DE202014100531U1

DE202014100531U1 - Ein- und zweiflutige Überdruckturbine und Turbinenluftstrahlanlage dafür

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Publication number: DE202014100531U1
Application number: DE201420100531
Authority: DE
Original assignee: SHRAMKO ANDREY VALER EVICH
Current assignee: SHRAMKO ANDREY VALER EVICH
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2024-02-07

Abstract

Einflutige Überdruckturbine, umfassend einen einflutigen Kreiselrad mit Laufschaufeln, wobei der Kreiselrad auf einer Walze drehbar installiert ist, Kompression eines darin zugeführten Druckmittels ermöglicht und mit einer Kreisschiene auf den oberen Seitenkanten der Laufschaufeln so geschlossen ist, dass Fliehkanäle mit Ausgangsmündungen ausgebildet sind, und einen hohlen torusförmigen Kollektor, der von einem Inendurchmesser und einem Außendurchmesser begrenzt ist und weist eine sich seines Inendurchmesserumfangs entlang erstreckende Inenöffnung auf, wobei der Kollektor fest und abgedichtet am einflutigen Kreiselrad so befestigt ist, dass die Ausgangsmündungen der Fliehkanäle zu einem Innenraum des torusförmigen Kollektors geöffnet sind, wobei der Kollektor Außenöffnungen aufweist, die in vorteilhafter Weise entlang des Außendurchmesserumfangs des torusförmigen Kollektors angeordnet sind und in denen Überdruckdüsen installiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft Maschinenbau, insbesondere Druckluft-, Gas- und Dampfturbinen für den Antrieb von Stromgeneratoren, Motorenanlagen, Kompressoren von Kühlanlagen und Wärmepumpen.
Bekannt ist die Turbine (Gebrauchsmusterpatent RU99540 ), die aus einem Rotor mit vom Umfang her gleichmäßig im Randgebiet angeordneten Düsen, einem Stator mit Laufschaufeln und einem eingangsseitigen Einbläser ins Turbinengehäuse, wodurch sich die Turbinen-Effektivität erhöht besteht.
Der Hauptmangel dieser Turbine ist der niedrige Nutzwert, der durch wesentliche Druckverluste bedingt ist, sowohl in der Druckmittel-Einströmung in die Turbine aufgrund der komplizierten und suboptimalen Durchlaufkonfiguration im Segment, das den Eingang, den Ausgang und die Kanäle des Radialgebläses, die Kanäle mit den Laufschaufeln des stehenden Leitapparats, die Kanäle mit Laufschaufeln des drehbaren Leitapparats, der den notwendigen Kompressionsgrad des Druckmittels im Rotorraum nicht ermöglicht einschließt, als auch in der Druckmittel-Ausströmung aus der Turbine aufgrund der vereinfachten und suboptimalen Konfiguration der Düsen, die als verengte Düsen, Schalldüsen, Beschleunigungsdüsen ausgeführt sind und die keine Hypergeschwindigkeit der Druckmittel-Ausströmung aus der Turbine gewährleisten.
Die Druckmittel-Einströmung in die Turbine umströmt den drehenden Außenmantel des Einbläsers. Dabei verändert sie die Bewegungsrichtung ablenkend unter dem Winkel von fast 180°, was den wesentlichen Druckverlust in der Strömung veranlasst. Aus dem Einbläser bewegt sich die Druckmittel-Ausströmung nicht radial, sondern längs der Achse der Einbläserdrehung, was auch den Kompressionsgrad des Druckmittels wesentlich reduziert. Die Laufschaufeln des stehenden Leitapparats und die Laufschaufeln des drehbaren Leitapparats bewirken ebenso wesentliche Druckverluste in der Strömung des Druckmittels. Im Ergebnis ist der Kompressionsgrad der Strömung des Druckmittels in der Turbine unter Beachtung des relativ geringen Einbläserdurchmessers nicht hoch.
Außerdem ermöglicht die vereinfachte und suboptimale Konfiguration der flachen und verengten Schalldüsen als Beschleunigungsdüsen keine hohe Effektivität der Turbinenarbeit, denn im Moment der Beschleunigung bis zur Schallgeschwindigkeit läuft die Druckmittelströmung aus dem Hals der Düse aus und verlässt die Turbine mit ziemlich großem Druck innerhalb der Strömung. Der Druckverlust (das bedeutet auch den Verlust des Ausgangsimpulses des Druckmittelstroms) kann in diesem Fall bis 30–35% erreichen.
Zu den weiteren Mängeln dieser Turbine gehören sowohl die Schwierigkeit der Herstellung eines Rotors mit Düsen als auch der große Materialeinsatz und die Stoff- und Hauptabmessungen der Turbine insgesamt.
Am ähnlichsten zu den angezeigten sind die Verfahren zur Produktion mechanischer Energie in der Turbine und die Turbine für die Verfahrensrealisation (Patent der Russischen Föderation Nr. 2200848 , F01D1/32, 11.03.2002).
Das bekannte Verfahren zur Produktion mechanischer Energie in der Turbine, die ein Drehkreuz enthält, schließt die Förderung des Druckmittels in die Kanäle des Turbinenrotors und das Anfahren des Druckmittels bei der Ausströmung aus den Kanälen in einer zum Radius des Rotors senkrechten Richtung mit Rotordrehunterstützung ein. Das Druckmittel aus den Rotorkanälen wird in den mit dem Mantel gebildeten Raum um den Rotor herum befördert. Das Druckmittel steht reibungsbehaftet mit dem Mantel in Wechselwirkung und strömt beschleunigend in einer Richtung mit der Rotordrehunterstützung durch die Öffnungen im Mantel aus. Der mit dem Mantel gebildete Raum um den Rotor herum wird als geschlossen dem Abwälzradius nach längs der Ausgangsöffnungen der Rotorkanäle hergestellt. Das durch die Öffnungen im Mantel ausströmende Druckmittel beschleunigt sich längs des Kreises senkrecht zum Mantelradius in der zur Ausströmung entgegengesetzten Richtung. Dieses Patent wird als nächstliegender Stand der Technik und Vorgänger angenommen.
Die bekannte Turbine enthält folgendes:
das Drehkreuz (als das mit der Walze auf einer Achse befestigte Rohr mit geschlossener Mündung), wobei die Turbine mit einer Drehungsmöglichkeit auf dem Rohr eingestellt wird, ist zumindest ein Paar von Rohransätzen mit entgegengesetzt von der Achse abgebogenen offenen Mündungen radial entgegengesetzt auf der Turbine befestigt, wobei die Achsen der abgebogenen offenen Rohransatzmündungen befinden sich senkrecht zu der sich durch die Rohransatzachsen und die Rohrachse hindurchziehende Ebene, außerdem sind in der Rohrwandung gemäß den Rohransätzen Öffnungen gebohrt;
den Mantel, der auf einer Achse mit einer Drehungsmöglichkeit der eingestellten Walze befestigt ist und das Drehkreuz umfasst,
der das Drehkreuz und den Mantel umfassende Halterungsblock mit Öffnungen für die Aufstellung des Drehkreuzrohres und der Drehkreuzwalzen und die Aufstellung des Mantels mit dem Stützen des Druckmittelausgangs, wobei
der Mantel in Form einer zylindrischen Trommel hergestellt ist. Die Zylinderleiste der Trommel schließt sich an die abgebogenen Rohransatzmündungen des Drehkreuzes spielbehaftet an. Auf der Zylinderleiste der Trommel ist zumindest ein Paar von Rohransätzen mit entgegengesetzt von der Achse abgebogenen offenen Mündungen radial entgegengesetzt befestigt. Die Seiten liegen entgegen der Seiten der Rohransatzmündungen des Drehkreuzes. Dabei befinden sich die Achsen der abgebogenen offenen Rohransatzmündungen der Trommel senkrecht zu der sich durch die Rohransatzachsen und Rohrachse hindurchziehende Ebene, und in der Wandung der Leiste gemäß den Rohransätzen werden Öffnungen gebohrt.
Der Nachteil des bekannten Verfahrens und der dieses Verfahren realisierenden Turbine besteht in der niedrigen Effektivität der Produktion mechanischer Energie. Offenbar ist, dass die Konstruktion der repräsentierten Turbine aufgrund mehrerer Ursachen keine Realisation in Drehkreuz-Rohransätzen mit offenen Mündungen und in Rohransätzen der Trommel mit offenen Mündungen, große Kosten, großen Druckunterschied, große Geschwindigkeiten der Druckmittelausströmung und als Folge keine hohe Effektivität der Produktion mechanischer Energie ermöglicht.
Erstens muss für die effektive Ausströmung des Druckmittels aus dem inneren Raum der Trommel 5 durch die Rohransätze 8 der Druck im inneren Raum der Trommel 5 ziemlich hoch sein. Aber ein ziemlich hoher Druck im inneren Raum der Trommel 5 ermöglicht keine effektive Ausströmung des Druckmittels in den Innenraum der Trommel 5 aus den Rohransätzen 3. Offenbar ist, dass die Anwesenheit der Trommel 5 in der Turbinenkonstruktion unberechtigt und überflüssig ist, weil dies zum wesentlichen Effektivitätsverlust in der Produktion mechanischer Energie in der Turbine führt und auch substantiell die Stoff- und Hauptabmessungen der Turbine insgesamt vergrößert.
Zweitens ist die Rolle oder der Beitrag der Reibungskraft des Druckmittels an den Innenwandungen der Trommel 5 in diesem Verfahren zur Produktion mechanischer Energie gering, weil die Dicke und die Masse der Grenzschicht des Druckmittels, die in diesem Prozess eingesetzt wird, einen zu kleinen Teil von der Gesamtausgabe des Druckmittels durch die Rohransätze 3 betragen wird.
Drittens werden bei der Drehung der Trommel 5 keine Fliehkräfte auf das Druckmittel einwirken. Die Fliehkräfte schaffen den Fliehkraftdruck, unter dessen sich die Ausströmung des Druckmittels aus den offenen Mündungen 9 der Trommel 5 ereignen muss, die ein zusätzliches Drehmoment schafft, das sich mit dem Reibungsmoment ansummt, weil ein geringer Massenteil des sich im Innenraum der Trommel 5 als dünne Grenzschicht befindenden Druckmittels, der an die Innenwandung der Trommel 5 angrenzt, mit ihm in einer Richtung drehen wird. Und die restliche Masse dieses Druckmittels wird durch die vom Drehkreuz geschaffenen Wirbelströme in die Drehung in die entgegengesetzte Richtung mit einbezogen. Dabei hängt die Geschwindigkeit dieser Druckmittelmasse vom Abstand bis zum Drehpunkt der Trommel 5 ab. Es ergibt sich, dass eine dritte Schicht innerhalb der Trommel 5 zwischen den zwei gegenseitig drehenden Schichten des Druckmittels existiert, in der das Druckmittel praktisch fest und bewegungslos ist. Mit Rücksicht darauf und auch darauf, dass die Gesamtmasse des im Innenraum der Trommel 5 sich befindenden Druckmittels gering ist, ist es in diesem Fall inkorrekt zu behaupten, dass die Rolle der Drehkräfte in irgendeiner Weise für die Effektivität der Turbine förderlich sei. Außerdem bewirkt der ortsveränderliche und unstetige Charakter der Strömung des Druckmittels am Eingang in die Rohransätze 8, der vom minimalen Abstand zwischen dem Drehkreuz und dem Eingang in den Rohransatz 8 und von der Drehzahl des Drehkreuzes verursacht ist, die Verminderung der Effektivität der Druckmittelausströmung durch die Rohransätze, was die Impulsgröße der Schubkraft und auch daher den Nutzwert der Turbine vermindert.
Die Aufgabe der hier angezeigten Erfindung ist die Erhöhung der Effektivität der Produktion mechanischer Energie in einer ein- und zweiflutigen Überdruckturbine und in einer auf deren Grundlage ausgeführten Turbinenluftstrahlanlage, durch die Veränderung des Wärmekreisprozesses ihrer Arbeit mit der Leistungs- und Nutzwerterhöhung als auch die Verminderung der Stoff- und Hauptabmessungen bei der vorgegebenen geforderten Leistung.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch erfüllt, dass das Verfahren zur Produktion mechanischer Energie in der Überdruckturbine folgendes einschließt:
die Förderung des Druckmittels ins einflutige oder zweiflutige Kreiselrad mit Fliehkraftkanälen, die Kompression des Druckmittels durch die wirkende Fliehkräfte und die Durchlaufsgeometrie der Fliehkraftkanäle, was für die Dichte-, Temperatur-, Druck- und Geschwindigkeitserhöhung sorgt,
die Zuführung des Druckmittels in den torusförmigen Kollektor mit Überdruckdüsen, was für den Ausgleich der Gradienten, der Dichte, der Temperatur, des Drucks und der Geschwindigkeit im Druckmittelstrom sorgt, mit der Geschwindigkeitsverminderung des Stroms und der Erhöhung des Drucks darin, unter dessen Einwirkung das Druckmittel in Überdruckdüsen beschleunigt wird und daraus in die Umgebung mit Hypergeschwindigkeit ausströmt. Damit wird ein Schubkraftimpuls erzeugt, der dabei die Drehung des Kreiselrads der einflutigen oder zweiflutigen Überdruckturbine ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe wird auch dadurch erfüllt, dass die einflutige Überdruckturbine folgendes enthält:
das auf der Walze installiertes drehbares einflutiges Kreiselrad mit Laufschaufeln, das mit der Versorgung der Kompression von dem darin geförderten Druckmittel hergestellt wird und mit der Kreisschiene auf der oberen Seitenkante der Laufschaufeln geschlossen ist, mit der Bildung von Fliehkraftkanälen, und
den hohlen torusförmigen Kollektor mit der Bohrungsöffnung rundherum, der fest und abgedichtet an das einflutiges Kreiselrad so befestigt ist, dass die Ausgangsmündungen der Fliehkraftkanäle zum Innenraum vom torusförmigen Kollektor geöffnet sind. Dabei werden die Öffnungen in vorteilhafter Weise rundherum am Außendurchmesser des torusförmigen Kollektors gebohrt, in denen die Überdruckdüsen installiert sind.
Der technische Nutzeffekt der Erfindung ist die Erhöhung der Effektivität der Produktion mechanischer Energie in einer ein- und zweiflutigen Überdruckturbine und in einer auf deren Grundlage ausgeführten Turbinenluftstrahlanlage, für Leistungs- und Nutzwerterhöhung als auch für die Verminderung der Stoff- und Hauptabmessungen bei der vorgegebenen geforderten Leistung.
Das Kreiselrad der Überdruckturbine kann als Schaufelrad des einflutigen Kreisverdichters hergestellt werden.
Die Laufschaufeln des einflutigen Kreiselrads können radial angefertigt werden.
Die Laufschaufeln des einflutigen Kreiselrads können als Profillaufschaufeln mit der zur seiner Drehung entgegengesetzten Profilneigung am Ausgang angefertigt werden.
In besonderen Realisationsfällen kann der torusförmige Kollektor modular als ein Ganzes mit Eingangswegen von Überdruckdüsen hergestellt werden.
Die Öffnung rundherum an der Bohrung (Innendurchmesser) des torusförmigen Kollektors kann geschlossen oder in besonderen Realisationsfällen mit Segmentwänden angefertigt werden.
Für die Verminderung des Druckverlusts im Druckmittel bei seinem Eingang in den torusförmigen Kollektor ist die Öffnungsweite rundherum an der Bohrung in vorteilhafter Weise nicht kleiner als die Höhe der Laufschaufeln im Ausgangsquerschnitt der Fliehkraftkanäle des einflutigen Kreiselrads.
Für die Erreichung der maximalen möglichen Geschwindigkeit der Druckmittelausströmung aus der Überdruckturbine können die Überdruckdüsen als Überschalldüsen fertiggestellt werden.
Die Überdruckdüsen können in den torusförmigen Kollektor der Überdruckturbine tangential in der Ebene, senkrecht zu der Drehungsachse des einflutigen Kreiselrads installiert werden.
In besonderen Realisationsfällen können die Überdruckdüsen in den torusförmigen Kollektor tangential eingestellt werden. Dabei wird ein Teil der Überdruckdüsen in der Ebene, senkrecht zu der Drehungsachse des einflutigen Kreiselrads installiert. Der andere Teil wird in der Ebene der Überdruckdüsen in einem Winkel zur Ebene, senkrecht zur Drehungsachse des einflutigen Kreiselrads eingestellt.
Die Überdruckdüsen können mit länglicher Eingangsstrecke angefertigt werden. Dabei wird an der länglichen Eingangsstrecke der Überdruckdüse ein Seitenschnitt gemacht, der dadurch die Förderung des Druckmittels gewährleistet.
Für die Erhöhung der Größe des von der Überdruckdüse zum einflutigen Kreiselrad vermittelten Schubkraftimpulses können die Überdruckdüsen abseits vom Anfang der Eingangsstrecke eine befestigte Unterlage mit Größen, die den Größen des Querschnitts des torusförmigen Kollektors angemessen sind, besitzen.
In besonderen Realisationsfällen kann der torusförmige Kollektor der Überdruckturbine mit Segmentwänden ausgestattet werden, die ihn im Querschnitt überschneiden und in vorteilhafter Weise neben dem Anfang der Eingangsstrecke jeder Überdruckdüse fest befestigt werden.
Für die Erhöhung der Effektivität der Arbeit jeder Überdruckdüse übersteigt die Anzahl der Düsen in vorteilhafter Weise die Anzahl der Fliehkraftkanäle des einflutigen Kreiselrads nicht.
Das angegebene Ergebnis wird auch dadurch erzielt, dass die zweiflutige Turbine folgendes enthält:
ein auf der Walze installiertes drehbares zweiflutiges Kreiselrad mit Laufschaufeln, das mit Versorgung der Kompression des darin geförderten Druckmittels hergestellt wird. Dabei besteht das angegebene zweiflutige Kreiselrad aus zwei auf einer Achse fest angeschlossenen oder als ein Ganzes angefertigte einflutige Kreiselräder. Das eine ist in spiegelig entgegengesetzter Laufschaufelprofilrichtung ausgeführt, die mit der Kreisschiene auf der oberen Seitenkante der Laufschaufeln geschlossen sind, mit Bildung der Fliehkraftkanäle, und
mindestens einem hohlen torusförmigen Kollektor mit Bohrungsöffnungen rundherum, der fest und abgedichtet an das einflutige Kreiselrad so befestigt ist, dass die Ausgangsmündungen der Fliehkraftkanäle in den Innenraum des torusförmigen Kollektors geöffnet sind. Dabei werden die Öffnungen in vorteilhafter Weise rundherum am Außendurchmesser des torusförmigen Kollektors gebohrt, in denen die Überdruckdüsen installiert sind.
Die einflutigen Kreiselräder, die ein zweiflutiges Kreiselrad zusammenstellen oder als ein Ganzes angefertigt werden, können als ein Kreiselrad vom einflutigen Kreisverdichter produziert werden.
Die Laufschaufeln des zweiflutigen Kreiselrads können radial angefertigt werden.
In besonderen Realisationsfällen können die Laufschaufeln des zweiflutigen Kreiselrads als Profillaufschaufeln mit der zur seiner Drehung entgegengesetzten Profilneigung am Ausgang angefertigt werden.
Der torusförmige Kollektor kann modular als ein Ganzes mit Eingangswegen von Überdruckdüsen hergestellt werden.
Die Öffnung rundherum an der Bohrung (Innendurchmesser) des torusförmigen Kollektors kann geschlossen oder mit Segmentwänden angefertigt werden.
Für die Verminderung des Druckverlusts im Druckmittel bei seinem Eingang in den torusförmigen Kollektor ist die Öffnungsweite rundherum an der Bohrung in vorteilhafter Weise nicht kleiner als die Gesamthöhe der Laufschaufeln im Ausgangsquerschnitt der Fliehkraftkanäle des zweiflutigen Kreiselrads.
Für die Erreichung der maximalen möglichen Geschwindigkeit der Druckmittelausströmung aus der Überdruckturbine können die Überdruckdüsen als Überschalldüsen fertiggestellt werden.
Die Überdruckdüsen können in den torusförmigen Kollektor der Überdruckturbine tangential in der Ebene, senkrecht zu der Drehungsachse des zweiflutigen Kreiselrads installiert werden.
In besonderen Realisationsfällen können die Überdruckdüsen in den torusförmigen Kollektor tangential eingestellt werden. Dabei wird ein Teil der Überdruckdüsen in der Ebene, senkrecht zu der Drehungsachse des zweiflutigen Kreiselrads installiert. Der andere Teil wird in der Ebene der Überdruckdüsen in einem Winkel zur Ebene, senkrecht zur Drehungsachse des zweiflutigen Kreiselrads eingestellt.
Die Überdruckdüsen können mit länglicher Eingangsstrecke angefertigt werden. Dabei wird an der länglichen Eingangsstrecke der Überdruckdüse ein Seitenschnitt gemacht, der dadurch die Förderung des Druckmittels gewährleistet.
Für die Erhöhung der Größe des von der Überdruckdüse zum zweiflutigen Kreiselrad vermittelten Schubkraftimpulses können die Überdruckdüsen am Anfang der Eingangsstrecke eine befestigte Unterlage mit Größen, die den Größen des Querschnitts des torusförmigen Kollektors angemessen sind, hergestellt werden.
In besonderen Realisationsfällen kann der torusförmige Kollektor der Überdruckturbine mit Segmentwänden ausgestattet werden, die ihn im Querschnitt überschneiden und in vorteilhafter Weise neben dem Anfang der Eingangsstrecke jeder Überdruckdüse fest befestigt werden.
Für die Erhöhung der Effektivität der Arbeit jeder Überdruckdüse übersteigt die Anzahl der Düsen in vorteilhafter Weise die Hälfte der Anzahl der Fliehkraftkanäle des zweiflutigen Kreiselrads bei der Installation eines torusförmigen Kollektors nicht und entspricht überwiegend der Anzahl der Kanäle bei der Installation von zwei torusförmigen Kollektoren.
In Verbindung mit noch einem Punkt der vorliegenden Erfindung wurde eine Turbinenluftstrahlanlage vorgeschlagen, die folgendes einschließt:
eine Walze mit Lagerhalterungen, auf der die folgenden Elemente in einem Abstand voneinander mit Drehungsmöglichkeit in einer Richtung eingestellt sind,
mindestens zwei ein- oder zweiflutigen Überdruckturbinen, die den oben beschriebenen Turbinen ähnlich sind,
um die Walze feststehende Zubringerkanäle für die Förderung des Druckmittels, die mit Eingangsmündungen der Kreisräder mit Rohransätzen zusammengeschlossen sind. Dabei sind die Rohransätze um die Walze angeordnet und fest mit Kollektoren abgedichtet und verschiebbar mit den Eingangsmündungen der Turbinenkreiselräder verbunden.
In besonderen Realisationsfällen können die einflutigen Turbinen mit Kreiselrädern angewendet werden, die in spiegelig entgegengesetzter Laufschaufelprofilrichtung und in spiegelig entgegengesetzter Installationsrichtung der Überdruckdüsen angefertigt sind.
Die Anweisung zum technischen Handeln wird durch folgende grafische Materialien erklärt, die den ganzen Umfang der Ansprüche dieser Anweisung nicht umfasst und umso mehr nicht begrenzt, aber als konkrete Beispiele der Erfindungsrealisation dienen.
1 zeigt eine einflutige zentrifugale Überdruckturbine (in Isometrie).
2 zeigt eine einflutige zentrifugale Überdruckturbine (in Isometrie) im Schnitt.
3 zeigt ein einflutiges Kreiselrad (in Isometrie).
4 zeigt ein Beispiel der Realisation eines torusförmigen Kollektors (in Isometrie).
5 zeigt ein Beispiel der Realisation der Überdruckdüse mit länglicher Eingangsstrecke (in Isometrie).
6 zeigt ein Beispiel der Realisation eines torusförmigen Kollektors als ein Ganzes mit Eingangsstrecken der Überdruckdüsen (in Isometrie).
7 zeigt ein Beispiel der Realisation der Überdruckdüse mit Gewindeaufnahme (in Isometrie).
8 zeigt eine zweiflutige zentrifugale Überdruckturbine (in Isometrie) im Schnitt.
9 zeigt eine zweiflutige zentrifugale Überdruckturbine (in Isometrie) im Schnitt.
10 zeigt ein zweiflutiges Kreiselrad (in Isometrie).
11 zeigt eine Turbinenluftstrahlanlage mit zwei zweiflutigen Überdruckturbinen (in Isometrie).
12 zeigt eine Turbinenluftstrahlanlage mit zwei zweiflutigen Überdruckturbinen (in Isometrie) im Schnitt.
13 zeigt die Befunde der Arbeitscharakteristik für die einflutige Überdruckturbine mit verschiedenen Kompressionsgraden des Druckmittels angeführt.
1 und 2 zeigen eine einflutige Überdruckturbine. Die einflutige Überdruckturbine enthält eine Walze 1, auf die ein einflutiges Kreiselrad 2 mit Laufschaufeln 3 fest befestigt wird, z. B. mit Hilfe der Schlitze. Das Kreiselrad 2 ist auf der oberen Seitenkante der Laufschaufeln 3 mit der Kreisschiene 4 geschlossen. Dabei werden geschlossene Fliehkraftkanäle 5 mit Eingangsmündungen 6, die auch als Eingang ins Kreiselrad 2 der Überdruckturbine dienen, und mit Ausgangsmündungen 7, die als Ausgang aus dem Kreiselrad 2 dienen, gebildet.
Im angeführten Beispiel der Realisation der Überdruckturbine (3) ist das Kreiselrad 2 mit radialen Laufschaufeln 3 angefertigt.
In besonderen Realisationsfällen können die Laufschaufeln des Kreiselrads als Profillaufschaufeln mit der zur Kreiselraddrehung entgegengesetzten Profilneigung am Ausgang angefertigt werden.
Die Kreisschiene 4 wird in vorteilhafter Weise an die obere Seitenkante der Laufschaufeln 3 dicht und fest befestigt, z. B. mit dem Schweiß.
Die Kreisschiene kann statisch zum Kreiselrad 2 für die Versorgung seiner Drehung lose sitzen und auf einer speziell dafür gefertigten stehenden Unterlage befestigt werden.
Das einflutige Kreiselrad 2 ermöglicht die Kompression des Druckmittels durch die wirkenden Fliehkräfte und die Durchlaufsgeometrie der Fliehkraftkanäle 5. Das einflutige Kreiselrad 2 kann auch z. B. als Kreiselrad des einflutigen Kreisverdichters angefertigt werden, insbesondere wie das schon bekannte (N. Kampsti, Luftdrucklehre von Kompressoren, Kapitel 2.2, Moskau, Verl. „Mir" 2000). Dabei bestimmt man die Kenndaten des einflutigen Kreiselrads und seine Leistungseigenschaft auf der Grundlage der Anforderunge zur Überdruckturbine ausgehend vom Berechnungsverfahren und vom Rechenprogramm, die unter anderem auch dort dargestellt werden.
Mit dem einflutigen Kreiselrad 2 wird der torusförmige Kollektor 8 verbunden, der mit einer Inenöffnung 9 seines Inendurchmesserumfangs entlang hergestellt ist. Die Öffnung 9 kann geschlossen oder mit Segmentwänden angefertigt werden. Die Breite der Öffnung 9 beträgt nicht weniger als die Höhe der Laufschaufeln 3 im Querschnitt der Mündungen 7 der Fliehkraftkanäle 5 des Kreiselrads 2, was den freien Eingang des Druckmittelstroms in den torusförmigen Kollektor 8 ohne Druckverlust darin gewährleistet. Der torusförmige Kollektor 8 wird an das Kreiselrad 2 so angeschlossen, dass die Ausgangsöffnungen 7 der Fliehkraftkanäle 5 in den Innenraum 10 des torusförmigen Kollektors 8 geöffnet sind.
Der torusförmige Kollektor 8 kann mit verschiedenem Profil im Durchschnitt hergestellt werden, z. B. Quadrat-, Rechteck-, Rundprofil oder mit einem anderem Profil. Im angeführten Beispiel der Realisation der Überdruckturbine ist der torusförmige Kollektor 8 mit dem Rundprofil im Durchschnitt mit dem Ziel der Verminderung von Stoff- und Hauptabmessungen angefertigt. Dabei entspricht die Weite der Öffnung 9 praktisch dem Querdurchmesser des torusförmigen Kollektors 8.
Der torusförmige Kollektor 8 ist von der Seite der Öffnung 9 fest und dicht an das Kreiselrad 2 angeschlossen.
Für die Befestigung kann der torusförmige Kollektor 8 mit speziellen Fixpunkten produziert werden, mit denen er in vorteilhafter Weise mit Hilfe von Bolzenverbindungen abgedicht verbunden ist, z. B. mit Dichtungen oder dem Abdichtungsmittel mit dem Kreiselrad 2 und der Kreisschiene 4, die dafür mit jeweils zylindrischen Flanschen 11 und 12 angefertigt werden. Das sorgt die Haftungsfestigkeit des torusförmigen Kollektors 8 zum Kreiselrad 2 und Fertigungsgerechtheit des Auf- und Ausbaus der Überdruckturbine.
Entlang des Außendurchmesser des torusförmigen Kollektors 8 (4) werden Öffnungen 13 ausgebildet, in denen Überdruckdüsen 14 angeordnet sind.
Die Überdruckdüsen 14 werden überwiegend als Überschalldüsen hergestellt, z. B. als Laval-Düsen (A. A. Dorofeev, «Die Grundlagen der Theorie von Wärmeraketen», Kapitel 3 und 5, Bauman Moskauer Technische Staatsuniversität, Moskau 1999), mit hintereinander angeschlossenen Strecken des durchlaufenen Wegs (Eingangsstrecke, verengende Strecke und dann ausgeweitete Strecke).
Für die Gewährleistung des maximalen Werts des Drehmoments des Kreiselrads 2 werden die Überdruckdüsen 14 mit der Eingangsstrecke in den torusförmigen Kollektor 8 tangential und gleichgerichtet am Umfang, überwiegend senkrecht zum Radius des Kreiselrads 2 installiert.
In besonderen Realisationsfällen für die notwendige Bilanz der Axialbelastung auf die Walze 1 der Überdruckturbine sowohl von der Seite der Fliehkraftkanäle 5 als auch von der Seite der Überdruckdüsen 14 kann sich die Mittellinie mindestens eines Teils der Überdruckdüsen 14 im Winkel zur Ebene winkelrecht der Drehungsachse des Kreiselrads 2 befinden, wie aufgrund der Öffnungen 13 im torusförmigen Kollektor 8 in verschiedenen Winkeln zur Ebene winkelrecht zur Drehungsachse des Kreiselrads 2 als auch aufgrund der Produktion der gebogenen Überdruckdüsen 14.
Die Überdruckdüsen 14 können mit Anwendung der Gewindeverbindung oder durch Schweißen installiert werden.
Im angeführten Beispiel der Realisation der Überdruckturbine ist die Eingangsstrecke der Überdruckdüse 14 als länglich (5) für die Versorgung der Installation angefertigt z. B. durch Schweißen im torusförmigen Kollektor 8.
Noch ein Beispiel der Installation von Überdruckdüsen kann durch die Herstellung des torusförmigen Kollektors als ein Ganzes mit Eingangsstrecken der Überdruckdüsen (6) realisiert werden. Dabei können die Überdruckdüsen in den torusförmigen Kollektor mit Anwendung der Gewindeverbindung oder durch Schweißen installiert werden (7).
Als bevorzugte Ausführungsform gilt die Variante der Herstellung des torusförmigen Kollektors als ein Ganzes mit der Eingangsstrecke der Überdruckdüsen. Das erhöht wesentlich die Haftungsfestigkeit der Überdruckdüsen in einem solchen Kollektor, was andererseits erlaubt wesentlich die Drehwinkelgeschwindigkeit des Kreiselrads bis 680–700 m/s und mehr zu steigern und dabei den Kompressionsgrad des Druckmittels in der Überdruckturbine zu erhöhen. Die Erhöhung des Kompressionsgrads des Druckmittels steigert auch die Effektivität der Produktion mechanischer Energie und die Leistung der Überdruckturbine.
Auf der länglichen Eingangsstrecke der Überdruckdüse 14 wird ein Seitenschnitt 15 gemacht, der zur Seite der Ausgangsöffnungen 7 geöffnet ist und dadurch die Förderung des Druckmittels aus dem Innenraum 10 des torusförmigen Kollektors in die Überdruckdüse 14 gewährleistet.
Für die Erhöhung der Größe des von der Überdruckdüse 14 zum Kreiselrad 2 vermittelten Schubkraftimpulses können die Überdruckdüsen 14 abseits dem Eingang eine fest befestigte (z. B. mit Schweißen) Unterlage 16 mit Größen, die den Größen vom Querschnitt des torusförmigen Kollektors 8 angemessen sind, und mit Überbrücken besitzen.
Im Einzelfall kann die Eingangsstrecke jeder Überdruckdüse 14 dicht seitens des Eingangs mit Segmentwänden abgedeckt werden, die fest (z. B. durch Schweißen) im Kollektor 8 befestigt ist und mit Größen, die den Größen des Querschnitts des torusförmigen Kollektors 8 angemessen sind, und mit Überbrücken hergestellt werden.
In besonderen Realisationsfällen können die Überdruckdüsen tangential auf den Öffnungen des torusförmigen Kollektors eingestellt werden. Dabei werden für die Versorgung der Impulsübergabe des Überdrucks von der Überdruckdüse zum Kreiselrad die Überdruckdüsen mit der am Anfang der Eingangsstrecke befestigten Unterlage mit Größen, die den Größen des Querschnitts der Eingangsstrecke der Überdruckdüse angemessen sind, angefertigt.
Die Überdruckdüsen können mit verschiedenem Profil im Durschnitt hergestellt werden z. B. Quadrat-, Rechteckprofil oder mit anderem Profil. In den angeführten Beispielen der Realisation der Überdruckturbine sind die Überdruckdüsen 14 mit dem Rundprofil im Durchschnitt mit dem Ziel der Verminderung der Stoff- und Hauptabmessungen angefertigt.
Die Überdruckdüsen 14 können einstückig oder zusammensetzbar angefertigt werden, was ihre Produktion, Reparatur und/oder ihr Austauschen im Nachverkaufsservice vereinfacht.
In der angeführten Variante der Realisation den Überdruckturbinen befinden sich die Mittellinien der Überdruckdüsen 14 senkrecht zum Ausgangsprofil der radialen Laufschaufeln 3 im Durchschnitt der Ausgangsöffnungen 7 des Kreiselrads 2.
Im Falle der Realisation der profilierten Kreiselradlaufschaufeln und für die Verminderung des Druckverlusts des Druckmittels in der Überdruckturbine stimmt die Richtung der Installation der Überdruckdüsen 14 in vorteilhafter Weise mit der Neigung des Profils der Laufschaufeln 3 im Durchschnitt der Ausgangsöffnungen 7 überein.
Für die Gewährleistung der angegebenen stationären Strömung des Druckmittels im ganzen zu durchlaufenden Weg der einflutigen Überdruckturbine übersteigt die Anzahl der Überdruckdüsen 14 in der Regel die Anzahl der Fliehkraftkanäle 5 nicht.
Für die Erreichung von extra hohen Leistungseigenschaften sind alle Elemente der einflutigen Überdruckturbine aus der hochfesten konstruktionsmäßigen Titanlegierung BT-6 angefertigt.
Die zweiflutige Überdruckturbine (8 und 9) enthält das auf der Walze 21 eingestellte drehbare zweiflutige Kreiselrad 22 mit den Laufschaufeln 23, das mit der Versorgung der Kompression des dahin geförderten Druckmittels hergestellt wird.
Das zweiflutige Kreiselrad 22 wird aus zwei auf einer Achse dicht angeschlossenen oder als ein Ganzes hergestellten einflutigen Kreiselrädern angefertigt. Dabei können einflutige Kreiselräder für die einflutige Überdruckturbine, die den oben beschriebenen ähnlich sind, benutzt werden. Das eine ist in spiegelig entgegengesetzter Richtung des Profils der Laufschaufeln angefertigt. Diese gleichachsige und dichte Anschließung der einflutigen Kreiselräder kann durch z. B. feste Bolzenverbindung oder Schweißen gewährleistet werden.
In der angeführten Variante der Herstellung von zweiflutigen Überdruckturbinen wird das zweiflutige Kreiselrad 22 (10) als ein Ganzes aus einem Arbeitsstück mit Fräsen der Laufschaufeln beiderseits des Arbeitsstücks mit Mehrachsenwerkzeugmaschinen angefertigt. Dabei fräst man die Profile der Laufschaufeln beiderseits in spiegelig entgegengesetzter Richtung.
Das zweiflutige Kreiselrad 22 ist auf der oberen Seitenkante der Laufschaufeln 23 mit den Kreisschienen 24 geschlossen. Dabei bilden sich die Fliehkraftkanäle 25 mit Eingangsöffnungen 26, die auch Eingänge in das zweiflutige Kreiselrad 22 sind, und Ausgangsöffnungen 27, die die Ausgänge aus dem zweiflutigen Kreiselrad 22 sind.
Die Kreisschienen 24 schließen sich überwiegend an die oberen Seitenkanten der Laufschaufeln 23 fest und dicht an z. B. durch Schweißen.
Die Kreisschienen 24 können statisch gegen das zweiflutige Kreiselrad 22 und lose für die Drehungsunterstützung sitzen und auf der speziell dafür gefertigten stehenden Unterlage befestigt werden.
Im angeführten Beispiel der Realisation der zweiflutigen Überdruckturbine für die Verminderung der Masse und die Vereinfachung ihrer Produktion mit dem zweiflutigen Kreiselrad 22 ist noch ein für beide einflutige Kreiselräder gemeinsamer torusförmiger Kollektor 28 dicht und fest verbunden. Dabei sind die Ausgangsöffnungen 27 der Fliehkraftkanäle 25 in seinen Innenraum 29 geöffnet.
Die Bohrungsöffnung rundherum des torusförmigen Kollektors 28 ist in die Öffnung 30 gebohrt, die vollflächig oder mit Segmentwänden sein kann. Die Weite der Öffnung 30 ist nicht weniger als die Gesamthöhe der Laufschaufeln 23 im Durchschnitt der Ausgangsöffnungen 27 der Fliehkraftkanäle 25 des Kreiselrads 22.
Die Befestigung des torusförmigen Kollektors 28 am zweiflutigen Kreiselrad 22 kann auch ähnlich der oben beschriebenen Befestigung des torusförmigen Kollektors in der einflutigen Überdruckturbine ausgeführt werden.
Rundherum am Außendurchmesser des torusförmigen Kollektors werden die Öffnungen 31 gebohrt, in denen die Überdruckdüsen 32 installiert sind.
Die Herstellung der Überdruckdüsen 32 und ihre Installation in den torusförmigen Kollektor 30 der zweiflutigen Überdruckturbine geschieht genau so, wie bei der oben beschriebenen einflutigen Überdruckturbine.
Im Falle der Anfertigung der Eingangsstrecke der Überdruckdüsen als ein Ganzes mit dem torusförmigen Kollektor 28 kann man ihn mit fest befestigten Segmentwänden 33, die sich vor der Eingangsstrecke jeder Überdruckdüse 32 befinden, ausrüsten.
Die zweiflutige Überdruckturbine kann auch mit zwei torusförmigen Kollektoren, die gleich sind und auf einer Achse mit dicht aneinander angeschlossenen Flanken sitzen (z. B. mit Hilfe von Bolzen oder Schweißen) ausgerüstet werden. Dabei werden die Überdruckdüsen rundherum am Außendurchmesser jedes Kollektors mit Gewindeverbindung und/oder Schweißen befestigt.
In privaten Realisationsfällen können zwei torusförmige Kollektoren mit Hilfe einer inneren Mittelwandung in einem gemeinsamen für beide einflutigen Räder torusförmigen Kollektor, die senkrecht zur Achse seiner Drehung liegt und seinen Innenraum auf zwei überwiegend gleiche Teile einteilt. Dabei sind die Überdruckdüsen fest rundherum am Außendurchmesser jedes Teils vom Kollektor mit Hilfe der Gewindeverbindung und/oder Schweißen installiert.
Bei der gleichen Leistungsangabe der Überdruckturbinen sind die Stoff- und Hauptabmessungen der zweiflutigen Überdruckturbine, die mit einem torusförmigen Kollektor hergestellt ist, ungefähr auf 20% besser als ähnliche Gesamtcharakteristiken von zwei einflutigen Überdruckturbinen zusammen.
Die Turbinenluftstrahlanlage (11 und 12) besteht aus einer Walze 41 mit Lagerhalterungen 42, auf der mindestens zwei Überdruckturbinen 43 als zweiflutige Turbinen in einem Abstand mit einer Drehungsmöglichkeit in einer Richtung fest befestigt werden.
Auf der Walze 41 können gleichzeitig auch mehrere einflutige und/oder zweiflutige Turbinen, wie im Punkt 2 und 17 der Erfindungsansprüche dargestellt, installiert werden. Dabei können die einflutigen Turbinen gleich und auch gegenüberliegend oder entgegengerichtet zu ihren Eingängen eingestellt werden. Die zweiflutigen Turbinen können auf der Walze 41 nur gleichgerichtet installiert werden.
Im Falle der Installation von zwei zu ihren Eingängen gegenüberliegenden oder entgegengerichteten einflutigen Turbinen auf der Walze 41 sollen einflutige Überdruckturbinen mit Kreiselrädern anwendet werden, die in spiegelig entgegengesetzter Laufschaufelprofilrichtung und in spiegelig entgegengesetzter Installationsrichtung der Überdruckdüsen ausgeführt sind.
Die Zufuhrkollektoren 44 für die Förderung des Druckmittels werden überwiegend um die Walze 41 stationär befestigt. Die Verbindung von Zufuhrkollektoren 44 mit Eingangsöffnungen der Kreiselräder der Turbinen 43 wird mit Hilfe von Rohransätzen 45 gewährleistet, die sich um die Walze 41 mit Zubringerkanälen 44 befinden und dicht und verschiebbar verbunden sind z. B. mit Hilfe von Kern- und/oder Labyrinthdichtungen mit Eingangsöffnungen der Kreiselräder der Turbinen 43. Dabei sind die Rohransätze 45 fest mit den Zufuhrkollektoren 44 verbunden z. B. mit Flanschen, Gewinde oder durch Schweißen.
Durch de Verwendung von Turbinenluftstrahlanlagen mit mehreren ein- und/oder zweiflutigen Überdruckturbinen wird die Leistung der Turbinenluftstrahlanlagen bei der nicht wesentlichen Erhöhung ihrer Stoff- und Hauptabmessungen mehrfach vergrößert.
Das Verfahren zur Produktion mechanischer Energie in der einflutigen Überdruckturbine wird auf folgende Weise realisiert.
In der Anfangsstellung ist das Kreiselrad 2 der einflutigen Überdruckturbine im Ruhestand, d. h. bewegungslos. Unter Wirkung seines Ausgangsdrucks geht das Druckmittel, z. B. Dampf aus dem Dampfentwickler oder Gas aus dem Turbinenofen, mit der Anfangsgeschwindigkeit in die Eingangsöffnungen 6 der Fliehkraftkanäle 5 des Kreiselrads 2, durch de es dann aus den Ausgangsöffnungen 7 durch die Öffnung 9 in den Innenraum 10 des torusförmigen Kollektor 8 gelangt. Aus dem Innenraum 10 kommt das Druckmittel durch Seitenschnitte 15 in de Überdruckdüsen 14. Indem es auf die Unterlagen 16 mit seinen Anfangsdruck wirkt, beschleunigt sich das Druckmittel in den Überdrucksdüsen 14 bis zur Überschallgeschwindigkeit und dann strömt es nach außen aus, in die Umgebung senkrecht zum Radius des Kreiselrads 2. Dabei wird der Schubkraftimpuls geschaffen, der die Drehung des Kreiselrads 2 auf der Walze 1 antreibt. Da die Drehungsgeschwindigkeit des Kreiselrads 2 ist im Anfangsmoment und im nächsten kurzen Zeitpunkt gegenüber dem Rechenwert gering ist, erfolgt kein Kompressionsprozess für das Druckmittel im Kreiselrad 2 und im torusförmigen Kollektor 8 aufgrund der Durchlaufsgeometrie der Fliehkraftkanäle 5 und aufgrund der auf das Druckmittel wirkenden Fliehkräfte. Die Drehung des Kreiselrads 2 der Überdruckturbine erfolgt nur durch den Schubkraftimpuls, der bei der Ausströmung des Druckmittels aus den Überdruckdüsen 14 entsteht und vor der Ausströmung praktisch thermodynamische Anfangsparameter besitzt. Also funktioniert die einflutige Überdruckturbine, die nur den Anfangsdruckunterschied des Druckmittels benutzt, nach dem Prinzip des Kreiselrads.
Dieser kurze Zeitabschnitt des Betriebs der einflutigen Überdruckturbine ist die Zeitperiode ihres Ausgangs in ihre Berechnungsfunktion.
Mir der Vergrößerung der Drehungsgeschwindigkeit des Kreiselrads 2 bis an die Werte, de nah am Rechenwert sind, pressen ihn die Laufschaufeln 3, de die Durchlaufsgeometrie der Fliehkraftkanäle 5 formen, zusammen mit auf den Druckmittelstrom wirkenden Fliehkräften in den Fliehkraftkanälen 5 mit der Dichteerhöhung. Als Ergebnis dieser Kompression erhöhen sich die Temperatur, der Druck und die Geschwindigkeit des Druckmittels in den Ausgangsöffnungen 7 der Fliehkraftkanäle 5. Dabei übersteigen sie wesentlich de Temperatur-, Druck- und Geschwindigkeitswerte für das Druckmittel, die am Eingang ins Kreiselrad 2 waren. Aus den Ausgangsöffnungen 7 kommt der Druckluftstrahl mit hohen Temperatur-, Druck- und Geschwindigkeitswerten in den Innenraum 10 des torusförmigen Kollektors, wo er unter Gegendruck des sich dort befindenden Druckmittels mit einer weiteren wesentlichen Geschwindigkeitsabnahme und mit einer zusätzlichen Temperatur- und Druckerhöhung gegenüber den Druckmittelparametern in den Ausgangsöffnungen 7 abbremst. Im torusförmigen Kollektor 8 werden die Parameter des abgebremsten Druckmittelstroms eingestellt. Dabei wird durch die intensive Turbulentmischung der Druckmittelmasse im ganzen Umfang des Innenraums 10 des torusförmigen Kollektors 8 das Ausgleichen der Dichtengradienten, der Temperatur, des Drucks und der Geschwindigkeit bewirkt, zusammen mit der Geschwindigkeitsabnahme des Druckmittelstroms und der Erhöhung des Drucks bis zum maximalen möglichen Wert, was „Druck des abgebremsten Druckmittelstroms” genannt wird. Die auf diese Weise in der einflutigen zentrifugalen Überdruckturbine produzierte Potentialenergie des hohen Druckmitteldrucks transformiert sich in die Bewegungsenergie der Überschallströmung des Druckmittels bei seinem Anfahren und seiner Ausströmung in die Umgebung durch die Überdruckdüsen 14, die maximal effektiv den ganzen in dieser Überdruckturbine produzierten Druckunterschied des Druckmittels realisiert. So wird ein maximal hoher Schubkraftimpuls geschaffen, der die Drehung des einflutigen Kreiselrads 2 der einflutigen Überdruckturbine auf der Walze 1 mit den gegebenen Arbeitswerten versichert.
Die einflutige Überdruckturbine kann auch bei einem für ihr Starten und Übergehen in den Routinebetrieb nicht ausreichenden Anfangsdruck des Druckmittels am Eingang ins Kreiselrad 2 starten und effektiv funktionieren. In diesem Fall kann man die erzwungene Anfangsdrehung der Walze 1 benutzen (z. B. mit Hilfe des mechanischen oder elektrischen Antriebs), mit deren Hilfe ein notwendiger und ausreichender Kompressionsgrad des Druckmittelstroms in dem Kreiselrad 2 der Überdruckturbine entsteht, der die weitere Arbeit der Überdruckturbine ohne Benutzung der Zwangsdrehung der Walze 1 bewirkt.
Als Beispiel sind in der Tabelle (13) Ergebnisse einer mathematischen Simulation und eines vorläufigen statischen Versuchs der hier erklärten einflutigen Überdruckturbine angegeben, die für verschiedene Betriebsweisen (Betriebsweisen I–VI) je nach dem Anfangsdruck des Druckmittels am Eingang in die Überdruckturbine und je nach dem Kompressionsgrad des Druckmittels erzielt wurden.
Die einflutige zentrifugale Überdruckturbine wird aus der Titanlegierung BT-6 angefertigt.
Als Druckmittel wurde feuchter gesättigter Wasserdampf mit Werten, die auch in der Tabelle (13) angegeben sind, benutzt.
Die Ergebnisse der mathematischen Simulation und des vorläufigen statischen Versuchs der einflutigen Überdruckturbine zeigen, dass zwei Grundfaktoren auf ihre Leistung und Effektivität der Produktion mechanischer Energie wesentlich einwirken der Anfangsdruck und die Anfangstemperatur der zum Eingang der Turbine kommenden Druckmittel und der Kompressionsgrad des Druckmittels in der einflutigen Überdruckturbine.
Die Erhöhung des Anfangsdrucks und der Temperatur des Druckmittels ist in der Regel mit der Arbeit der Druckmittelquelle verbunden z. B. des Dampfentwicklers, und indirekt mit der Überdruckturbine. Dabei ist die Erhöhung des Anfangsdrucks und der Temperatur des Druckmittels mit einem wesentlichen Mehr-Energieaufwand verbunden z. B. des Dampfentwicklers, was aus technischen, betrieblichen, wirtschaftlichen und anderen Gründen nicht immer möglich ist.
Der Kompressionsgrad des Druckmittels in der einflutigen Überdruckturbine wird nur durch die Fehlerlosigkeit ihrer Konstruktion bestimmt und er ist ein dominanter Faktor, der die Effektivität der Produktion mechanischer Energie in dieser Turbine signifikant erhöhen lässt.
Wie aus der Analyse der in der Tabelle (13) angegebenen Ergebnisse folgt, ermöglicht die einflutige Überdruckturbine praktisch die gleiche Effektivität der Produktion mechanischer Energie und die gleiche Leistung bei den Betriebsweisen III und V, und auch bei den Betriebsweisen IV und VI. Dies bedeutet, dass die Erhöhung des Kompressionsgrads des Druckmittels in der einflutigen Überdruckturbine bei III und IV jeweils bis zum Wert 5.08 und 5.95, erlaubt einen niedrigeren Wert (630 KPa und 158°C statt 1600 KPa und 200°C) des Drucks und der Temperatur des Druckmittels am Eingang bei der Versorgung der angegebenen Leistungsforderung zu benutzen.
Also ist die einflutige Überdruckturbine nur aufgrund der Erhöhung des Kompressionsgrads des Druckmittelstroms in der Lage, die Sollwerte der Arbeitsparameter nach ihrer Effektivität und ihrer Leistung bei einem nicht hohen Wert des Anfangsdrucks des Druckmittels am Eingang zu gewährleisten. Genau das bestätigt die Vorteile des erklärten Verfahrens für die Erhöhung der Effektivität der Produktion mechanischer Energie in der oben beschriebenen einflutigen Überdruckturbine, das auf dem neuen thermodynamischen Zyklus der Arbeit gegründet ist, der die Kompression des in die Turbine kommenden Druckmittels vor seiner weiteren Ausströmung ermöglicht.
Auf gleiche Weise wird auch das Verfahren zur Produktion mechanischer Energie in der zweiflutigen Überdruckturbine mit dem zweiflutigen Kreiselrad realisiert.
Im Falle der Realisation des zweiflutigen Kreiselrads mit einem gemeinsamen hohlen torusförmigen Kollektor wird eine gleichmäßigere Ausfüllung vom gemeinsamen hohlen torusförmigen Kollektor mit dem Druckmittel ermöglicht. Das führt zur beständigeren (ohne Druckpulsation) gemeinsamen Arbeit des torusförmigen Kollektors und der Überdruckdüsen, und führt zur Erhöhung der Arbeitseffektivität der zweiflutigen Überdruckturbine.
Auf gleiche Weise wird auch das Verfahren zur Produktion mechanischer Energie in den Turbinenluftstrahlanlagen realisiert, die aufgrund der ein- und/oder zweiflutigen Überdruckturbinen hergestellt sind. Eine solche technische Lösung lässt die Leistung der Turbinenluftstrahlanlage bei der Gewährleistung ihres kompakten Aufbaus um ein Mehrfaches erhöhen.
Die Anwendung der hier erklärten Konstruktionen der einflutigen und zweiflutigen Überdruckturbinen, die den thermodynamischen Zyklus mit der Kompression des Druckmittelstroms vor seinem Anfahren und der weiterer Ausströmung realisiert, sowie die Anwendung der Turbinenluftstrahlanlagen auf ihrer Grundlage ermöglicht einer hinsichtlich des Prototyps wesentliche Erhöhung der Leistung und Effektivität der Produktion mechanischer Energie mit dem Nutzwert von ungefähr 55–65% und mehr.
Die Herstellung von einflutigen und zweiflutigen Überdruckturbinen stellt eine mittlere Komplexität der Arbeit für einen spezialisierten Maschinenbaubetrieb dar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

RU 99540 [0002]
RU 2200848 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

N. Kampsti, Luftdrucklehre von Kompressoren, Kapitel 2.2, Moskau, Verl. „Mir” 2000 [0066]
A. A. Dorofeev, «Die Grundlagen der Theorie von Wärmeraketen», Kapitel 3 und 5, Bauman Moskauer Technische Staatsuniversität, Moskau 1999 [0072]

Claims

Einflutige Überdruckturbine, umfassend einen einflutigen Kreiselrad mit Laufschaufeln, wobei der Kreiselrad auf einer Walze drehbar installiert ist, Kompression eines darin zugeführten Druckmittels ermöglicht und mit einer Kreisschiene auf den oberen Seitenkanten der Laufschaufeln so geschlossen ist, dass Fliehkanäle mit Ausgangsmündungen ausgebildet sind, und einen hohlen torusförmigen Kollektor, der von einem Inendurchmesser und einem Außendurchmesser begrenzt ist und weist eine sich seines Inendurchmesserumfangs entlang erstreckende Inenöffnung auf, wobei der Kollektor fest und abgedichtet am einflutigen Kreiselrad so befestigt ist, dass die Ausgangsmündungen der Fliehkanäle zu einem Innenraum des torusförmigen Kollektors geöffnet sind, wobei der Kollektor Außenöffnungen aufweist, die in vorteilhafter Weise entlang des Außendurchmesserumfangs des torusförmigen Kollektors angeordnet sind und in denen Überdruckdüsen installiert sind.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass das einflutige Kreiselrad in Form eines Kreiselrads eines einflutigen Kreiselkompressors ausgebildet ist.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln des einflutigen Kreiselrads radial ausgebildet sind.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln des einflutigen Kreiselrads als Profillaufschaufeln mit der zur seiner Drehung entgegengesetzten Profilneigung am Ausgang ausgebildet sind.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass der torusförmige Kollektor mit Eingangswegen von Überdruckdüsen integral ausgebildet ist.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Inenöffnung des torusförmigen Kollektors geschlossen oder mit Segmentwänden ausgebildet ist.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Inenöffnung im torusförmigen Kollektor in vorteilhafter Weise nicht kleiner als die Höhe der Laufschaufeln im Ausgangsquerschnitt der Kanäle des einflutigen Kreiselrades ist.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckdüsen in vorteilhafter Weise als Überschalldüsen ausgebildet sind.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckdüsen im torusförmigen Kollektor tangential, gleichgerichtet in der Ebene, senkrecht zur Drehungsachse des einflutigen Kreiselrads angeordnet sind.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckdüsen im torusförmigen Kollektor tangential eingestellt sind; wobei ein Teil der Überdruckdüsen in einer senkrecht zu der Drehungsachse des einflutigen Kreiselrads laufenden Ebene installiert ist und der andere Teil der Überdruckdüsen in einem Winkel zur senkrecht zur Drehungsachse des einflutigen Kreiselrads laufenden Ebene eingestellt ist.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckdüsen mit länglicher Eingangsstrecke ausgebildet sind.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, dass an der länglichen Eingangsstrecke der Überdruckdüse ein Seitenschnitt gemacht ist, der dadurch die Förderung des Druckmittels gewährleistet.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckdüsen abseits vom Anfang der Eingangsstrecke eine befestigte Unterlage besitzen, die mit Größen, die den Größen des Querschnitts des torusförmigen Kollektors angemessen sind ausgeführt ist.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass der torusförmige Kollektor mit Segmentwänden ausgestattet wird, die ihn im Querschnitt überschneiden und in vorteilhafter Weise neben dem Anfang der Eingangsstrecke jeder Überdruckdüse fest befestigt werden.
Einflutige Überdruckturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Überdruckdüsen die Anzahl der Fliehkraftkanäle des Kreiselrads in vorteilhafter Weise nicht übersteigt.
Zweiflutige Überdruckturbine, umfassend einen auf einer Walze drehbar installierten zweiflutigen Kreiselrad mit Laufschaufeln, wobei der Kreiselrad Kompression eines darin zugeführten Druckmittels ermöglicht und umfasst zwei koaxial fest und abgedichtet verbundenen oder integral ausgebildeten einflutigen Kreiselräder, wobei diese Räder so angeordent sind, dass ein Laufschaufelprofil eines Rad von den Rädern spiegelig entgegen dem Laufschaufelprofil anderes Rad von den Rädern ausgebildet ist, und wobei diese Räder mit einer Kreisschiene auf den oberen Seitenkanten der Laufschaufeln so geschlossen sind, dass Fliehkraftkanäle mit Ausgangsmündungen ausgebildet sind, und mindestens einen hohlen torusförmigen Kollektor, der von einem Inendurchmesser und einem Außendurchmesser begrenzt ist und weist sich seines Inendurchmesserumfangs entlang erstreckende Inenöffnung auf, wobei der Kollektor fest und abgedichtet an das zweiflutige Kreiselrad so befestigt ist, dass die Ausgangsmündungen der Fliehkraftkanäle zu einem Innenraum des torusförmigen Kollektors geöffnet sind, wobei der Kollektor Außenöffnungen aufweist, die in vorteilhafter Weise entlang des Außendurchmesserumfangs des torusförmigen Kollektors angeordnet sind und in denen Überdruckdüsen installiert sind.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass die ein zweiflutiges Kreiselrad bildenden einflutigen Kreiselräder in Form eines Kreiselrads eines einflutigen Kreiselkompressors ausgebildet sind.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln des Kreiselrads radial ausgebildet sind.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln des Kreiselrads als Profillaufschaufeln mit der zur seiner Drehung entgegengesetzten Profilneigung am Ausgang ausgebildet sind.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass der torusförmige Kollektor mit Eingangswegen von Überdruckdüsen integral ausgebildet ist.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass die Inenöffnung des torusförmigen Kollektors geschlossen oder mit Segmentwänden ausgebildet ist.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der nenöffnung im torusförmigen Kollektor in vorteilhafter Weise nicht kleiner als die Gesamthöhe der Laufschaufeln im Ausgangsquerschnitt der Fliehkanäle des zweiflutigen Kreiselrades ist.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckdüsen in vorteilhafter Weise als Überschalldüsen ausgebildet sind.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckdüsen im torusförmigen Kollektor der Überdruckturbine tangential, in der Ebene, senkrecht zur Drehungsachse des zweiflutigen Kreiselrads angeordnet sind.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckdüsen im torusförmigen Kollektor tangential eingestellt sind; dabei ein Teil der Überdruckdüsen in einer senkrecht zu der Drehungsachse des zweiflutigen Kreiselrads laufenden Ebene installiert ist und der andere Teil der Überdruckdüsen in einem Winkel zur senkrecht zur Drehungsachse des zweiflutigen Kreiselrads laufenden Ebene eingestellt ist.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckdüsen mit länglicher Eingangsstrecke ausgebildet sind.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 26. dadurch gekennzeichnet, dass an der länglichen Eingangsstrecke der Überdruckdüse ein Seitenschnitt gemacht ist, der dadurch die Förderung des Druckmittels gewährleistet.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass Überdruckdüsen abseits vom Anfang der Eingangsstrecke eine befestigte Unterlage besitzen, die mit Größen, die den Größen des Querschnitts des torusförmigen Kollektors angemessen sind ausgeführt ist.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass der torusförmige Kollektor mit Segmentwänden ausgestattet wird, die ihn im Querschnitt überschneiden und in vorteilhafter Weise neben dem Anfang der Eingangsstrecke jeder Überdruckdüse fest befestigt werden.
Zweiflutige Überdruckturbine nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Überdruckdüsen die Hälfte der Anzahl der Fliehkraftkanäle des zweiflutigen Kreiselrads bei der Installation eines torusförmigen Kollektors in vorteilhafter Weise nicht übersteigt und überwiegend der Anzahl der Kanäle bei der Installation von zwei torusförmigen Kollektoren entspricht.
Überdruckturbinenanlage umfassend eine Walze mit Lagerhalterungen, auf der in einem Abstand voneinander und drehbar in einer Richtung mindestens zwei einflutige Überdruckturbinen nach einem der Ansprüche von 1 bis 15 und\oder zweiflutige Überdruckturbinen nach einem der Ansprüche von 16 bis 30 angeordnet sind, um die Walze feststehenden Zufuhrkollektoren für die Förderung des Druckmittels, die mit Eingangsmündungen der Kreisräder mit Rohransätzen zusammengeschlossen sind; dabei sind die Rohransätze um die Walze koaxil angeordnet und fest mit Kollektoren verbunden und verschiebbar mit den Eingangsmündungen der Turbinenkreiselräder verbunden.
Turbinenluftstrahlanlage nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die einflutigen Überdruckturbinen mit Kreiselrädern angewendet werden, die in spiegelig entgegengesetzter Laufschaufelprofilrichtung und in spiegelig entgegengesetzter Installationsrichtung der Überdruckdüsen angefertigt sind.