RU2016221C1

RU2016221C1 - Hydraulic reactive turbine

Info

Publication number: RU2016221C1
Authority: RU
Inventors: Василий Савельевич Стасов
Original assignee: Василий Савельевич Стасов
Priority date: 1990-11-11
Filing date: 1990-11-11
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: a stator is mounted stationary. A disk and a ring are located correspondingly over and under a rotor. Flow-type canals, central and ring-shaped cavities with located between them blades of guiding apparatus with canals formation are made inside the rotor. Bulges are made in the disk and ring. The disk has windows, that have connecting strips. The stator has radially located deflectors, cavities between which are limited by bulges of the disk and the ring. Flow-type canals of the rotor from exit side are oriented to deflectors in opposite direction from entry. Exits from canals between blades of guiding apparatus and entries in flow-type canals of the rotor are joined by a ring-shaped cavity. Deflectors and located between them cavities are positioned so as to form a stationary part of a closed system. Connecting strips between the windows in bulges of the disk, bulges of the ring and surface of rotor are located so as to form movable part of the closed system. EFFECT: turbine is used in power engineering. 6 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при проектировании гидротурбин. The invention relates to hydraulic engineering and can be used in the design of hydraulic turbines.

Известна гидравлическая радиально реактивная турбина, содержащая статор, направляющий аппарат, состоящий из диска с окнами, с нижней стороны диска размещено кольцо, внизу которого каналы, закрепленные диском, ротор, выполненный в виде кольца, в верхней части выполнены пазухи, разделенные перегородками, на периферии кольца отверстия для выхода жидкости из турбины. A hydraulic radial-reactive turbine is known, comprising a stator, a guiding apparatus consisting of a disk with windows, a ring is placed on the lower side of the disk, below which are channels secured by the disk, a rotor made in the form of a ring, sinuses divided by partitions in the upper part are made at the periphery rings of an opening for an exit of liquid from the turbine.

В рабочий процесс жидкость поступает через окна верхнего диска входного устройства (направляющего аппарата) и проходит в каналы направляющего аппарата, при выходе из направляющих каналов жидкость оказывает давление на перегородки пазух и сообщает колесу движение, на перегородках поток изменяет направление движения на обратное и наталкивается на другую противоположную сторону перегородок свободно выходит из ротора турбины и из рабочего процесса. In the working process, the fluid enters through the windows of the upper disk of the input device (guiding apparatus) and passes into the channels of the guiding apparatus, when exiting the guiding channels, the fluid exerts pressure on the bosoms of the sinuses and imparts movement to the wheel, on the baffles the flow reverses its direction of motion and runs into another the opposite side of the partitions freely leaves the turbine rotor and from the working process.

Недостатком устройства является свободный выход потока жидкости из рабочего процесса, при котором значительная часть кинетической энергии потока уходит в потери. The disadvantage of this device is the free exit of the fluid flow from the working process, in which a significant part of the kinetic energy of the flow is lost.

Целью изобретения является повышение эффективности использования энергии потока жидкости. The aim of the invention is to increase the energy efficiency of the fluid flow.

Поставленная цель достигается тем, что ротор выполнен в виде колеса, состоящего из рабочих лопастей, образующих проточные каналы, в которых поток изменяет направление движения на обратное, диска и кольца, входящих в состав ротора, снабженных выступами, в выступе диска выполнены выходные окна и перемычки между окнами, внутри ротора образована полость, которая направляющими лопатками разделена на центральную и кольцевую, объединяющую все выходы из каналов, образованных направляющими лопатками и все входы в проточные каналы ротора. Корпус турбины выполнен в виде статора с радиальными отражателями, обращенными к оси вала, при этом отражатели и полости между ними размещены между выступами диска и кольца и образуют неподвижную часть замкнутой системы, в подвижную часть которой входят перемычки между окнами в выступе диска, выступы кольца и образующая цилиндрическая поверхность ротора. This goal is achieved in that the rotor is made in the form of a wheel, consisting of working blades forming flow channels, in which the flow reverses the direction of movement, of the disk and rings that are part of the rotor, equipped with protrusions, output windows and jumpers are made in the disk protrusion between the windows, inside the rotor, a cavity is formed, which is divided by guide vanes into a central and annular one, uniting all the exits from the channels formed by the guide vanes and all the entrances to the flow channels of the rotor. The turbine housing is made in the form of a stator with radial reflectors facing the axis of the shaft, while the reflectors and cavities between them are located between the protrusions of the disk and the ring and form the fixed part of the closed system, the movable part of which includes jumpers between the windows in the protrusion of the disk, the protrusions of the ring and forming a cylindrical surface of the rotor.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "Новизна", так как предложенное устройство характеризуется наличием новых элементов, формой и новым расположением известных элементов, а также новыми их связями. Comparison of the claimed technical 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, shape and new location of known elements, as well as their new relationships.

Сравнение предложенного решения не только с прототипами, но и другими техническими решениями, не позволило выявить признаки, сходные с отличительными заявленного объекта, что и позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "Существенные отличия". Comparison of the proposed solution not only with prototypes, but also with other technical solutions, did not allow us to identify signs that are similar to the distinctive features of the declared object, which allows us to conclude that its criterion of "Significant differences".

Сущность технического решения заключается в том, что в предложенном устройства поток воды поступает в центральную полость, размещенную внутри ротора, из которой направляется в каналы, образованные направляющими лопатками, а затем в кольцевую полость, объединяющую все выходы из каналов между лопатками и все входы в проточные каналы ротора. В кольцевой полости поток движется по дуги с образованием центробежной силы, под влиянием которой он поступает в проточные каналы роторы, оказывая давление на вогнутую сторону каналов и по активному принципу ротору сообщает движение. При этом движение ротора наступает до выхода потока из проточных каналов, а при выходе из них поток наталкивается на отражатели статора в замкнутой системе, где скорость его движения понижается до нуля только на отражателях статора, а в проточных каналах ротора движение потока сохраняется, так как движение каналов и потока в каналах направлены в противоположные стороны. При этом вся кинетическая энергия потока жидкости на твердом неподвижном препятствии преобразуется в силу реакции равную силе потока, которая по реактивному принципу увеличивает крутящий момент на роторе. The essence of the technical solution lies in the fact that in the proposed device, the flow of water enters the central cavity located inside the rotor, from which it is directed into the channels formed by the guide vanes, and then into the annular cavity, which combines all the exits from the channels between the vanes and all the entrances to the flow rotor channels. In the annular cavity, the flow moves along the arc with the formation of a centrifugal force, under the influence of which it enters the flow channels of the rotors, exerting pressure on the concave side of the channels and, according to the active principle, gives the rotor movement. In this case, the movement of the rotor occurs before the flow exits from the flow channels, and when exiting them, the flow encounters the stator reflectors in a closed system, where its speed decreases to zero only on the stator reflectors, and the flow movement is preserved in the flow channels of the rotor, since the motion channels and flow in the channels are directed in opposite directions. In this case, all the kinetic energy of the fluid flow on a solid stationary obstacle is converted by the reaction force equal to the flow force, which, according to the reactive principle, increases the torque on the rotor.

Таким образом в предложенной турбине одновременно действуют оба принципа работы турбины как активный, так и реактивный, что позволяет повысить эффективность преобразования энергии потока воды в полезную работу. Вместе с тем в предложенной турбине скорость движения потока воды в проточной системе можно обеспечить без значительных отклонений за счет изменения поперечного сечения в отдельных ее частях и за счет возможности независимо принимать любую допустимую скорость потока и рабочего колеса, что обеспечивает возможность понижать или полностью устранять появление кавитации. Thus, in the proposed turbine, both principles of the turbine operation, both active and reactive, simultaneously operate, which improves the efficiency of converting the energy of the water flow into useful work. At the same time, in the proposed turbine, the speed of the water flow in the flow system can be ensured without significant deviations due to changes in the cross section in its individual parts and due to the ability to independently accept any permissible flow and impeller speeds, which makes it possible to reduce or completely eliminate the appearance of cavitation .

На фиг. 1 схематично изображен общий вид в разрезе по оси; на фиг.2 - вид сверху; на фиг. 3 - полость, разделенная направляющими лопатками на центральную и кольцевую, проточные каналы, выступы диска, выходные окна, перемычки между окнами, отражатели статора, полости между отражателями; на фиг.4 - разрез по входному окну в положении сообщающихся полостей; на фиг.5 - разрез в изолированном положении между отражателями от выходной кольцевой полости (замкнутая часть проточной стороны); на фиг.6 - вариант направляющих лопаток. In FIG. 1 schematically shows a General view in section along the axis; figure 2 is a top view; in FIG. 3 - a cavity divided by guide vanes into a central and annular, flow channels, disc protrusions, output windows, jumpers between windows, stator reflectors, cavities between reflectors; figure 4 is a section through the input window in the position of the communicating cavities; figure 5 is a section in an isolated position between the reflectors from the output annular cavity (a closed part of the flow side); figure 6 is a variant of the guide vanes.

Гидравлическая реактивная турбина состоит из входного патрубка 1, сообщающегося с центральной полостью 2, направляющих лопаток 3, на периферии которых имеется кольцевая полость 4, ротора 5, в состав которого входят диск 6 и кольцо 7 с выступами 8 и выходными окнами 9 в выступе 8 диска 6, между которыми размещены перемычки 10, проточных каналов 11, образующей цилиндрической поверхности 12 ротора 5, корпуса, выполненного в виде статора 13 с радиально размещенными отражателями 14 и полостями 15 между отражателями 14 и с перифеpийной выходной кольцевой полостью 16, которая посредством окон 9 сообщается с полостями 15 между отражателями 14 статора 13. Между периферией направляющих лопаток 3 и проточными каналами 11 ротора 5 образована кольцевая полость 4, объединяющая все выходы из каналов между направляющими лопатками 3 и все входы в проточные каналы 11 ротора 5, отражатели 14 статора 13 и полости 15 между ними образуют неподвижную часть замкнутой системы, а подвижная ее часть состоит из перемычек 10 в выступе 8 диска 6, выступа 8 кольца 7 и образующей поверхности 12 ротора 5. A hydraulic jet turbine consists of an inlet pipe 1 communicating with a central cavity 2, guide vanes 3, on the periphery of which there is an annular cavity 4, of a rotor 5, which includes a disk 6 and a ring 7 with protrusions 8 and output windows 9 in the protrusion 8 of the disk 6, between which there are jumpers 10, flow channels 11, forming a cylindrical surface 12 of the rotor 5, a housing made in the form of a stator 13 with radially arranged reflectors 14 and cavities 15 between the reflectors 14 and with the peripheral output annular polo a rod 16, which through windows 9 communicates with the cavities 15 between the reflectors 14 of the stator 13. Between the periphery of the guide vanes 3 and the flow channels 11 of the rotor 5, an annular cavity 4 is formed, combining all the exits from the channels between the guide vanes 3 and all the entrances to the flow channels 11 of the rotor 5, the reflectors 14 of the stator 13 and the cavity 15 between them form the fixed part of the closed system, and its moving part consists of jumpers 10 in the protrusion 8 of the disk 6, the protrusion 8 of the ring 7 and the forming surface 12 of the rotor 5.

Гидравлическая реактивная турбина действует следующим образом. Hydraulic jet turbine operates as follows.

По входному патрубку 1 поток поступает в центральную полость 2 и каналы между направляющими лопатками 3, на выходе из которых в кольцевую полость 4 поток закручивается по дуге окружности с появлением центробежной силы, под влиянием которой поступает в проточные каналы 11 ротора 5 и в процессе движения по которым изменяет направление, оказывая давление на вогнутую ею сторону, которое по активному принципу ротору 5 сообщает движение. На выходе из проточных каналов 11 в замкнутую часть проточной системы поток наталкивается на отражатели 14 статора 13, где скорость его движения понижается до нуля, только на отражателях статора (в полостях 15),а в проточных каналах движение потока сохраняется, так как движение каналов и потока в каналах направлены в противоположные стороны, а за счет понижения скорости движения до нуля вся кинетическая энергия потока преобразуется в силу реакции равную силе потока, которая по реактивному принципу и по закону действие равно противодействию оказывает одинаковое влияние как на отражатели статора, так и на ротор, а так как отражатели статора являются твердым неподвижным препятствием, то вся сила реакции передается на ротор, увеличивая его крутящий момент, т.е. оба принципа работы турбины, как активный, так и реактивный одновременно создают крутящий момент, направленный в одну сторону, что и обеспечивает достижение поставленной цели. At the inlet pipe 1, the flow enters the central cavity 2 and the channels between the guide vanes 3, at the outlet of which the flow rotates into the annular cavity 4 along an arc of a circle with the appearance of centrifugal force, under the influence of which it enters the flow channels 11 of the rotor 5 and, in the process of moving along which changes direction, exerting pressure on the side concave by it, which, according to the active principle, rotor 5 signals movement. At the exit from the flow channels 11 to the closed part of the flow system, the flow hits the reflectors 14 of the stator 13, where its speed decreases to zero, only on the stator reflectors (in the cavities 15), and in the flow channels the flow movement is preserved, since the movement of the channels and the flow in the channels is directed in opposite directions, and by lowering the speed of motion to zero, all kinetic energy of the stream is converted by the reaction equal to the strength of the stream, which, according to the reactive principle and the law, is equal to countering indicates the card same effect as the reflectors on the stator and the rotor and stator so as reflectors are solid fixed obstacle, the entire reaction force is transmitted to the rotor, increasing its torque, i.e. both principles of operation of the turbine, both active and reactive, simultaneously create a torque directed in one direction, which ensures the achievement of the goal.

В процессе вращения ротора подвижная часть замкнутой системы перемещается относительно неподвижной и выходные окна 9 подходят к полостям 15 между отражателями 14 статора 13, находившимися в замкнутой системе, заполненным работавшей водой соединяют полости 15 с выходной кольцевой полостью 16, где давление понижено до атмосферного, и отработавшая вода выходит из турбины. During the rotation of the rotor, the movable part of the closed system moves relatively stationary and the output windows 9 approach the cavities 15 between the reflectors 14 of the stator 13 located in the closed system, filled with working water, connect the cavity 15 to the output annular cavity 16, where the pressure is reduced to atmospheric, and the spent water exits the turbine.

Одновременно с другой стороны проточные каналы ротора подходят к полостям 15, освобожденным от работавшей воды, где давление понижено до атмосферного. At the same time, on the other hand, the flow channels of the rotor approach the cavities 15 freed from the working water, where the pressure is reduced to atmospheric.

Таким образом, в предложенной турбине обеспечивается нормальное движение потока воды. Thus, in the proposed turbine provides normal movement of the water flow.

Расположение внутри ротора центральной полости, направляющих лопаток и кольцевой полости обеспечивает потоку появления центробежной силы, под влиянием которой по активному принципу поток оказывает давление на ротор, образуя крутящий момент, а в замкнутой системе при воздействии потока на отражатели статора (твердое неподвижное препятствие) в процессе понижения скорости движения потока до нуля вся его энергия преобразуется в силу реакции, равную силе потока, которая по реактивному принципу тоже создает крутящий момент ротору, направленный в ту же сторону, что и момент от силы активного принципа. The location inside the rotor of the central cavity, guide vanes and the annular cavity provides the flow with the appearance of centrifugal force, under the influence of which, according to the active principle, the flow exerts pressure on the rotor, forming a torque, and in a closed system when the flow acts on the stator reflectors (solid fixed obstacle) in the process reducing the speed of the flow to zero, all its energy is converted into a reaction force equal to the strength of the flow, which, according to the reactive principle, also creates torque to the rotor, directed in the same direction as the moment from the strength of the active principle.

Отсюда можно сделать вывод, что наличие центральной полости, направляющих лопаток и кольцевой полости внутри ротора с одной стороны обеспечивает возможность использования энергии потока в проточном канале по активному принципу, а с другой стороны в том же канале обеспечивается возможность использования энергии по реактивному принципу, чем и создаются условия для более полного использования энергии потока воды в полезную работу. From this we can conclude that the presence of a central cavity, guide vanes and an annular cavity inside the rotor on the one hand provides the possibility of using the flow energy in the flow channel according to the active principle, and on the other hand in the same channel it is possible to use energy according to the reactive principle, which conditions are being created for a more complete use of the energy of the water flow in useful work.

Claims

A HYDRAULIC REACTIVE TURBINE, comprising a guide vane apparatus, a stator fixedly mounted, a rotor mounted for rotation and a ring located respectively above and below the rotor, characterized in that flow channels are made inside the rotor, as well as central and annular cavities between which are placed blades of the guide apparatus with the formation of channels, protrusions are made in the ring and disk, in the last of which there are windows with the formation of jumpers, the stator is equipped with radially placed reflectors, the cavities between which are limited by the protrusions of the disk and the ring, while the flow channels of the rotor from the output side are oriented to the reflectors in the opposite direction from the entrance, the exits from the channels between the vanes of the guide apparatus and the entrances to the flow channels of the rotor are combined by an annular cavity, reflectors and cavities between them are located with the formation of the fixed part of the closed system, and the jumpers between the windows in the protrusions of the disk, the protrusions of the ring and the forming surface of the rotor are located with the formation of the movable part A closed system.