RU2280168C1 - Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner's wheel for implementing the method - Google Patents
Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner's wheel for implementing the method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2280168C1 RU2280168C1 RU2004138561/06A RU2004138561A RU2280168C1 RU 2280168 C1 RU2280168 C1 RU 2280168C1 RU 2004138561/06 A RU2004138561/06 A RU 2004138561/06A RU 2004138561 A RU2004138561 A RU 2004138561A RU 2280168 C1 RU2280168 C1 RU 2280168C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- segner
- working fluid
- wheel
- turbine
- shell
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидравлическим, пневматическим и паровым турбинам, и промышленно применимо для привода электрогенераторов, компрессоров холодильных установок, тепловых насосов и тому подобное.The invention relates to mechanical engineering, namely to hydraulic, pneumatic and steam turbines, and is industrially applicable for driving electric generators, compressors of refrigeration units, heat pumps and the like.
Известен способ получения механической энергии в турбине, включающий подачу рабочего тела и его разгон при истечении, причем рабочее тело подают в замкнутое пространство (патент США №3282560, НКИ 415-80, 1965). Рабочее тело подают в каналы ротора турбины и разгон рабочего тела осуществляют при истечении из каналов в одном направлении с обеспечением вращения ротора, рабочее тело из каналов ротора подают в образованное оболочкой закрытое пространство вокруг ротора, и оно взаимодействует с трением с оболочкой и истекает через отверстия в оболочке, разгоняясь в одном направлении. Истечение из каналов ротора и оболочки осуществляется в одну сторону. Ротор и оболочка приводят во вращение один вал, на котором они жестко закреплены.A known method of producing mechanical energy in a turbine, including the supply of the working fluid and its acceleration upon expiration, moreover, the working fluid is fed into a confined space (US patent No. 3282560, NKI 415-80, 1965). The working fluid is fed into the channels of the turbine rotor and the acceleration of the working fluid is carried out when flowing out of the channels in one direction to ensure the rotation of the rotor, the working fluid is fed from the rotor channels into the enclosed space around the rotor, and it interacts with friction with the shell and expires through the openings shell, accelerating in one direction. The outflow from the channels of the rotor and the shell is carried out in one direction. The rotor and the sheath rotate one shaft on which they are rigidly fixed.
Недостатком известного способа является невозможность получения механической энергии для турбины от ее ротора, так как момент, создаваемый на роторе при истечении из его каналов рабочего тела, по закону сохранения момента количества движения компенсируется обратным моментом, создаваемым при торможении отработанного рабочего тела в роторе на внутренней поверхности оболочки, а полезный момент создается лишь при истечении рабочего тела из отверстий оболочки под давлением, оставшимся после расширения рабочего тела в каналах ротора, что приводит к большим потерям энергии (~50%).The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining mechanical energy for the turbine from its rotor, since the moment created on the rotor when the working fluid flows out of its channels is compensated by the law of conservation of angular momentum by the reverse moment created by braking the spent working fluid in the rotor on the inner surface shell, and a useful moment is created only when the working fluid expires from the shell openings under pressure remaining after the expansion of the working fluid in the rotor channels, which rivodit to large energy losses (~ 50%).
Известен способ получения механической энергии в турбине, включающий подачу рабочего тела и его разгон при истечении, причем рабочее тело подают в замкнутое пространство (патент Швейцарии №669428, МПК F 01 D 1/28, 1989). Рабочее тело подают в каналы ротора турбины. Его разгоняют при истечении из каналов в одном направлении вдоль окружности, перпендикулярном радиусу ротора, с обеспечением вращения ротора. Рабочее тело из каналов ротора подают в образованное оболочкой пространство вокруг ротора, и оно взаимодействует с трением с оболочкой и истекает через отверстия в оболочке, разгоняясь в одном направлении с обеспечением ее вращения. Оболочка выполнена в виде радиальной лопаточной турбины и вращается навстречу ротору.A known method of producing mechanical energy in a turbine, including the supply of the working fluid and its acceleration at the expiration, and the working fluid is fed into a confined space (Swiss patent No. 669428, IPC F 01
Недостатком известного способа является недостаточно высокое количество получаемой механической энергии вследствие того, что при истечении через четыре канала ротора рабочего тела и подачи его в образованное оболочкой в виде лопаточной турбины пространство вокруг ротора и истечении через отверстия в оболочке между лопатками турбины рабочее тело, находящееся между лопатками, в момент соприкосновения с потоками от каналов ротора выталкивается ("выколачивается"), разгоняясь до скорости потока, попадающего из каналов ротора, на что затрачивается часть энергии потока. При истечении через отверстия в оболочке в виде радиальной лопаточной турбины существуют потери на ускорение рабочего тела в радиальных лопатках от центробежных сил. Кроме того, есть потери на вентиляцию за счет циркуляции рабочего тела между лопатками при истечении через отверстия в оболочке. Из вращающейся оболочки в виде радиальной лопаточной турбины рабочее тело истекает со скоростью, значительно отличающейся от скорости вращения оболочки, что приводит к потерям энергии.The disadvantage of this method is the insufficiently high amount of obtained mechanical energy due to the fact that when the working fluid expands through the four channels of the rotor and feeds it into the space around the rotor formed by the shell in the form of a scapular turbine and the working fluid located between the blades expands through the openings in the shell between the turbine blades , at the moment of contact with the streams from the rotor channels it is pushed out ("pushed out"), accelerating to the speed of the stream falling from the rotor channels, for which the cost part of the energy of the flow is generated. When flowing through holes in the shell in the form of a radial blade turbine, there are losses due to the centrifugal forces accelerating the working fluid in the radial blades. In addition, there is a loss of ventilation due to the circulation of the working fluid between the blades when flowing through openings in the shell. From the rotating shell in the form of a radial blade turbine, the working fluid flows out at a speed significantly different from the speed of rotation of the shell, which leads to energy loss.
Наиболее близким к заявляемому является известный способ получения механической энергии в турбине, содержащей сегнерово колесо, включающий подачу рабочего тела в отверстия, выполненные в сегнеровом колесе, разгон рабочего тела при истечении из отверстий с обеспечением вращения вала турбины (патент РФ №2200848, МПК F 01 D 1/32, 2002). Рабочее тело подают в каналы ротора турбины и разгоняют его при истечении из каналов в одном направлении вдоль окружности, перпендикулярном радиусу ротора, что приводит к возникновению реактивной силы, приводящей к вращению ротора турбины. Рабочее тело из каналов ротора подают в камеру, образованную вокруг ротора оболочкой. Рабочее тело взаимодействует с трением с оболочкой и истекает через отверстия в оболочке.Closest to the claimed one is a known method of producing mechanical energy in a turbine containing a Segner wheel, comprising supplying a working fluid to openings made in a Segner wheel, accelerating the working fluid upon expiration from the openings to ensure rotation of the turbine shaft (RF patent No. 2200848, IPC F 01
Недостатками этого ближайшего аналога являются:The disadvantages of this closest analogue are:
- сложность регулирования мощности, так как для максимальной эффективности способа линейные скорости ротора и оболочки должны быть одинаковыми, что требует специальную систему регулирования мощности потребителей энергии, подключенных к валу ротора и к валу оболочки;- the complexity of power control, since for the maximum efficiency of the method the linear speeds of the rotor and the casing must be the same, which requires a special system for controlling the power of energy consumers connected to the rotor shaft and to the casing shaft;
- невозможность срабатывания на предусмотренных способом двух ступенях преобразования энергии больших перепадов давления и тепла, характерных для промышленной энергетики, из-за чего ограничивается агрегатная мощность и снижается тепловой коэффициент полезного действия двигателя;- the impossibility of operating at the two stages of energy conversion provided by the method of large differences in pressure and heat, characteristic of industrial power engineering, due to which aggregate power is limited and the thermal efficiency of the engine is reduced;
- эффективность способа преобразования энергии меньше, чем у способа, используемого в обычных многоступенчатых паровых и газовых турбинах, так как на первой ступени преобразования часть кинетической энергии рабочего тела рассеивается из-за трения в каналах сегнерова колеса и в камере, и на оболочке, а на второй ступени часть кинетической энергии рабочего тела выбрасывается в окружающую среду.- the efficiency of the energy conversion method is less than that of the method used in conventional multi-stage steam and gas turbines, since at the first stage of conversion part of the kinetic energy of the working fluid is dissipated due to friction in the channels of the Segner wheel in the chamber and on the shell, and of the second stage, part of the kinetic energy of the working fluid is released into the environment.
Известна турбина, содержащая оболочку, установленную соосно с валом с возможностью вращения (патент США №3282560, НКИ: 415-80, 1965). Эта струйная реактивная турбина содержит рабочее колесо, выполненное в виде трубы с закрыть концом, которая скреплена соосно с валом. Рабочее колесо установлено с возможностью вращения. На трубе радиально закреплена с противоположных сторон, по меньшей мере, одна пара патрубков с открытыми концами. Турбина содержит оболочку, установленную с возможностью вращения и охватывающую колесо, а также охватывающий колесо и оболочку корпус с отверстиями для размещения вала и со штуцерами для подачи и выхода рабочего тела. На оболочке закреплена с противоположных сторон, по меньшей мере, одна пара патрубков с открытыми концами. Оболочка и рабочее колесо установлены на одном валу.Known turbine containing a shell mounted coaxially with the shaft with the possibility of rotation (US patent No. 3282560, NKI: 415-80, 1965). This jet jet turbine contains an impeller made in the form of a pipe with a closed end, which is fixed coaxially with the shaft. The impeller is rotatably mounted. At least one pair of nozzles with open ends is radially mounted on the pipe from opposite sides. The turbine contains a shell mounted for rotation and enclosing the wheel, as well as enclosing the wheel and the shell of the housing with holes for accommodating the shaft and with fittings for supplying and exiting the working fluid. At least one pair of nozzles with open ends fixed to the shell from opposite sides. The shell and impeller are mounted on the same shaft.
Недостатком известной турбины является жесткая связь оболочки и рабочего колеса, установленных на едином валу, и вращение рабочего колеса и оболочки в одну сторону, что обеспечивает получение механической энергии только от одной оболочки, а патрубки рабочего колеса являются лишь дросселирующими давление подачи рабочего тела элементами турбины, приводящими к бесполезным потерям энергии и низкому коэффициенту полезного действия. Кроме того, низкая прочность длинной цилиндрической оболочки со многими отверстиями на ее поверхности ограничивает окружную скорость оболочки и еще больше понижает коэффициент полезного действия турбины.A disadvantage of the known turbine is the rigid connection of the shell and the impeller mounted on a single shaft, and the rotation of the impeller and the shell in one direction, which provides mechanical energy from only one shell, and the impeller nozzles are only throttling the supply pressure of the working fluid of the turbine elements, leading to useless energy losses and low efficiency. In addition, the low strength of a long cylindrical shell with many holes on its surface limits the peripheral speed of the shell and further reduces the turbine's efficiency.
Известна турбина, содержащая оболочку и сегнерово колесо, установленное внутри цилиндра соосно с валом с возможностью вращения, причем в сегнеровом колесе выполнены отверстия (патент Швейцарии №669428, МПК F 01 D 1/28, 1989). Эта двухвальная радиальная турбина выполнена в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом и установленной с возможностью вращения. На трубе радиально закреплена с противоположных сторон, по меньшей 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. В стенке трубы соответственно патрубкам выполнены отверстия. Турбина содержит оболочку, скрепленную соосно с установленным с возможностью вращения валом и охватывающую сегнерово колесо, а также охватывающий сегнерово колесо и оболочку корпус с отверстиями для размещения трубы сегнерова колеса и валов сегнерова колеса и оболочки и со штуцером для выхода рабочего тела. Оболочка выполнена в виде лопаточной турбины.A known turbine containing a shell and a Segner wheel mounted inside the cylinder coaxially with the shaft is rotatable, and holes are made in the Segner wheel (Swiss patent No. 669428, IPC F 01
Недостатком известной турбины является то, что в оболочке, выполненной в виде лопаточной турбины, лопатки крепятся к диску по его торцу, что увеличивает центробежную нагрузку на лопатки за счет дополнительного момента, а узел крепления лопаток не способен нести высокую нагрузку, что требует понижения окружных скоростей лопаточной турбины и снижает коэффициент полезного действия лопаточной турбины. Для прохода между лопатками поток рабочего тела от сопел ротора должен быть направлен на лопатки под определенным углом, определяемым формой лопаток и формой потока из сопел. В известной турбине поток рабочего тела из сопел попадает на лопатки под разными углами, что в среднем приведет к увеличенным углам, принятым в турбинах с отдельным сопловым аппаратом, и падению коэффициента полезного действия. Использование полого ротора (сегнерова колеса) приводит к потерям на трение за счет возникновения в полости ротора циркуляции рабочего тела, увлекаемого за счет вязкости на стенках, и обратного течения в средней части полости ротора (сегнерова колеса), то есть образованием парного вихря. В результате теряется мощность, отбираемая от ротора с полостью. При парциальном подводе рабочего тела к оболочке (лопаточной турбине) от четырех сопел ротора (сегнерова колеса), который сам вращается в обратную сторону, рабочее тело, находящееся между лопатками, при низком давлении в момент соприкосновения с потоками от сопел ротора выталкивается ("выколачивается"), разгоняясь до скорости потока, попадающего из сопел ротора, на что затрачивается часть энергии потока. В оболочке (лопаточной турбине) существуют потери на ускорение рабочего тела в радиальных лопатках от центробежных сил. Кроме того, есть потери на вентиляцию за счет циркуляции рабочего тела между лопатками при истечении через отверстия в оболочке. Из вращающейся оболочки в виде лопаточной турбины рабочее тело истекает со скоростью, значительно отличающейся от скорости вращения оболочки, что приводит к потерям энергии. Известная турбина имеет сложную конструкцию и сложную технологию изготовления вследствие использования в качестве оболочки лопаточной турбины.A disadvantage of the known turbine is that in the shell, made in the form of a blade turbine, the blades are attached to the disk at its end, which increases the centrifugal load on the blades due to the additional moment, and the attachment point of the blades is not able to carry a high load, which requires a reduction in peripheral speeds blade turbine and reduces the efficiency of the blade turbine. For passage between the blades, the flow of the working fluid from the rotor nozzles should be directed to the blades at a certain angle, determined by the shape of the blades and the shape of the flow from the nozzles. In a known turbine, the flow of the working fluid from the nozzles enters the blades at different angles, which on average will lead to increased angles adopted in turbines with a separate nozzle apparatus and a decrease in the efficiency. The use of a hollow rotor (Segner wheel) leads to friction losses due to the occurrence of circulation of the working fluid in the rotor cavity, entrained by the viscosity on the walls, and the reverse flow in the middle part of the rotor cavity (Segner wheel), i.e. the formation of a paired vortex. As a result, the power taken from the rotor with the cavity is lost. When the working fluid is partially supplied to the shell (blade turbine) from four nozzles of the rotor (Segner wheel), which itself rotates in the opposite direction, the working fluid located between the blades at low pressure at the moment of contact with the flows from the rotor nozzles is pushed out ("pushed out" ), accelerating to the speed of the stream falling from the nozzles of the rotor, which takes part of the energy flow. In the shell (blade turbine) there are losses due to the acceleration of the working fluid in radial blades from centrifugal forces. In addition, there is a loss of ventilation due to the circulation of the working fluid between the blades when it flows through openings in the shell. From the rotating shell in the form of a blade turbine, the working fluid flows out at a speed significantly different from the speed of rotation of the shell, which leads to energy loss. The known turbine has a complex structure and complex manufacturing technology due to the use of a blade turbine as a shell.
Наиболее близкой к заявляемой является известная турбина, содержащая оболочку и сегнерово колесо, установленное внутри цилиндра соосно с валом с возможностью вращения, причем в сегнеровом колесе выполнены отверстия (патент РФ №2200848, МПК F 01 D 1/32, 2002). В этой турбине может использоваться только две ступени, в первой из которых происходит преобразование потенциальной энергии рабочего тела в механическую работу вращения вала ротора - сегнерова колеса, а во второй - преобразование потенциальной энергии рабочего тела в соплах, которые расположены на внешней стороне пояска оболочки, охватывающей сегнерово колесо, в механическую энергию вращения вала оболочки. В этой турбине рабочее тело поступает по центральному сверлению в вале ротора. Затем по радиальным каналам в сегнеровом колесе рабочее тело подводится к соплам, расположенным на расстоянии от оси вала, в которых оно разгоняется и выходит под прямым углом к оси вращения и радиусу в охватывающую колесо камеру. Далее из камеры рабочее тело направляют в отверстия, расположенные на наружном пояске оболочки, охватывающей сегнерово колесо первой ступени, где процесс расширения рабочего тела происходит в соплах, расположенных под таким же углом, как у ротора, но в противоположном направлении. Отвод рабочего тела от второй ступени турбины осуществляют по кольцевой камере в штуцер в перпендикулярном к оси вращении направлении.Closest to the claimed is a known turbine containing a shell and a segner wheel mounted inside the cylinder coaxially with the shaft to rotate, with holes made in the segner wheel (RF patent No. 2200848, IPC F 01
Недостатком этого наиболее близкого аналога является то, что из-за противоположного направления вращения ротора и оболочки невозможно в свободном пространстве за срезом сопел ротора затормозить рабочее тело в скачке уплотнения и за счет торможения потока преобразовать часть кинетической энергии в потенциальную с тем, чтобы получить дополнительную механическую работу. В этой турбине из-за больших линейных скоростей даже при дозвуковой скорости истечения рабочего тела центробежные силы могут превзойти предел упругости материалов ротора и оболочки и разрушить конструкцию. Невозможно также надежно уплотнить пространство между валом ротора и валом оболочки. Из-за большой частоты вращения подшипников качения, расположенных как между валом ротора и охватывающим его валом оболочки, так и между валом оболочки и статором, снижается надежность конструкции. Ротор и оболочка консольно закрепляются в опорах, поэтому вибрация двигателя будет большой и уплотнение разрушится.The disadvantage of this closest analogue is that, due to the opposite direction of rotation of the rotor and the casing, it is not possible to freeze the working fluid in the shock wave in the free space behind the cut of the rotor nozzles and, due to the flow inhibition, convert part of the kinetic energy into potential energy in order to obtain additional mechanical work. In this turbine, due to high linear velocities, even at a subsonic velocity of the expiration of the working fluid, centrifugal forces can exceed the elastic limit of the materials of the rotor and shell and destroy the structure. It is also impossible to reliably seal the space between the rotor shaft and the sheath shaft. Due to the high frequency of rotation of the rolling bearings located both between the rotor shaft and the sheath shaft enclosing it, and between the sheath shaft and the stator, the reliability of the structure is reduced. The rotor and shell are cantilevered in the bearings, so the vibration of the motor will be large and the seal will break.
Наиболее близким к заявляемому является известное сегнерово колесо, содержащее симметрично выполненные отверстия (патент РФ №2200848, МПК F 01 D 1/32, 2002).Closest to the claimed is the known segner wheel containing symmetrically made holes (RF patent No. 2200848, IPC F 01
Недостатком этого ближайшего аналога является то, что часть кинетической энергии рабочего тела рассеивается из-за трения в каналах сегнерова колеса.The disadvantage of this closest analogue is that part of the kinetic energy of the working fluid is dissipated due to friction in the channels of the Segner wheel.
С помощью заявляемых изобретений решается техническая задача получения большей механической энергии вращения вала двигателя.Using the claimed invention solves the technical problem of obtaining greater mechanical energy of rotation of the motor shaft.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения механической энергии в турбине, содержащей сегнерово колесо, включающем подачу рабочего тела в отверстия, выполненные в сегнеровом колесе, разгон рабочего тела при истечении из отверстий с обеспечением вращения вала турбины, рабочее тело, по меньшей мере, однократно разгоняют до сверхзвуковой скорости с образованием скачка уплотнения в замкнутом пространстве за сегнеровым колесом, при этом разогнанное рабочее тело выводят в замкнутое пространство за сегнеровым колесом под прямым углом к радиусу колеса и под острым углом к оси его вращения.The problem is solved in that in the known method of producing mechanical energy in a turbine containing a segner wheel, comprising supplying a working fluid to openings made in the segner wheel, accelerating the working fluid when flowing out of the openings while ensuring rotation of the turbine shaft, the working fluid is at least , once accelerated to supersonic speed with the formation of a shock wave in a closed space behind the segner wheel, while the accelerated working fluid is brought into a closed space behind the segner wheel m at right angles to the radius of the wheel and at an acute angle to the axis of rotation.
В частности, рабочее тело можно выводить в замкнутое пространство за сегнеровым колесом под углом от 15° до 65° к оси вращения колеса.In particular, the working fluid can be displayed in a closed space behind the segner wheel at an angle of 15 ° to 65 ° to the axis of rotation of the wheel.
В частности, рабочее тело можно выводить в открытое пространство, расположенное за последним по ходу истечения рабочего тела сегнеровым колесом, под углом от 10° до 70° к оси вращения колеса.In particular, the working fluid can be displayed in an open space located behind the last segner wheel along the flow of the working fluid at an angle from 10 ° to 70 ° to the axis of rotation of the wheel.
В частности, рабочее тело можно разгонять при истечении из отверстий, выполненных в виде сопел Лаваля. При этом рабочее тело направляют в сопла Лаваля со стороны той поверхности сегнерова колеса, площадь Sвх которой меньше, чем площадь Sвых противоположной поверхности сегнерова колеса.In particular, the working fluid can be accelerated upon expiration from openings made in the form of Laval nozzles. Thus the working fluid is directed in a Laval nozzle from the surface of the wheel segner, area S wherein Bx is less than the area S O segner opposite surface of the wheel.
При этом соотношение площадей поверхностей сегнерова колеса Sвх/Sвых может составлять от 0,3 до 0,7.Moreover, the ratio of the surface areas of the Segner wheel S I / S o can be from 0.3 to 0.7.
При этом соотношение площадей поверхностей сегнерова колеса Sвх/Sвых, через которое рабочее тело выводят в открытое пространство, может составлять от 0,3 до 0,75.In this case, the ratio of the surface areas of the Segner wheel S in / S out , through which the working fluid is brought into open space, can be from 0.3 to 0.75.
При этом отношение площади Sin входного отверстия сопла Лаваля в плоскости поверхности сегнерова колеса к площади Sout выходного отверстия сопла Лаваля может составлять 0,5≤Sin/Sout≤0,9.Moreover, the ratio of the area S in of the inlet opening of the Laval nozzle in the plane of the surface of the Segner wheel to the area S out of the outlet of the Laval nozzle may be 0.5 S S in / S out ≤ 0.9.
При этом отношение площади Sin входного отверстия сопла Лаваля в плоскости поверхности сегнерова колеса, через которое рабочее тело выводят в открытое пространство, к площади Sout выходного отверстия сопла Лаваля может составлять 0,5≤Sin/Sout≤0,9.Moreover, the ratio of the area S in of the inlet opening of the Laval nozzle in the plane of the surface of the Segner wheel through which the working fluid is brought into open space to the area S out of the outlet of the Laval nozzle can be 0.5≤S in / S out ≤0.9.
При этом рабочее тело от входа к выходу можно пропускать через сегнеровы колеса в одном направлении.In this case, the working fluid from one entrance to the other can be passed through Segner wheels in one direction.
При этом рабочее тело от входа к выходам можно пропускать через сегнеровы колеса в противоположных направлениях.In this case, the working fluid from the entrance to the outputs can be passed through the Segner wheels in opposite directions.
Поставленная задача решается также тем, что турбина, содержащая вход и выход рабочего тела, оболочку и сегнерово колесо, установленное внутри цилиндра соосно с валом с возможностью вращения, причем в сегнеровом колесе выполнены отверстия, содержит, по меньшей мере, одно дополнительное сегнерово колесо и торцевые неподвижные элементы, сегнеровы колеса выполнены в виде колец, а отверстия в них выполнены в виде сопел Лаваля под прямым углом к радиусу кольца и под острым углом к оси его вращения, причем сегнеровы колеса установлены между цилиндром и оболочкой таким образом, что между ними формируется замкнутое кольцевое пространство.The problem is also solved by the fact that the turbine containing the input and output of the working fluid, the shell and the Segner wheel mounted inside the cylinder coaxially with the shaft rotatably, moreover, holes are made in the Segner wheel, contains at least one additional Segner wheel and end fixed elements, Segner wheels are made in the form of rings, and the holes in them are made in the form of Laval nozzles at right angles to the radius of the ring and at an acute angle to the axis of rotation, with Segner wheels mounted between the cylinders core and shell so as to form a closed annular space therebetween.
В частности, вход рабочего тела может быть расположен между торцевым неподвижным элементом и сегнеровым колесом.In particular, the input of the working fluid can be located between the end fixed element and the segner wheel.
В частности, выход рабочего тела может быть расположен между торцевым неподвижным элементом и сегнеровым колесом.In particular, the outlet of the working fluid may be located between the end fixed element and the segner wheel.
В частности, вход рабочего тела может быть расположен между сегнеровыми колесами.In particular, the input of the working fluid may be located between the segner wheels.
В частности, между входом рабочего тела и цилиндром может быть установлен торцевой лабиринтный уплотнитель.In particular, an end labyrinth seal may be installed between the inlet of the working fluid and the cylinder.
При этом торцевой лабиринтный уплотнитель может быть выполнен кольцевым.In this case, the labyrinth end seal can be made annular.
В частности, между выходом рабочего тела и цилиндром может быть установлен кольцевой торцевой уплотнитель.In particular, an annular mechanical seal may be installed between the outlet of the working fluid and the cylinder.
При этом торцевой лабиринтный уплотнитель может быть выполнен кольцевым.In this case, the labyrinth end seal can be made annular.
В частности, между неподвижным торцевым элементом и оболочкой может быть установлен осевой лабиринтный уплотнитель.In particular, an axial labyrinth seal may be installed between the fixed end element and the shell.
При этом осевой лабиринтный уплотнитель может быть выполнен кольцевым.In this case, the axial labyrinth seal can be made annular.
В частности, оболочка может содержать, по меньшей мере, один цилиндрический элемент.In particular, the shell may comprise at least one cylindrical element.
В частности, оболочка может содержать, по меньшей мере, один конический элемент.In particular, the shell may contain at least one conical element.
В частности, между цилиндром и статором может быть установлен подшипник.In particular, a bearing may be mounted between the cylinder and the stator.
Поставленная задача решается также тем, что в сегнеровом колесе, содержащем симметрично выполненные отверстия, отверстия выполнены в виде сопел Лаваля под прямым углом к радиусу колеса и под острым углом к оси его вращения.The problem is also solved by the fact that in the segner wheel containing symmetrically made holes, the holes are made in the form of Laval nozzles at right angles to the radius of the wheel and at an acute angle to the axis of rotation.
Заявляемые способ, устройство для его реализации и элемент этого устройства связаны единым изобретательским замыслом и не нарушают единства изобретения.The inventive method, device for its implementation and an element of this device are connected by a single inventive concept and do not violate the unity of the invention.
Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено сегнерово колесо, выполненое в виде кольца 1, в котором расположены четыре сопла Лаваля 2, повернутые под острым углом к оси вращения, на фиг.2 представлено поперечное сечение сопла Лаваля и направления течения рабочего тела, реактивной силы и ее составляющих, действующих на кольцо 1, сегнерово колесо, на фиг.3 представлен продольный разрез турбины, выполненной в виде однопроточного трехступенчатого реактивно-роторного двигателя, на фиг.4 представлен продольный разрез турбины, выполненной в виде двухпроточного трехступенчатого реактивно-роторного двигателя, на фиг.5 показана диаграмма, иллюстрирующая процесса расширения сухого насыщенного водяного пара в четырехступенчатом реактивно-роторном двигателе.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a segner wheel made in the form of a
На фиг.1 показано также расположение и форма сопла 2 в сечении А-А, входное отверстие 3 сопла Лаваля 2 площадью Sin и его выходное отверстие 4 площадью Sout, а также угол α наклона сопла 2 к оси вращения сегнерова колеса 1.Figure 1 also shows the location and shape of the nozzle 2 in section AA, the inlet 3 of the Laval nozzle 2 of area S in and its outlet 4 of area S out , as well as the angle α of inclination of the nozzle 2 to the axis of rotation of the
На фиг.2 представлено поперечное сечение сопла Лаваля 2 и направление течения рабочего тела, задаваемое углом α, направления реактивной силы Fp и ее составляющих Fp0 и Fpu, действующих на сегнерово колесо 1.Figure 2 shows the cross section of the Laval nozzle 2 and the direction of flow of the working fluid, defined by the angle α, the direction of the reactive force F p and its components F p0 and F pu acting on the
Турбина, выполненная в виде однопроточного трехступенчатого реактивно-роторного двигателя (фиг.3), содержит первое 1, второе 5 и третье 6 сегнеровы колеса с соответствующими соплами Лаваля 2, 7 и 8. Рабочее тело от входа 9 до выхода 10 последовательно проходит сопло 2, замкнутое пространство 11, сопло 7, замкнутое пространство 12, сопло 8 и открытое пространство 13. Двигатель содержит цилиндр 14 и оболочку, состоящую из цилиндрических поверхностей 15, 16, 17 и 18. Между оболочкой и неподвижным торцевым элементом 19 установлен осевой лабиринтный уплотнитель 20, а между оболочкой и неподвижным торцевым элементом 21 - осевой лабиринтный уплотнитель 22. Между цилиндром 14 и неподвижным торцевым элементом 19 установлен осевой лабиринтный уплотнитель 23, а между оболочкой и неподвижным торцевым элементом 21 - осевой лабиринтный уплотнитель 24. Между статором 25 и цилиндром 14 установлены подшипники 26 и 27.The turbine, made in the form of a single-flow three-stage jet-rotary engine (Fig. 3), contains the first 1, second 5 and third 6 Segner wheels with the
Турбина, выполненная в виде двухпроточного трехступенчатого реактивно-роторного двигателя (фиг.4), содержит два первых 1, два вторых 5 и два третьих 6 сегнеровых колеса с соответствующими соплами Лаваля 2, 7 и 8. Рабочее тело от входа 9 до выходов 10, расположенных в противоположных сторонах, последовательно проходит сопла 2, замкнутые пространства 11, сопла 7, замкнутые пространства 12, сопла 8 и открытые пространства 13. Двигатель содержит цилиндр 14 и оболочку, состоящую из цилиндрических поверхностей 28 и конических поверхностей 29. Между оболочкой и неподвижными торцевыми элементами 19 установлены осевые лабиринтные уплотнители 20. Между цилиндрами 14 и неподвижными торцевыми элементами 19 установлены осевые лабиринтные уплотнители 23, а между цилиндрами 14 и входом рабочего тела 9 - осевые лабиринтные уплотнители 30. Между статорами 25 и цилиндрами 14 установлены подшипники 26 и 27.The turbine, made in the form of a two-flow three-stage jet-rotary engine (Fig. 4), contains two first 1, two second 5 and two third 6 segner wheels with
Сущность заявляемых изобретений состоит в использовании сегнеровых колес 1, 5 и 6, выполненных в виде колец и связанных между собой цилиндром 14 и оболочкой, а также выполнением в кольцах сопел Лаваля 2, 7 и 8 (фиг.3 и фиг.4). Способ включает в себя подачу рабочего тела от входа 9 к соплам 2, 7 и 8 сегнеровых колес 1, 5 и 6 и разгон рабочего тела до сверхзвуковых скоростей в соплах 2 и 7 в направлении, перпендикулярном радиусу ротора, под острым углом к оси его вращения. Это обеспечивает вращения ротора за счет реактивной силы, возникающей вследствие истечения струи рабочего тела из сопел 2, 7 и 8. Благодаря использованию сопел Лаваля 2, 7 и 8 в замкнутом пространстве 11 между кольцами 1 и 5, а также в замкнутом пространстве 12 между кольцами 5 и 6 возникают скачки уплотнения, в которых восстанавливается потенциальная энергия рабочего тела (основная часть кинетической энергии рабочего тела преобразуется в скачке уплотнения в потенциальную). Это иллюстрирует фиг.5, на которой показана зависимость удельной энтальпии h от удельной энтропии s для процесса расширения сухого насыщенного водяного пара в четырехступенчатом реактивно-роторном двигателе от начального давления р0=4,748 МПа до конечного давления рk=0,044 МПа. Из фиг.5 видно, как изменяются параметры рабочего тела в четырехступенчатой турбине. Вследствие формирования скачков уплотнения, в отличие от ближайшего аналога, увеличиваются давление, температура и энтальпия рабочего тела. В сегнеровом колесе 5 (также как и колесе 1) потенциальная энергия рабочего тела преобразуется в механическую энергию. Далее процесс может повторяться. Все это позволяет увеличить мощность и коэффициент полезного действия турбины.The essence of the claimed invention consists in the use of
В отличие от ближайшего аналога в заявляемых изобретениях для подвода рабочего тела к соплам не используются каналы (фиг.1-фиг.4), а выход разогнанного потока рабочего тела из сопла осуществляется под острым углом α к оси вращения (фиг.2). Величина α выбирается в зависимости от термодинамических свойств рабочего тела, позволяющих получать скачек уплотнения в замкнутых пространствах 11 и 12 (фиг.3 и фиг.4). Кроме того, сегнеровы колеса соединяются между собой не валом (как в ближайшем аналоге), а охватывающими цилиндром 14 и оболочкой.In contrast to the closest analogue, the claimed inventions do not use channels for supplying the working fluid to the nozzles (Figs. 1 to 4), and the overclocked flow of the working fluid from the nozzle is performed at an acute angle α to the axis of rotation (Fig. 2). The value of α is selected depending on the thermodynamic properties of the working fluid, allowing to obtain a jump in compaction in
Количество ступеней в турбине рассчитывается известным образом из условия, что истечение рабочего тела из сопла последнего сегнерова колеса 6 (фиг.3 и фиг.4) становится дозвуковым, а давление рабочего тела на срезе этого сопла сравнивается с давления среды, в которую сбрасывается рабочее тело из турбины.The number of stages in the turbine is calculated in a known manner from the condition that the expiration of the working fluid from the nozzle of the last Segner wheel 6 (Fig. 3 and Fig. 4) becomes subsonic, and the pressure of the working fluid at the cut of this nozzle is compared with the pressure of the medium into which the working fluid is discharged from the turbine.
Размеры сопел во всех сегнеровых колесах выбираются одинаковыми, а от ступени к ступени увеличиваются в зависимости от параметров рабочего тела в критическом сечении сопла Лаваля. Число сопел должно быть не слишком большим, чтобы не снижать прочность кольца.The sizes of nozzles in all segner wheels are the same, and from step to step they increase depending on the parameters of the working fluid in the critical section of the Laval nozzle. The number of nozzles should not be too large so as not to reduce the strength of the ring.
Именно многоступенчатое установление сверхзвукового течения рабочего тела из сопел (за исключением сопел последнего сегнерова колеса) с образованием скачков уплотнения в пространстве между колесами обеспечивает, согласно заявляемому способу, создание достаточной реактивной тяги, вращающей сегнеровы колеса, связывающие их цилиндр и оболочку, а также вал турбины, и, тем самым, - достижение цели изобретений.It is the multistage establishment of the supersonic flow of the working fluid from the nozzles (with the exception of the nozzles of the last Segner wheel) with the formation of shock waves in the space between the wheels that, according to the claimed method, provides sufficient reactive thrust rotating the Segner wheels connecting their cylinder and shell, as well as the turbine shaft , and, thereby, the achievement of the goal of inventions.
Пример конкретного выполнения. Четырехступенчатый реактивно-роторный двигатель имеет длину 3,0 м и диаметр 2,0 м. Цилиндр 14 имеет диаметр 1,5 м и толщину стенок 10 мм. Толщина сегнеровых колес от первой до последней ступени увеличивается от 20 мм до 60 мм. В первом колесе выполнено 4 симметрично расположенных сопел Лаваля, в последнем - 10. Угол α для всех сопел составляет 63°. Толщина стенок оболочки составляет 10 мм. Рабочим телом являлся сухой насыщенный водяной пар с начальным давлением р0=4,748 МПа и конечным давлением pk=0,044 МПа. С помощью данного двигателя достигается мощность 13,35 МВт при коэффициенте полезного действия 68%.An example of a specific implementation. The four-stage rotary engine has a length of 3.0 m and a diameter of 2.0 m. The
Claims (25)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004138561/06A RU2280168C1 (en) | 2004-12-29 | 2004-12-29 | Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner's wheel for implementing the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004138561/06A RU2280168C1 (en) | 2004-12-29 | 2004-12-29 | Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner's wheel for implementing the method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004138561A RU2004138561A (en) | 2006-06-10 |
| RU2280168C1 true RU2280168C1 (en) | 2006-07-20 |
Family
ID=36712496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004138561/06A RU2280168C1 (en) | 2004-12-29 | 2004-12-29 | Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner's wheel for implementing the method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2280168C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446369C2 (en) * | 2010-07-05 | 2012-03-27 | Николай Фомич Архипов | Gas liquefaction unit |
| CN103161510A (en) * | 2013-02-06 | 2013-06-19 | 赵兴龙 | Turbine device with gas process work dw > Pdv |
| RU2676904C1 (en) * | 2017-12-14 | 2019-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" | Active super-critical parameters steam turbine |
| CN109339867A (en) * | 2018-11-15 | 2019-02-15 | 翁志远 | Reaction nozzle-type impeller, rotor, steam turbine, steamer equipment and prime mover |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104454317B (en) * | 2014-11-07 | 2017-05-10 | 南宁市南北动力有限公司 | Wave energy generation device |
-
2004
- 2004-12-29 RU RU2004138561/06A patent/RU2280168C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446369C2 (en) * | 2010-07-05 | 2012-03-27 | Николай Фомич Архипов | Gas liquefaction unit |
| CN103161510A (en) * | 2013-02-06 | 2013-06-19 | 赵兴龙 | Turbine device with gas process work dw > Pdv |
| RU2676904C1 (en) * | 2017-12-14 | 2019-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" | Active super-critical parameters steam turbine |
| CN109339867A (en) * | 2018-11-15 | 2019-02-15 | 翁志远 | Reaction nozzle-type impeller, rotor, steam turbine, steamer equipment and prime mover |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004138561A (en) | 2006-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2707226A1 (en) | Supersonic compressor comprising radial flow path | |
| US20150037134A1 (en) | Method for Producing Mechanical Energy, Single-Flow Turbine and Double-Flow Turbine, and Turbo-Jet Apparatus Therefor | |
| RU2280168C1 (en) | Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner's wheel for implementing the method | |
| US10247450B2 (en) | Device and method for converting thermal energy | |
| US6354800B1 (en) | Dual pressure Euler turbine | |
| US8708640B2 (en) | Method and apparatus for efficiently generating and extracting power from an air flow to do useful work | |
| RU2200848C1 (en) | Method and turbine for producing mechanical energy | |
| CN103382856A (en) | Housing movable vane wheel mechanism | |
| US3761195A (en) | Compressing centrifuge | |
| RU2511967C1 (en) | Turbo-pump unit, and cold, hot and industrial water pumping method | |
| RU2702317C1 (en) | Rotary birotate gas turbine engine | |
| EP0135365B1 (en) | Regenerative-compressor | |
| CN104100301A (en) | Multi-stage differential pressure radial flow turbine capable of adjusting nozzle ring opening | |
| RU92094U1 (en) | RADIAL REACTIVE ROTARY ENGINE WITH OPPOSITION ROTORS | |
| RU2420661C1 (en) | Generating method of mechanical energy, and radial jet rotary engine with rotors of opposite rotation for its implementation | |
| CN114396314A (en) | Supersonic speed axial flow composite bladeless turbine | |
| RU181361U1 (en) | CENTRIFUGAL TURBINE | |
| US3872668A (en) | Compressing centrifuge with cooling | |
| RU2305772C2 (en) | Axial-flow turbine | |
| RU2050518C1 (en) | Radial turbo-expander | |
| RU2217596C1 (en) | Turbine | |
| AU2016291301B2 (en) | Tubular adhesion turbine or pump | |
| RU184274U1 (en) | Centrifugal Axial Jet Turbine | |
| CN110500299B (en) | Supersonic ultrahigh pressure carbon dioxide compressor unit | |
| WO2012030241A1 (en) | Method and turbine for receiving energy through expansion of steam or gases in a centripetal - axial - centrifugal multistage turbine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071230 |