NO332899B1

NO332899B1 - Dampturbin

Info

Publication number: NO332899B1
Application number: NO20101379A
Authority: NO
Inventors: Tollef Lund
Original assignee: Tollef Lund
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2013-01-28
Also published as: WO2012047116A2; WO2012047116A3; NO20101379A1; EP2625391A2

Abstract

Oppfinnelsen gjelder en dampturbin hvor rotoren omfatter dampgeneratorrør og jetdyser som driver rotoren ved jetprinsippet. En utførelse av oppfinnelsen er en dampturbin (1) med en hovedakse (0) omfattende et roterbart hult aksielt kammer (2) om hovedaksen (0), hvor det hule aksielle kammeret (2) er innrettet til å motta vann fra et reservoar (9). Det hule aksielle kammeret (2) har en grunnradius (R0) og er utstyrt med hovedsakelig radielle sentrifugekanaler (3) innrettet til å lede vannet ut til en første radius (R1) som er større enn grunnradien (R0) og sentrifugalt trykksette vannet ved rotasjon om hovedaksen (0). Herfra ledes vannet gjennom (andre) dampgeneratorrør (4) som varmes opp av en varmekilde (Q) og løper innover mot en andre radius (R2) som er mindre enn radien (R1). Vannet i dampgeneratorrørene (4) varmes opp og går helt eller delvis over til damp, og hvor dampen separeres og løper innover i forhold til vann og vanndråper som sentrifugeres utover tilbake i retning mot den større radien (R1). Videre ledes dampen utover fra den andre radien (R2) via utløpskanaler (6) til en tredje radius (R3). Dampen slippes deretter ut via hovedsakelig tangensielt rettede jetdyser (7) innrettet til å drive seg selv og derved dampturbinen (1) rundt.

Description

Innledning

Oppfinnelsen gjelder en dampturbin. Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen en dampturbin hvor rotoren omfatter dampgeneratorrør og jetdyser som driver rotoren ved j etprinsippet.

Kjent teknikk

Dampturbiner utnytter trykk- eller bevegelsesenergien i damp og omdanner denne til en rotasjonsenergi. Det har blitt konstruert svært mange dampturbiner opp gjennom tidene. Noen av de nærmeste i forhold til den foreliggende oppfinnelsen er følgende: "Herons krukke": Heron av Alexandria var en matematiker og ingeniør som antas å ha levd i det første århundret, da han beskrev en måneformørkelse i mars i år 62. Han er blant annet kjent for Herons krukke som er en oppvarmet kuleformet dampkjel med to motsatt rettede utløpsrør med tangensielle jetdyser som virker i samme rotasjonsretning, og får dampkjelen til å rotere. Den kan rotere inntil den går tom for damp.

GB173 918 beskriver en dampturbin med en rotor med dampgeneratorrør anordnet inne i et varmekammer. Vann ledes inn i senter av rotorens aksel og ledes frem og tilbake gjennom de svakt skråttstilte dampgeneratorrørene som løper mellom to manifoldskiver. Dermed løper vannet innenfra og omdannes i dampgeneratorrørene til damp til det løper ut fra de ytterste dampgeneratorrørene hvor det har blitt overhetet damp, inntil det ledes radielt innover igjen mot ringrom nær akslingen og derfra ut mellom statorens og rotorens turbinblader.

GB173918 har en mulig ulempe i at det kan dannes væskeplugger i dampgeneratorrørene som kan gi ubalanse og ujevnt turtall. Det er åpenbart at vann, som har høyere tetthet enn damp, vil fortrenge eventuell damp ved sentrifugaleffekten. GB173918 har også den ulempe at vanntilførselen må reguleres.

US4059961 beskriver en turbin i et overliggende kammer med en hul horisontal aksling som pumper vann inn i en rotor som har tangensielt rettede dyser. Dysene spyler ut vann som renner ned til et underliggende kammer med et varmeelement, og hvor det oppvarmede vannet (og ikke damp) pumpes opp til det overliggende kammerets rotoraksling. US-patentet har dermed ikke dampdyser, men vanndyser og utnytter ikke noen volumøkning som måtte komme fra generering av damp. Det er også helt uklart hvorvidt kondensering av eventuelt dannet damp kan forekomme når væske skal returnere til det underliggende kammeret.

US53035645 beskriver en roterende absorpsjons-varmepumpe med en teknisk konstruksjon som ligner den ovennevnte US4059961, men er ikke en dampturbin. Den har konsentrisk og roterende anordnet kondensator og fordamperanordnet ende mot ende utenfor absorbatoren og absorbent-kjøleren.

Kort sammendrag av oppfinnelsen

Oppfinnelsen løser flere av de ovennevnte problemene og er definert i patentkrav 1, og er en dampturbin (1) med en hovedakse (0), hvor det kjennetegnende for oppfinnelsen er følgende trekk:

et roterbart hult aksielt kammer (2) om hovedaksen (0),

- hvor det hule aksielle kammeret (2) er innrettet til å motta vann fra et reservoar (9) ; - hvor det hule aksielle kammeret (2) har en grunnradius (RO) og er utstyrt med hovedsakelig radielle sentrifugekanaler (3) innrettet til å lede vannet ut til en første radius (RI) som er større enn grunnradien (RO) og sentrifugalt trykksette vannet ved rotasjon om hovedaksen (0); - hvorfra vannet ledes gjennom dampgeneratorrør (4) som varmes opp av en varmekilde (Q) og løper innover mot en andre radius (R2) som er mindre enn den første radien (RI); - hvor vannet i dampgeneratorrørene (4) varmes opp og går helt eller delvis over til damp, og hvor dampen separeres og løper innover i forhold til vann og vanndråper som sentrifugeres utover tilbake i retning mot den større radien (RI), - hvor dampen ledes utover fra den andre radien (R2) via utløpskanaler (6) til hovedsakelig tangensielt rettede jetdyser (7) ved en tredje radius (R3) og

innrettet til å drive seg selv og derved dampturbinen (1) rundt.

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen er gitt i de underordnede patentkravene.

Fordeler ved oppfinnelsen

Herons krukke går tom når vannet er brukt opp. Oppfinnelsen har den fordel over Herons krukke at den kan løpe kontinuerlig ved at vann tilføres fra et reservoar via den hule akslingen.

En viktig forskjell mellom oppfinnelsen og GB173918 er at mens vannet i GB-patentskriftet ledes inn ved den minste radien til den roterende dampgeneratoren, ledes vannet i følge den foreliggende oppfinnelsen inn til dampgeneratorrørene ved en stor radius. Dampturbinen ifølge oppfinnelsen har dermed den fordel over GB173918 at vann som ennå ikke har gått over til damp vil separeres utover og holdes tilbake "oppstrøms", mens den lettere og lettere dampen som genereres slippes innover "nedstrøms" og løper innover ved naturlig sentrifugalseparasjon. Slik vil sentrifugalseparasjonen både danne trykk og naturlig skille tyngre vann og generert tørr damp med lavere tetthet. Dermed behøver ikke vanntilførselen strupes men vil reguleres naturlig av turtallet og varmetilførselen.

En annen viktig forskjell mellom oppfinnelsen og GB173918 er at mens dampen ifølge GB-patentskriftet slippes ut mellom statiske turbinblader på statordelen og roterende turbinblader på rotordelen, noe som begrenses av damphastigheten og dermed begrenser turtallet, så slippes dampen ved den foreliggende oppfinnelsen ut via jetdyser på rotoren, slik at dysenes hastighet og dermed rotasjonshastigheten ikke er begrenset av damphastigheten.

Kort figurforklaring

Oppfinnelsen er illustrert på en forenklet måte i de vedlagte tegningene hvor

Fig. 1 illustrerer en prinsipputførelse av oppfinnelsen med en rotor med vanninntak via et aksielt roterende kammer fra et reservoar og hvor det aksielle roterende kammeret er utstyrt med sentrifugekanal som leder vann ut til en stor radius til begynnelsen av innoverløpende oppvarmede dampgeneratorrør, og hvor dampgeneratorrørene ender opp i utløpskanaler med tangensielt rettede jetdyser som driver seg selv ved reaksjonsprinsippet og derved rotorens rotasjonsbevegelse. Rotasjonsenergien kan tas ut på en rotoraksling. Fig. 2 viser en utførelse av oppfinnelsen hvor det inngår ringformede manifoldrør anordnet ytterst mellom sentrifugekanalene og de innoverløpende dampgeneratorrørene. Videre viser Fig. 2 et ringformet manifoldrør med mindre radius og altså anordnet nærmere rotasjonsaksen som holder deler av de innoverløpende dampgeneratorrørene og hvor kun få dampgeneratorrør leder helt inn til en minste rotasjonsradius for dampgeneratorrørene. Fig. 3. viser snittet A-A' angitt i Fig.2, gjennom et ringformet manifoldrør Fig. 4 viser snittet B-B' angitt i Fig.2, gjennom et ringformet manifoldrør og utløpskanaler. Fig. 5 viser snittet C-C angitt i Fig.2, gjennom et ringformet manifoldrør. Fig. 6 viser snittet D-D<1>angitt i Fig.2, gjennom et ringformet manifoldrør og sentrifugekanaler. Fig. 7 viser en utførelse av oppfinnelsen hvor sentrifugekanaler danner et hovedsakelig kontinuerlig rom. Dette rommet rommer i en utførelse av oppfinnelsen en isolator. Dampgeneratorrørene er anordnet aksielt og radielt og går over i 2 ringformede aksielle utenpå hverandre liggende konsentriske ringformede kanaler nær senteraksen. Videre viser

Fig. 7 utløpskanaler i form av utløpsrør med jetdyser.

Fig. 8 viser snittet E-E<1>angitt i Fig. 7, sett fra undersiden. Snittet viser en væskeutjevner i motsatt side av innløpet. Fig. 9 viser snittet F-F<1>angitt i Fig. 7, gjennom radielt anordnede dampgeneratorrør.

Beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen

Oppfinnelsen gjelder en dampturbin hvor rotoren omfatter dampgeneratorrør og jetdyser som driver rotoren ved jetprinsippet. En utførelse av oppfinnelsen er en dampturbin (1) med en hovedakse (0) omfattende et roterbart hult aksielt kammer (2) om hovedaksen (0), hvor det hule aksielle kammeret

(2) er innrettet til å motta vann fra et reservoar (9). Det hule aksielle kammeret (2) har en grunnradius (RO) og er utstyrt med hovedsakelig radielle sentrifugekanaler (3) innrettet til å lede vannet ut til en første radius (RI) som er større enn grunnradien (RO) og sentrifugalt trykksette vannet ved rotasjon om hovedaksen (0). Herfra ledes vannet gjennom (andre) dampgeneratorrør (4) som varmes opp av en varmekilde (Q) og løper innover mot en andre radius (R2) som er mindre enn radien (RI). Vannet i dampgeneratorrørene (4) varmes opp og går helt eller delvis over til damp, og hvor dampen separeres og løper innover i forhold til vann og vanndråper som sentrifugeres utover tilbake i retning mot den større radien (RI). Videre ledes dampen utover fra den andre radien (R2) via utløpskanaler (6) til en tredje radius (R3). Dampen slippes deretter ut via hovedsakelig tangensielt rettede jetdyser (7) innrettet til å drive seg selv og derved dampturbinen (1) rundt.

Dampturbinen kan være montert med hovedaksen (0) horisontalt eller vertikalt avhengig av videre bruksområde og/eller mulige vannkilder.

Dampturbinens bruksområder kan være å drive en generator for elektrisitetsproduksjon, drive en sentrifuge, utnytte rotasjonsenergien ved hjelp av mekanisk overførsel via aksling, tannhjul eller remskiver eller som en motor for fremdrift.

I en utførelse av oppfinnelsen ledes dampen utover fra den andre radien (R2) via utløpskanalene (6) til en tredje radius (R3) som er større enn radien (R2).

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter utløpskanalene (6) utløpsrør (6B).

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter utløpskanalene (6) et sylindrisk roterende kammer (6C) som bærer de hovedsakelig tangensielt rettede jetdysene (7) .

I utførelser av oppfinnelsen kan jetdysenes utløpsretning endres. Retningen på dysene er avgjørende for rotasj onsretning.

I en utførelse av oppfinnelsen kan en komponent av jetkraften tas ut i en delvis aksiell retning og dermed drive dampturbinen i aksiell retning.

I en utførelse av oppfinnelsen kan i det minste dampgeneratorrørene (4) befinne seg i et varmekammer (5). Dette vil gi god utnyttelse av varmekilden med redusert varmetap til omgivelsene. Det kan anordnes en vifte(51) som driver varm gass gjennom varmekammeret (5).

Som varmekilden (Q) kan de fleste varmekilder kraftige nok til å heve vannets temperatur over kokepunktet benyttes. Varmen må kunne ledes inn mot det hule aksielle kammeret, slik som f. eks. en brennende gass.

I en utførelse av oppfinnelsen er turbinen utstyrt med en startmotor (M) innrettet til å danne den nødvendige rotasjonshastighet om hovedaksen (0) til at vannet settes under trykk ut mot den første radien (RI).

I en utførelse av oppfinnelsen er de første radielle sentrifugekanalene (3) forbundet med dampgeneratorrørene (4) via en første ringmanifold (31) med den første radien (RI).

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter de innoverløpende, dampgeneratorrørene (4) en andre ringmanifold (41) med radius mindre enn den første radien (RI) og større eller lik den andre radien (R2).

En utførelse av oppfinnelsen omfattende ringmanifolder er illustrert i Fig. 2.

I en utførelse av oppfinnelsen løper de innoverløpende dampgeneratorrørene (4) hovedsakelig monotont innover fra den første radien (RI) mot den andre radien (R2). Dette er illustrert i utførelsene vist i Fig. 1 og 2.

I en utførelse av oppfinnelsen, er det hule roterende kammeret (2), sentrifugekanalene (3) , dampgeneratorrørene (4) , og utløpskanalene (6) montert direkte eller indirekte på en roterende aksling (10).

I en utførelse av oppfinnelsen er sentrifugekanalene (3) utformet så de danner et hovedsakelig kontinuerlig rom. Dette rommet rommer i en utførelse av oppfinnelsen en isolator slik som illustrert i Fig. 7. Dampgeneratorrørene (4) kan i en utførelse være anordnet aksielt og radielt og gå over i de to ringformede aksielle utenpå hverandre liggende konsentriske kanaler nær hovedaksen. I motsatt side av innløpet kan dampgeneratorrørene (4) være koblet sammen til en ringformet væskeutjevner (42) for å unngå ubalanse i generatoren.

Dampgeneratorrørenes(4) radielle generatorrør (4r) leder inn til det innerste av de konsentriske kanalene. De radielle generatorrørene (4r) har i en utførelse sitt utløp ved en fjerde radius R4 som er mindre enn grunnradien RO.

To eller flere av de foregående trekkene kan kombineres i kombinasjonsutførelser av oppfinnelsen.

Claims

1. En dampturbin (1) med en hovedakse (0) karakterisert ved et roterbart hult aksielt kammer (2) om hovedaksen (0); hvor det hule aksielle kammeret (2) er innrettet til å motta vann fra et reservoar (9) ; hvor det hule aksielle kammeret (2) har en grunnradius (RO) og er utstyrt med hovedsakelig radielle sentrifugekanaler (3) innrettet til å lede vannet ut til en første radius (RI) som er større enn grunnradien (RO) og sentrifugalt trykksette vannet ved rotasjonen om hovedaksen (0); hvorfra vannet ledes gjennom dampgeneratorrør (4) som varmes opp av en varmekilde (Q) og løper innover mot en andre radius (R2) som er mindre enn den første radien (RI); hvor vannet i dampgeneratorrørene (4) varmes opp og går helt eller delvis over til damp, og hvor dampen separeres og løper innover i forhold til vann og vanndråper som sentrifugeres utover tilbake i retning mot den større radien (RI), hvor dampen ledes utover fra den andre radien (R2) via utløpskanaler (6) til hovedsakelig tangensielt rettede jetdyser (7) ved en tredje radius (R3) og innrettet til å drive seg selv og derved dampturbinen (1) rundt.

2. Dampturbinen (1) ifølge krav 1, hvor utløpskanalene (6) omfatter utløpsrør (6B) .

3. Dampturbinen (1) ifølge krav 1, hvor utløpskanalene (6) omfatter et sylindrisk roterende kammer (6C) som bærer de hovedsakelig tangensielt rettede jetdysene (7).

4. Dampturbinen (1) ifølge krav 1, hvor i det minste dampgeneratorrørene (4) befinner seg i et varmekammer (5).

5. Dampturbinen (1) ifølge krav 1, utstyrt med en startmotor (M) innrettet til å danne den nødvendige rotasjonshastighet om hovedaksen (0) til at vannet settes under trykk ut mot den første radien (RI).

6. Dampturbinen (1) ifølge krav 1, hvor de første radielle sentrifugekanalene (3) er forbundet med dampgeneratorrørene (4) via en første ringmanifold (31) med den første radien (RI) .

7. Dampturbinen (1) ifølge krav 1, hvor dampgeneratorrørene (4) omfatter en andre ringmanifold (41) med radius mindre enn den første radien (RI) og større eller lik den andre radien (R2) .

8. Dampturbin (1) ifølge krav 1, hvor dampgeneratorrørene (4) løper hovedsakelig monotont innover fra den første radien (RI) mot den andre radien (R2) .

9. Dampturbinen (1) ifølge krav 1, hvor det hule roterende kammeret (2) og sentrifugekanalene (3), dampgeneratorrørene (4) , og utløpskanalene (6) er montert direkte eller indirekte på en roterende aksling (10).

10. Dampturbinen (1) ifølge krav 1, hvor sentrifugekanalene (3) danner et hovedsakelig kontinuerlig rom (3B).

11. Dampturbinen (1) ifølge krav 10, hvor rommet (3B) rommer en isolator (11).