EP1489262A1 - Verbesserte turbine - Google Patents

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EP1489262A1
EP1489262A1 EP03744077A EP03744077A EP1489262A1 EP 1489262 A1 EP1489262 A1 EP 1489262A1 EP 03744077 A EP03744077 A EP 03744077A EP 03744077 A EP03744077 A EP 03744077A EP 1489262 A1 EP1489262 A1 EP 1489262A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
scottish
turnstile
drum
turbine
Prior art date
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Application number
EP03744077A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1489262A4 (de
EP1489262B1 (de
Inventor
Radislav Nikolaevich Vorobiev
Anatoly Mikhailovich Zelinsky
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Obschestvo s Ogranichennoi Otvetstvennostyu Midera-k
Original Assignee
Obschestvo s Ogranichennoi Otvetstvennostyu Midera-k
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Obschestvo s Ogranichennoi Otvetstvennostyu Midera-k filed Critical Obschestvo s Ogranichennoi Otvetstvennostyu Midera-k
Publication of EP1489262A1 publication Critical patent/EP1489262A1/de
Publication of EP1489262A4 publication Critical patent/EP1489262A4/de
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Publication of EP1489262B1 publication Critical patent/EP1489262B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
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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

Definitions

  • the invention relates to the field of mechanical engineering, to be precise hydraulic or pneumatic turbine or a steam turbine for the drive of electrical generators, compressors of cooling systems, of heat pumps etc.
  • U.S. Patent 3,282,560 discloses a process for the recovery of mechanical energy in a turbine according to the preamble of claim 1 known, the flowing out of the working fluid from the channels of the rotor and the envelope is in one direction. The rotor and the shell leave a wave turn to which they are rigidly attached.
  • a disadvantage of this method is that it is not possible to use the to gain mechanical energy from the rotor of the turbine because the moment that on the rotor when the working fluid flows out of the rotor channels arises (according to the law of conservation of kinetic energy), with a Counter torque is compensated for when braking the processed Working fluid is generated in the rotor on the inner surface of the shell; the useful moment only when the working fluid flows out of the openings in the casing generated under the pressure after the expansion of the working fluid in the Rotor channels has remained, causing significant energy losses (about 50%) arise.
  • a disadvantage of this known method is that it is not sufficient Size of the mechanical energy obtained, because the work equipment at Flow out through four channels of the rotor and when it is inserted into the the shell in the form of the blade turbine space around the rotor as well as when flowing out through the openings in the envelope between the Blades of the turbine at the point of contact with the currents from the Rotor channels is ejected, taking it up to the speed of the one Accelerated current coming from the rotor channels; for that part of the Energy of the electricity used up.
  • a disadvantage of this known turbine is the fixed connection of the shell and the Work wheel installed on a shaft and the rotation of the work wheel and the shell in one direction, thereby creating mechanical Energy is only ensured on a shell.
  • the sockets of the work wheel are only elements of the turbine that only the pressure of the supply line of the working fluid throttle, whereby these elements lead to useless energy losses and thus lead to low efficiency.
  • the low strength limits the long cylindrical shell with many openings on its surface Circulation speed of the shell and still sets the efficiency of the turbine more down.
  • a disadvantage of this known turbine is that the blades in the Shell, which is designed as a blade turbine, attached to the edge of a disc is, whereby the centrifugal load on the blade by an additional Moment is increased because the node is the attachment of the blades unable to bear a high burden, so a reduction in the Circulation speed of the blade turbine is necessary and thus the efficiency the blade turbine is reduced.
  • the flow of working fluid from the rotor nozzles to the blades under one certain angle can be directed by the shape of the blades and by the shape of the stream is determined from the nozzles.
  • the flow of working fluid passes from the nozzles to the blades under different Angles, which in cross-section enlarged angles that in the Turbines with a separate nozzle apparatus are common, and a reduction of efficiency can be achieved.
  • the working fluid that is between the blades is under low pressure at the time of contact with the currents ejected the rotor channels, up to the speed of the Accelerated current coming from the rotor channels; for that part of the Energy of the electricity used up.
  • the working fluid flows out of the rotating casing designed as a blade turbine out at a speed that is significantly different from the speed the envelope rotation, which causes energy losses.
  • This known turbine has a complicated construction and a complicated one Manufacturing technology because a blade turbine is used as the casing.
  • the process for extracting mechanical energy in the turbine closes the supply of the working fluid into the rotor channels and the acceleration of the Working fluid when flowing out of the channels in one direction Perimeter, which is perpendicular to the rotor radius, while guaranteeing the Rotor rotation on;
  • the work equipment is made from Rotor channels in the closed space formed by the shell around the rotor inserted around, interacting with the shell by friction; the Working fluid flows out through openings in the shell, being in a Direction is accelerated while ensuring the envelope rotation.
  • the space formed by the shell is closed and runs close to the radius, the radius of which is determined by the distance between the Output opening of a rotor channel is formed by the rotor axis; furthermore the working fluid flowing out through the openings in the casing along the Accelerated circumference perpendicular to the envelope radius in a direction that the Outflow of the working fluid from the rotor is opposite.
  • the working fluid flows out through the openings in the Envelope at a speed equal to the rotational speed of the envelope in the The opposite direction is close, so that the absolute speed of the working fluid flow is close to zero, reducing the loss of mechanical energy become.
  • the load for the rotor and the casing can be chosen so that the same circulation speeds on the circles with the outer diameter of the rotor and the inner diameter of the casing.
  • the shell is designed as a cylindrical drum with is provided with a cylindrical belt attached to the bent ends of the Connects the Scottish turnstile with a gap and on the at least one pair of opposite nozzles is attached with open ends, which are bent in opposite directions with respect to their axes.
  • These directions are the directions of the sockets of the Scottish turnstile arranged opposite, with the axes of the bent, open ends the drum socket is perpendicular to the surface that is above the axes of the pair of nozzles and the axis of the tube; are on the wall of the belt Openings are provided according to the nozzle.
  • the working fluid flows out of the open ends the cylindrical drum at a speed equal to the orbital speed is close to the cylindrical drum in the opposite direction, so that the absolute velocity of the working fluid flow is close to zero, which makes the Turbine efficiency is increased.
  • the sockets of the Scottish turnstile can be drop-shaped become.
  • the formation of the nozzle in streamlined form, i.e. with the Outer contours, which have a minimal resistance of the Ensure counter flow of the working fluid, for example one with a cross section teardrop shape, allows the reduction of aerodynamic friction losses when turning the Scottish turnstile in the with the Working equipment filled drum, which reduces the mechanical energy in the Drum is won, can be increased.
  • the streamlined shape of the stub of the Scottish turnstile can be found in the Cross-section form a wing-like profile in the ratio L / b ⁇ 5, where L is the chord of the wing and b is the maximum thickness of the wing.
  • the drum sockets can be drop-shaped.
  • the formation of the drum socket in streamlined form, i.e. with the outer contours, which have a minimal resistance to the counter current of the Ensure work equipment and, for example, in cross-section as a drop-shaped one Profile are formed, allows a reduction in aerodynamic friction losses when rotating the drum filled with the working fluid in the Casing.
  • the streamlined shape of the drum socket can be cross-sectioned as wing-like Profile in the ratio L / b ⁇ 5, where L is the chord of the wing and b is the maximum thickness of the wing.
  • the formation of the streamlined shape of the drum neck in cross section as wing-like profile in the ratio L / b ⁇ 5 allows the creation of maximum optimal conditions while reducing aerodynamic friction losses when rotating the drum filled with the working fluid in the housing.
  • the turbine contains a Scottish turnstile, the tube 1 with a closed end is formed.
  • the tube 1 is coaxial with a shaft 2 coupled and can rotate together with this.
  • At least on tube 1 a pair of radially opposite nozzle 3 with in opposite directions bent, open ends 4 attached.
  • the axes of the bent, open Ends 4 of the nozzle 3 are perpendicular to that surface that over the Axes of the nozzle pair 3 and the axis of the tube 1 runs.
  • On the pipe wall 1 openings 13 are provided corresponding to the nozzle 3.
  • the open ends 4 can be designed as nozzles.
  • a rotatable, cylindrical drum 5 is coupled coaxially to a shaft 6 mounted coaxially to tube 1 and includes the Scottish turnstile.
  • On cylindrical belt 7 of the cylindrical drum 5 connects to the bent Ends 4 of the nozzle 3 of the Scottish turnstile with a gap.
  • On the cylindrical belt 7 of the cylindrical drum 5 is at least a pair of connecting pieces 8 attached with open ends 9, which are different in relation to their axis Directions are turned. Radial from the opposite directions of these directions the directions of the stubs 3 of the Scottish turnstile are opposite arranged.
  • the axes of the bent, open ends 9 of the nozzle 8 cylindrical drum 5 are perpendicular to the surface that over the Axes of the connector pair 8 of the cylindrical drum 5 and the axis of the tube 1 runs.
  • a housing 11 includes the Scottish turnstile and the cylindrical drum 5 with the Openings for housing the tube 1 of the Scottish turnstile and the shafts 6 and 2 of the cylindrical drum 5 and the Scottish Turnstile and with nozzle 12 for the outlet of the work equipment.
  • the housing 11 is connected to an inlet connection 14 of the supply line for the working medium.
  • the tube 1 of the Scottish turnstile has numerous at its exit part Bores 15 on, it together with the inlet connector 14th Labyrinth seals form a minimal drain of the working fluid secure that is inserted into the turbine.
  • the connector 3 of the Scottish turnstile can be designed in a streamlined shape be, e.g. in cross-section as a drop-shaped profile.
  • the streamlined shape of the nozzle 3 of the Scottish turnstile can be in Cross section are formed as a wing-like profile in the ratio L / b ⁇ 5, where L the chord of the wing and b is the maximum strength of the wing.
  • the nozzle 8 of the cylindrical drum 5 can be formed in a streamlined shape be, e.g. in cross-section as a drop-shaped profile.
  • the streamlined shape of the nozzle 8 of the cylindrical drum can be in cross section are formed as a wing-like profile in the ratio L / b ⁇ 5, where L is the chord of the Wing and b is the maximum thickness of the wing.
  • the turbine works as follows: The work equipment is in the Inlet 14 and the tube 1 of the Scottish turnstile. Then it is passed into the channels of each pair of nozzles. The working tool flows from the opposite, open ends at high speed 4 of the nozzle 3, it being perpendicular to the direction of the circumference Radius of the Scottish turnstile while ensuring that Rotation is accelerated by the generation of a recoil moment.
  • the back flow of the working fluid from the open ends 4 of the nozzle 3 with the high speed gets into the cavity of the enclosed space around the Scottish turnstile around which is formed by the cylindrical drum 5 and cooperates with the wall of the cylindrical drum 5 by friction, causing the drum to spin.
  • the work equipment then gets into the Spigot pair 8 of the cylindrical drum 5 and flows with the open ends 9 high speed, accelerating and rotating the cylindrical Drum 5 caused due to the generation of the recoil moment.
  • the working medium acts on the rotation of the cylindrical drum 5 (inside the drum) a centrifugal force, a centrifugal pressure is generated, under the influence of which the working fluid from the open ends 9 the cylindrical drum 5 flows out, generating an additional moment, that can be added to the frictional moment.
  • the working fluid continues to get into the housing 11 and flows over the nozzle 12 for the outlet of the work equipment.
  • sockets 3 and 8 of the Scottish turnstile and the cylindrical drum 5 in a streamlined shape allows the reduction of aerodynamic losses in the rotation of the nozzle and the increase in obtained mechanical energy in the turbine.
  • the working fluid is introduced into the rotor channels of the turbine and accelerated, d. H. its speed will be towards as it flows out of the channels the circumference with the rotor radius while guaranteeing the rotor rotation and the extraction of mechanical energy increases. It turns next to that Rotor also its shaft, from which the useful energy is taken.
  • the working fluid flows from the rotor channels into the enclosed space the rotor around and interacts with the shell by friction, the one forms closed space and that according to the circumference of the exit openings of the rotor channels.
  • the formation of the envelope according to the radius of the The envelope allows the circumference along the exit openings of the rotor channels to turn the rotor; the interaction of the friction of the work equipment with the shell causes rotation of the shell, with centrifugal pressure is generated within the shell.
  • the shell can be used, for example, as a drum be carried out.
  • the working fluid flows through the action of the Centrifugal pressure through the openings in the shell (this can for example the openings 10 in the cylindrical drum 5 and the openings be in the socket 8);
  • the work equipment is in the direction of the Perimeter, which is perpendicular to the radius of the envelope, and in the opposite Direction of flowing out of the rotor while ensuring the Accelerated rotation of the shell and the extraction of mechanical energy.
  • the load on the rotor and the casing can be chosen to be the same Orbital speeds of rotation of the outer diameter of the rotor and of the inner diameter of the shell can be reached. This is due to the connection realized by energy consumers, for example from generators to the Shafts of the rotor and the shaft, as well as by the setting of such Operating modes are realized in which the rotational speeds of rotation the outer diameter of the rotor and the inner diameter of the shell are. In this case, the maximum efficiency of the turbine can be achieved.
  • the torque is that acts on the rotor M1, equal to the total torque M2 that on the envelope acts (M1-M2).
  • a liquid, gas or steam can be used as the working medium in the turbine be used.
  • the turbine works with water vapor.
  • a Scottish type rotor Turnstile with two channels is used. The water vapor gets into the two Rotor channels embedded. The water vapor flow will flow out the channels accelerated in the direction of the perimeter, leading to the rotor radius is vertical, up to a speed of 790 m / s.
  • the water vapor flows from the rotor channels into the closed room the rotor around and interacts with the shell by friction, the one forms closed space and with exit openings according to the radius the circumference of the rotor channels is provided. Over the openings in the cover the water vapor flows out, up to a speed of 251 m / s in the direction of the circumference, which is perpendicular to the radius of the envelope, and in the Direction, which is the direction of the working fluid flowing out of the rotor opposite is accelerated while ensuring the rotation of the shell becomes.
  • the radius of the shell insignificantly exceeds the radius of the rotor and is 0.4805m.
  • the shafts of the rotor and the sheath become the burden of individual Generators charged.
  • the invention can be hydraulic, pneumatic or Steam turbine for driving electrical generators, compressors from Cooling systems and heat pumps, etc. are used.

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Abstract

Ein Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie in einer Turbine ist folgendermaßen realisiert. Das Arbeitsmittel wird in Kanäle eines Rotors eingeführt. Das Arbeitsmittel wird beim Herausfließen aus den Kanälen in Richtung des Umkreises beschleunigt, die zum Radius des Rotors senkrecht steht. Das Arbeitsmittel wird aus den Kanälen des Rotors in den von einer Hülle umgebenen Raum um den Rotor eingeführt und wirkt mittels Reibung mit der Hülle zusammen, die einen geschlossenen Raum bildet und die in der Nähe des Radius des Umkreises und der Ausgangsöffnungen der Rotorkanäle angeordnet ist. Das Arbeitsmittel fließt durch Öffnungen in der Hülle heraus, wobei es in Richtung des Umkreises beschleunigt wird, die zum Radius der Hülle senkrecht steht und der Richtung des Rotors entgegengesetzt ist. Die Turbine enthält ein schottisches Drehkreuz, das als drehbares Rohr ausgebildet ist. Am Rohr sind radial gegenüberliegend mindestens ein Paar Stutzen (3) mit in Gegenrichtungen abgebogenen, offenen Enden befestigt. Eine zylindrische Trommel (5) ist koaxial mit einer drehbaren Welle verbunden, die das schottische Drehkreuz umfasst. Ein zylindrischer Gurt der Trommel (5) schließt an die abgebogenen Enden (4) mit einem Spalt an. Auf der Trommel sind zwei gegenüberliegende Stutzen (8) mit offenen Enden (9) befestigt, die in entgegengesetzte Richtungen abgebogen sind. Die Stutzen (3, 8) des schottischen Drehkreuzes und der Trommel (5) können in Stromlinienform, z.B. als aerodynamisches Flügelprofil, ausgeführt werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich des Maschinenbaus, und zwar auf eine hydraulische oder pneumatische Turbine oder eine Dampfturbine für den Antrieb von Elektrogeneratoren, Kompressoren von Kühlanlagen, von Wärmepumpen usw.
Durch das US-Patent 3 282 560 ist ein Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie in einer Turbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, wobei das Herausfließen des Arbeitsmittels aus den Kanälen des Rotors und der Hülle in einer Richtung erfolgt. Der Rotor und die Hülle lassen eine Welle drehen, an der sie starr befestigt sind.
Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es nicht möglich ist, die mechanische Energie aus dem Rotor der Turbine zu gewinnen, weil das Moment, das am Rotor beim Herausfließen des Arbeitsmittels aus den Rotorkanälen entsteht (nach dem Gesetz der Erhaltung der Bewegungsenergie), mit einem Gegenmoment ausgeglichen wird, das beim Bremsen des abgearbeiteten Arbeitsmittels im Rotor auf der Innenfläche der Hülle erzeugt wird; das Nutzmoment wird erst beim Herausfließen des Arbeitsmittels aus den Öffnungen der Hülle unter dem Druck erzeugt, der nach der Ausdehnung des Arbeitsmittels in den Rotorkanälen geblieben ist, wodurch wesentliche Energieverluste (etwa 50%) entstehen.
Durch das CH-Patent 6 694 428 ist ein Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie in einer Turbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem die Hülle als radiale Schaufelturbine ausgeführt ist und sich gegen den Rotor dreht.
Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht in der nicht ausreichenden Größe der gewonnenen, mechanischen Energie, weil das Arbeitsmittel beim Herausfließen über vier Kanäle des Rotors und bei seinem Einführen in den von der Hülle in Form der Schaufelturbine gebildeten Raum um den Rotor herum sowie bei dem Herausfließen über die Öffnungen in der Hülle zwischen den Schaufeln der Turbine im Zeitpunkt der Berührung mit den Strömen aus den Rotorkanälen ausgestoßen wird, wobei es sich bis zur Geschwindigkeit desjenigen Stroms beschleunigt, der aus den Rotorkanälen kommt; dafür wird ein Teil der Energie des Stroms aufgebraucht.
Beim Herausfließen über die Öffnungen in der Hülle, die als radiale Schaufelturbine ausgebildet ist, gibt es bei der Beschleunigung des Arbeitsmittels in den radialen Schaufeln infolge der Zentrifugalkraft Verluste. Außerdem gibt es Verluste bei der Lüftung wegen des Umlaufs des Arbeitsmittels zwischen den Schaufeln beim Herausfließen über die Öffnungen in der Hülle.
Aus der sich drehenden Hülle, die als radiales Schaufelrohr ausgebildet ist, fließt das Arbeitsmittel mit einer Geschwindigkeit heraus, die sich wesentlich von der Geschwindigkeit der Drehung der Hülle unterscheidet, wodurch Energieverluste entstehen.
Ferner ist durch das US-Patent 3 282 560 eine reaktive Strahlturbine bekannt, die folgendes aufweist:
  • ein Arbeitsrad, das als drehbares Rohr mit einem geschlossenen Ende ausgeführt ist; das Rohr ist koaxial mit der Turbinenwelle gekoppelt, und am Rohr ist mindestens ein Paar gegenüberliegender Stutzen mit offenen Enden befestigt,
  • eine drehbare Hülle, die ein Arbeitsrad umfasst,
  • ein das Arbeitsrad und die Hülle umfassendes Gehäuse mit Öffnungen für die Unterbringung der Welle sowie mit Stutzen für die Zuleitung und den Auslauf des Arbeitsmittels, wobei an der Hülle mindestens ein Paar gegenüberliegender Stutzen mit offenen Enden befestigt ist und die Hülle und das Arbeitsrad an einer Welle angebracht sind.
Ein Nachteil dieser bekannten Turbine ist die feste Verbindung der Hülle und des Arbeitsrads, die an einer Welle installiert sind, sowie die Drehung des Arbeitsrads und der Hülle in einer Richtung, wodurch die Erzeugung von mechanischer Energie nur an einer Hülle sichergestellt wird. Die Stutzen des Arbeitsrads sind nur Elemente der Turbine, die nur den Druck der Zuleitung des Arbeitsmittels drosseln, wobei diese Elemente zu nutzlosen Energieverlusten und damit zu einem geringen Wirkungsgrad führen. Außerdem begrenzt die niedrige Festigkeit der langen zylindrischen Hülle mit vielen Öffnungen auf ihrer Oberfläche die Umlaufgeschwindigkeit der Hülle und setzt den Wirkungsgrad der Turbine noch mehr herab.
Durch das CH-Patent 6 694 428 ist eine radiale Zweiwellenturbine bekannt, die folgendes aufweist:
  • ein schottisches Drehkreuz, das als drehbares Rohr mit geschlossenen Enden ausgebildet ist, wobei das Rohr koaxial mit einer Welle gekoppelt ist und am Rohr mindestens ein Paar radial gegenüberliegender Stutzen mit von deren Achse in entgegengesetzten Richtungen abgebogenen, offenen Enden aufweist,
wobei die Achsen der abgebogenen, offenen Enden der Stutzen zu derjenigen Fläche senkrecht stehen, die über die Achsen des Stutzenpaars und die Achse des Rohrs verläuft, und wobei an der Rohrwand Öffnungen entsprechend den Stutzen ausgebildet sind,
  • eine drehbare Hülle, die koaxial mit der Welle gekoppelt ist und das schottische Drehkreuz umfasst;
  • ein das Arbeitsrad und die Hülle umfassendes Gehäuse mit Öffnungen für die Unterbringung des Rohrs und der Wellen des schottischen Drehkreuzes und der Hülle mit dem Stutzen für den Auslauf des Arbeitsmittels, wobei die Hülle als Schaufelturbine ausgebildet ist.
Ein Nachteil dieser bekannten Turbine besteht darin, dass die Schaufeln in der Hülle, die als Schaufelturbine ausgeführt ist, an der Kante einer Scheibe befestigt ist, wodurch die Zentrifugalkraftbelastung der Schaufel durch ein zusätzliches Moment erhöht wird, denn der Knotenpunkt der Befestigung der Schaufeln ist nicht imstande, eine hohe Belastung zu tragen, so dass eine Herabsetzung der Umlaufgeschwindigkeit der Schaufelturbine nötig ist und damit der Wirkungsgrad der Schaufelturbine vermindert wird. Für den Durchgang zwischen den Schaufeln muss der Arbeitsmittelstrom von den Rotordüsen auf die Schaufeln unter einem bestimmten Winkel gerichtet werden, der durch die Form der Schaufeln und durch die Form des Stroms aus den Düsen bestimmt wird. Bei dieser bekannten Turbine gelangt der Arbeitsmittelstrom von den Düsen auf die Schaufeln unter unterschiedlichen Winkeln, wodurch im Querschnitt vergrößerte Winkel, die in den Turbinen mit einem separaten Düsenapparat üblich sind, und eine Verminderung des Wirkungsgrads erreicht werden.
Die Verwendung des hohlen Rotors (des schottischen Drehkreuzes) führt zu Verlusten bei der Reibung durch die Entstehung des Umlaufs des Arbeitsmittels in der Höhlung des Rotors, das durch die Viskosität an den Wänden und durch den Rückfluss im mittleren Teil der Rotorhöhlung (des schottischen Drehkreuzes) mitgerissen wird, d.h. durch die Bildung eines Krümmerwirbels. Im Ergebnis geht die Kapazität verloren, die vom Rotor mit Höhlung abgenommen wird.
Bei der partiellen Zuleitung des Arbeitsmittels an die Hülle (Schaufelturbine) durch die vier Düsen des Rotors (des schottischen Drehkreuzes), das sich selbst in Gegenrichtung dreht, wird das Arbeitsmittel, das sich zwischen den Schaufeln unter niedrigem Druck befindet, im Zeitpunkt der Berührung mit den Strömen aus den Rotorkanälen ausgestoßen, wobei es sich bis zur Geschwindigkeit des Stroms beschleunigt, der aus den Rotorkanälen kommt; dafür wird ein Teil der Energie des Stroms aufgebraucht.
In der Hülle (Schaufelturbine) gibt es Verluste beim Beschleunigen des Arbeitsmittels in den radialen Schaufeln durch die Zentrifugalkraft. Außerdem gibt es Verluste bei der Lüftung durch den Umlauf des Arbeitsmittels zwischen den Schaufeln beim Herausfließen über die Öffnungen in der Hülle.
Aus der sich drehenden, als Schaufelturbine ausgeführten Hülle fließt das Arbeitsmittel mit einer Geschwindigkeit heraus, die sich erheblich von der Geschwindigkeit der Hüllendrehung unterscheidet, wodurch Energieverluste entstehen.
Diese bekannte Turbine hat eine komplizierte Konstruktion sowie eine komplizierte Herstellungstechnologie, weil als Hülle eine Schaufelturbine eingesetzt ist.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren gemäß der Erfindung zur Gewinnung von mechanischer Energie in einer Turbine wird die Aufgabe der Erhöhung der mechanischen Energie gelöst, die in der Turbine aufgrund der Erhöhung des Wirkungsgrads durch einen maximalen Einsatz von kinetischer Energie des Stroms des abgearbeiteten Arbeitsmittels, das aus den Rotorkanälen der Turbine herausfließt, und durch die Gewährleistung einer minimalen, absoluten Geschwindigkeit des Stroms beim Herausfließen aus den Kanälen der Hülle gewonnen wird.
Die Aufgabe, ein Verfahren zur erhöhten Gewinnung von mechanischer Energie in einer Turbine zu entwickeln, wird folgenderweise gelöst:
Das Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie in der Turbine schließt die Zuleitung des Arbeitsmittels in die Rotorkanäle und die Beschleunigung des Arbeitsmittels beim Herausfließen aus den Kanälen in eine Richtung des Umkreises, die zum Rotorradius senkrecht steht, unter Gewährleistung der Rotordrehung ein; nach diesem Verfahren wird das Arbeitsmittel aus den Rotorkanälen in den von der Hülle gebildeten, geschlossenen Raum um den Rotor herum eingeführt, wobei es durch Reibung mit der Hülle zusammenwirkt; das Arbeitsmittel fließt durch Öffnungen in der Hülle heraus, wobei es in einer Richtung unter Gewährleistung der Hüllendrehung beschleunigt wird. Gemäß der Erfindung ist der durch die Hülle gebildete Raum geschlossen ausgebildet und verläuft in der Nähe desjenigen Umkreises, dessen Radius durch den Abstand der Ausgangsöffnung eines Rotorkanals von der Rotorachse gebildet ist; ferner wird das über die Öffnungen in der Hülle herausfließende Arbeitsmittel längs des Umkreises senkrecht zum Hüllenradius in einer Richtung beschleunigt, die dem Herausfließen des Arbeitsmittels aus dem Rotor entgegengesetzt ist.
Die geschlossene Ausführung des durch die Hülle gebildeten Raums und die auf dem Umkreis angeordneten Ausgangsöffnungen der Rotorkanäle sowie die Beschleunigung des über die Öffnungen in der Hülle herausfließenden Arbeitsmittels längs des Umkreises senkrecht zum Hüllenradius in einer Richtung, die dem Herausfließen aus dem Rotor entgegengesetzt ist, erlauben die Sicherung der Drehung der Turbinenhülle unter Ausnutzung der überflüssigen Energie des Arbeitsmittelstroms, der aus den Rotorkanälen herausfließt. Dies führt zu einer Erhöhung der mechanischen Energie, die in der Turbine gewonnen wird.
Außerdem erfolgt das Herausfließen des Arbeitsmittels über die Öffnungen in der Hülle mit einer Geschwindigkeit, die der Umlaufgeschwindigkeit der Hülle in der Gegenrichtung nahe ist, so dass die absolute Geschwindigkeit des Arbeitsmittelstroms nahe Null ist, wodurch die Verluste an mechanischer Energie vermindert werden.
Die Belastung kann für den Rotor und die Hülle so gewählt werden, dass die gleichen Umlaufgeschwindigkeiten an den Umkreisen mit dem Außendurchmesser des Rotors und dem Innendurchmesser der Hülle erreicht werden.
Die Wahl der Belastung für den Rotor und die Hülle, um die gleichen Umlaufgeschwindigkeiten bei der Drehung des Rotors an dessen Außendurchmesser und der Hülle an deren Innendurchmesser festzulegen, erlaubt das Erreichen eines maximalen Nutzeffekts bei der Wirkung der Turbine.
Mit der vorgeschlagenen Turbine wird die Aufgabe der Erhöhung der mechanischen Energie gelöst, die in der Turbine durch die Steigerung des Nutzeffekts infolge der minimalen Energieverluste beim Herausfließen des Arbeitsmittels aus der Hülle sowie durch die Vereinfachung der Konstruktion gewonnen wird.
Die Aufgabe, eine Turbine mit höherem Wirkungsgrad zu schaffen, wird mit einer Turbine gelöst, die folgendes umfasst:
  • ein schottisches Drehkreuz, das als drehbares Rohr mit geschlossenen Enden ausgebildet ist, wobei das Rohr koaxial mit einer Welle gekoppelt ist und am Rohr mindestens ein Paar radial gegenüberliegender Stutzen mit von deren Achse in entgegengesetzte Richtungen abgebogenen, offenen Enden befestigt ist, wobei ferner die Achsen der abgebogenen, offenen Enden der Stutzen senkrecht zu derjenigen Fläche stehen, die über die Achsen des Stutzenpaars und die Achse des Rohrs verläuft; und wobei an der Rohrwand Öffnungen entsprechend den Stutzen vorgesehen sind,
  • eine drehbare Hülle, die koaxial mit der Welle gekoppelt ist und das schottische Drehkreuz umfasst,
  • ein das Arbeitsrad und die Hülle umfassendes Gehäuse mit Öffnungen für die Unterbringung des Rohrs des schottischen Drehkreuzes und der Wellen des schottischen Drehkreuzes und der Hülle mit dem Stutzen für den Auslauf des Arbeitsmittels.
Gemäß der Erfindung ist die Hülle als zylindrische Trommel ausgebildet, die mit einem zylindrischen Gurt versehen ist, der an die abgebogenen Enden der Stutzen des schottischen Drehkreuzes mit einem Spalt anschließt und auf dem mindestens ein Paar gegenüberliegender Stutzen mit offenen Enden befestigt ist, die in Bezug auf ihre Achsen in entgegengesetzte Richtungen abgebogen sind. Diese Richtungen sind den Richtungen der Stutzen des schottischen Drehkreuzes entgegengesetzt angeordnet, wobei die Achsen der abgebogenen, offenen Enden der Trommelstutzen zu derjenigen Fläche senkrecht stehen, die über die Achsen des Stutzenpaars und die Achse des Rohrs verläuft; an der Wand des Gurts sind Öffnungen entsprechend den Stutzen vorgesehen.
Die Ausführung der Hülle als zylindrische Trommel, das Anschließen des zylindrischen Trommelgurts an die abgebogenen Enden der Stutzen des schottischen Drehkreuzes mit einem Spalt, die Befestigung mindestens eines Stutzenpaars mit den offenen Enden, die in von ihrer Achse verschiedene Richtungen abgebogen sind, die den Richtungen der auf dem zylindrischen Trommelgurt radial gegenüberliegenden Stutzen des schottischen Drehkreuzes entgegengesetzt sind, wobei die Achsen der abgebogenen, offenen Enden der Trommelstutzen zu derjenigen Fläche senkrecht stehen, die über die Achsen des Stutzenpaars und die Achse des Rohrs verläuft, sowie das Vorsehen von Öffnungen an der Wand des Gurts entsprechend den Stutzen ermöglichen:
  • dem abgearbeiteten Arbeitsmittel, das aus dem schottische Drehkreuz strömt, mit dem zylindrischen Gurt der Trommel zusammenzuwirken, der sehr nahe, und zwar im Abstand eines Spalts, an den abgebogenen Enden der Stutzen des schottischen Drehkreuzes angebracht ist, wobei das Arbeitsmittel das Drehkreuz drehen lässt;
  • die Drehung der Trommel beim Herausfließen des Arbeitsmittels aus den offenen Enden der Trommelstutzen zu verstärken;
  • die Konstruktion und die Herstellungstechnologie durch den Ersatz der Schaufelturbine zu vereinfachen.
Außerdem erfolgt das Herausfließen des Arbeitsmittels aus den offenen Enden der zylindrischen Trommel mit einer Geschwindigkeit, die der Umlaufgeschwindigkeit der zylindrischen Trommel in der Gegenrichtung nahe ist, so dass die absolute Geschwindigkeit des Arbeitsmittelstroms nahe Null ist, wodurch der Wirkungsgrad der Turbine erhöht wird.
Der Einsatz eines oder mehrerer Stutzenpaare ermöglicht, die Trommel drehen zu lassen und dadurch zusätzliche, mechanische Energie zu gewinnen. Auf diese Weise entsteht eine zusätzliche, mechanische Energie infolge der Drehung der Trommel, so dass der Wirkungsgrad der Turbine erhöht wird.
Die Stutzen des schottischen Drehkreuzes können tropfenförmig ausgebildet werden. Die Ausbildung der Stutzen in Stromlinienform, d.h. mit den Außenumrissen, die bei der Bewegung einen minimalen Widerstand des Gegenstroms des Arbeitsmittels sicherstellen, beispielsweise eine im Querschnitt tropfenförmigen Form, erlaubt die Verminderung der aerodynamischen Reibungsverluste bei der Drehung des schottischen Drehkreuzes in der mit dem Arbeitsmittel gefüllten Trommel, wodurch die mechanische Energie, die in der Trommel gewonnen wird, erhöht werden kann.
Die Stromlinienform des Stutzens des schottischen Drehkreuzes kann im Querschnitt ein flügelartiges Profil im Verhältnis L/b≥5 bilden, wobei L die Sehne des Flügels und b die maximale Stärke des Flügels ist.
Die Ausbildung der Stutzen des schottischen Drehkreuzes in Stromlinienform, im Querschnitt als flügelartiges Profil im Verhältnis L/b≥5, erlaubt die Schaffung von maximal optimalen Bedingungen mit einer Verminderung der aerodynamischen Reibungsverluste bei der Drehung des schottischen Drehkreuzes in der mit dem Arbeitsmittel gefüllten Trommel.
Die Trommelstutzen können tropfenförmig ausgebildet werden.
Die Ausbildung der Trommelstutzen in Stromlinienform, d.h. mit den Außenumrissen, die bei der Bewegung einen minimalen Widerstand des Gegenstroms des Arbeitsmittels sicherstellen und beispielsweise im Querschnitt als tropfenförmiges Profil ausgebildet sind, erlaubt eine Verminderung der aerodynamischen Reibungsverluste bei der Drehung der mit dem Arbeitsmittel gefüllten Trommel im Gehäuse.
Die Stromlinienform der Trommelstutzen kann im Querschnitt als flügelartiges Profil im Verhältnis L/b≥5 ausgeführt werden, wobei L die Sehne des Flügels und b die maximale Stärke des Flügels ist.
Die Ausbildung der Stromlinienform der Trommelstutzen im Querschnitt als flügelartiges Profil im Verhältnis L/b≥5 erlaubt die Schaffung von maximal optimalen Bedingungen unter Verminderung der aerodynamischen Reibungsverluste bei der Drehung der mit dem Arbeitsmittel gefüllten Trommel im Gehäuse.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
eine allgemeine Darstellung der Turbine im Querschnitt,
Fig. 2
eine Frontansicht der in Fig. 1 dargestellten Turbine,
Fig 3
einen Längsschnitt durch einen Stutzen eines schottischen Drehkreuzes oder der Trommel, der im Querschnitt als flügelartiges Profil ausgebildet ist,
Fig. 4
einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 3 und
Fig. 5
einen Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 3.
Die Turbine enthält ein schottisches Drehkreuz, das als Rohr 1 mit einem geschlossenen Ende ausgebildet ist. Das Rohr 1 ist koaxial mit einer Welle 2 gekoppelt und kann sich zusammen mit dieser drehen. Am Rohr 1 ist mindestens ein Paar radial gegenüberliegender Stutzen 3 mit in entgegengesetzte Richtungen abgebogenen, offenen Enden 4 befestigt. Die Achsen der abgebogenen, offenen Enden 4 der Stutzen 3 stehen senkrecht zu derjenigen Fläche, die über die Achsen des Stutzenpaars 3 und die Achse des Rohrs 1 verläuft. An der Rohrwand 1 sind Öffnungen 13 entsprechend den Stutzen 3 vorgesehen. Die offenen Enden 4 können als Düsen ausgebildet sein.
Eine koaxial mit einer Welle 6 gekoppelte, drehbare, zylindrische Trommel 5 ist koaxial zum Rohr 1 gelagert und umfasst das schottische Drehkreuz. Ein zylindrischer Gurt 7 der zylindrischen Trommel 5 schließt an die abgebogenen Enden 4 der Stutzen 3 des schottischen Drehkreuzes mit einem Spalt an. Auf dem zylindrischen Gurt 7 der zylindrischen Trommel 5 ist mindestens ein Paar Stutzen 8 mit offenen Enden 9 befestigt, die in gegenüber ihrer Achse verschiedene Richtungen abgebogen sind. Radial von den Gegenrichtungen dieser Richtungen sind die Richtungen der Stutzen 3 des schottischen Drehkreuzes entgegengesetzt angeordnet. Die Achsen der abgebogenen, offenen Enden 9 der Stutzen 8 der zylindrischen Trommel 5 stehen zu derjenigen Fläche senkrecht, die über die Achsen des Stutzenpaars 8 der zylindrischen Trommel 5 und die Achse des Rohrs 1 verläuft. An der Wand des zylindrischen Gurts 7 der zylindrischen Trommel 5 sind Öffnungen 10 entsprechend den Stutzen 8 vorgesehen. Ein Gehäuse 11 umfasst das schottische Drehkreuz und die zylindrische Trommel 5 mit den Öffnungen für die Unterbringung des Rohres 1 des schottischen Drehkreuzes und der Wellen 6 und 2 der zylindrischen Trommel 5 und des schottischen Drehkreuzes und mit Stutzen 12 für den Auslauf des Arbeitsmittels. Das Gehäuse 11 ist mit einem Eingangsstutzen 14 der Zuleitung des Arbeitsmittels verbunden. Das Rohr 1 des schottischen Drehkreuzes weist an seinem Ausgangsteil zahlreiche Durchbohrungen 15 auf, wobei es gemeinsam mit dem Eingangsstutzen 14 Labyrinthdichtungen bildet, die einen minimalen Abfluss des Arbeitsmittels sichern, das in die Turbine eingeführt wird.
Die Stutzen 3 des schottischen Drehkreuzes können in Stromlinienform ausgebildet sein, z.B. im Querschnitt als tropfenförmiges Profil.
Die Stromlinienform der Stutzen 3 des schottischen Drehkreuzes kann im Querschnitt als flügelartiges Profil im Verhältnis L/b≥5 gebildet werden, wobei L die Sehne des Flügels und b die maximale Stärke des Flügels ist.
Die Stutzen 8 der zylindrischen Trommel 5 können in Stromlinienform ausgebildet sein, z.B. im Querschnitt als tropfenförmiges Profil.
Die Stromlinienform der Stutzen 8 der zylindrischen Trommel kann im Querschnitt als flügelartiges Profil im Verhältnis L/b≥5 gebildet werden, wobei L die Sehne des Flügels und b die maximale Stärke des Flügels ist.
Die Auswahl der minimalen, aerodynamischen, integralen Verluste bei der Drehung der Stutzen 3 des schottischen Drehkreuzes und der Stutzen 8 der zylindrischen Trommel 5, die im Querschnitt als flügelartiges Profil, beispielsweise symmetrisches Zhukovksy-Profil, ausgebildet sind, wurde gemäß dem Wert des Profilwiderstands Cx=0,02 gemäß der Methode durchgeführt, die im Buch von G.I. Abramowitsch "Die angewandte Gasdynamik", Verlag "Nauka"; Redaktion der Literatur für Physik und Mathematik, M, 1969, S. 545, Bild 10.12 dargelegt ist. Das symmetrische Zhukovsky-Profil ist in den Figuren 3, 4 und 5 gezeigt.
Die Turbine arbeitet folgendermaßen: Das Arbeitsmittel wird in den Eingangsstutzen 14 und das Rohr 1 des schottischen Drehkreuzes eingelassen. Danach wird es in die Kanäle jedes Stutzenpaars weitergeleitet. Das Arbeitsmittel fließt mit einer hohen Geschwindigkeit aus den entgegengesetzten, offenen Enden 4 der Stutzen 3 heraus, wobei es in Richtung des Umkreises senkrecht zum Radius des schottischen Drehkreuzes unter der Gewährleistung von dessen Drehung durch die Erzeugung eines Rückstoßkraftmoments beschleunigt wird.
Der Rückstrom des Arbeitsmittels aus den offenen Enden 4 der Stutzen 3 mit der hohen Geschwindigkeit gelangt in die Höhlung des geschlossenen Raums um das schottische Drehkreuz herum, der durch die zylindrische Trommel 5 gebildet wird, und wirkt mittels Reibung mit der Wand der zylindrischen Trommel 5 zusammen, wobei es die Trommeldrehung veranlasst. Das Arbeitsmittel gelangt danach in das Stutzenpaar 8 der zylindrischen Trommel 5 und fließt über die offenen Enden 9 mit hoher Geschwindigkeit, wobei es beschleunigt wird und die Drehung der zylindrischen Trommel 5 infolge der Erzeugung des Rückstoßkraftmoments veranlasst.
Im Zuge der Drehung der zylindrischen Trommel 5 wird der aus den offenen Enden 4 herausfließende Arbeitsmittelstrom innerhalb der zylindrischen Trommel 5 durch die Reibungskräfte bis zur Umlaufgeschwindigkeit gebremst, wobei ein Reibungsmoment erzeugt wird, das die Drehung der zylindrischen Trommel 5 veranlasst.
Gleichzeitig wirkt auf das Arbeitsmittel bei der Drehung der zylindrischen Trommel 5 (innerhalb der Trommel) eine Zentrifugalkraft ein, wobei ein Zentrifugaldruck erzeugt wird, unter dessen Einwirkung das Arbeitsmittel aus den offenen Enden 9 der zylindrischen Trommel 5 herausfließt, wobei ein Zusatzmoment erzeugt wird, das sich zum Reibungsmoment addieren lässt.
Vom sich drehenden schottischen Drehkreuz und der zylindrischen Trommel 5 werden die Drehungen an die Wellen 2 und 6 und dann an die Verbraucher übertragen.
Auf diese Weise erfolgen die nützliche Verwendung der Energie des im schottischen Drehkreuz abgearbeiteten Arbeitsmittels und die Gewinnung der zusätzlichen Leistung.
Das Arbeitsmittel gelangt weiterhin ins Gehäuse 11 und strömt über den Stutzen 12 für den Auslauf des Arbeitsmittels ab.
Die Verwendung der Stutzen 3 und 8 des schottischen Drehkreuzes und der zylindrischen Trommel 5 in Stromlinienform erlaubt die Verminderung der aerodynamischen Verluste bei der Drehung der Stutzen und die Erhöhung der gewonnenen, mechanischen Energie in der Turbine.
Das Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie in der Turbine wird folgendermaßen umgesetzt:
Das Arbeitsmittel wird in die Rotorkanäle der Turbine eingeführt und beschleunigt, d. h. seine Geschwindigkeit wird beim Herausfließen aus den Kanälen in Richtung des Umkreises mit dem Rotorradius unter Gewährleistung der Rotordrehung und der Gewinnung von mechanischen Energie erhöht. Dabei dreht sich neben dem Rotor auch dessen Welle, von der die Nutzenergie abgenommen wird.
Das Arbeitsmittel gelangt aus den Rotorkanälen in den geschlossenen Raum um den Rotor herum und wirkt mittels Reibung mit der Hülle zusammen, die einen geschlossenen Raum bildet und die gemäß dem Umkreis der Ausgangsöffnungen der Rotorkanäle verläuft. Die Ausbildung der Hülle gemäß dem Radius des Umkreises längs den Ausgangsöffnungen der Rotorkanäle erlaubt der Hülle, sich um den Rotor zu drehen; das Zusammenwirken der Reibung des Arbeitsmittels mit der Hülle verursacht die Drehung der Hülle, wobei ein Zentrifugaldruck innerhalb der Hülle erzeugt wird. Die Hülle kann beispielsweise als Trommel ausgeführt werden. Danach fließt das Arbeitsmittel durch Einwirkung des Zentrifugaldrucks über die Öffnungen in der Hülle heraus (das können beispielsweise die Öffnungen 10 in der zylindrischen Trommel 5 und die Öffnungen in den Stutzen 8 sein); dabei wird das Arbeitsmittel in Richtung des Umkreises, die zum Radius der Hülle senkrecht steht, und in der entgegengesetzten Richtung des Herausfließens aus dem Rotor unter Gewährleistung der Drehung der Hülle und der Gewinnung der mechanischen Energie beschleunigt. Das Herausfließen mit Beschleunigung (Erhöhung der Geschwindigkeit) aus den Öffnungen der Hülle in Richtung des Umkreises, die zum Radius der Hülle senkrecht steht, erlaubt ein Drehen der Hülle. Die Bremsung des Arbeitsmittels, das aus den Rotorkanälen in die Hülle fließt, erlaubt die Stärkung der Drehwirkung durch die Kräfte der Reibung des Arbeitmittels mit der Hülle und durch die Rückstoßkräfte. Dabei dreht sich mit der Hülle auch ihre Welle, von der die zusätzliche Nutzenergie abgenommen wird.
Die Belastung des Rotors und der Hülle kann so gewählt werden, dass gleiche Umlaufgeschwindigkeiten der Drehung des Außendurchmessers des Rotors und des Innendurchmessers der Hülle erreicht werden. Dies wird durch den Anschluss von Energieverbrauchern verwirklicht, beispielsweise von Generatoren an die Wellen des Rotors und der Welle, sowie durch die Einstellung von solchen Betriebsarten verwirklicht, bei denen die Umlaufgeschwindigkeiten der Drehung des Außendurchmessers des Rotors und des Innendurchmessers der Hülle gleich sind. In diesem Fall kann ein maximaler Nutzeffekt der Turbine erreichen werden.
Nach dem Erhaltungssatz des Moments der Bewegungsenergie ist das Drehmoment, das auf den Rotor M1 einwirkt, gleich dem Gesamtdrehmoment M2, das auf die Hülle einwirkt (M1-M2).
Wenn die Ausfließgeschwindigkeit von 1kg/s des Arbeitsmittels aus den Rotorkanälen mit dem Radius R W1 ist, dann ist M1=M2=(W1-V1) · R, wobei V1 die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors ist.
Die vom Rotor erreichte Leistung bei der Winkelgeschwindigkeit ω1=V1/R ist N1=(W1-V1) · R ·V1/R = (W1-V1).
Jeweils bei gleichem Moment M1=M2 ist die Leistung, die von der Hülle erreicht wird, bei ω2=V2/R, wobei V2 die Umlaufgeschwindigkeit der Hülle ist, N2=(W1-V1) · R ·V2/R = (W1-V1) · V2.
Damit erlaubt das Vorhandensein der sich drehenden Hülle bei gleichen Umlaufgeschwindigkeiten V1=V2 und bei Fehlen der aerodynamischen und anderen Verluste, zusätzlich die gleiche Leistung zu erhalten wie die Leistung des Rotors, d.h. die Gesamtleistung des Systems Rotor-Hülle verdoppelt sich, und es wird der theoretisch maximale Nutzeffekt der Turbine erreicht.
Bei V1=V2=V beträgt der Nutzeffekt: η=(N1 + N2) /W12 /2 =4 (V/W1 - V2/W12) und bei einem Verhältnis V/W1=0,25 η= 4(0,25 - (0,25) 2)=0,75.
Als Arbeitsmittel kann in der Turbine eine Flüssigkeit, ein Gas oder Dampf verwendet werden.
Beispiel des Verwendung des Verfahrens
Die Turbine arbeitet mit Wasserdampf. Ein Rotor vom Typ des schottischen Drehkreuzes mit zwei Kanälen wird verwendet. Der Wasserdampf wird in die zwei Rotorkanäle eingelassen. Der Wasserdampfstrom wird beim Herausfließen aus den Kanälen in Richtung des Umkreises beschleunigt, die zum Rotorradius senkrecht steht, bis zu einer Geschwindigkeit von 790 m/s. Ein Rotor mit einem Radius von r=0,48m und einer Drehzahl von n=5000U/min wird verwendet. Die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors beträgt 251 m/s. Der Rotor dreht sich, und von seiner Welle wird die mechanische Energie abgenommen.
Der Wasserdampf gelangt aus den Rotorkanälen in den geschlossenen Raum um den Rotor herum und wirkt mittels Reibung mit der Hülle zusammen, die einen geschlossenen Raum bildet und die mit Ausgangsöffnungen gemäß dem Radius des Umkreises der Rotorkanäle versehen ist. Über die Öffnungen in der Hülle fließt der Wasserdampf heraus, wobei dieser bis zur Geschwindigkeit von 251 m/s in Richtung des Umkreises, die zum Radius der Hülle senkrecht steht, und in der Richtung, die der Richtung des Herausfließens des Arbeitsmittels aus dem Rotor entgegengesetzt ist, unter Gewährleistung der Drehung der Hülle beschleunigt wird. Der Radius der Hülle überschreitet unwesentlich den Radius des Rotors und beträgt 0,4805m. Die Drehzahl der Hülle beträgt n=4990U/min. Die Hülle dreht sich, und von ihrer Welle wird die zusätzliche mechanische Energie abgenommen.
Die Wellen des Rotors und der Hülle werden die Belastung durch einzelne Generatoren belastet. Es werden solche Betriebsarten der Generatoren eingestellt, dass die Umlaufgeschwindigkeiten der Drehung des Außendurchmessers des Rotors und des Innendurchmessers der Hülle gleich 251 m/s sind. In diesem Fall wird von der Turbine die maximale mechanische Energie bei dem theoretischen Wirkungsgrad von η=0,86 abgenommen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Gewinnung von mechanischer Energie ist durch Versuche bestätigt worden, und die dieses Verfahren verwirklichende Turbine hat die Prüfung erfolgreich bestanden.
Am erfolgreichsten kann die Erfindung als hydraulische, pneumatische oder Dampfturbine für den Antrieb von Elektrogeneratoren, Kompressoren von Kühlanlagen und von Wärmepumpen usw. verwendet werden.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie, bei dem das Arbeitsmittel in Kanäle eines Rotors eingeführt, beim Herausfließen aus den Kanälen in Richtung des Unkreises, die zum Radius des Rotors senkrecht steht, unter Drehung des Rotors beschleunigt und aus den Kanälen des Rotors in einen von einer Hülle gebildeten, geschlossenen Raum um den Rotor eingeführt wird, wobei es mittels Reibung mit der Hülle zusammenwirkt, und bei dem das Arbeitsmittel durch Öffnungen in der Hülle herausfließt, wobei es in einer Richtung unter Drehung der Hülle beschleunigt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Hülle gebildete Raum geschlossen ausgebildet ist und in der Nähe desjenigen Umkreises verläuft, dessen Radius durch den Abstand der Ausgangsöffnung eines Rotorkanals von der Rotorachse gebildet ist, und dass das über die Öffnungen in der Hülle herausfließende Arbeitsmittel längs des Umkreises senkrecht zum Hüllenradius in einer Richtung beschleunigt wird, die dem Herausfließen des Arbeitsmittels aus dem Rotor entgegengesetzt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass Rotor und Hülle so betrieben werden, dass gleiche Umlaufgeschwindigkeiten an den Stellen des Außendurchmessers des Rotors und des Innendurchmessers der Hülle erreicht werden.
  3. Turbine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit
    einem schottischen Drehkreuz, das als drehbares Rohr (1) mit geschlossenem Ende ausgebildet ist, wobei das Rohr koaxial mit der Turbinenwelle (2) gekoppelt ist und am Rohr (1) mindestens ein Paar radial gegenüberliegender Stutzen (3) mit von ihrer Achse in entgegengesetzte Richtungen abgebogenen, offenen Enden (4) befestigt ist, wobei die Achsen der abgebogenen, offenen Stutzenenden (4) zu derjenigen Fläche senkrecht stehen, die über die Achsen des Stutzenpaars (3) und die Achse des Rohrs (1) verläuft, und wobei an der Rohrwand Öffnungen (13) entsprechend den Stutzen (3) ausgebildet sind,
    einer drehbaren Hülle, die koaxial mit der Welle (2) gekoppelt ist und das schottische Drehkreuz umfasst,
    einem das Arbeitsrad und die Hülle umfassenden Gehäuse (11) mit Öffnungen für die Unterbringung des Rohrs (1) des schottischen Drehkreuzes und der Wellen des schottischen Drehkreuzes und der Hülle mit einem Stutzen (12) für den Auslauf des Arbeitsmittels,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle als zylindrische Trommel (5) ausgebildet ist, dass ein zylindrischer Gurt (7) der Trommel an die abgebogenen Enden (4) der Stutzen (3) des schottischen Drehkreuzes mit einem Spalt anschließt, dass auf dem zylindrischen Gurt (7) der Trommel mindestens ein Paar radial gegenüberliegender Stutzen (8) mit offenen Enden (9) befestigt ist, die gegenüber ihrer Achse in verschiedenen Richtungen abgebogen sind, wobei diese Richtungen gegenüber den Richtungen der Stutzen (3) des schottischen Drehkreuzes entgegengesetzt sind und die Achsen der abgebogenen, offenen Enden (9) der Stutzen (8) der Trommel (5) zu derjenigen Fläche senkrecht stehen, die über die Achsen des Stutzenpaars (3) und die Achse des Rohrs (1) verläuft, und dass an der Wand des Gurts (7) Öffnungen (10) entsprechend den Stutzen ausgebildet sind.
  4. Turbine nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Stutzen (3) des schottischen Drehkreuzes tropfenförmig ausgebildet sind.
  5. Turbine nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Stromlinienform der Stutzen (3) des schottischen Drehkreuzes im Querschnitt als flügelartiges Profil im Verhältnis L/b≥5 gebildet ist, wobei L die Sehne des Flügels und b die maximale Stärke des Flügels ist.
  6. Turbine nach Anspruch einem der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Stutzen (8) der Trommel (5) tropfenförmig ausgebildet sind.
  7. Turbine nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Stromlinienform der Trommelstutzen (8) im Querschnitt als flügelartiges Profil im Verhältnis L/b≥5 gebildet ist, wobei L die Sehne des Flügels und b die maximale Stärke des Flügels ist.
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