží mj. na úhlu mezi osou lopatek 3 a osou turbíny, jak bude detailněji popsáno níže. Délka přitom může být měřena například na kružnici, na níž leží střed těsnicí komory 7, na stěnách komory může být délka obecně jiná. Skutečná délka těsnicí komory 7 bude standardně větší než a, protože těsnicí komora 7 nemusí být lopatkou 3 utěsněna hned, jakmile lopatka 3 začne vstupovat do komory, ale musí se v ní nejdříve srovnat do vhodného natočení pro těsnění, jak je patrné například z obr. 6 a 7.Between the slot 6 and the beginning of the sealing chamber 7, the pressure chamber 4 is widened, so that the supplied medium can pass around the vanes 3. The sealing chamber 7 is then essentially a narrowing of the pressure chamber 4, in which the medium can no longer pass freely around the vanes 3, so the vanes 3 must move and thus rotate the rotor E The shape of the sealing chamber 7 is therefore basically the envelope of the movement carried out by the edges of the blade 3 passing through the given place, where this movement is therefore a composition of two rotations. The length of the sealing chamber 7, i.e. the size of the angular interval measured in the coordinate system introduced above, is then determined with regard to the number n of blades 3 located on the rotor 1 in the considered cavity so that the sealing chamber 7 is always sealed by at least one blade 3, i.e. the following blade 3 enters the sealing chamber 7 at the latest at the moment when the previous vane 3 exits. The minimum length of the sealing chamber 7 can thus be expressed as 360° Cť = ----, by an angle ¹¹ , and its center is advantageously located 65° to 100° from the zero axis, i.e. from the slot 6, either in the direction of drift of the vanes or against it , i.e. in the negative direction relative to the established coordinate system. The specific value of this angle of location of the center of the sealing chamber 7 depends, among other things, on the angle between the axis of the blades 3 and the axis of the turbine, as will be described in more detail below. The length can be measured, for example, on the circle on which the center of the sealing chamber 7 lies, the length can generally be different on the walls of the chamber. The actual length of the sealing chamber 7 will normally be greater than a, because the sealing chamber 7 does not have to be sealed by the vane 3 as soon as the vane 3 starts to enter the chamber, but must first be aligned in it to a suitable rotation for sealing, as can be seen for example from fig. 6 and 7.

Zatímco trvalé utěsnění těsnicí komory 7 je zajištěno zejména její délkou ve vztahu k počta lopatek 3, jinými slovy tím, že vzdálenost sousedních lopatek 3 je menší než délka těsnicí komory 7, trvalé utěsnění štěrbiny 6 je zajištěno zejména šířkou lopatek 3, tedy rozměrem měřeným přibližně kolmo na tloušťku i délku. Tato šířka je určena počtem lopatek 3 tak, aby ve stavu, v němž určitá lopatka 3 svou boční hranou 11 vstupuje do štěrbiny 6, byl při pohledu ve směru osy Z osou této lopatky 3, štěrbinou 6 a osou Z vymezen rovnoramenný trojúhelník s úhlem 3^ mezi rameny Uvedené osy a štěrbina 6 mohou tvořit stranu tohoto trojúhelníku, část strany nebo jeho vrcholy, v závislosti na úhlu mezi osami lopatek 3 a osou turbíny. Zároveň platí, že shodný trojúhelník je těmito prvky vymezen i ve stavu, kdy lopatka 3 svou druhou boční hranou 11 štěrbinu 6 opouští, takže lopatka 3 je v okamžiku, kdy její osa prochází štěrbinou 6, symetrická kolem roviny vymezené osou této lopatky 3 a osou turbíny. Tímto je zajištěno, že štěrbina 6 je trvale utěsněna, protože následující lopatka 3 svou boční hranou 11 vstupuje do štěrbiny 6 zatímco ji daná lopatka 3 opouští. V zásadě na sebe tedy lopatky 3 ve štěrbině 6 navazují. Úhel mezi osami lopatek 3 a osou turbíny přitom ovlivňuje vzájemný sklon bočních, tj. podélně procházejících, hran každé lopatky 3, kde bočními hranami 11 jsou tedy hrany procházející přibližně podél osy lopatky 3, které jsou spojeny hranou na volném konci lopatky 3. Zejména mohou tyto hrany být rovnoběžné (tvar lopatky 3 se na přední stěně 9 a zadní stěně 10 podobá válcovým plochám) nebo se od sebe směrem k volnému konci vzdalují či se přibližují (přední stěna 9 a zadní stěna JO jsou přibližně kuželovité, viz např. obr. 12A až 12E).While the permanent sealing of the sealing chamber 7 is ensured in particular by its length in relation to the number of vanes 3, in other words by the fact that the distance between adjacent vanes 3 is smaller than the length of the sealing chamber 7, the permanent sealing of the slot 6 is ensured in particular by the width of the vanes 3, i.e. the dimension measured approximately perpendicular to the thickness and length. This width is determined by the number of vanes 3 so that in the state in which a particular vane 3 enters the slot 6 with its side edge 11, an isosceles triangle with angle 3 is defined by the axis of this vane 3, the slot 6 and the Z axis when viewed in the direction of the Z axis ^ between the arms Said axes and slot 6 can form a side of this triangle, part of a side or its vertices, depending on the angle between the axes of the blades 3 and the axis of the turbine. At the same time, the same triangle is also defined by these elements in the state when the blade 3 leaves the slot 6 with its second side edge 11, so that the blade 3 is, at the moment when its axis passes through the slot 6, symmetrical around the plane defined by the axis of this blade 3 and the axis turbines. This ensures that the slot 6 is permanently sealed, as the following vane 3 enters the slot 6 with its side edge 11 while the given vane 3 leaves it. Basically, the vanes 3 in the slot 6 follow each other. At the same time, the angle between the axes of the blades 3 and the axis of the turbine influences the mutual slope of the lateral, i.e. longitudinally passing, edges of each blade 3, where the lateral edges 11 are therefore the edges passing approximately along the axis of the blade 3, which are connected by an edge at the free end of the blade 3. In particular, they can these edges should be parallel (the shape of the vane 3 resembles cylindrical surfaces on the front wall 9 and the back wall 10) or move away from each other towards the free end or get closer (the front wall 9 and the back wall JO are approximately conical, see e.g. fig. 12A to 12E).

Počet n lopatek 3 se může pohybovat například od 5 do 100, výhodněji např. od 8 do 50, výhodněji od 8 do 30. Turbína může zahrnovat m dutin, z nichž každá zahrnuje vlastní tlakovou komoru 4. Například je m celé číslo od 1 do 10. Každá tlaková komora 4 přitom zahrnuje štěrbinu 6, těsnicí komoru 7 a vtokový kanál 8 média. Osa tohoto kanálu, bez ohledu na hodnota parametru m, může být přibližně kolmá, např. pod úhlem 75° až 105°, výhodněji 85° až 95°, na průřez těsnicí komory 7 rovinou procházející osou turbíny a středem těsnicí komory 7. Jinými slovy může lopatka 3 mítThe number of n blades 3 can vary, for example, from 5 to 100, more preferably, for example, from 8 to 50, more preferably from 8 to 30. The turbine can include m cavities, each of which includes its own pressure chamber 4. For example, m is an integer from 1 to 10. At the same time, each pressure chamber 4 includes a slot 6, a sealing chamber 7 and an inlet channel 8 of the medium. The axis of this channel, regardless of the value of the parameter m, can be approximately perpendicular, e.g. at an angle of 75° to 105°, more preferably 85° to 95°, to the cross-section of the sealing chamber 7 in a plane passing through the axis of the turbine and the center of the sealing chamber 7. In other words can blade 3 have

-9CZ 309564 B6 rovinu symetrie, která je při umístění osy lopatky ve středu těsnicí komory 7 přibližně rovnoběžná s osou vtokového kanálu 8 média. Přiváděné médium tak přijde do kontaktu s lopatkou 3 v těsnicí komoře 7 v záběru pod vhodným úhlem pro dosažení co nejvyšší účinnosti, tj. je médium dodáváno přibližně kolmo na plochu lopatky 3. Turbína může být například vodní, parní či plynová. Při dodávání energie a otáčení rotoru 1 opačným směrem může turbína sloužit i jako pumpa či čerpadlo pro médium. V případě, že m je větší než 1 je výhodné, když je otáčení lopatek 3 plynulé s převodovým poměrem m :1 vůči otáčení rotoru 1, tedy se lopatky 3 otočí vůči rotoru 1 o m otáček na jednu otáčku rotoru 1 vůči statoru 2.-9CZ 309564 B6 plane of symmetry, which is approximately parallel to the axis of the medium inlet channel 8 when the blade axis is placed in the center of the sealing chamber 7. The supplied medium thus comes into contact with the blade 3 in the sealing chamber 7 in engagement at a suitable angle to achieve the highest possible efficiency, i.e. the medium is delivered approximately perpendicular to the surface of the blade 3. The turbine can be, for example, water, steam or gas. When supplying energy and rotating the rotor 1 in the opposite direction, the turbine can also serve as a pump or pump for the medium. If m is greater than 1, it is advantageous if the rotation of the blades 3 is smooth with a transmission ratio of m:1 to the rotation of the rotor 1, i.e. the blades 3 rotate with respect to the rotor 1 by m revolutions for one rotation of the rotor 1 with respect to the stator 2.

Rychlost otáčení lopatek 3 může být přímo úměrná rychlosti otáčení rotoru 1. Toho je možné dosáhnout například pomocí ozubených převodů. Například může otáčení lopatek 3 k otáčení rotoru 1 být v poměru 1:1. Například mohou na hřídelích lopatek 3 být nasazena ozubená kola, která jsou přímo či přes další ozubené kolo v záběru s pevně uchyceným ozubeným kolem se středem v ose turbíny. Volbou ozubených kol pak může být dosaženo požadovaného převodového poměru, který pak může ovlivnit nebo naopak být ovlivněn tvarem prvků tlakové komory 4, zejména tedy štěrbiny 6, lopatek 3 a/nebo těsnicí komory 7. Například pro určitý tvar štěrbiny 6 může být nutné lopatky 3, tj. jejich přední stěny 9 a zadní stěny 10, zakřivit kolem jejich os více, pokud je jejich otáčení vzhledem k otáčení rotoru 1 rychlejší.The speed of rotation of the blades 3 can be directly proportional to the speed of rotation of the rotor 1. This can be achieved, for example, by means of gears. For example, the rotation of the blades 3 to the rotation of the rotor 1 can be in a ratio of 1:1. For example, gears can be mounted on the shafts of the blades 3, which are directly or via another gear in engagement with a firmly fixed gear centered on the axis of the turbine. By choosing gears, the desired gear ratio can then be achieved, which can then influence or be influenced by the shape of the elements of the pressure chamber 4, in particular the slot 6, the vanes 3 and/or the sealing chamber 7. For example, for a certain shape of the slot 6, vanes 3 may be necessary , i.e. their front walls 9 and rear walls 10, to curve around their axes more if their rotation is faster relative to the rotation of the rotor 1.

Rychlost otáčení lopatek 3 může být i proměnná, zejména mohou lopatky 3 konat kyvný pohyb, tedy se otáčet kolem své osy na uzavřeném intervalu, například menším než 120° nebo než 180° nebo alespoň menším než 360°, tam a zpět. Tohoto pohybu může být dosaženo zejména vačkovým mechanismem, který může být pevně umístěn na statoru 2 a může být v kontaktu s prvky osazenými na hřídelích lopatek 3. Například může být vačkový mechanismus realizován tak, že lopatky 3 se netočí kolem vlastní osy, když se nacházejí v těsnicí komoře 7 nebo alespoň když ji utěsňují. Po opuštění těsnicí komory 7 se pak lopatky 3 mohou otočit v opačném směru do výchozí polohy. V případě využití více tlakových komor 4 se mohou lopatky 3 v každé z nich otáčet kolem vlastní osy analogicky.The speed of rotation of the vanes 3 can also be variable, in particular the vanes 3 can make a rocking movement, i.e. rotate around its axis at a closed interval, for example less than 120° or more than 180° or at least less than 360°, back and forth. This movement can be achieved in particular by a cam mechanism, which can be fixed on the stator 2 and can be in contact with the elements mounted on the shafts of the vanes 3. For example, the cam mechanism can be realized so that the vanes 3 do not rotate around their own axis when they are in the sealing chamber 7 or at least when they are sealing it. After leaving the sealing chamber 7, the vanes 3 can then turn in the opposite direction to the starting position. In the case of using several pressure chambers 4, the vanes 3 in each of them can rotate around their own axis analogously.

Volba kyvného pohybu pak opět ovlivní nebo je ovlivněna tvarem prvků tlakové komory 4. Pro určitou volbu tvaru štěrbiny 6 bude tvar lopatek 3 ovlivněn složeným pohybem lopatek 3 v oblasti štěrbiny 6, ať už je otáčení plynulé či kyvné, a tvar těsnicí komory 7 bude následně ovlivněn tvarem lopatek 3 a jejich složeným pohybem. Tvary těchto součástí je možné získat například počítačovou simulací, kdy je z volby tvaru štěrbiny 6 a případně volby otáčivého pohybu lopatek 3 (který je určen např. převodovým poměrem či podobou vačkového mechanismu atd. a volen může být například s ohledem na zvolené médium, prostorové možnosti, požadavky na hlučnost, vibrace, dobu životnosti atd.) vypočten tvar lopatek 3 a stěn těsnicí komory 7. V některých provedeních se mohou lopatky 3 otáčet trvale stejným směrem, ale proměnnou rychlostí, tj. se nejedná o kyvný pohyb, ale ani pohyb s pevně daným převodovým poměrem. Možné je i otáčení lopatek 3 v opačném směru, než ve kterém se otáčí rotor 1.The choice of oscillating movement then again affects or is influenced by the shape of the elements of the pressure chamber 4. For a certain choice of the shape of the slot 6, the shape of the vanes 3 will be influenced by the compound movement of the vanes 3 in the region of the slot 6, whether the rotation is continuous or oscillating, and the shape of the sealing chamber 7 will consequently influenced by the shape of the blades 3 and their compound movement. The shapes of these components can be obtained, for example, by computer simulation, where from the choice of the shape of the slot 6 and possibly the choice of the rotary movement of the blades 3 (which is determined by e.g. the gear ratio or the shape of the cam mechanism, etc. and can be chosen, for example, with regard to the selected medium, spatial options, requirements for noise, vibration, lifetime, etc.) the shape of the vanes 3 and the walls of the sealing chamber 7 is calculated. In some embodiments, the vanes 3 can rotate permanently in the same direction, but at a variable speed, i.e. it is not a oscillating movement, but also a movement with a fixed gear ratio. It is also possible to rotate the blades 3 in the opposite direction to that in which the rotor 1 rotates.

Výše uvedené znaky mohou být jednotlivě či ve vzájemných kombinacích aplikovány na turbíny dle vynálezu s libovolným úhlem mezi osami lopatek 3 a osou turbíny.The above features can be applied individually or in mutual combinations to turbines according to the invention with any angle between the axes of the blades 3 and the axis of the turbine.

V prvním zobrazeném příkladném provedení, které je znázorněno na obr. 1 až 3, jsou osy lopatek 3 rovnoběžné s osou turbíny Z. Toto provedení nespadá do rozsahu ochrany, který je dán zněním patentových nároků, je však vhodné pro pochopení principu fungování vynálezu. Pro štěrbinu 6 definovanou tvarem úsečky pak mají lopatky 3 přední stěnu 9 a zadní stěnu 10 ve tvaru částí přibližně válcových ploch, přičemž osa válce přední stěny 9 nesplývá s osou válce zadní stěny 10 a/nebo jsou rozdílné poloměry těchto válců, aby přední stěna 9 i zadní stěna 10 při průchodu štěrbinou 6 štěrbinu 6 utěsnily. Stěna rotoru 1 a statoru 2 vymezující dutinu s lopatkami 3 mohou být válcovité, takže boční hrany 11 lopatek 3 pak mohou být rovné a vzájemně rovnoběžné. Ve výhodných provedeních s rozšířením volného konce lopatek 3 bude rozšíření na konci obsahovat i štěrbina 6 a hrany i stěny lopatek 3 budou mít v oblasti rozšíření odpovídající tvar (zaoblení, zalomení apod.), těsnicí funkce lopatky 3 po celou dobu průchodu štěrbinou 6 a na celé délceIn the first shown exemplary embodiment, which is shown in Fig. 1 to 3, the axes of the blades 3 are parallel to the axis of the turbine Z. This embodiment does not fall within the scope of protection given by the wording of the patent claims, however, it is suitable for understanding the principle of operation of the invention. For the slot 6 defined by the shape of the segment, the vanes 3 have a front wall 9 and a back wall 10 in the shape of parts of approximately cylindrical surfaces, while the axis of the cylinder of the front wall 9 does not coincide with the axis of the cylinder of the back wall 10 and/or the radii of these cylinders are different so that the front wall 9 and the rear wall 10 when passing through the slot 6 sealed the slot 6. The wall of the rotor 1 and the stator 2 defining the cavity with the blades 3 can be cylindrical, so that the side edges 11 of the blades 3 can then be straight and parallel to each other. In advantageous designs with the expansion of the free end of the blades 3, the expansion at the end will also contain a slot 6, and the edges and walls of the blades 3 will have a corresponding shape in the region of the expansion (rounding, kinking, etc.), the sealing function of the blade 3 during the entire passage through the slot 6 and on full length

- 10 CZ 309564 B6 štěrbiny 6 však zůstane zachována. Štěrbina 6 (tj. její nejužší místo nacházející se mezi protilehlými hranami dílů přepážky 5) je v tomto provedení rovnoběžná s osou Z. Počet n lopatek 3 může být například 6 až 24. Šířka lopatek 3 je pak s ohledem na počet lopatek 3 volena tak, aby se sousední lopatky 3 potkaly ve štěrbině 6 a ta tak byla alespoň jednou lopatkou 3 trvale utěsněna.- 10 CZ 309564 B6 slot 6, however, will remain. The slot 6 (i.e. its narrowest point located between the opposite edges of the parts of the partition 5) is in this embodiment parallel to the Z axis. The number n of blades 3 can be, for example, 6 to 24. The width of the blades 3 is then selected with regard to the number of blades 3 , so that the adjacent vanes 3 meet in the slot 6 and it is thus permanently sealed by at least one vane 3.

Jak je patrné z obr. 1 a 2, přepážka 5 je uchycena jedním dílem k vnitřní obvodově stěně tlakové komory 4 a druhým dílem k vnější obvodové stěně tlakové komory 4, přičemž obě tyto stěny jsou v tomto provedení statické. V místě uchycení je přepážka 5 nejsilnější kvůli poskytnutí dostatečně pevnosti a směrem ke štěrbině 6 mezi díly se zužuje, takže štěrbina 6 je ve směru průchodu lopatek 3 úzká a díly přepážky 5 nebrání plynulému pohybu lopatek 3. Lopatky 3 se v tomto provedení otáčejí plynule, přičemž na jednu otáčku rotoru 1 vůči statoru 2 připadá jedna otáčka lopatky 3 kolem vlastní osy vůči rotoru 1. Možné je však tento úhel natočení os lopatek 3 kombinovat i s jiným převodovým poměrem mezi otáčením lopatek 3 a rotoru 1 i s kyvným pohybem či pohybem s rychlostí otáčení lopatek 3, která není přímo úměrná rychlosti rotoru 1.As can be seen from Fig. 1 and 2, the partition 5 is attached in one part to the inner peripheral wall of the pressure chamber 4 and in the other part to the outer peripheral wall of the pressure chamber 4, both of these walls being static in this embodiment. At the attachment point, the partition 5 is the strongest in order to provide sufficient strength, and it narrows towards the slot 6 between the parts, so that the slot 6 is narrow in the direction of passage of the blades 3, and the parts of the partition 5 do not prevent the smooth movement of the blades 3. The blades 3 rotate smoothly in this embodiment, while one revolution of the rotor 1 with respect to the stator 2 corresponds to one revolution of the blade 3 around its own axis with respect to the rotor 1. However, it is possible to combine this angle of rotation of the axis of the blades 3 with another gear ratio between the rotation of the blades 3 and the rotor 1, as well as with swinging movement or movement with the speed of rotation blade 3, which is not directly proportional to the speed of the rotor 1.

Tlaková komora 4 má v tomto provedení délku 100°, měřeno ve výše zavedeném souřadnicovém systému. Těsnicí komora 7 má střed 75° od štěrbiny 6, na své vnitřní straně při pohledu v ose turbíny má délku přibližně 30° a na vnější přibližně 50°. Úhel beta zavedený výše je tedy v tomto provedení 15°, takže šířka lopatek 3 je přibližně 30°. Poloha středu těsnicí komory 7 se může lišit, například o ±10°. Její délka se rovněž může lišit, vždy by však měla být taková, aby těsnicí komora 7 byla trvale utěsněna některou lopatkou 3. Vtokový kanál 8 pro přívod média může být například rovnoběžný s nulovou osou, jako v zobrazeném provedení, obecně však může být i skloněn, například o ±15°. Výhodně přiváděné médium přímo směřuje alespoň přibližně na plochu lopatky 3 v těsnicí komoře 7.In this design, the pressure chamber 4 has a length of 100°, measured in the coordinate system introduced above. The sealing chamber 7 has a center of 75° from the slot 6, on its inner side when viewed in the axis of the turbine it has a length of approximately 30° and on the outer side approximately 50°. The beta angle introduced above is therefore 15° in this embodiment, so the width of the vanes 3 is approximately 30°. The position of the center of the sealing chamber 7 can vary, for example by ±10°. Its length can also vary, but it should always be such that the sealing chamber 7 is permanently sealed by a blade 3. The inlet channel 8 for supplying the medium can, for example, be parallel to the zero axis, as in the illustrated embodiment, but in general it can also be inclined , for example by ±15°. Advantageously, the supplied medium is directed directly at least approximately to the surface of the vane 3 in the sealing chamber 7.

Hřídele lopatek 3 mohou procházet skrze stěnu rotoru 1 a za ní být opatřeny ozubenými koly zaklesnutými například do pevného ozubeného kola, pokud to velikost turbíny a zvolený převodový poměr umožňuje, nebo do dalších otočných ozubených kol uchycených ke statoru 2, která jsou zaklesnuta do kola pevného. V případě kyvného pohybu lopatek 3 může být namísto ozubených převodů využit vačkový mechanismus tvarovaný pro zajištění požadovaného pohybu lopatek 3 při průchodu těsnicí komorou 7.The shafts of the blades 3 can pass through the wall of the rotor 1 and behind it be equipped with gears meshed, for example, in a fixed gear wheel, if the size of the turbine and the selected gear ratio allow it, or in other rotating gears attached to the stator 2, which are meshed in a wheel of a fixed . In the case of swinging movement of the vanes 3, instead of gears, a cam mechanism designed to ensure the desired movement of the vanes 3 when passing through the sealing chamber 7 can be used.

V druhém zobrazeném příkladném provedení, které je zobrazeno na obr. 4 až 10, je úhel mezi osami všech lopatek 3 a osou turbíny pravým úhlem, přičemž osy lopatek 3 se protínají na ose turbíny. Pro štěrbinu 6 základního, úsečkového tvaru mohou lopatky 3 mít přední stěnu 9 a zadní stěnu 10 vymezenou v podstatě částí pláště komolého kužele, přičemž pro přední stěnu 9 a zadní stěnu 10 mají odpovídající kužele různé osy a/nebo vrcholové úhly a/nebo jsou jejich vrcholy vzájemně posunuté ve směru osy. Lopatky 3 se přitom v absolutním rozměru měřeném např. v mm rozšiřují směrem ke svým volným koncům. Měřena ve stupních v uvedeném polárním souřadnicovém systému, může být šířka lopatky 3 s osou ve štěrbině 6 v celé její délce konstantní. Stejně jako u výše popsané turbíny s osami lopatek 3 rovnoběžnými s osou Z je šířkou rozměr přibližně kolmý na osu lopatky 3 i její tloušťku, přičemž tloušťka je standardně nejmenší rozměr zajišťující utěsnění štěrbiny 6 při průchodu lopatky 3 a šířka je rozměr zajišťující utěsnění těsnicí komory 7 při průchodu lopatky 3. Boční hrany 11 lopatky 3 se k sobě tedy směrem k ose turbíny přibližují. Výhodně je tvar lopatek 3 určen kuželem s vrcholem na ose Z, takže obě boční hrany 11 by se při prodloužení protnuly na ose Z.In the second exemplary embodiment shown, which is shown in Figs. 4 to 10, the angle between the axes of all the blades 3 and the axis of the turbine is a right angle, with the axes of the blades 3 intersecting at the axis of the turbine. For a slot 6 of a basic, segmental shape, the vanes 3 may have a front wall 9 and a back wall 10 defined essentially by a part of the shell of a truncated cone, whereby for the front wall 9 and the back wall 10 the corresponding cones have different axes and/or apex angles and/or are vertices displaced from each other in the direction of the axis. At the same time, the vanes 3 expand towards their free ends in the absolute dimension measured, for example, in mm. Measured in degrees in said polar coordinate system, the width of the blade 3 with the axis in the slot 6 can be constant throughout its length. As with the above-described turbine with the axes of the blades 3 parallel to the Z axis, the width is the dimension approximately perpendicular to the axis of the blade 3 and its thickness, the thickness being the standard smallest dimension ensuring the sealing of the gap 6 when the blade 3 passes through, and the width being the dimension ensuring the sealing of the sealing chamber 7 during the passage of blade 3. The side edges 11 of blade 3 thus approach each other in the direction of the turbine axis. Advantageously, the shape of the vanes 3 is determined by a cone with the apex on the Z axis, so that both side edges 11 would intersect on the Z axis during extension.

Vnější povrch rotoru 1 i vnitřní povrch statoru 2 mohou mít tvar části kulové plochy, hrana na volném konci lopatky 3 pak může mít kruhovitý tvar pro přiléhání ke statoru 2. Štěrbina 6 je v tomto provedení kolmá k ose Z. Výhodně je štěrbina 6 rozšířena na svém konci, kterým procházejí volné konce lopatek 3, takže i lopatky 3 mají na volném konci větší tloušťku pro zajištění stability. Na zbytku své délky se může tloušťka lopatek 3 směrem k volnému konci naopak zmenšovat. Tlaková komora 4 je v tomto provedení směrem k ose turbíny ohraničena rotorem 1, v opačném směru statorem 2 a obě čela jsou rovněž součástí statoru 2. Počet lopatek 3 a tedy i úhel β může být například, jak je popsáno pro první zobrazené provedení výše. V místěThe outer surface of the rotor 1 and the inner surface of the stator 2 can have the shape of a part of the spherical surface, the edge at the free end of the blade 3 can then have a circular shape for abutting the stator 2. In this embodiment, the slot 6 is perpendicular to the Z axis. Advantageously, the slot 6 is extended to at its end, through which the free ends of the vanes 3 pass, so that the vanes 3 also have a greater thickness at the free end to ensure stability. On the rest of its length, the thickness of the vanes 3 can decrease towards the free end. In this embodiment, the pressure chamber 4 is bounded towards the turbine axis by the rotor 1, in the opposite direction by the stator 2, and both faces are also part of the stator 2. The number of blades 3 and thus the angle β can be, for example, as described for the first embodiment shown above. In place

- 11 CZ 309564 B6 uchycení je přepážka 5 výhodně nejsilnější kvůli poskytnutí dostatečně pevnosti a směrem ke štěrbině 6 mezi díly se zužuje, takže štěrbina 6 je ve směru průchodu lopatek 3 úzká a nebrání plynulému pohybu lopatek 3. Přepážka 5 je svými díly uchycena k oběma čelům 13 tlakové komory 4. Lopatky 3 se v tomto provedení otáčejí plynule, stejnou úhlovou rychlostí jako rotor 1. Možné je však tento úhel natočení os lopatek 3 kombinovat i s jiným převodovým poměrem mezi otáčením lopatek 3 a rotoru 1 i s kyvným nebo nerovnoměrně rychlým otáčivým pohybem.- 11 CZ 309564 B6 fastening, the partition 5 is advantageously the strongest to provide sufficient strength, and it narrows towards the slot 6 between the parts, so that the slot 6 is narrow in the direction of passage of the vanes 3 and does not prevent the smooth movement of the vanes 3. The partition 5 is attached to both parts to the fronts 13 of the pressure chamber 4. In this embodiment, the blades 3 rotate continuously, at the same angular speed as the rotor 1. However, it is possible to combine this angle of rotation of the axes of the blades 3 with a different gear ratio between the rotation of the blades 3 and the rotor 1, even with a oscillating or unevenly fast rotational movement .

V zobrazeném provedení je převodový mechanismus s poměrem 1:1 pro otáčení lopatek 3 realizován tak, že sousední lopatky 3 jsou vždy zaklesnuty do různých ozubených kol, aby byl mechanismus co nejmenší. Tento mechanismus je naznačen na obr. 8 a 9. Na obr. 8 je pohled na turbínu v řezu rovinou, ve které leží osa turbíny i přepážka 5, a je tak znázorněn převodový mechanismus pro první polovinu lopatek 3, který zahrnuje řadu hřídelí spojených s lopatkami 3, dvě pomocné hřídele a množinu ozubení. První pomocná hřídel prochází v ose turbíny do komory 14 pro ozubení, kterou je vymezen prostor pro pohyb ozubení během rotace rotoru 1, resp. prostor pro otáčení rotoru 1 okolo ozubených převodů, a je otočně uchycena k rotoru 1. Druhá pomocná hřídel je otočně uchycena ke statoru 2. Jak je patrné na obr. 8, hřídel lopatky 3 zahrnuje první ozubení 15 zaklesnuté do druhého ozubení 16 na první pomocné hřídeli. Druhý konec této hřídele je svým třetím ozubením 17 zaklesnut do čtvrtého ozubení 18, které je na druhé pomocné hřídeli otočně uchycené ke statoru 2. Tato hřídel je pak svým pátým ozubením 19 zaklesnuta do šestého ozubení 20, které je součástí rotoru 1 a nachází se kolem osy turbíny uvnitř komory 14 pro ozubení. V důsledku otáčení rotoru 1 je tak z rotoru 1 přenášen kroutící moment na druhou pomocnou hřídel, z ní na první pomocnou hřídel a z ní na první polovinu lopatek 3, které jsou zaklesnuty svými prvními ozubeními 15 do společného druhého ozubení 16. Převodový poměr mechanismu je pak volen o ohledem na prostorové možnosti a požadavky na vlastnosti turbíny volbou převodového poměru některých popsaných ozubení. Na obr. 8 je dále patrné, jak lopatka 3 při průchodu štěrbinou 6 těsně doléhá na stěny štěrbiny 6 a utěsňuje ji.In the illustrated embodiment, the gear mechanism with a 1:1 ratio for turning the vanes 3 is implemented in such a way that the adjacent vanes 3 are always engaged in different gears to make the mechanism as small as possible. This mechanism is indicated in Figs. 8 and 9. Fig. 8 is a cross-sectional view of the turbine in the plane in which both the turbine axis and the baffle 5 lie, thus showing the transmission mechanism for the first half of the blades 3, which includes a series of shafts connected to with 3 blades, two auxiliary shafts and a set of gears. The first auxiliary shaft passes in the axis of the turbine into the chamber 14 for gearing, which defines the space for the movement of the gearing during the rotation of the rotor 1, or space for the rotation of the rotor 1 around the gears, and is rotatably attached to the rotor 1. The second auxiliary shaft is rotatably attached to the stator 2. As can be seen in Fig. 8, the blade shaft 3 includes a first gear 15 meshed with a second gear 16 on the first auxiliary shaft. The other end of this shaft is engaged with its third gear 17 in the fourth gear 18, which is rotatably attached to the stator 2 on the second auxiliary shaft. This shaft is then engaged with its fifth gear 19 in the sixth gear 20, which is part of the rotor 1 and is located around turbine axes inside the gearing chamber 14. As a result of the rotation of the rotor 1, the torque is thus transmitted from the rotor 1 to the second auxiliary shaft, from it to the first auxiliary shaft and from it to the first half of the blades 3, which are engaged with their first gearing 15 in the common second gearing 16. The gear ratio of the mechanism is then chosen with regard to the spatial possibilities and requirements for the properties of the turbine by choosing the gear ratio of some described gears. Fig. 8 also shows how the blade 3, when passing through the slot 6, closely rests on the walls of the slot 6 and seals it.

Na obr. 9 je pak znázorněn převodový mechanismus pro druhou polovinu lopatek 3. Řez na tomto obrázku má rovinu vedenou kolmo k rovině řezu z obr. 8, takže prochází těsnicí komorou 7. Tento mechanismus zahrnuje pomocnou hřídel pro každou lopatku 3, přičemž první ozubení 15 na hřídeli lopatky 3 je zaklesnuté do sedmého ozubení 21 na pomocné hřídeli, která je na opačném konci svým osmým ozubením 22 zaklesnuta do devátého ozubení 23 umístěného na statoru 2 kolem osy Z. V zobrazeném provedení toto deváté ozubení 23 těsně obklopuje hlavní hřídel rotoru 1. Mechanismus této druhé poloviny lopatek 3 rovněž zajištuje otáčení lopatek 3 v důsledku otáčení mezi rotorem 1 a statorem 2, se stejným převodovým poměrem jako mechanismus popsaný v předchozím odstavci. Na obr. 9 je dále viditelné utěsnění těsnicí komory 7 lopatkou 3 a je patrné, jak stěny těsnicí komory 7 kopírují tvar hran lopatky 3.Fig. 9 then shows the transmission mechanism for the second half of the vanes 3. The section in this figure has a plane perpendicular to the plane of the section in Fig. 8 so that it passes through the sealing chamber 7. This mechanism includes an auxiliary shaft for each vane 3, the first gear 15 on the shaft of the blade 3 is meshed into the seventh gearing 21 on the auxiliary shaft, which at the opposite end with its eighth gearing 22 is meshed into the ninth gearing 23 located on the stator 2 around the Z axis. In the illustrated embodiment, this ninth gearing 23 closely surrounds the main shaft of the rotor 1 The mechanism of this second half of the blades 3 also ensures the rotation of the blades 3 due to the rotation between the rotor 1 and the stator 2, with the same gear ratio as the mechanism described in the previous paragraph. In Fig. 9, the sealing of the sealing chamber 7 by the vane 3 is also visible, and it can be seen how the walls of the sealing chamber 7 copy the shape of the edges of the vane 3.

Tlaková komora 4 může mít délku například 100° až 135°. Střed těsnicí komory 7 může být umístěn například 80° až 100° od štěrbiny 6, výhodně 90° od štěrbiny 6. Možné je realizovat turbínu i tak, že jsou tyto úhly definující polohu a velikost komor měřeny proti směru unášení lopatek, tj. jsou záporné. V pohledu na obr. 10 je viditelné natočení všech lopatek turbíny, se středem 90° od štěrbiny. Směr unášení lopatek 3 je v tomto pohledu proti směru hodinových ručiček, takže soustava souřadnic je levotočivá. Na tomto obrázku je dále patrné, že sousední lopatky 3 mají jinak dlouhé hřídele, jak bylo popsáno výše s ohledem na převodový mechanismus. Délka těsnicí komory 7 může být v zobrazeném provedení s dvanácti lopatkami 3 například 40° až 70°, výhodně 45° až 60°, například 50°. Vždy je volena tak, aby byla trvale utěsněna aspoň jednou lopatkou 3, takže pro větší počet lopatek 3 může být i kratší, zatímco pro méně lopatek 3 může být nutné její délku zvětšit. Beta je v zobrazeném provedení 15°. Vtokový kanál 8 je například natočen rovnoběžně s přepážkou 5, takže je přibližně kolmo vůči lopatce 3 v těsnicí komoře 7, je však možné ho natočit, například o ±15°.The pressure chamber 4 can have a length of, for example, 100° to 135°. The center of the sealing chamber 7 can be located, for example, 80° to 100° from the slot 6, preferably 90° from the slot 6. It is also possible to realize the turbine in such a way that these angles defining the position and size of the chambers are measured against the direction of drift of the blades, i.e. they are negative . In the view of Fig. 10, the rotation of all the turbine blades is visible, with the center at 90° from the slot. The drifting direction of the blades 3 in this view is counterclockwise, so the coordinate system is left-handed. In this figure, it can further be seen that the adjacent vanes 3 have otherwise long shafts, as described above with respect to the transmission mechanism. The length of the sealing chamber 7 in the shown design with twelve vanes 3 can be, for example, 40° to 70°, preferably 45° to 60°, for example 50°. It is always chosen so that it is permanently sealed by at least one blade 3, so for a larger number of blades 3 it can be shorter, while for fewer blades 3 it may be necessary to increase its length. Beta is 15° in the version shown. The inlet channel 8 is, for example, turned parallel to the partition 5, so that it is approximately perpendicular to the vane 3 in the sealing chamber 7, but it is possible to turn it, for example, by ±15°.

Na obr. 11A je znázorněn pohled na lopatku 3 kuželovitého tvaru a na obr. 11B-11D jsou znázorněny průřezy takové lopatky v několika variantách. Na obr. 11B má lopatka po celé délce konstantní tloušťku (celou délkou je zde rozuměna délka části lopatky 3 vystupující z rotoru 1). NaFig. 11A shows a view of a blade 3 of a conical shape, and Figs. 11B-11D show cross-sections of such a blade in several variants. In Fig. 11B, the blade has a constant thickness along its entire length (the whole length is understood here as the length of the part of the blade 3 emerging from the rotor 1). On

- 12 CZ 309564 B6 obr. 11C se lopatka po celé vystupující délce směrem k volnému konci zužuje. Na obr. 11D se lopatka zužuje na většině délky a na volném konci je opatřena rozšířeným zpevňovacím úsekem 12. Detailní pohled na tento úsek je znázorněn na obr. 11E. Obecně může mít zpevňovací úsek 12 v podstatě libovolný tvar, například mohou jeho hrany či stěny být zaoblené, aby na ostrých hranách a rozích nedocházelo ke koncentracím napětí. Zpevňovací úsek 12 může být využit i na lopatce 3 s konstantní tloušťkou. Zpevňovací úsek 12 může v nejtlustším místě mít tloušťku například stejnou jako lopatka 3 těsně u rotoru 1, což může být například dvojnásobek tloušťky lopatky 3 těsně před zpevňovacím úsekem 12. Obecně může být tloušťka lopatky 3 a zpevňovacího úseku 12 v podstatě libovolná, volená s ohledem na ostatní konstrukční znaky turbíny, zejména s ohledem na to, aby nedošlo k nepřiměřenému deformování lopatky 3 během záběru. Možné jsou i lopatky 3 se zpevňovacím úsekem 12 jinde než v blízkosti volného konce, např. uprostřed délky lopatky 3. Možné jsou i lopatky 3 s více zpevňovacími úseky 12.- 12 CZ 309564 B6 Fig. 11C, the blade narrows along the entire projecting length towards the free end. In Fig. 11D, the blade tapers along most of its length and is provided with an extended reinforcing section 12 at the free end. A detailed view of this section is shown in Fig. 11E. In general, the reinforcing section 12 can have essentially any shape, for example its edges or walls can be rounded so that there are no stress concentrations at sharp edges and corners. The strengthening section 12 can also be used on the blade 3 with a constant thickness. The reinforcing section 12 can have a thickness at its thickest point, for example, the same as the blade 3 close to the rotor 1, which can be, for example, twice the thickness of the blade 3 just before the reinforcing section 12. In general, the thickness of the blade 3 and the reinforcing section 12 can be essentially arbitrary, chosen with regard to on the other design features of the turbine, especially with regard to preventing excessive deformation of the blade 3 during engagement. Blades 3 with a reinforcing section 12 elsewhere than near the free end, e.g. in the middle of the length of the blade 3, are also possible. Blades 3 with more reinforcing sections 12 are also possible.

V dalších provedeních může být úhel mezi osami lopatek 3 a osou turbíny Z libovolný z intervalu 0 až ±90°. S ohledem na volbu tohoto úhlu se může měnit i sklon štěrbiny 6 vůči ose turbíny, může se měnit tvar lopatek 3, zejména vzájemný sklon bočních hran 11, a může se měnit umístění středu těsnicí komory 7. Zejména se tyto parametry mohou dle sklonu os lopatek 3 pohybovat mezi hodnotami stejných parametrů z prvního zobrazeného příkladu provedení a druhého zobrazeného příkladu provedení. Například pro úhel mezi osami lopatek 3 a osou turbíny 45°, tak může i štěrbina 6 být skloněna vůči ose turbíny o 45°. Umístění středu těsnicí komory 7 může být v polovině mezi středem v prvním zobrazeném provedení a středem v druhém zobrazeném provedení. Lopatky 3 se směrem k volnému konci rozšiřují (při měření šířky v mm), ale méně rapidně než v druhém zobrazeném provedení. Při pohledu v ose Z mohou být boční hrany 11 lopatek 3 skloněné tak, že by se protnuly na ose Z. Obecně může platit, že čím více se směr os lopatek 3 blíží směru osy turbíny, tím více se kužel, který tvar lopatek 3 vymezuje, zejména sklon bočních hran 11, blíží tvaru válce. Hraničním případem tohoto kužele je pak válec pro turbínu s osami lopatek 3 rovnoběžnými s osou Z. Dále se touto změnou směru os může střed těsnicí komory 7 blížit přepážce 5. Volba úhlu mezi osami lopatek 3 a osou Z může dále ovlivnit, zda jsou čela 13 tlakové komory 4 obě součástí statoru 2 či je jedno součástí rotoru 1, a podobně, zda jsou její vnitřní a vnější obvodová stěna obě součástí statoru 2 či jedna součástí rotoru 1 a druhá statoru 2 apod.In other embodiments, the angle between the axes of the blades 3 and the axis of the turbine Z can be arbitrary from 0 to ±90°. With regard to the choice of this angle, the inclination of the slot 6 in relation to the axis of the turbine can also be changed, the shape of the blades 3, in particular the mutual inclination of the side edges 11, and the location of the center of the sealing chamber 7 can be changed. 3 to move between the values of the same parameters from the first displayed embodiment and the second displayed embodiment. For example, for an angle between the axes of the blades 3 and the axis of the turbine of 45°, the slot 6 can also be inclined to the axis of the turbine by 45°. The location of the center of the sealing chamber 7 may be halfway between the center in the first illustrated embodiment and the center in the second illustrated embodiment. The vanes 3 widen towards the free end (when measuring the width in mm), but less rapidly than in the second embodiment shown. When viewed in the Z axis, the side edges 11 of the blades 3 may be inclined so as to intersect on the Z axis. In general, it may be true that the closer the direction of the axis of the blades 3 is to the direction of the turbine axis, the more the cone that defines the shape of the blades 3 , especially the slope of the side edges 11, is close to the shape of a cylinder. The borderline case of this cone is a cylinder for a turbine with the axes of the blades 3 parallel to the Z axis. Furthermore, by this change in the direction of the axes, the center of the sealing chamber 7 can be closer to the partition 5. The choice of the angle between the axes of the blades 3 and the Z axis can further influence whether the faces 13 pressure chamber 4 are both parts of stator 2 or one is part of rotor 1, and similarly, whether its inner and outer perimeter walls are both parts of stator 2 or one part of rotor 1 and the other of stator 2, etc.

Pět příkladných provedení turbíny s různým natočením os lopatek 3 je znázorněno na obr. 12A až 12E. Na obrázku 12A je úhel γ tohoto natočení devadesát stupňů, přičemž volné konce lopatek 3 směřují k sobě a k ose Z. Na obr. 12E je γ rovněž devadesát stupňů, ale podoba lopatek 3 odpovídá turbíně popsané výše vzhledem k obr. 4 až 7. Na obr. 12B jsou osy lopatek 3 rovnoběžné s osou Z, obdobně jako na obr. 1 až 4, takže γ je nula, resp. sto osmdesát stupňů. Na obr. 12C i 12D je γ 45°, přičemž lopatky 3 směřují volnými konci k sobě a ose Z (obr. 12C) nebo od ní (obr. 12D), přičemž v obou těchto provedeních tvar lopatek odpovídá kuželu s vrcholem na ose Z.Five exemplary designs of the turbine with different rotation of the axes of the blades 3 are shown in Fig. 12A to 12E. In Figure 12A, the angle γ of this rotation is ninety degrees, with the free ends of the blades 3 pointing towards each other and the Z axis. In Figure 12E, γ is also ninety degrees, but the shape of the blades 3 corresponds to the turbine described above with respect to Figures 4 to 7. Fig. 12B, the axes of the blades 3 are parallel to the Z axis, similarly to Figs. 1 to 4, so that γ is zero, or one hundred and eighty degrees. In both Fig. 12C and 12D, γ is 45°, with the free ends of the vanes 3 pointing towards each other and the Z-axis (Fig. 12C) or away from it (Fig. 12D), and in both these designs the shape of the vanes corresponds to a cone with the apex on the Z-axis .

- 13 CZ 309564 B6- 13 CZ 309564 B6

Claims

1. Turbine with rotating blades (3) comprising a rotor (1) adapted to rotate about the rotor axis Z and a stator (2), wherein from the outer surface of the rotor (1) there are n blades (3) equally spaced around the Z axis, each blade (3 ) is rotatable around its axis, whereby the rotation of the blades (3) is dependent on the rotation of the rotor (1), whereby • each blade (3) includes a front wall (9) and a rear wall (10), both of which are viewed in the axis of the blade (3) curved with the center of curvature on the same side as the blade (3), and two side edges (11), • while the turbine further includes a pressure chamber (4) bounded by the front face (13) of the pressure chamber (4) and the rear face (13) ) of the pressure chamber (4) from both axial directions of the turbine, by the inner circumferential wall of the pressure chamber (4) and the outer circumferential wall of the pressure chamber (4), • while the beginning of the pressure chamber (4) is defined by a two-part partition (5), while between the two parts the partition (5) has a slot (6) for the entry of the blade (3) into the pressure chamber (4), characterized by the fact that • the shape of the blade (3) is adapted to closely copy the shape of the slot (6) when passing through the slot (6) ), • while for each vane in the position at the exit from the slot, when the vane is located in the pressure chamber and one of its edges is located in the slot, the following vane is in the position at the entrance to the slot, when the vane is located outside the pressure chamber and one of its the edge is located in the slot, • while the pressure chamber (4) contains, in the direction of drift of the vanes (3), first an inlet channel (8) for supplying the medium to the pressure chamber (4) and then a sealing chamber (7) which has a length of at least o

360° and =-size a, while ⁿ and the center of the sealing chamber (7) is located from the slot (6) in the drifting direction of the vanes (3) in the range +65° to +100° or -100° to -65°, • wherein the axis of rotation of each blade (3) is divergent with respect to the Z axis and in each position of rotation of the rotor (1) the slot (6) is sealed by at least one blade (3) and the sealing chamber (7) is sealed by at least one other blade (3), wherein the shape of the front wall (9) and rear wall (10) of each vane (3) is defined by the envelope of the composite motion of the vane (3) passing through the slot (6) relative to the slot (6).

2. A turbine with rotating blades (3) according to claim 1, characterized in that the number n of blades (3) is from 5 to 100.

3. Turbine with rotating blades (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that the turbine contains m pressure chambers (4), each containing a sealing chamber (7), a partition (5), a slot (6) and an inlet channel ( 8), where m is an integer from 1 to 10.

4. A turbine with rotating blades (3) according to claim 3, characterized in that the blades (3) are adapted to rotate around their own axis using a transmission ratio of m:1 to the speed of rotation of the rotor (1).

5. Turbine with rotating blades (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that the turbine is selected from the group consisting of a water turbine, a steam turbine or a gas turbine.

6. A turbine with rotating blades (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that each blade (3) has its own plane of symmetry in which the axis of the blade (3) lies, while in the position of the blade (3) in the center of the sealing chamber (7) the axis of the inlet channel (8) forms an angle smaller than 15° with the plane of symmetry of the blade (3).

7. A turbine with rotating blades (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that the blades (3) are adapted to rotate at an angular velocity equal to an integer multiple of the angular velocity of the rotor (1).

- 14CZ 309564 B6

8. A turbine with rotating blades (3) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the blades (3) are adapted to oscillating rotation.

9. A turbine with rotating blades (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that each blade (3) contains a strengthening section (12) with an increased thickness at its free end.

10. A turbine with rotating blades (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of each blade (3) decreases towards its free end over most of the length of the blade (3).

11. A turbine with rotating blades (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that the shape of the sealing chamber (7) is defined by the envelope of the composite movement of the edges of the blade (3) passing through the sealing chamber (7).

12. A turbine with rotating blades (3) according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the axes of the blades (3) are perpendicular to the axis of the turbine, while the center of the sealing chamber (7) is located from the slot (6) in the drift direction blades (3) in the range of 80° to 100° or -100° to -80° and the side edges (11) of each blade (3) approach each other in the direction of the turbine axis.

13. A turbine with rotating blades (3) according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the angle of divergent rotation of the axes of the blades (3) relative to the axis of the turbine is greater than or equal to -90° or less than or equal to 90°.