EA028863B1

EA028863B1 - Турбина

Info

Publication number: EA028863B1
Application number: EA201400194A
Authority: EA
Inventors: Виктор Степанович Лысенко; Серик Жайлауович Пралиев
Original assignee: Виктор Степанович Лысенко; Серик Жайлауович Пралиев
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2018-01-31
Also published as: EA201400194A1

Abstract

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано в гидроэнергетике, в частности для микро и малых ГЭС, в тепловых и газовых энергетических установках. Сущность изобретения заключается в том, что турбина, состоящая из корпуса с конфузором, ротора в виде пакета из нескольких дисков с отверстием для выхода воды или газа, которые жестко с зазорами установлены на валу отбора мощности, вращающегося в подшипниковых опорах корпуса, уплотнений и выводного патрубка, снабжена жестко связанными с валом двумя или более штырями, на которых соосно валу установлены диски, при этом отверстие для вывода воды или газа расположено на оси вращения вала, а диски выполнены с волновыми или винтовыми выступами и впадинами, при этом турбина снабжена дополнительным валом, жестко установленным на штырях соосно валу отбора мощности, а также конфузорами, волновыми или винтовыми каналами с форсунками или лопастями на концах.

Description

028863 Β1

028863

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано в гидроэнергетике, в частности для микро и малых ГЭС, в тепловых и газовых энергетических установках.

Известны лопастные, осевые, радиальные, радиально-осевые, пропеллерные и ковшовые гидротурбины, а также их разнообразные модификации (Малая гидроэнергетика/Л.П. Михайлов, Б.Н. Фельдман, Т.К. Марканова и др. - М.: Энергоиздат, 1989. - 430 с.), которые состоят из корпуса, диффузора или подающего устройства, турбины с лопастями, жестко установленных на валу отбора мощности, вращающегося в подшипниковых опорах корпуса и выводного канала.

Недостатком этих турбин является высокая интенсивность кавитационных процессов, которые оказывают негативное влияние на качество воды и приводят к разрушению лопастей турбин. Последнее обстоятельство вынуждает использовать дорогостоящие особо прочные марки сталей, что сказывается на себестоимости турбин.

Наиболее близким аналогом, то есть прототипом является турбина Тесла (Ν. Тез1а. ТигЪте.иийей 81а1ек Ра1еп1 № 1061206, Мау 6, 1913), состоящая из корпуса с конфузором, ротора в виде пакета из нескольких дисков с отверстиями для выхода жидкости или газа, которые жестко с зазорами установлены на валу отбора мощности, который вращается в подшипниковых опорах корпуса, уплотнений и выводного патрубка.

Недостатком прототипа является низкая эффективность преобразования кинетической энергии напорного потока воды или газа.

Целью изобретения является повышение эффективности преобразования кинетической энергии потока воды или газа.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что турбина, состоящая из корпуса с конфузором, ротора в виде пакета из нескольких дисков с отверстием для выхода воды или газа, которые жестко с зазорами установлены на валу отбора мощности, вращающегося в подшипниковых опорах корпуса, уплотнений и выводного патрубка, снабжена жестко связанными с валом двумя или более штырями, на которых соосно валу установлены диски, при этом отверстие для вывода воды или газа расположено на оси вращения вала, а диски выполнены с волновыми или винтовыми выступами и впадинами, при этом турбина снабжена дополнительным валом, жестко установленным на штырях соосно валу отбора мощности, а также конфузорами, волновыми или винтовыми каналами с форсунками или лопастями на концах.

Повышение эффективности преобразования энергии турбины достигается благодаря тому, что она дополнена штырями, что позволяет сместить выходное отверстие к оси вращения вала. Этим достигается максимальная передача кинетической энергии жидкости или газа. Так как принцип работы турбины заключается в раскручивании ротора турбины за счет молекулярного сцепления жидкости или газа с дисками (трение сцепления) при их прохождении в зазорах между ними. То на периферии в момент вхождения жидкости или газа в зазоры между дисками скорость максимальна, и по мере приближения к выходному отверстию линейная скорость падает при постоянной угловой скорости дисков. Следовательно, чем ближе к центру вращения будет осуществляться вывод жидкости или газа, тем больше будет отбор кинетической энергии движения жидкости или газа. Кроме того, за счет снабжения дисков волнообразными или винтовыми выступами и впадинами увеличивается гидравлическое трение между жидкостью и дисками, что также приведет к повышению отбора кинетической энергии потока жидкости или газа.

Для преобразования энергии больших мощностей потока жидкости или газа требуется большее количество дисков, что влечет необходимость установки второго вала для отбора мощности. При этом возникает проблема вывода жидкости или газа из центральной осевой зоны выхода. С другой стороны в центральной осевой зоне выхода жидкости или газа будет возникать интенсивное вихреобразование. Если вращающуюся жидкость или газ направить в сужающийся конфузор (по аналогии с природными смерчами или торнадо), то кинетическая энергии вращения возрастет пропорционально изменению радиуса вращения (Лысенко В.С., Пралиев С.Ж., Сулейменов Б.Т., Мунасипов С.Е. Кинетическая энергия вихревых образований и альтернативная энергетика//Успехи современного естествознания. - 2012, № 12, с. 104-106.) Таким образом, снабжение турбины дополнительным ротором с конфузором и волновыми или винтовыми каналами с форсунками на концах приведет к получению дополнительного импульса вращения на валу турбины.

В сущности, процесс преобразования энергии в предлагаемой турбине сводится к следующему: на первом этапе осуществляется отбор кинетической энергии поступательного движения потока жидкости или газа и одновременное преобразование его поступательного движения во вращательное вихревое движение, а затем увеличение кинетической энергии вращения за счет вихревого эффекта и разгон жидкости или газа центробежными силами и получение дополнительного импульса вращения за счет реактивного выброса из форсунок.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема турбины малой мощности, на фиг. 2 - принципиальная схема турбины большой мощности.

Турбина (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с конфузором 2, вала отбора мощности 3, штырей 4, планшайб 5, пакета дисков 6 с волнообразными выступами и впадинами 7, выводного отверстия 8 и выводного патрубка 9. Вал отбора мощности 3 установлен в подшипниковых опорах 10. Конфузор 2 снабжен

- 1 028863

фланцем 11 для соединения с напорным трубопроводом (не показан). Зазоры между дисками 6 пакета обеспечиваются при помощи шайб 12 определенной толщины или другими средствами. Корпус 1 турбины снабжен уплотнениями 13. Такая конструкция турбины приемлема для малых энергий потока жидкости или газа, когда допустима консольная схема компоновки.

Для больших мощностей турбины требуется больший диаметр входного патрубка конфузора 2 и, соответственно большее количество дисков 6. При этом для обеспечения жесткости конструкции требуются дополнительные вал и подшипниковые опоры.

Турбина для этих целей (фиг. 2) состоит из корпуса 1 с конфузором (на рисунке не показан), двух валов отбора мощности 3, штырей 4, планшайбы 5, пакета дисков 6 с волнообразными выступами и впадинами 7, выводного отверстия 8, выводной камеры с патрубком (не показаны), подшипниковых опор 10, фланца 11 конфузора, шайб 12, уплотнений 13, планшайбы 14, одного или двух роторов 15 с конфузорами 16. Роторы снабжены волновыми или винтообразными каналами 17 с форсунками или наклонными лопастями 18 на концах.

Турбина (фиг. 1) работает следующим образом.

Жидкость, например вода, или пар, или сжатый газ из напорного трубопровода подается в конфузор 2, где ускоряется и тангенциально через отверстие 19 под напором попадает в зазоры между дисками 6 и далее в выводное отверстие 8 и через патрубок 9 выводится из турбины. За счет молекулярного сцепления и трения кинетическая энергия движения жидкости или газа передается дискам 6, которые приводятся во вращательное движение, которое через штыри 5 вилки 4 передается валу отбора мощности 3 и далее генератору тока или иному энергетическому устройству (на фигуре не показаны).

Турбина (фиг. 2) работает аналогично описанной выше турбине, изображенной на фиг. 1. Только для обеспечения вывода жидкости или газа из выводного отверстия 8 и повышения эффективности преобразования энергии используется один или два дополнительных ротора 13 с конфузорами 14. Жидкость или газ, попав в выводное отверстие 8, приобретает осевое вращение. Проходя через конфузоры 14, кинетическая энергия вращения жидкости или газа возрастает в соответствии с законом сохранения момента количества движения. Далее жидкость или газ за счет центробежных сил инерции ускоряется и при выходе из форсунок или наклонных лопастей 16 создает дополнительный крутящий момент на валу турбины.

Основные преимущества предлагаемых турбин заключаются в возможности использовать дешевые материалы для дисков 6 и в повышении эффективности преобразования энергии.

В настоящее время проводятся работы по изготовлению опытного образца турбины, конструкция которой реализует предлагаемое изобретение.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Турбина, состоящая из корпуса с конфузором, ротора в виде пакета из нескольких дисков с отверстием для выхода воды или газа, которые жестко с зазорами установлены на валу отбора мощности, вращающегося в подшипниковых опорах корпуса, уплотнений и выводного патрубка, отличающаяся тем, что она снабжена жестко связанными с валом отбора мощности двумя или более штырями, на которых соосно последнему установлены диски, отверстия для вывода воды или газа которых расположены на оси вращения вала отбора мощности, а сами диски выполнены с волновыми или винтовыми выступами и впадинами, при этом турбина снабжена одним или двумя связанными с ротором дополнительными роторами с осевыми конфузорами и каналами с форсунками или лопастями на концах.
2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что каналы дополнительных роторов выполнены волновыми или винтовыми.

- 2 028863