RU2217601C1

RU2217601C1 - Turbogenerator

Info

Publication number: RU2217601C1
Application number: RU2002114605A
Authority: RU
Inventors: А.М. Зелинский; Р.Н. Воробьев; А.И. Акаро
Original assignee: ООО "Мидера-К"
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2003-11-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: proposed turbogenerator contains double-rotor electric generator whose rotors are installed coaxially with clearance relative to each other for rotation in opposite directions, and turbine connected with turbogenerator. Said turbine contains Segner's wheel made in form of tube with closed end and secured coaxially with shaft installed for rotation. At least one pair of branch pipes with open ends bent to opposite sides relative to their axis is radially secured on tube from opposite sides. Axes of bent off open ends of branch pipes are square to plane passing through axes of pair of branch pipe and axis of tube. Holes are made in wall of tube to suit branch pipes. Cylindrical drum is secured coaxially to tubular shaft installed for rotation. Drum encloses Segner's wheel. Cylindrical belt of drum adjoins with clearance bent off ends of branch pipes of Segner's wheel. At least one pair of branch pipes of Segner's wheel. At least one pair of branch pipes with open ends to opposite sides from their axis is radially secured on cylindrical belt of drum from opposite sides. Said branch pipes are bent to sides opposite to sides of Senger's wheel branch pipes. Axes of bent off open ends of drum branch pipes are square to plane passing through axes of pair of branch pipes of drum and axis of tube. Holes are made in belt to suit branch pipes. Segner's wheel and drum are enclosed by housing with union to let out working medium, and shafts of Segner's wheel and drum are secured coaxially on rotors of electric generator. EFFECT: provision of opposite rotation at high speed of rotor and stator of electric generator; increased power output. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к гидравлическим, пневматическим и паровым турбогенераторам, которые могут быть использованы в энергоустановках.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to hydraulic, pneumatic and steam turbogenerators, which can be used in power plants.

Известна ветроэлектрическая установка, содержащая электрогенератор, выполненный двухроторным, роторы которого установлены коаксиально с зазором друг относительно друга с возможностью вращения в противоположные стороны, и соединенную с ним турбину. Турбина выполнена из двух четырехлопастных ветряков, соединенных с помощью передач с соответствующими роторами ( патент СССР №3533, F 03 D 1/02, 1927 г.).Known wind power installation containing an electric generator made two-rotor, the rotors of which are installed coaxially with a gap relative to each other with the possibility of rotation in opposite directions, and a turbine connected to it. The turbine is made of two four-bladed windmills connected by means of gears with the corresponding rotors (USSR patent No. 3533, F 03 D 1/02, 1927).

Недостатком известной установки является недостаточно большое количество энергии, получаемой от нее вследствие больших потерь при использовании отдельных четырехлопастных ветряков.A disadvantage of the known installation is not a large enough amount of energy received from it due to large losses when using separate four-blade windmills.

Известен турбоагрегат, содержащий электрогенератор, выполненный двухроторным, роторы которого установлены коаксиально с зазором друг относительно друга и с возможностью вращения в противоположные стороны, и соединенную с ним турбину. Турбина выполнена из двух турбоколес, соединенных соответственно с валами одного и второго роторов ( патент СССР №1819368, Н 02 К 16/00, F 03 D 1/02, 1993, ближайший аналог).A known turbine unit containing an electric generator made two-rotor, the rotors of which are installed coaxially with a gap relative to each other and with the possibility of rotation in opposite directions, and a turbine connected to it. The turbine is made of two turbowheels connected respectively to the shafts of one and the second rotor (USSR patent No. 1819368, Н 02 К 16/00, F 03 D 1/02, 1993, the closest analogue).

Недостатком известного турбогенератора является недостаточно большое количество энергии, получаемой от него вследствие больших потерь при использовании отдельных турбоколес.A disadvantage of the known turbogenerator is not a large enough amount of energy received from it due to large losses when using individual turbo wheels.

Предлагаемым изобретением решается задача создания турбогенератора, в котором обеспечивается увеличение снимаемой электрической мощности путем увеличения механической энергии, получаемой в турбине за счет полезного использования истекающего из сегнерова колеса рабочего тела для вращения цилиндрического барабана.The present invention solves the problem of creating a turbogenerator, which provides an increase in the removed electric power by increasing the mechanical energy obtained in the turbine due to the beneficial use of the working fluid flowing from the segner wheel to rotate the cylindrical drum.

Задача создания турбогенератора решается тем, что в турбогенераторе, содержащем электрогенератор, выполненный двухроторным, роторы которого установлены коаксиально с зазором друг относительно друга и с возможностью вращения в противоположные стороны, и соединенную с ним турбину, согласно изобретению турбина включает сегнерово колесо, выполненное в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом, установленными с возможностью вращения, на трубе радиально закреплена с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков с отогнутыми в противоположные стороны от их оси открытыми концами, причем оси отогнутых открытых концов патрубков перпендикулярны плоскости проходящей через оси пары патрубков и ось трубы, а в стенке трубы соответственно патрубкам выполнены отверстия, цилиндрический барабан, скрепленный соосно с трубчатым валом, установленным с возможностью вращения, барабан охватывает сегнерово колесо, цилиндрический поясок барабана примыкает к отогнутым концам патрубков сегнерова колеса с зазором, на цилиндрическом пояске барабана радиально закреплена с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков с открытыми концами, отогнутыми в разные стороны от их оси, противоположные сторонам патрубков сегнерова колеса, причем оси отогнутых открытых концов патрубков барабана перпендикулярны плоскости проходящей через оси пары патрубков барабана и ось трубы, в стенке пояска соответственно патрубкам выполнены отверстия, сегнерово колесо и барабан охвачены корпусом со штуцером для выхода рабочего тела, а валы сегнерова колеса и барабана прикреплены соосно соответственно к роторам электрогенератора.The task of creating a turbogenerator is solved in that in a turbogenerator containing an electric generator made of a two-rotor, the rotors of which are mounted coaxially with a gap relative to each other and with the possibility of rotation in opposite directions, and the turbine connected to it, according to the invention, the turbine includes a segner wheel made in the form of a pipe with a closed end, fixed coaxially with a shaft mounted for rotation, at least one pair of nozzles is radially mounted on the pipe from opposite sides with open ends bent to the opposite sides from their axis, the axes of the bent open ends of the pipes perpendicular to the plane of the pair of pipes passing through the axis and the pipe axis, and holes in the pipe wall, respectively, are made, a cylindrical drum fixed coaxially with a rotary shaft mounted for rotation , the drum covers the Segner wheel, the cylindrical belt of the drum adjoins the bent ends of the nozzles of the Segner wheel with a gap, on the cylindrical belt of the drum At least one pair of nozzles with open ends bent in opposite directions from their axis and opposite to the sides of the segner wheel nozzles is sealed from opposite sides, the axes of the bent open ends of the drum nozzles being perpendicular to the plane passing through the axis of the pair of drum nozzles and the pipe axis in the girdle wall according to the nozzles, holes are made, the Segner wheel and drum are enclosed by a housing with a fitting for the outlet of the working fluid, and the shafts of the Segner wheel and drum are attached coaxially to the p tori generator.

Включение в турбину сегнерова колеса, выполненного в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом, установленными с возможностью вращения, закрепление на трубе радиально с противоположных сторон по крайней мере одной пары патрубков с отогнутыми в противоположные стороны от их оси открытыми концами, причем оси отогнутых открытых концов патрубков перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков и ось трубы, выполнение в стенке трубы соответственно патрубкам отверстий, скрепление цилиндрического барабана соосно с трубчатым валом, установленным с возможностью вращения, охват барабаном сегнерова колеса, примыкание цилиндрического пояска барабана к отогнутым концам патрубков сегнерова колеса с зазором, радиальное закрепление с противоположных сторон на цилиндрическом пояске барабана по крайней мере одной пары патрубков с открытыми концами, отогнутыми в разные стороны от их оси, противоположные сторонам патрубков сегнерова колеса, причем оси отогнутых открытых концов патрубков барабана перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков барабана и ось трубы, выполнение в стенке пояска соответственно патрубкам отверстий, охват сегнерова колеса и барабана корпусом со штуцером для выхода рабочего тела, прикрепление валов сегнерова колеса и барабана соосно соответственно к роторам электрогенератора позволяет отработанному рабочему телу, выходящему из сегнерова колеса, взаимодействовать с цилиндрическим пояском барабана, установленным близко на расстоянии зазора от отогнутых концов патрубков сегнерова колеса, приводя его во вращение, и при истечении из открытых концов патрубков барабана усиливать вращение барабана и передавать встречное вращение от валов сегнерова колеса и барабана к роторам электрогенератора, увеличивая количество снимаемой электрической мощности.The inclusion in the turbine of the Segner wheel, made in the form of a pipe with a closed end, fixed coaxially with a shaft mounted for rotation, fixing on the pipe radially from opposite sides of at least one pair of nozzles with open ends bent in opposite directions from their axis, and the axes bent open ends of the nozzles are perpendicular to the plane passing through the axis of the pair of nozzles and the axis of the pipe, the execution in the pipe wall, respectively, of the nozzle holes, fastening the cylindrical drum coaxial with a rotationally mounted tubular shaft, drum cover of the Segner wheel, abutment of the cylindrical belt of the drum to the bent ends of the nozzles of the Segner wheel with a clearance, radial fastening on opposite sides of the cylindrical belt of the drum of at least one pair of nozzles with open ends bent in opposite directions from their axis, opposite to the sides of the nozzles of the Segner wheel, and the axes of the bent open ends of the nozzles of the drum are perpendicular to the plane passing through the axis of the pair of pat felling of the drum and the axis of the pipe, making holes in the wall of the belt, respectively, of the holes, covering the Segner wheel and drum with a body with a fitting for the outlet of the working fluid, attaching the shafts of the Segner wheel and drum coaxially to the rotors of the electric generator, respectively, allows the spent working fluid leaving the segner wheel to interact with a cylindrical belt of the drum installed close at a distance of the gap from the bent ends of the nozzles of the Segner wheel, bringing it into rotation, and when it expires from open to The ends of the drum nozzles increase the rotation of the drum and transmit counter-rotation from the shafts of the Segner wheel and drum to the rotors of the electric generator, increasing the amount of electric power removed.

Использование одной и более пар патрубков в сегнеровом колесе и барабане позволяет приводить во встречное вращение сегнерово колесо и барабан.The use of one or more pairs of nozzles in the segner wheel and drum allows the counter wheel to drive the segner wheel and drum.

На фиг. 1 изображен общий вид турбогенератора в разрезе; на фиг. 2 - вид на турбину сбоку.In FIG. 1 shows a perspective view of a turbogenerator; in FIG. 2 is a side view of the turbine.

Турбогенератор содержит электрогенератор 1 и соединенную с ним турбину. Турбина включает сегнерово колесо, выполненное в виде трубы 2 с закрытым концом, скрепленной соосно с валом 3, установленными с возможностью вращения на подшипниках 4. К трубе 2 присоединен насадок 25 с лабиринтным уплотнением. На трубе 2 закреплена радиально с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков 5 с отогнутыми в противоположные стороны открытыми концами 6, оси отогнутых открытых концов 6 патрубков 5 перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков 5 и ось трубы 2, а в стенке трубы 2 соответственно патрубкам 5 выполнены отверстия 7. Открытые концы 6 могут быть выполнены в виде сопел. Цилиндрический барабан 8, скрепленный соосно с трубчатым валом 9, установлен с возможностью вращения на подшипниках 11 и охватывает сегнерово колесо. Цилиндрический поясок 10 цилиндрического барабана 8 примыкает к отогнутым открытым концам 6 патрубков 5 сегнерова колеса с зазором. На цилиндрическом пояске 10 цилиндрического барабана 8 радиально закреплена с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков 12 с открытыми концами 13, отогнутыми в разные стороны от их оси, противоположные сторонам патрубков 5 сегнерова колеса. Оси отогнутых открытых концов 13 патрубков 12 цилиндрического барабана 8 перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков 12 цилиндрического барабана 8 и ось трубы 2. В стенке цилиндрического пояска 10 соответственно патрубкам 12 выполнены отверстия 14. Открытые концы 13 могут быть выполнены в виде сопел. Сегнерово колесо и цилиндрический барабан 8 установлены в двух плоских днищах 23, скрепленных анкерными шпильками 24. Сегнерово колесо и цилиндрический барабан 8 охвачены корпусом 21 со штуцером 22 для выхода рабочего тела. Электрогенератор 1 выполнен двухроторным. Ротор 14 и второй ротор 16 установлены коаксиально с зазором друг относительно друга и с возможностью вращения в противоположные стороны. Ротор 14 может быть выполнен из постоянных магнитов или с обычной обмоткой в его сердечнике и установлен с возможностью вращения на подшипниках 4 и 15. Второй ротор 16 может быть выполнен также с обычной обмоткой 17, расположенной в сердечнике. Второй ротор 16 установлен на подшипниках 11 и 18 с возможностью вращения в сторону, противоположную вращению ротора 14. При выполнении ротора 14 с обмоткой на роторе 14 могут быть расположены два контактных кольца, к которым присоединены обмотки, а на контактные кольца наложены щетки. На сердечнике второго ротора 16 расположены два контактных кольца 19, к которым присоединены концы обмоток 17, а на контактные кольца 19 наложены щетки 20. Вал 3 сегнерова колеса прикреплен соосно к ротору 14, а трубчатый вал 9 цилиндрического барабана 8 скреплен соосно со вторым ротором 16.The turbogenerator comprises an electric generator 1 and a turbine connected to it. The turbine includes a Segner wheel, made in the form of a pipe 2 with a closed end, fixed coaxially with a shaft 3 mounted for rotation on bearings 4. To the pipe 2 are attached nozzles 25 with a labyrinth seal. At least one pair of nozzles 5 with open ends 6 bent in opposite directions 6 is fixed on the pipe 2 radially from opposite sides, the axes of the bent open ends 6 of the pipes 5 are perpendicular to the plane passing through the axis of the pair of pipes 5 and the pipe axis 2, and in the pipe wall 2 respectively, the nozzles 5 are made holes 7. The open ends 6 can be made in the form of nozzles. The cylindrical drum 8, mounted coaxially with the tubular shaft 9, is mounted for rotation on bearings 11 and covers the segner wheel. The cylindrical belt 10 of the cylindrical drum 8 is adjacent to the bent open ends 6 of the nozzles 5 of the Segner wheel with a gap. At least one pair of nozzles 12 with open ends 13, bent in opposite directions from their axis, opposite to the sides of the nozzles 5 of the segner wheel, is radially fixed on opposite sides of the cylindrical belt 10 of the cylindrical drum 8. The axis of the bent open ends 13 of the nozzles 12 of the cylindrical drum 8 is perpendicular to the plane passing through the axis of the pair of nozzles 12 of the cylindrical drum 8 and the axis of the pipe 2. Holes 14 are made in the wall of the cylindrical girdle 10, respectively, of the nozzles 12. The open ends 13 can be made in the form of nozzles. The Segner wheel and cylindrical drum 8 are installed in two flat bottoms 23 fastened with anchor studs 24. The Segner wheel and cylindrical drum 8 are enclosed by a housing 21 with a fitting 22 for the outlet of the working fluid. The generator 1 is made of a two-rotor. The rotor 14 and the second rotor 16 are installed coaxially with a gap relative to each other and with the possibility of rotation in opposite directions. The rotor 14 can be made of permanent magnets or with a conventional winding in its core and mounted for rotation on bearings 4 and 15. The second rotor 16 can also be made with a conventional winding 17 located in the core. The second rotor 16 is mounted on bearings 11 and 18 with the possibility of rotation in the direction opposite to the rotation of the rotor 14. When performing the rotor 14 with a winding on the rotor 14, two contact rings can be located to which the windings are attached, and brushes are applied to the contact rings. Two contact rings 19 are located on the core of the second rotor 16, to which the ends of the windings 17 are attached, and brushes 20 are applied to the contact rings 19. The shaft 3 of the Segner wheel is attached coaxially to the rotor 14, and the tubular shaft 9 of the cylindrical drum 8 is fixed coaxially with the second rotor 16 .

Турбогенератор работает следующим образом.The turbogenerator operates as follows.

Рабочее тело подают в трубу 2 сегнерова колеса и далее через отверстия 7 в каналы каждой пары патрубков 5. Рабочее тело истекает с высокой скоростью из противоположных открытых концов 6 патрубков 5, разгоняясь в одном направлении вдоль окружности с обеспечением его вращения за счет создания момента реактивных сил.The working fluid is fed into the tube 2 of the Segner wheel and then through the holes 7 into the channels of each pair of nozzles 5. The working fluid flows out at high speed from the opposite open ends 6 of the nozzles 5, accelerating in one direction along the circumference with the provision of its rotation by creating a torque of reactive forces .

Отработанный поток рабочего тела из открытых концов 6 патрубков 5 с высокой скоростью попадает в полость закрытого пространства вокруг сегнерова колеса, создаваемого цилиндрическим барабаном 8, и взаимодействует со стенкой цилиндрического барабана 8, приводя его во вращение. Далее рабочее тело попадает через отверстия 14 в каналы патрубков 12 цилиндрического барабана 8 и истекает через открытые концы 13 с высокой скоростью, разгоняясь и приводя во вращение цилиндрический барабан 8 за счет создания момента реактивных сил. Далее рабочее тело поступает в полость корпуса 21 и истекает через штуцер 22 для выхода рабочего тела. От вращающихся в противоположные стороны вала 3 сегнерова колеса и трубчатого вала 9 цилиндрического барабана 8 вращения передаются соответственно роторам 14 и 16. Вращающийся ротор 14 создает вращающееся магнитное поле. Отвод переменного тока от вращающихся встречно роторов 14 и 16 производится от контактных колец 19 щетками 20 с последующей передачей потребителю.The spent flow of the working fluid from the open ends 6 of the nozzles 5 with high speed enters the cavity of the enclosed space around the segner wheel created by the cylindrical drum 8 and interacts with the wall of the cylindrical drum 8, bringing it into rotation. Next, the working fluid enters through the openings 14 into the channels of the nozzles 12 of the cylindrical drum 8 and expires through the open ends 13 with high speed, accelerating and driving the cylindrical drum 8 due to the creation of the moment of reactive forces. Next, the working fluid enters the cavity of the housing 21 and expires through the fitting 22 to exit the working fluid. From the rotating in opposite directions of the shaft 3 of the Segner wheel and the tubular shaft 9 of the cylindrical drum 8, the rotations are transmitted to the rotors 14 and 16. respectively. The rotating rotor 14 creates a rotating magnetic field. The alternating current is removed from the counter-rotating rotors 14 and 16 from the contact rings 19 by brushes 20, followed by transmission to the consumer.

За счет полезного использования истекающего из сегнерова колеса рабочего тела для вращения цилиндрического барабана 8 увеличивается коэффициент полезного действия турбины и увеличивается снимаемая электрическая мощность с турбогенератора.Due to the beneficial use of the working fluid flowing from the Segner wheel to rotate the cylindrical drum 8, the efficiency of the turbine increases and the removed electric power from the turbogenerator increases.

В качестве рабочего тела в турбине могут использоваться жидкость, газ или пар.As a working fluid in a turbine, liquid, gas or steam can be used.

Claims

A turbogenerator comprising a two-rotor electric generator, the rotors of which are mounted coaxially with a gap relative to each other and rotated in opposite directions, and a turbine connected to it, characterized in that the turbine includes a Segner wheel made in the form of a pipe with a closed end, fixed coaxially with a shaft mounted rotatably, at least one pair of nozzles with bent in opposite directions from their axis from with open ends, and the axes of the bent open ends of the nozzles are perpendicular to the plane passing through the axis of the pair of nozzles and the pipe axis, and holes are made in the pipe wall, respectively, the cylindrical drum fastened coaxially with the tubular shaft mounted for rotation, the drum covers the segner wheel, cylindrical the belt of the drum is adjacent to the bent ends of the nozzles of the Segner wheel with a gap, at least about on a pair of nozzles with open ends bent to different sides from their axis, opposite to the sides of the nozzles of the Segner wheel, the axes of the bent open ends of the nozzles of the drum are perpendicular to the plane passing through the axis of the pair of nozzles of the drum and the axis of the pipe, holes are made in the wall of the girdle, respectively the wheel and drum are enclosed by a housing with a fitting for the outlet of the working fluid, and the shafts of the Segner wheel and drum are attached coaxially to the rotors of the electric generator, respectively.