EA005904B1 - Усовершенствования турбины - Google Patents
Усовершенствования турбины Download PDFInfo
- Publication number
- EA005904B1 EA005904B1 EA200401149A EA200401149A EA005904B1 EA 005904 B1 EA005904 B1 EA 005904B1 EA 200401149 A EA200401149 A EA 200401149A EA 200401149 A EA200401149 A EA 200401149A EA 005904 B1 EA005904 B1 EA 005904B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- rotor
- shell
- nozzles
- working fluid
- turbine
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
- F01D1/32—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with pressure velocity transformation exclusively in rotor, e.g. the rotor rotating under the influence of jets issuing from the rotor, e.g. Heron turbines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydraulic Turbines (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Способ получения механической энергии в турбине осуществляется следующим образом. Рабочее тело подают в каналы ротора и разгоняют рабочее тело при истечении из каналов в одном направлении вдоль окружности, перпендикулярном радиусу ротора, с обеспечением вращения ротора. Рабочее тело из каналов ротора подают в образованное оболочкой пространство вокруг ротора, и оно взаимодействует с трением с оболочкой, образующей закрытое пространство и выполненной по радиусу окружности вдоль выходных отверстий каналов ротора, и истекает через отверстия в оболочке, разгоняясь в одном направлении вдоль окружности, перпендикулярном радиусу оболочки и противоположном направлению из ротора. Турбина содержит сегнерово колесо, выполненное в виде трубы 1, установленной с возможностью вращения, на трубе радиально закреплены с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков 3 с отогнутыми в противоположные стороны открытыми концами 4. Цилиндрический барабан 5 скреплен соосно с валом, установленным с возможностью вращения, и охватывает сегнерово колесо. Цилиндрический поясок барабана 5 примыкает к отогнутым концам 4 с зазором, и на нем радиально закреплены с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков 8 с открытыми концами 9, отогнутыми в разные стороны. Патрубки 3 и 8 соответственно сегнерова колеса и барабана 5 могут быть выполнены обтекаемой формы, например крыловидного профиля.
Description
Область техники
Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидравлическим, пневматическим и паровым турбинам для привода электрогенераторов, компрессоров холодильных установок, тепловых насосов и тому подобное.
Предшествующий уровень техники
Известен способ получения механической энергии в турбине, включающий подачу рабочего тела в каналы ротора турбины и разгон рабочего тела при истечении из каналов в одном направлении с обеспечением вращения ротора, рабочее тело из каналов ротора подают в образованное оболочкой закрытое пространство вокруг ротора и оно взаимодействует с трением с оболочкой и истекает через отверстия в оболочке, разгоняясь в одном направлении. Истечение из каналов ротора и оболочки осуществляется в одну сторону. Ротор и оболочка приводят во вращение один вал, на котором они жестко закреплены (патент США №3282560, НКИ:415-80, 1965).
Недостатком известного способа является невозможность получения механической энергии для турбины от ее ротора, так как момент, создаваемый на роторе при истечении из его каналов рабочего тела, по закону сохранения момента количества движения, компенсируется обратным моментом, создаваемым при торможении отработанного рабочего тела в роторе на внутренней поверхности оболочки, а полезный момент создается лишь при истечении рабочего тела из отверстий оболочки под давлением оставшимся после расширения рабочего тела в каналах ротора, что приводит к большим потерям энергии (~ 50%).
Известен способ получения механической энергии в турбине, включающий подачу рабочего тела в каналы ротора турбины и разгон рабочего тела при истечении из каналов в одном направлении вдоль окружности перпендикулярном радиусу ротора с обеспечением вращения ротора, рабочее тело из каналов ротора подают в образованное оболочкой пространство вокруг ротора и оно взаимодействует с трением с оболочкой и истекает через отверстия в оболочке, разгоняясь в одном направлении с обеспечением ее вращения. Оболочка выполнена в виде радиальной лопаточной турбины и вращается встречно ротору ( патент Швейцарии № 669428, МПК: Р 01 Ό 1/28, 1989, ближайший аналог).
Недостатком известного способа является недостаточно высокое количество получаемой механической энергии вследствие того, что при истечении через четыре канала ротора рабочего тела и подачи его в образованное оболочкой в виде лопаточной турбины пространство вокруг ротора и истечении через отверстия в оболочке между лопатками турбины рабочее тело, находящееся между лопатками в момент соприкосновения с потоками от каналов ротора выталкивается - «выколачивается», разгоняясь до скорости потока, попадающего из каналов ротора, на что затрачивается часть энергии потока.
При истечении через отверстия в оболочке в виде радиальной лопаточной турбины существуют потери на ускорение рабочего тела в радиальных лопатках от центробежных сил.
Кроме того, есть потери на вентиляцию за счет циркуляции рабочего тела между лопатками при истечении через отверстия в оболочке.
Также из вращающейся оболочки в виде радиальной лопаточной турбины рабочее тело истекает со скоростью, значительно отличающейся от скорости вращения оболочки, что приводит к потерям энергии.
Известна струйная реактивная турбина, содержащая рабочее колесо, выполненное в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом, установленной с возможностью вращения, на трубе радиально закреплена с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков с открытыми концами, оболочку, установленную с возможностью вращения и охватывающую колесо, охватывающий колесо и оболочку корпус с отверстиями для размещения вала и со штуцерами для подачи и выхода рабочего тела. На оболочке закреплена с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков с открытыми концами. Оболочка и рабочее колесо установлены на одном валу (патент США №3282560, НКИ : 415-80, 1965).
Недостатком известной турбины является жесткая связь оболочки и рабочего колеса, установленных на едином валу, и вращение рабочего колеса и оболочки в одну сторону, что обеспечивает получение механической энергии только от одной оболочки, а патрубки рабочего колеса являются лишь дросселирующими давление подачи рабочего тела элементами турбины, приводящими к бесполезным потерям энергии и низкому коэффициенту полезного действия.
Кроме того, низкая прочность длинной цилиндрической оболочки с многими отверстиями на ее поверхности ограничивает окружную скорость оболочки и еще больше понижает коэффициент полезного действия турбины.
Известна двухвальная радиальная турбина, содержащая сегнерово колесо, выполненное в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом, установленной с возможностью вращения, на трубе радиально закреплена с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков с отогнутыми в противоположные стороны от их оси открытыми концами, причем оси отогнутых открытых концов патрубков перпендикулярны плоскости проходящей через оси пары патрубков и ось трубы, а в стенке трубы соответственно патрубкам выполнены отверстия, оболочку, скрепленную соосно с валом, установленным с возможностью вращения и охватывающую сегнерово колесо, охватывающий сегнерово колесо и
- 1 005904 оболочку корпус с отверстиями для размещения трубы сегнерова колеса и валов сегнерова колеса и оболочки и со штуцером для выхода рабочего тела. Оболочка выполнена в виде лопаточной турбины (патент Швейцарии №669428, МПК : Ρ01Ό 1/28, 1989, ближайший аналог).
Недостатком известной турбины является то, что в оболочке, выполненной в виде лопаточной турбины, лопатки крепятся к диску по его торцу, что увеличивает центробежную нагрузку на лопатки за счет дополнительного момента, а узел крепления лопаток неспособен нести высокую нагрузку, что требует понижения окружных скоростей лопаточной турбины и снижает коэффициент полезного действия лопаточной турбины.
Для прохода между лопатками поток рабочего тела от сопел ротора должен быть направлен на лопатки под определенным углом, определяемым формой лопаток и формой потока из сопел. В известной турбине поток рабочего тела из сопел попадает на лопатки под разными углами, что в среднем приведет к увеличенным углам принятым в турбинах с отдельным сопловым аппаратом и падению коэффициента полезного действия.
Использование полого ротора (сегнерова колеса) приводит к потерям на трение за счет возникновения в полости ротора циркуляции рабочего тела, увлекаемого за счет вязкости на стенках и обратного течения в средней части полости ротора (сегнерова колеса), то есть образованием парного вихря. В результате теряется мощность, отбираемая от ротора с полостью.
При парциальном подводе рабочего тела к оболочке (лопаточной турбине) от четырех сопел ротора (сегнерова колеса), которое само вращается в обратную сторону, рабочее тело, находящееся между лопатками при низком давлении, в момент соприкосновения с потоками от сопел ротора выталкивается «выколачивается»; разгоняясь до скорости потока, попадающего из сопел ротора, на что затрачивается часть энергии потока.
В оболочке (лопаточной турбине) существуют потери на ускорение рабочего тела в радиальных лопатках от центробежных сил.
Кроме того, есть потери на вентиляцию за счет циркуляции рабочего тела между лопатками при истечении через отверстия в оболочке.
Также из вращающейся оболочки в виде лопаточной турбины рабочее тело истекает со скоростью, значительно отличающейся от скорости вращения оболочки, что приводит к потерям энергии.
Известная турбина имеет сложную конструкцию и сложную технологию изготовления вследствие использования в качестве оболочки лопаточной турбины.
Раскрытие изобретения
Предлагаемым способом получения механической энергии в турбине решается задача увеличения механической энергии получаемой в турбине путем увеличения коэффициента полезного действия за счет максимального использования кинетической энергии потока отработанного рабочего тела, истекающего из каналов ротора турбины и обеспечения минимальной абсолютной скорости потока при истечении из каналов оболочки.
Задача создания способа получения механической энергии в турбине решается тем, что в способе получения механической энергии в турбине, включающем подачу рабочего тела в каналы ротора турбины и разгон рабочего тела при истечении из каналов в одном направлении вдоль окружности, перпендикулярном радиусу ротора с обеспечением вращения ротора, рабочее тело из каналов ротора подают в образованное оболочкой пространство вокруг ротора и оно взаимодействует с трением с оболочкой и истекает через отверстия в оболочке, разгоняясь в одном направлении с обеспечением ее вращения, согласно изобретению, образованное оболочкой пространство выполнено закрытым и по радиусу окружности вдоль выходных отверстий каналов ротора, а истекающее через отверстия в оболочке рабочее тело разгоняется вдоль окружности перпендикулярно радиусу оболочки в направлении, противоположном истечению из ротора.
Выполнение образованного оболочкой пространства закрытым и по радиусу окружности вдоль выходных отверстий каналов ротора и разгон истекающего через отверстия в оболочке рабочего тела вдоль окружности перпендикулярно радиусу оболочки в направлении, противоположном истечению из ротора, позволяет обеспечить вращение оболочки турбины за счет полезного использования избыточной кинетической энергии рабочего потока, истекающего из каналов ротора турбины, и приводит к увеличению механической энергии, получаемой в турбине.
Кроме того, истечение через отверстия в оболочке рабочего тела происходит со скоростью, близкой к окружной скорости оболочки в обратном направлении, так что абсолютная скорость потока рабочего тела близка к нулю, что снижает потери механической энергии.
Нагрузка может быть приложена к ротору и оболочке так, чтобы установить одинаковые окружные скорости вращения наружного диаметра ротора и внутреннего диаметра оболочки.
Приложение нагрузки к ротору и оболочке так, чтобы установить одинаковые окружные скорости вращения наружного диаметра ротора и внутреннего диаметра оболочки, позволяет получить наибольший коэффициент полезного действия турбины.
- 2 005904
Предлагаемой турбиной решается задача увеличения механической энергии, получаемой в турбине путем увеличения коэффициента полезного действия вследствие минимальных потерь энергии при истечении рабочего тела из оболочки, а также упрощения конструкции турбины.
Задача создания турбины решается тем, что в турбине, содержащей сегнерово колесо, выполненное в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом установленной с возможностью вращения, на трубе радиально закреплена с противоположных сторон, по крайней мере одна пара патрубков с отогнутыми в противоположные стороны от их оси открытыми концами, причем оси отогнутых открытых концов патрубков перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков и ось трубы, а в стенке трубы соответственно патрубкам выполнены отверстия, оболочку скрепленную соосно с валом, установленным с возможностью вращения и охватывающую сегнерово колесо, охватывающий сегнерово колесо и оболочку корпус с отверстиями для размещения трубы сегнерова колеса и валов сегнерова колеса и оболочки и со штуцером для выхода рабочего тела, согласно изобретению, оболочка выполнена в виде цилиндрического барабана, цилиндрический поясок барабана примыкает к отогнутым концам патрубков сегнерова колеса с зазором, на цилиндрическом пояске барабана радиально закреплена с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков с открытыми концами, отогнутыми в разные стороны от их оси противоположные сторонам патрубков сегнерова колеса, причем оси отогнутых открытых концов патрубков барабана перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков барабана и ось трубы, в стенке пояска соответственно патрубкам выполнены отверстия.
Выполнение оболочки в виде цилиндрического барабана, примыкание цилиндрического пояска барабана к отогнутым концам патрубков сегнерова колеса с зазором, закрепление на цилиндрическом пояске барабана радиально с противоположных сторон по крайней мере одной пары патрубков с открытыми концами, отогнутыми в разные стороны от их оси, противоположные сторонам патрубков сегнерова колеса, причем оси отогнутых открытых концов патрубков барабана перпендикулярны плоскости проходящей через оси пары патрубков барабана и ось трубы, а в стенке пояска соответственно патрубкам выполнены отверстия, позволяет отработанному рабочему телу, выходящему из сегнерова колеса, взаимодействовать с цилиндрическим пояском барабана, установленным очень близко на расстоянии зазора от отогнутых концов патрубков сегнерова колеса, приводя его во вращение, и при истечении из открытых концов патрубков барабана усиливать вращение барабана, а также позволяет упростить конструкцию и технологию изготовления за счет замены лопаточной турбины.
Кроме того, истечение из открытых концов цилиндрического барабана рабочего тела происходит со скоростью, близкой к окружной скорости цилиндрического барабана в обратном направлении, так что абсолютная скорость потока рабочего тела близка к нулю, что повышает коэффициент полезного действия турбины.
Использование одной и более пар патрубков позволяет приводить во вращение барабан и получать от него дополнительную механическую энергию.
Таким образом появляется дополнительная механическая энергия от вращения барабана, что повышает коэффициент полезного действия турбины.
Патрубки сегнерова колеса могут быть выполнены обтекаемой формы.
Выполнение патрубков сегнерова колеса обтекаемой формы, то есть имеющей внешние очертания, обеспечивающие при движении наименьшее сопротивление встречного потока рабочего тела, например в поперечном сечении в виде каплевидного профиля, позволяет снизить аэродинамические потери на трение при вращении сегнерова колеса в барабане, заполненном рабочим телом, что позволяет увеличить механическую энергию, получаемую в турбине.
Обтекаемая форма патрубков сегнерова колеса может быть выполнена в поперечном сечении в виде крыловидного профиля с отношением Ь/Ь >5, где Ь - хорда крыла,
Ь - наибольшая толщина крыла.
Выполнение обтекаемой формы патрубков сегнерова колеса в поперечном сечении в виде крыловидного профиля с отношением Ь/Ь > 5, где Ь - хорда крыла,
Ь - наибольшая толщина крыла, позволяет создать наиболее оптимальные условия при снижении аэродинамических потерь на трение при вращении сегнерова колеса в барабане заполненном рабочим телом.
Патрубки барабана могут быть выполнены обтекаемой формы.
Выполнение патрубков барабана обтекаемой формы, то есть имеющей внешние очертания, обеспечивающие при движении наименьшее сопротивление встречного потока рабочего тела, например в поперечном сечении в виде каплевидного профиля, позволяет снизить аэродинамические потери на трение при вращении барабана в корпусе, заполненном рабочим телом.
Обтекаемая форма патрубков барабана может быть выполнена в поперечном сечении в виде крыловидного профиля с отношением Ь/Ь > 5, где Ь - хорда крыла,
- 3 005904
Ь - наибольшая толщина крыла.
Выполнение обтекаемой формы патрубков барабана в поперечном сечении в виде крыловидного профиля с отношением Ь/Ь > 5, где Ь - хорда крыла,
Ь - наибольшая толщина крыла, позволяет создать наиболее оптимальные условия при снижении аэродинамических потерь на трение при вращении барабана в корпусе заполненном рабочим телом.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен общий вид турбины в разрезе;
на фиг. 2 - вид по А на фиг. 1;
на фиг. 3 - продольное сечение патрубка сегнерова колеса или барабана, выполненное в поперечном сечении в виде крыловидного профиля;
на фиг. 4 - разрез по А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез по Б-Б на фиг. 3.
Лучший вариант осуществления изобретения
Турбина содержит сегнерово колесо, выполненное в виде трубы 1 с закрытым концом, скрепленной соосно с валом 2, труба 1 с валом 2 установлены с возможностью вращения на подшипниках. На трубе 1 закреплены радиально с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков 3 с отогнутыми в противоположные стороны открытыми концами 4, оси отогнутых открытых концов 4 патрубков 3 перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков 3 и ось трубы 1, а в стенке трубы 1 соответственно патрубкам 3 выполнены отверстия 13. Открытые концы 4 могут быть выполнены в виде сопел. Цилиндрический барабан 5, скрепленный соосно с валом 6, установлен соосно трубе 1 с возможностью вращения на подшипниках и охватывает сегнерово колесо. Цилиндрический поясок 7 цилиндрического барабана 5 примыкает к отогнутым открытым концам 4 патрубков 3 сегнерова колеса с зазором. На цилиндрическом пояске 7 цилиндрического барабана 5 закреплены радиально с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков 8 с открытыми концами 9, отогнутыми в разные стороны от их оси противоположные сторонам патрубков 3 сегнерова колеса. Оси отогнутых открытых концов 9 патрубков 8 цилиндрического барабана 5 перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков 8 цилиндрического барабана 5 и ось трубы 1. В стенке цилиндрического пояска 7 цилиндрического барабана 5 соответственно патрубкам 8 выполнены отверстия 10. Имеется корпус 11, охватывающий сегнерово колесо и цилиндрический барабан 5, с отверстиями для размещения трубы 1 сегнерова колеса и валов 6 и 2 цилиндрического барабана 5 и сегнерова колеса и со штуцером 12 для выхода рабочего тела. Корпус 11 соединен с входным патрубком 14 подачи рабочего тела. Труба 1 сегнерова колеса имеет на входной его части многочисленные проточки 15, образуя вместе с входным патрубком 14 лабиринтные уплотнения, обеспечивающие минимальные утечки рабочего тела подаваемого в турбину.
Патрубки 3 сегнерова колеса могут быть выполнены обтекаемой формы, например в поперечном сечении в виде каплевидного профиля.
Обтекаемая форма патрубков 3 сегнерова колеса может быть выполнена в поперечном сечении в виде крыловидного профиля с отношением Ь/Ь > 5, где Ь - хорда крыла,
Ь - наибольшая толщина крыла.
Патрубки 8 цилиндрического барабана 5 могут быть выполнены обтекаемой формы, например в поперечном сечении в виде каплевидного профиля.
Обтекаемая форма патрубков 8 цилиндрического барабана 5 может быть выполнена в поперечном сечении в виде крыловидного профиля с отношением Ь/Ь > 5, где Ь - хорда крыла,
Ь - наибольшая толщина крыла.
Выбор наименьших аэродинамических интегральных потерь при вращении патрубков 3 сегнерова колеса и патрубков 8 цилиндрического барабана 5, выполненных в поперечном сечении в виде крыловидного профиля, например симметричного профиля Жуковского, осуществлен по значению профильного сопротивления Сх = 0,02 по методике изложенной в книге Г.И. Абрамовича «Прикладная газовая динамика», издательство «Наука», редакция физико-математической литературы, М, 1969, с. 545, рис. 10. 12. Симметричный профиль Жуковского показан на фиг. 3, 4 и 5.
Турбина работает следующим образом.
Рабочее тело подают во входной патрубок 14 и трубу 1 сегнерова колеса и далее подают в каналы каждой пары патрубков 3. Рабочее тело истекает с высокой скоростью из противоположных открытых концов 4 патрубков 3, разгоняясь в одном направлении вдоль окружности перпендикулярно радиусу сегнерова колеса с обеспечением его вращения за счет создания момента реактивных сил.
Отработанный поток рабочего тела из открытых концов 4 патрубков 3 с высокой скоростью попадает в полость закрытого пространства вокруг сегнерова колеса, создаваемое цилиндрическим барабаном 5, и взаимодействует с трением со стенкой цилиндрического барабана 5, приводя его во вращение. Далее рабочее тело попадает в пару патрубков 8 цилиндрического барабана 5 и истекает через открытые концы
- 4 005904 с высокой скоростью, разгоняясь и приводя во вращение цилиндрический барабан 5 за счет создания момента реактивных сил.
В процессе вращения цилиндрического барабана 5 истекающий из открытых концов 4 поток рабочего тела затормаживается внутри цилиндрического барабана 5 силами трения до его окружной скорости, создавая момент трения, вращающий цилиндрический барабан 5. Одновременно, при вращении цилиндрического барабана 5 внутри него на рабочее тело действуют центробежные силы, создавая центробежное давление, под действием которого происходит истечение рабочего тела из открытых концов 9 цилиндрического барабана 5, создавая добавочный момент, суммирующийся с моментом трения.
От вращающихся сегнерова колеса и цилиндрического барабана 5 вращения передаются соответственно валам 2 и 6 и от них к потребителю.
Таким образом, происходит полезное использование энергии отработанного в сегнеровом колесе рабочего тела и получение дополнительной мощности.
Далее рабочее тело поступает в корпус 11 и выходит через штуцер 12 для выхода рабочего тела.
Использование патрубков 3 и 8 соответственно сегнерова колеса и цилиндрического барабана 5 обтекаемой формы позволяет снизить аэродинамические потери при вращении патрубков и повысить полученную механическую энергию в турбине.
Способ получения механической энергии в турбине осуществляют следующим образом.
Рабочее тело подают в каналы ротора турбины. Рабочее тело разгоняют, то есть увеличивают его скорость, при истечении из каналов в одном направлении вдоль окружности радиуса ротора с обеспечением вращения ротора и получения механической энергии. При этом вместе с ротором вращается и его вал, с которого снимается полезная энергия.
Рабочее тело поступает из каналов ротора в закрытое пространство вокруг ротора и взаимодействует с трением с оболочкой, образующей закрытое пространство и выполненной по радиусу окружности вдоль выходных отверстий каналов ротора. Выполнение оболочки по радиусу окружности вдоль выходных отверстий каналов позволяет вращаться оболочке вокруг ротора, а взаимодействие с трением рабочего тела с оболочкой приводит во вращение оболочку, одновременно создавая центробежное давление внутри оболочки. Оболочка, например, может быть выполнена в виде барабана.
Далее рабочее тело истекает под действием центробежного давления через отверстия в оболочке (это могут быть, например отверстия 10 в цилиндрическом барабане 5 и отверстия в патрубках 8), разгоняясь в одном направлении вдоль окружности, перпендикулярном радиусу оболочки, и в противоположном направлению истечения из ротора с обеспечением вращения оболочки и получения механической энергии. Истечение с разгоном (увеличением скорости) из отверстий оболочки в одном направлении вдоль окружности, перпендикулярном радиусу оболочки, позволяет приводить во вращение оболочку, а торможение рабочего тела, истекающего из каналов ротора в оболочку, позволяет усиливать эффект вращения за счет сил трения рабочего тела об оболочку и реактивных сил. При этом вместе с оболочкой вращается ее вал, с которого снимается дополнительная полезная энергия.
Нагрузка может быть приложена к ротору и оболочке так, чтобы установить одинаковые окружные скорости вращения наружного диаметра ротора и внутреннего диаметра оболочки. Это осуществляется подключением потребителей энергии, например электрогенераторов к валам ротора и оболочки и установления таких режимов их работы, чтобы окружные скорости вращения наружного диаметра ротора и внутреннего диаметра оболочки были одинаковы. В этом случае можно получить наибольший коэффициент полезного действия турбины.
По закону сохранения момента количества движения момент вращения, действующий на ротор Μι, равен суммарному моменту вращения М2, действующему на оболочку: Μι = М2. Если скорость истечения 1 кг/с рабочего тела из каналов ротора будет А1 на радиусе В, то
М1=М2=(А1-У1)-В, где У1 - окружная скорость вращения ротора.
Развиваемая ротором мощность при угловой скорости
Ш1=У1/В N1 = (А1-У1)-В-У1/В = (А1-У1)
Соответственно при том же моменте М! = М2 мощность, развиваемая оболочкой, будет при ш2=У2/В, где У2 - окружная скорость вращения оболочки
N2 = (А1-У1)-В-У2/В = (А1-У1)-У2.
Следовательно, при одинаковых окружных скоростях У! = У2 и отсутствии аэродинамических и других потерь, наличие вращающейся оболочки позволяет дополнительно получить такую же мощность, как и мощность ротора, то есть удвоить суммарную мощность системы ротор - оболочка и получить максимальный теоретический коэффициент полезного действия турбины.
При У1 = У2 = У коэффициент полезного действия составляет: η = (N1 + N 2)/\У,'72 = 4(У/А1 - Т'А\'-;).
При соотношении У/\ = 0,25 η=4(0,25 - (0,25)2)=0,75
- 5 005904
В качестве рабочего тела в турбине могут использоваться жидкость, газ и пар.
Пример применения способа
Турбина работает на водяном паре. Используют ротор типа сегнерово колесо с двумя каналами. Подают водяной пар в два канала ротора и разгоняют поток водяного пара при истечении из каналов в одном направлении вдоль окружности, перпендикулярном радиусу ротора до скорости 790 м/с. Используют ротор с радиусом г = 0,48 м и числом оборотов η = 5000 об/мин. Окружная скорость ротора 251 м/с. Ротор вращается и с его вала снимается механическая энергия.
Далее водяной пар из каналов ротора поступает в закрытое пространство вокруг ротора и взаимодействует с трением с оболочкой, образующей закрытое пространство и выполненной по радиусу окружности вдоль выходных отверстий каналов ротора. Через отверстия в оболочке водяной пар истекает, разгоняясь до скорости 251 м/с в одном направлении вдоль окружности, перпендикулярном радиусу оболочки, и в противоположном направлению истечения из ротора с обеспечением вращения оболочки. Радиус оболочки незначительно превышает радиус ротора и составляет 0,4805 м, а число оборотов оболочки η = 4990 об/мин. Окружная скорость оболочки 251 м/с. Оболочка вращается и с ее вала снимается дополнительная механическая энергия.
К валам ротора и оболочки прикладывают нагрузку установкой отдельных электрогенераторов на оба вала и устанавливают такие режимы работы электрогенераторов, чтобы окружные скорости вращения наружного диаметра ротора и внутреннего диаметра оболочки стали одинаковы 251 м/с. В этом случае с турбины снимается наибольшая механическая энергия при теоретическом коэффициенте полезного действия η = 0,86.
Предложенный способ получения механической энергии в турбине подтвержден экспериментально и турбина, реализующая этот способ, успешно прошли испытания.
Промышленная применимость
Наиболее успешно настоящее изобретение может быть использовано как гидравлическая, пневматическая и паровая турбина для привода электрогенераторов, компрессоров холодильных установок и тепловых насосов.
Claims (7)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Турбина, содержащая ротор, выполненный в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом, установленной с возможностью вращения и на которой радиально закреплена с противоположных сторон по меньшей мере одна пара патрубков с отогнутыми в противоположные стороны от их оси открытыми концами, оболочку, скрепленную соосно с валом, установленную с возможностью вращения и охватывающую ротор и корпус, охватывающий оболочку, с отверстиями для размещения трубы ротора и со штуцером для выхода рабочего тела, отличающаяся тем, что оболочка выполнена в виде цилиндрического барабана, имеющего цилиндрический поясок, примыкающий к отогнутым концам патрубков ротора с зазором, при этом на цилиндрическом пояске барабана закреплена по меньшей мере одна пара диаметрально противоположных патрубков с открытыми концами, отогнутыми в противоположные стороны, причем открытые концы патрубков барабана обеспечивают истечение рабочего тела перпендикулярно радиусу оболочки в направлении, противоположном истечению рабочего тела из каналов ротора.
- 2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что патрубки ротора выполнены обтекаемой формы.
- 3. Турбина по п.2, отличающаяся тем, что обтекаемая форма патрубков ротора выполнена в поперечном сечении в виде крыловидного профиля с отношением Ь/Ь > 5, где Ь - хорда крыла, Ь - наибольшая толщина крыла.
- 4. Турбина по пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что патрубки барабана выполнены обтекаемой формы.
- 5. Турбина по п.4, отличающаяся тем, что обтекаемая форма патрубков барабана выполнена в поперечном сечении в виде крыловидного профиля с отношением Ь/Ь > 5, где Ь - хорда крыла, Ь - наибольшая толщина крыла.
- 6. Способ получения механической энергии, включающий использование турбины, содержащей ротор и охватывающую его оболочку, установленную с возможностью вращения и снабженную по меньшей мере одной парой диаметрально противоположных патрубков, обеспечивающих истечение рабочего тела перпендикулярно радиусу оболочки в направлении, противоположном истечению рабочего тела из каналов ротора, в котором осуществляют подачу рабочего тела в каналы ротора с обеспечением его вращения и последующий выпуск рабочего тела через диаметрально противоположные патрубки оболочки с обеспечением вращения оболочки и осуществляют отбор механической энергии от турбины.
- 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что прикладывают нагрузку к ротору и оболочке так, чтобы установить одинаковые окружные скорости вращения наружного диаметра ротора и внутреннего диаметра оболочки.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002105974/06A RU2200848C1 (ru) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | Способ получения механической энергии в турбине и турбина для его реализации |
| PCT/RU2003/000083 WO2003076767A1 (fr) | 2002-03-11 | 2003-03-07 | Turbine amelioree |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200401149A1 EA200401149A1 (ru) | 2005-02-24 |
| EA005904B1 true EA005904B1 (ru) | 2005-06-30 |
Family
ID=20255387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200401149A EA005904B1 (ru) | 2002-03-11 | 2003-03-07 | Усовершенствования турбины |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20050147493A1 (ru) |
| EP (1) | EP1489262B1 (ru) |
| AU (1) | AU2003235542A1 (ru) |
| EA (1) | EA005904B1 (ru) |
| RU (1) | RU2200848C1 (ru) |
| UA (1) | UA74302C2 (ru) |
| WO (1) | WO2003076767A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771106C1 (ru) * | 2021-09-28 | 2022-04-26 | Владимир Викторович Михайлов | Турбина |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3832496B1 (ja) * | 2005-05-25 | 2006-10-11 | いすゞ自動車株式会社 | 噴流式蒸気エンジン |
| DE102008009669A1 (de) * | 2008-01-23 | 2009-07-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Anlage zum Transportieren einer Erzpulpe in einem entlang einer Gefällstrecke angeordneten Leitungssystem sowie Komponenten einer solchen Anlage |
| US20110107774A1 (en) * | 2009-11-12 | 2011-05-12 | Linde Aktiengesellschaft | Self-Powered Refrigeration Apparatus |
| RU2467188C2 (ru) * | 2011-02-01 | 2012-11-20 | Михаил Вениаминович Малиованов | Силовая установка реактивного типа |
| GB2502943B (en) * | 2011-12-07 | 2016-03-16 | Solaris Holdings Ltd | Method for producing mechanical work |
| RU2605994C2 (ru) * | 2012-12-14 | 2017-01-10 | Николай Фомич Архипов | Двигатель внутреннего сгорания |
| RU2673431C2 (ru) | 2013-08-05 | 2018-11-26 | Сергей Константинович Исаев | Способ получения механической энергии, однопоточная и двухпоточная реактивные турбины и турбореактивная установка для его реализации |
| DE202014100531U1 (de) | 2014-02-06 | 2014-02-13 | Dmitiri Georgievich Gita | Ein- und zweiflutige Überdruckturbine und Turbinenluftstrahlanlage dafür |
| RU2632737C2 (ru) * | 2016-03-23 | 2017-10-09 | Анатолий Дмитриевич Щербатюк | Роторная машина |
| RU2635750C1 (ru) * | 2016-12-07 | 2017-11-15 | Владимир Сергеевич Соколов | Мини-электростанция |
| RU2729308C1 (ru) * | 2019-11-26 | 2020-08-05 | Анатолий Дмитриевич Щербатюк | Роторный инерционный двигатель |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE172795C (ru) * | ||||
| US494991A (en) * | 1893-04-04 | Centrifugal blower | ||
| US999776A (en) * | 1908-03-07 | 1911-08-08 | Edwin R Gill | Reaction-engine. |
| SU9803A1 (ru) * | 1927-04-20 | 1929-05-31 | В.М. Шувалов | Реактивна парова турбина |
| US3282650A (en) * | 1963-02-11 | 1966-11-01 | Philips Corp | Ion indicating device |
| US3200588A (en) * | 1963-02-26 | 1965-08-17 | Friedrich C Math | Jet reaction motor |
| US3282560A (en) * | 1965-06-15 | 1966-11-01 | Loyal W Kleckner | Jet reaction turbine |
| US3828553A (en) * | 1973-02-08 | 1974-08-13 | M Eskeli | Turbine having powered inner rotor for imparting additional velocity to entering fluid |
| US3930744A (en) * | 1973-10-10 | 1976-01-06 | Hollymatic Corporation | Pressure gas engine |
| US4430042A (en) * | 1979-11-29 | 1984-02-07 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Velocity pump reaction turbine |
| US4332520A (en) | 1979-11-29 | 1982-06-01 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Velocity pump reaction turbine |
| YU46140B (sh) * | 1984-03-07 | 1993-05-28 | Stojčić, Tode | Turbina sa suprotno obrtnimm rotorima |
| US4674950A (en) * | 1985-11-12 | 1987-06-23 | Dresser Industries, Inc. | Pitot tube for pitot type centrifugal pump |
| US6354800B1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-03-12 | Lance G. Hays | Dual pressure Euler turbine |
-
2002
- 2002-03-11 RU RU2002105974/06A patent/RU2200848C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-03-07 US US10/506,753 patent/US20050147493A1/en not_active Abandoned
- 2003-03-07 AU AU2003235542A patent/AU2003235542A1/en not_active Abandoned
- 2003-03-07 EP EP03744077A patent/EP1489262B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-07 EA EA200401149A patent/EA005904B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2003-03-07 WO PCT/RU2003/000083 patent/WO2003076767A1/ru not_active Application Discontinuation
- 2003-07-03 UA UA20041008255A patent/UA74302C2/ru unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771106C1 (ru) * | 2021-09-28 | 2022-04-26 | Владимир Викторович Михайлов | Турбина |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA74302C2 (ru) | 2005-11-15 |
| WO2003076767A1 (fr) | 2003-09-18 |
| EP1489262A1 (de) | 2004-12-22 |
| EP1489262A4 (de) | 2010-07-21 |
| EA200401149A1 (ru) | 2005-02-24 |
| AU2003235542A1 (en) | 2003-09-22 |
| US20050147493A1 (en) | 2005-07-07 |
| EP1489262B1 (de) | 2012-06-27 |
| RU2200848C1 (ru) | 2003-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100874046B1 (ko) | 자유 흐름수 터빈 | |
| RU2200848C1 (ru) | Способ получения механической энергии в турбине и турбина для его реализации | |
| RU2673431C2 (ru) | Способ получения механической энергии, однопоточная и двухпоточная реактивные турбины и турбореактивная установка для его реализации | |
| US7824149B2 (en) | Turbine | |
| KR19990028875A (ko) | 회전자 | |
| EA030338B1 (ru) | Роторное устройство | |
| WO2011102746A2 (pt) | Turbina com rotor de entrada e saída radiais para aplicações em escoamentos bidireccionais | |
| KR20140014092A (ko) | 윈드 파워 로터 및 상기 로터를 사용한 에너지 생성 방법 | |
| JP2013032748A (ja) | 蒸気タービン | |
| WO2010080052A1 (ru) | Низконапорная ортогональная турбина | |
| CN104100301B (zh) | 能够调节喷嘴环开度的多级差压径流涡轮 | |
| CN103306736B (zh) | 一种动力涡轮及其动力机 | |
| JPH11159433A (ja) | 水力機械 | |
| JP5738252B2 (ja) | 波力発電プラントにおいて逆転双方向空気流とともに使用される衝動空気タービン装置 | |
| RU2383775C1 (ru) | Роторная ветроустановка | |
| RU181361U1 (ru) | Центробежная турбина | |
| CZ2011107A3 (cs) | Lopatkový stroj | |
| RU2217596C1 (ru) | Турбина | |
| US6076354A (en) | Power generator driven by environment's heat | |
| RU2280168C1 (ru) | Способ получения механической энергии в турбине, турбина и сегнерово колесо для его реализации | |
| RU2771106C1 (ru) | Турбина | |
| RU175269U1 (ru) | Гидравлическая низконапорная пропеллерная турбина | |
| RU2333382C1 (ru) | Способ усиления эффекта магнуса | |
| KR950006397B1 (ko) | 터빈 | |
| RU2305772C2 (ru) | Осевая проточная турбина |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU |