RU2014477C1

RU2014477C1 - Reaction turbine

Info

Publication number: RU2014477C1
Authority: RU
Inventors: Василий Савельевич Стасов
Original assignee: Василий Савельевич Стасов
Priority date: 1989-02-13
Filing date: 1989-02-13
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: reaction turbine has rotor mounted on hollow shaft, radial reflectors secured in the stator and outlet branch pipe; besides that, turbine is provided with end disks secured on the rotor. Disks have segment ports with separating strips so that the surface between radial reflectors and separating strips and surface of the rotor form closed chambers. EFFECT: enhanced efficiency. 6 dwg

Description

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано на тепловых электрических станциях, в автомобильном транспорте, в авиации и других областях народного хозяйства. The invention relates to turbine construction and can be used at thermal power plants, in automobile transport, in aviation and other areas of the national economy.

Известна реактивная турбина, состоящая из барабанного ротора с рабочими лопатками, размещенного в корпусе с неподвижными лопатками. Лопатки образуют на входе кольцевую камеру для питания турбины паром, откуда он идет на неподвижные направляющие лопатки первой ступени. В междулопаточных каналах пар расширяется, скорость его возрастает, и он попадает в первый ряд первичных (рабочих) лопаток, где его давление продолжает падать, а скорость возрастает. Проходя последовательно межлопаточные каналы, объем пара по мере понижения давления возрастает и для съема энергии длину лопаток в турбине увеличивают. Known jet turbine, consisting of a drum rotor with working blades, placed in a housing with fixed blades. The blades form an annular chamber at the inlet to feed the turbine with steam, from where it goes to the stationary guide vanes of the first stage. In the interscapular canals, the steam expands, its speed increases, and it falls into the first row of primary (working) blades, where its pressure continues to fall, and the speed increases. Passing successively interscapular channels, the volume of steam increases with decreasing pressure, and for the removal of energy, the length of the blades in the turbine is increased.

По достижении большой длины лопаток увеличивают уже диаметр барабана, что позволяет разместить большое количество рабочих лопаток. Upon reaching a large length of the blades, the diameter of the drum is increased, which allows you to place a large number of working blades.

Недостатком турбины является ее громоздкость и потеря пара через зазоры между подвижными лопатками и корпусом турбины. The disadvantage of the turbine is its bulkiness and steam loss through the gaps between the movable blades and the turbine body.

Известна турбина Юнгстрема, работающая по чисто реактивному принципу с радиальным протоком пара, направленного от центра к периферии торцовых дисков. Турбина содержит два независимых вала, на концах которых насажены диски с кольцевыми рядами лопаток, размещенными между лопатками второго диска и вращающимися в противоположные стороны. The well-known Jungstrom turbine operating on a purely reactive principle with a radial flow of steam directed from the center to the periphery of the face discs. The turbine contains two independent shafts, at the ends of which there are mounted discs with annular rows of blades located between the blades of the second disc and rotating in opposite directions.

Конструкция позволяет уменьшить количество ступеней, т.е. она компактнее, но она сложнее, подвержена большим осевым усилиям. Кроме того, в турбине усложнена система уплотнения деталей для уменьшения потерь пара. The design allows to reduce the number of steps, i.e. it is more compact, but it is more complicated, subject to large axial forces. In addition, the turbine has a complicated component sealing system to reduce steam loss.

Наиболее близкой по конструктивным признакам является паровая турбина, содержащая корпус с тангенциально установленным соплом, ротор с радиальными каналами, сообщающими полую ступицу с периферийной кольцевой полостью постоянного поперечного сечения, при этом вход каналов расположен в одной плоскости поперечного сечения корпуса, а выход - по меньшей мере в трех параллельных плоскостях поперечного сечения полой ступицы. The closest in design features is a steam turbine containing a housing with a tangentially mounted nozzle, a rotor with radial channels communicating a hollow hub with a peripheral annular cavity of constant cross section, with the channel inlet located in one plane of the cross section of the housing, and the output at least in three parallel planes of the cross section of the hollow hub.

Недостаток турбины - потери энергии, связанные с вихревым движением частиц пара при выходе из сопла, и потери, характерные для активных турбин. The disadvantage of the turbine is the energy loss associated with the vortex motion of vapor particles at the exit of the nozzle, and the losses characteristic of active turbines.

При изменении потока движения пара в известной турбине на радиальное от центра к периферии и выводе пара через кольцевую полость будет использоваться только реактивная сила струи и не используется остаточная активная сила пара (газа). When the flow of steam in a known turbine changes to radial from the center to the periphery and the steam is discharged through the annular cavity, only the jet reactive force will be used and the residual active vapor (gas) force will not be used.

Целью изобретения является улучшение использования энергии рабочего тела (пара или газа) за счет повышения эффективности использования активной составляющей в реактивной турбине. The aim of the invention is to improve the use of energy of the working fluid (steam or gas) by increasing the efficiency of use of the active component in a jet turbine.

Цель достигается тем, что в реактивной турбине, содержащей статор, размещенный на полом валу ротор с закрепленными торцевыми дисками и изогнутыми радиальными каналами, периферийную кольцевую полость, средства ввода и вывода рабочего тела, статор снабжен радиальными отражателями, диски ротора имеют сегментные окна, сообщающие полости между отражателями с кольцевой полостью, а межоконными перемычками образующие с указанными полостями и цилиндрической образующей ротора замкнутую систему. The goal is achieved by the fact that in a jet turbine containing a stator, a rotor placed on the hollow shaft with fixed end disks and curved radial channels, a peripheral annular cavity, input and output means of the working fluid, the stator is equipped with radial reflectors, rotor disks have segmented windows communicating cavities between reflectors with an annular cavity, and inter-window jumpers forming a closed system with the indicated cavities and a cylindrical rotor generatrix.

Сравнение заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна", так как предлагаемое устройство характеризуется наличием новых элементов - отражателями и новой связью между каналами ротора и кольцевой полостью. Comparison of the proposed solution with the prototype allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty", since the proposed device is characterized by the presence of new elements - reflectors and a new connection between the rotor channels and the annular cavity.

Анализ других известных решений показал, что в корпусе турбины (статоре) используются элементы, внешне подобные отражателям - неподвижные лопатки. Однако в известном решении они выполняют функцию направляющих, а взаимное расположение с подвижными лопатками ротора их такое, что они образуют канал для рабочего тела. An analysis of other known solutions showed that in the turbine casing (stator) elements are used that are outwardly similar to reflectors - fixed blades. However, in the known solution, they serve as guides, and their mutual arrangement with the moving blades of the rotor is such that they form a channel for the working fluid.

В предлагаемом решении при наталкивании активной массы на отражатель скорость понижается до нуля, а кинетическая энергия потока преобразуется в силу реакции, которая на валу ротора образует крутящий момент. От силы реакции ротор с каналами приходит в движение и движется со скоростью, равной скорости потока внутри канала, но в обратном направлении. Отраженный поток выполняет уже роль активной массы с вектором скорости, совпадающим по направлению с вращением ротора, благодаря чему наиболее полно используется энергия рабочего тела. В совокупности с признаком "размещение окон", позволяющих организовать выход рабочего тела при повороте ротора, предлагаемое решение можно признать соответствующим критерию "существенные отличия". In the proposed solution, when the active mass is pushed onto the reflector, the speed decreases to zero, and the kinetic energy of the flow is converted by the reaction, which generates torque on the rotor shaft. From the reaction force, the rotor with the channels comes into motion and moves at a speed equal to the flow rate inside the channel, but in the opposite direction. The reflected flow already plays the role of an active mass with a velocity vector coinciding in direction with the rotation of the rotor, due to which the energy of the working fluid is most fully used. In conjunction with the sign "placement of windows", allowing to organize the exit of the working fluid when the rotor is turned, the proposed solution can be recognized as meeting the criterion of "significant differences".

На фиг.1 изображена реактивная турбина; на фиг.2 - то же, вид с торца; на фиг. 3 - узел замкнутой системы; на фиг.4 - разрез статора и дисков по выпускному окну; на фиг. 5 - разрез статора и дисков по межоконной перемычке; на фиг.6 - разновидность формы выполнения отражателей. Figure 1 shows a jet turbine; figure 2 is the same, end view; in FIG. 3 - node closed system; figure 4 is a section of the stator and disks along the outlet window; in FIG. 5 is a section through a stator and disks along a window jumper; figure 6 is a variation of the form of execution of the reflectors.

Реактивная турбина состоит из полого вала 1, прижимного кольца 2, торцовых покрывных дисков 3 с перемычками 4 и глухой частью 5 между выпускными сегментными окнами 6, закрепленных на роторе 7, наружная цилиндрическая поверхность 8 которого проходит по нижней границе выпускных окон 6. От полого вала 1 по ротору 7 в радиальном направлении идут расширяющиеся к периферии ротора каналы 9. A jet turbine consists of a hollow shaft 1, a clamping ring 2, end covering disks 3 with jumpers 4 and a blind part 5 between the outlet segment windows 6 mounted on the rotor 7, the outer cylindrical surface 8 of which extends along the lower boundary of the outlet windows 6. From the hollow shaft 1 along the rotor 7 in the radial direction are expanding to the periphery of the rotor channels 9.

Корпус турбины выполнен в виде статора 10 с радиально размещенными отражателями 11 и с периферийной кольцевой полостью 12, соединяющейся с выходным патрубком 13, а через окна 6 - с полостями 14 между отражателями 11. Полости между отражателями 11 и подвижной частью ротора, ограничивающиеся частью цилиндрической поверхности 8 и межоконными перемычками 4 дисков 3, образуют замкнутую систему, соединяющуюся при повороте ротора через окна 6 с кольцевой выпускной полостью 12. The turbine casing is made in the form of a stator 10 with radially arranged reflectors 11 and with a peripheral annular cavity 12 connected to the outlet pipe 13, and through windows 6 - with cavities 14 between the reflectors 11. Cavities between the reflectors 11 and the movable part of the rotor, limited to part of the cylindrical surface 8 and between the window bridges 4 of the disks 3, form a closed system that connects when the rotor rotates through the windows 6 with the annular exhaust cavity 12.

Турбина работает следующим образом. The turbine operates as follows.

По полому валу рабочее тело (пар или газ) поступает в каналы 9 ротора 7. При выходе из каналов образуется реактивная сила, создающая крутящий момент. При выходе рабочего тела из каналов оно наталкивается на отражатели 11, где скорость потока понижается до нуля, а далее при повороте ротора рабочее тело, выходя из замкнутой системы, сообщает активную энергию, совпадающую с основным крутящим моментом, образованным реактивной силой. Отработавшая масса рабочего тела выводится через кольцевую полость 12 и патрубок 13. Through the hollow shaft, the working fluid (steam or gas) enters the channels 9 of the rotor 7. At the exit from the channels, a reactive force is generated, which creates a torque. When the working fluid exits from the channels, it encounters reflectors 11, where the flow rate decreases to zero, and then, when the rotor is turned, the working fluid, leaving the closed system, reports active energy that coincides with the main torque generated by the reactive force. The spent mass of the working fluid is discharged through the annular cavity 12 and the pipe 13.

Использование предлагаемого изобретения позволит с помощью замкнутой системы преобразовать кинетическую энергию скорости потока в силу реакции и дополнительную активную энергию, совпадающую по направлению с основным крутящим моментом, что создает предпосылки для создания одноступенчатой турбины при полном использовании энергии рабочего тела. Using the present invention will allow using a closed-loop system to convert the kinetic energy of the flow rate into a reaction force and additional active energy that coincides in direction with the main torque, which creates the prerequisites for creating a single-stage turbine with full use of the energy of the working fluid.

Claims

A REACTIVE TURBINE, comprising a stator with an outlet pipe, a rotor fixed to the hollow shaft with working channels placed therein, a peripheral annular cavity connected to the outlet pipe, characterized in that, in order to increase efficiency, the stator is equipped with radial reflectors with cavities between them, the rotor - end disks having segment windows with inter-window jumpers installed in them, connecting the cavities between the radial reflectors with a peripheral annular cavity, and inter-window jumpers, for flax reflectors and the rotor are arranged to form a closed cavity.