RU164736U1 - Силовая роторная турбина - Google Patents

Abstract

1. Силовая роторная турбина, характеризующаяся наличием статора с выпускными патрубками, направляющего сопла, ротора, состоящего из вала, на котором жестко установлены не менее двух дисков, центральной втулки, зажатой между ними и рабочих лопаток, закрепленных между дисками так, что наружные и внутренние кромки лопаток параллельны оси вращения ротора, а боковые кромки лопаток, прилегающие к дискам тангенциально направлены на окружность центральной втулки, при этом рабочие лопатки обеспечивают наличие зазора между внутренними кромками лопаток и центральной втулкой, причем сопло направлено тангенциально ротору на рабочие лопатки и в пространство между внутренними кромками лопаток, центральной втулкой и дисками, а выпускные патрубки совмещены со статором турбины и в зависимости от ее назначения имеет различные варианты конфигурации выходных каналов.2. Силовая роторная турбина по п. 1, характеризующаяся тем, что выпускной патрубок имеет полуцилиндрическую конфигурацию, концентричную ротору турбины.3. Силовая роторная турбина по п. 1, характеризующаяся тем, что выпускной патрубок имеет прямоточную конфигурацию.4. Силовая роторная турбина по п. 1, характеризующаяся тем, что выпускной патрубок имеет эксцентрическую конфигурацию.5. Силовая роторная турбина по п. 1, характеризующаяся тем, что имеет двухступенчатую систему выпуска с расширительной полостью.

Description

Полезная модель относится к энергетическому и транспортному машиностроению.

Известна реактивная турбина марки ТКР1207 для турбо наддува дизельного двигателя, выпускаемая производственным объединением «Минский моторный завод», состоящая из корпуса, вала на подшипниках, жестко связанного с валом турбинного и насосного колеса. Недостатками этой турбины являются: потери энергии при закручивании газовой струи по спирали от периферии к центру и закручиванию потока по кругу в центре корпуса турбины, потери энергии от утечек потока из межлопаточных каналов для прохода газа в зазор между рабочим колесом и ограничивающей стенкой корпуса турбины.

Известна реактивная турбина патент РФ №2034160, опубликовано 30.04.1995, МПК F01D 1/32. Турбина содержит рабочее колесо с каналами, имеющими входной и выходной участки и сопловой аппарат. Каналы выполнены в виде цилиндрических отверстий с осями, параллельными оси рабочего колеса и входными участками, расположенными тангенциально поверхности канала и рабочему колесу, причем выходные участки каналов также тангенциальные рабочему колесу. Эта турбина имеет следующие недостатки: потери энергии при движении рабочего тела по цилиндрическим каналам, не совершая при этом полезной работы, потери энергии при многократном перенаправлении потоков рабочего тела.

Технической задачей полезной модели является - создание энергетически эффективной силовой роторной турбины с большим крутящим моментом и широким диапазоном применения.

Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении энергетической эффективности силовой роторной турбины за счет увеличения степени срабатывания энергетического перепада рабочего тела, снижения потерь энергии с выходной скоростью и внутренних потерь в турбине.

Указанный технический результат достигается тем, что силовая роторная турбина состоит из статора, направляющего сопла и ротора. Ротор содержит вал на подшипниках, на котором жестко установлено не менее двух дисков, центральная втулка, зажатая между дисками и рабочие лопатки. Лопатки закреплены между дисками так, что наружные и внутренние кромки рабочих лопаток параллельны оси вращения вала ротора, а боковые кромки лопаток, прилегающие к дискам, тангенциально направлены на окружность центральной втулки. Рабочие лопатки обеспечивают при этом наличие зазора между внутренними кромками лопаток и центральной втулкой. Сопло направлено тангенциально ротору на рабочие лопатки ротора и в пространство между центральной втулкой, внутренними кромками рабочих лопаток и дисками. Выпускные патрубки совмещены со статором турбины и в зависимости от ее назначения имеют различные варианты конфигурации выходных каналов.

Универсальная силовая роторная турбина общего назначения, имеет полуцилиндрическую конфигурацию выпускного патрубка, концентричную ротору турбины.

Паровая и газовая силовая роторная турбина, с отбором пара или тепла, имеет прямоточную конфигурацию выпускного патрубка. Впускные и выпускные каналы находятся на одном векторе направления потока.

Паровая и гидравлическая, силовая роторная турбина, с противодавлением, имеет эксцентрическую конфигурацию выпускного патрубка по отношению к ротору турбины с возрастающим сечением к концу выпуска.

Газотурбинный двигатель с силовой роторной турбиной для мобильных машин, имеет двухступенчатую систему выпуска с повторным возвратом потока на лопатки турбины через объемную полость в статоре турбины полуовальной конфигурации по отношению к ротору турбины.

Описание сущности силовой роторной турбины поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена силовая роторная турбина - универсальная. На фиг. 2 - паровая и газовая турбина с отбором пара или тепла. На фиг. 3 - паровая и гидротурбина с противодавлением. На фиг. 4 - силовая турбина газотурбинного двигателя для мобильных машин.

Силовая роторная турбина - универсальная фиг. 1 содержит статор 1, ротор 2, направляющие сопло 7, выпускной патрубок 8. Ротор 2 состоит из вала 3 на подшипниках, и двух дисков 4, между ними зажата центральная втулка 5 и закреплены рабочие лопатки 6. Лопатки прикреплены к дискам 4 так, что наружные и внутренние кромки рабочих лопаток 6 параллельны оси вращения вала 3 ротора 2. Боковые кромки лопаток 6, прилегающие к дискам 4, тангенциально направлены на окружность центральной втулки 5. Рабочие лопатки 6 обеспечивают при этом наличие зазора АА между центральной втулкой 5 и внутренними кромками лопаток 6. Сопло 7 направлено тангенциально ротору 2 на лопатки 6 и в пространство АА между центральной втулкой 5, внутренними кромками рабочих лопаток 6 и дисками 4. Выпускной патрубок 8 имеет полуцилиндрическую конфигурацию, концентричную ротору 2 турбины.

Силовая роторная турбина - паровая; газовая с отбором пара или тепла, фиг. 2 имеет прямоточную конфигурацию выпускного патрубка 8. Впускные 7 и выпускные 8 каналы находятся на одном векторе направления потока.

Силовая роторная турбина - паровая; гидравлическая с противодавлением, фиг. 3 имеет эксцентрическую конфигурацию выпускного патрубка 8 по отношению к ротору 2 турбины с возрастающим сечением к концу выпуска.

Силовая роторная турбина газотурбинного двигателя фиг. 4 для мобильных машин, имеет двухступенчатую систему выпуска с повторным возвратом потока на рабочие лопатки 6 ротора 2 через объемную полость 9 в статоре 1 турбины, полуовальной конфигурации по отношению к ротору 2 турбины.

Силовая роторная турбина - универсальная, фиг. 1 работает следующим образом. Струя рабочего тела из генератора потока направляется через сопло 7 в ротор 2. Часть струи из сопла 7 проходит прямо между рабочих лопаток 6 и центральной втулкой 5 (на чертеже показано нижними стрелками).

Обтекая цилиндрическую поверхность центральной втулки 5 и под действием противодавления, возникающего в выпускном патрубке 8, поток изгибается и веером направляется на рабочие лопатки 6 внутри ротора 2, совершая полезную работу. Полезную работу выполняет, и другая часть струи, выходящая из сопла 7, попадая на рабочие лопатки 6 на входе в ротор 2 (на чертеже показано верхними стрелками). Отражаясь от рабочих лопаток 6, часть этой струи изменяет направление и под острым углом сливается с потоком, движущимся из сопла 7 прямо. Остальная часть струи верхнего потока совершает полезную работу, двигаясь в межлопаточной полости ротора 2, усиливаясь потоком утечки в зазор между статором 1 и ротором 2 турбины и потоком, движущимся внутри ротора 2 (потоки, совершающие полезную работу, на чертеже показаны стрелками). Полезную работу также совершает поток, ускоряющийся в выпускном патрубке 8 и поток, движущийся внутри ротора. Чтобы найти энергетическое равновесие, потоки перетекают один в другой через рабочие лопатки 6 ротора 2, выполняя полезную работу до полного их выхода из выхлопного патрубка.

Принцип работы силовой роторной турбины - паровой; газовой с отбором пара или тепла, фиг. 2 характеризующийся тем, что срабатывается только прямоточная часть потока, а оставшаяся энергия предназначена другим потребителям.

Принцип работы силовой роторной турбины - паровой; гидравлической с противодавлением, фиг. 3 характеризующийся тем, что эксцентрическая конфигурация выпускного патрубка 8 создает противодавление в проточной части турбины. Это приводит к закручиванию силового потока внутри ротора 2 в сторону вращения ротора и увеличению энергии воздействия на рабочие лопатки 6 изнутри ротора 2 до полного выхода потока из патрубка 8.

Принцип работы силовой роторной турбины газотурбинного двигателя фиг. 4 для мобильных машин, характеризующийся тем, что имеет двухступенчатую систему выпуска. Отработанный в первой ступени высоконапорный поток направляется в объемную расширительную полость 9. На ее внутренней поверхности формируется и ускоряется низконапорный поток второй ступени и направляется повторно на рабочие лопатки 6 вовнутрь ротора 2, совершая полезную работу входя в ротор 2, выходя из него и по пути между входом и выходом.

Новизна полезной модели состоит в том, что рабочие лопатки тангенциально направлены на центральную втулку ротора, обеспечивая при этом зазор между внутренними кромками лопаток и центральной втулкой, позволяя тем самым, силовому потоку тангенциально входить вовнутрь ротора, минуя статор и двигаться в роторе между внутренними кромками рабочих лопаток, центральной втулкой и дисками, совершая полезную работу на рабочих лопатках не только на входе, но и внутри и снаружи ротора, от входа потока, до его выхода из турбины, сокращая потери энергии в статоре турбины.

Заявляемая силовая роторная турбина позволяет:

- повысить степень срабатывания энергетического перепада за счет наиболее полного срабатывания струи рабочего тела в одном роторе одной турбины;

- сократить потери энергии с выходной скоростью, понизив ее до рассеянного потока.

- сократить внутренние потери в турбине за счет срабатывания основной части рабочего тела внутри ротора;

- получить высокоэффективную силовую роторную турбину с большим крутящим моментом.

Заявляемая турбина проста, технологична, менее металлоемка и более компактна, при наличии компрессора и камеры сгорания может использоваться как газотурбинный двигатель, может эффективно применяться как силовая гидравлическая, паровая и ветровая турбина, а так же как силовой гидравлический и пневматический привод.

Claims (5)

1. Силовая роторная турбина, характеризующаяся наличием статора с выпускными патрубками, направляющего сопла, ротора, состоящего из вала, на котором жестко установлены не менее двух дисков, центральной втулки, зажатой между ними и рабочих лопаток, закрепленных между дисками так, что наружные и внутренние кромки лопаток параллельны оси вращения ротора, а боковые кромки лопаток, прилегающие к дискам тангенциально направлены на окружность центральной втулки, при этом рабочие лопатки обеспечивают наличие зазора между внутренними кромками лопаток и центральной втулкой, причем сопло направлено тангенциально ротору на рабочие лопатки и в пространство между внутренними кромками лопаток, центральной втулкой и дисками, а выпускные патрубки совмещены со статором турбины и в зависимости от ее назначения имеет различные варианты конфигурации выходных каналов.

2. Силовая роторная турбина по п. 1, характеризующаяся тем, что выпускной патрубок имеет полуцилиндрическую конфигурацию, концентричную ротору турбины.

3. Силовая роторная турбина по п. 1, характеризующаяся тем, что выпускной патрубок имеет прямоточную конфигурацию.

4. Силовая роторная турбина по п. 1, характеризующаяся тем, что выпускной патрубок имеет эксцентрическую конфигурацию.

5. Силовая роторная турбина по п. 1, характеризующаяся тем, что имеет двухступенчатую систему выпуска с расширительной полостью.

Images