RU2156864C1

RU2156864C1 - Turbine without output shaft

Info

Publication number: RU2156864C1
Application number: RU99120575A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Исачкин
Original assignee: Исачкин Анатолий Федорович
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: radial-flow turbines. SUBSTANCE: turbine has casing, wheel or wheels, magnets mounted on turbine wheel, and stator coils. Radial-flow turbine has no output shaft. Magnets are mounted on non-bladed side surface of turbine wheel. Side surface of turbine casing carries stator coils. Magnets are secured either on wheel surface, or in depressions that follow magnet shape, or in annular slot through magnet height, or under projection, or under shroud material effectively opposing inertia forces. EFFECT: reduced mass and size of turbine. 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, преобразующим тепловую энергию в электрическую. The invention relates to heat engineering, and in particular to devices that convert thermal energy into electrical energy.

Известны турбины с генератором, у которых отсутствуют ротор со статором, а соответственно, и выходной вал, так, например, известен "Электрический генератор с тепловой трубой и турбиной". В одном конце тепловой трубы фреон за счет наружного тепла испаряется, пар приводит в движение осевую турбину, на периферии ротора которой находятся магниты, а снаружи корпуса обмотки. При вращении ротора турбины вырабатывается электричество. На другом конце тепловой трубы пар конденсируется и по стенкам стекает вниз (см. патент Японии N 61-255202, F 01 К 25/10, от 12.11.1986 г.). Turbines with a generator are known, for which there is no rotor with a stator and, accordingly, no output shaft, for example, an “Electric generator with a heat pipe and a turbine” is known. At one end of the heat pipe, freon evaporates due to external heat, steam drives an axial turbine, on the periphery of the rotor of which there are magnets, and outside the winding casing. When the turbine rotor rotates, electricity is generated. At the other end of the heat pipe, steam condenses and flows down the walls (see Japan Patent N 61-255202, F 01 K 25/10, dated 12/11/1986).

Подобное расположение магнитов ротора и обмоток статора в турбине позволяет обойтись без выходного вала, что намного упрощает устройство турбогенератора, но расположение магнитов на периферии колеса осевой турбины требует наличия на периферии колеса какого-либо обода, на котором будут расположены магниты, а также каких-то устройств, крепящих магниты. Однако такое расположение магнитов возможно в турбинах с небольшими скоростями вращения ротора. При больших скоростях вращения ротора, а именно это и является преимуществом турбин, любое увеличение веса периферии ротора во много раз увеличивает центробежные усилия, возникающие на периферии ротора, что в свою очередь требует усложнения устройств, крепящих магниты, а соответственно и увеличение их веса и т.д. Such an arrangement of the rotor magnets and stator windings in the turbine eliminates the need for an output shaft, which greatly simplifies the design of the turbogenerator, but the location of the magnets on the periphery of the axial turbine wheel requires a rim on the periphery of the wheel on which the magnets will be located, as well as some devices holding magnets. However, this arrangement of magnets is possible in turbines with low rotor speeds. At high speeds of rotation of the rotor, and this is the advantage of turbines, any increase in the weight of the periphery of the rotor increases the centrifugal forces that arise on the periphery of the rotor many times, which in turn requires the complication of devices that attach magnets, and, accordingly, an increase in their weight and t .d.

Основной тенденцией в улучшении энергетических устройств является уменьшение их габаритов и веса при той же мощности, так, например, известен генератор, встроенный в общую сборку с турбиной и компрессором, в которой турбина выхлопного газа имеет колесо турбины, генератор имеет статор и ротор, компрессор имеет ротор компрессора, имеется общий вал, на котором установлены колесо турбины, ротор генератора и ротор компрессора, все это заключено в общем корпусе (см. патент US N 4253031, МПК F 01 D 15/10, 1981 г.). The main trend in improving energy devices is to reduce their size and weight at the same power, for example, a generator is known that is integrated in a common assembly with a turbine and compressor, in which the exhaust gas turbine has a turbine wheel, the generator has a stator and rotor, the compressor has the compressor rotor, there is a common shaft on which the turbine wheel, the generator rotor and the compressor rotor are installed, all of this is enclosed in a common housing (see US patent N 4253031, IPC F 01 D 15/10, 1981).

Данная сборка позволяет значительно уменьшить вес конструкции за счет объединения корпусов турбины, генератора и компрессора в общий корпус, за счет объединения трех валов в один общий вал и, соответственно, за счет отсутствия дополнительных подшипников и муфт соединения. This assembly can significantly reduce the weight of the structure by combining the turbine, generator and compressor casings into a common housing, by combining three shafts into one common shaft and, accordingly, due to the absence of additional bearings and coupling couplings.

Однако остаются выходной вал, уплотнение выходного вала, а также ротор и статор генератора, которые выполнены из электротехнической стали, и все это имеет значительный вес и габариты. However, the output shaft, the output shaft seal, as well as the rotor and stator of the generator, which are made of electrical steel, remain, and all this has significant weight and dimensions.

Поставленная задача - уменьшение веса и габаритов турбомашины. The task is to reduce the weight and dimensions of the turbomachine.

Радиальная турбина, состоящая из корпуса, колес(а) турбины, магнитов, закрепленных на колесе турбины, и катушек статора, закрепленных на корпусе турбины, при этом магниты располагаются на боковой поверхности колеса, где отсутствуют лопатки, соответственно, на боковой поверхности корпуса турбины располагаются катушки статора. Для установки магнитов достаточно закрепить их или на поверхности колеса, или во впадинах, по форме магнитов, или в кольцевой канавке, по высоте магнитов, или под выступом, или под накладным бандажом материалом, обеспечивающим надежное противодействие инерционным силам. A radial turbine, consisting of a casing, turbine wheels (a), magnets mounted on a turbine wheel, and stator coils mounted on a turbine housing, with the magnets located on the side surface of the wheel where there are no vanes, respectively, on the side surface of the turbine housing stator coils. To install the magnets, it is enough to fix them either on the surface of the wheel, or in the hollows, in the form of magnets, or in the annular groove, in the height of the magnets, or under the protrusion, or under the patch bandage material, which provides reliable resistance to inertial forces.

Магниты, прикрепленные к колесу или закрепленные в предусмотренные впадины, канавку, под выступ или под бандаж, передают через них центробежное усилие, возникающее от магнитов, на колесо турбины. Magnets attached to the wheel or fixed in the provided hollows, groove, under the protrusion or under the bandage, transmit through them the centrifugal force arising from the magnets to the turbine wheel.

Из всех этих креплений магнита только накладной бандаж требует самого простого дополнительного устройства к колесу турбины, все остальные могут быть получены при изготовлении или доработке колеса турбины. Of all these magnet mounts, only the overhead bandage requires the simplest additional device to the turbine wheel, all the rest can be obtained in the manufacture or refinement of the turbine wheel.

Толщина материала, которая остается между магнитом и периферией колеса, или толщина бандажа легко определяется расчетом. The thickness of the material that remains between the magnet and the periphery of the wheel, or the thickness of the bandage is easily determined by calculation.

При этом, конечно, в турбине будет какой-то вал, на котором будет вращаться колесо относительно корпуса турбины, но этот вал не требует выхода за корпус турбины, что существенно упрощает ее конструкцию, а также уменьшает вес и габариты. In this case, of course, there will be some shaft in the turbine on which the wheel will rotate relative to the turbine body, but this shaft does not require going beyond the turbine body, which greatly simplifies its design and also reduces weight and dimensions.

На фиг. 1 и 2 показаны радиальные турбины без выходного вала, варианты. In FIG. 1 and 2 show radial turbines without an output shaft, options.

Радиальная турбина без выходного вала состоит из корпуса 1, колес(а) турбины 2, магнитов 3, закрепленных на колесе турбины, и катушек статора 4, закрепленных на корпусе турбины, при необходимости, бандажа 5 и крепления 6 бандажа. При этом магниты 3 закрепляются на боковой поверхности колеса 2, где отсутствуют лопатки, соответственно на боковой поверхности корпуса турбины располагаются катушки статора 4, магниты закрепляются или на поверхности колеса, или во впадинах по форме магнитов, или в кольцевой канавке, по высоте магнита, или под выступом или под накладным бандажом 5 материалом, обеспечивающим надежное противодействие инерционным силам. A radial turbine without an output shaft consists of a housing 1, wheels (a) of a turbine 2, magnets 3 mounted on a turbine wheel, and stator coils 4 mounted on a turbine housing, if necessary, a brace 5 and a fastening 6 of the brace. In this case, the magnets 3 are fixed on the side surface of the wheel 2, where there are no blades, respectively, the stator coils 4 are located on the side surface of the turbine housing, the magnets are fixed either on the surface of the wheel, or in depressions in the form of magnets, or in an annular groove, along the height of the magnet, or under the protrusion or under the overhead bandage 5 material that provides reliable resistance to inertial forces.

Материалов, которые могут закреплять магниты на колесе турбины, очень много, такими материалами могут быть и клеи, например, клей ВК-2 МРТУ 6-05-1214-69, клей ВК-8 ТУ 6-05-1676-74, клей ВК-15 ТУ 6-05-1456-71, клей ФФК, инструкция НИИПМ N 966, клей ВК-18 и др., все эти клеи могут работать при температуре 300^oC, а некоторые из них при температуре 700^oC и даже 1000^oC, эти клеи влаго -и маслостойкие, а также вибростойкие, выдерживают на сдвиг усилие 8 - 10 МПа (см. Л.Х. Айрапетян и др. "Справочник по клеям", Ленинград, Химия, Ленинградское отделение, 1980 г., стр. 26-47).There are a lot of materials that can attach magnets to the turbine wheel, glues, for example, VK-2 glue MRTU 6-05-1214-69, glue VK-8 TU 6-05-1676-74, glue VK -15 TU 6-05-1456-71, FFK glue, instruction NIIPM N 966, VK-18 glue and others. All these glues can work at a temperature of 300 ^o C, and some of them at a temperature of 700 ^o C and even 1000 ^o C, these adhesives are water- and oil-resistant, and also vibration-resistant, withstand a shear force of 8 - 10 MPa (see L.Kh. Hayrapetyan et al. "Adhesive Handbook", Leningrad, Chemistry, Leningrad Branch, 1980, pg. 26-47).

Магниты 3, прикрепленные к колесу 2, или закрепленные в предусмотренные впадины, канавки, под выступ или под бандаж, передают через них центробежное усилие, возникающее от магнита, на колесо турбины. Magnets 3 attached to the wheel 2, or fixed in the provided cavities, grooves, under the protrusion or under the bandage, transmit through them the centrifugal force arising from the magnet to the turbine wheel.

Из всех этих креплений только накладной бандаж требует самого простого дополнительного приспособления к колесу турбины, все остальное может быть получено при изготовлении или доработке колеса турбины. Of all these fastenings, only the overhead bandage requires the simplest additional adaptation to the turbine wheel, all the rest can be obtained in the manufacture or refinement of the turbine wheel.

Claims

A turbine without an output shaft, consisting of a housing, turbine wheels (a), magnets mounted on a turbine wheel, and stator coils mounted on a turbine housing, characterized in that the turbine is radial, made without an output shaft, while the magnets are located on the side the surface of the turbine wheel, on the surface where there are no blades, respectively, the stator coils are located on the side surface of the turbine housing, the magnets are fixed either on the surface of the wheel or in cavities in the form of magnets or in an annular groove along OTE magnet or below the projection, or under overlaid bandage material providing a sturdy resistance inertial forces.