RU2420661C1 - Generating method of mechanical energy, and radial jet rotary engine with rotors of opposite rotation for its implementation - Google Patents

Generating method of mechanical energy, and radial jet rotary engine with rotors of opposite rotation for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2420661C1
RU2420661C1 RU2009141531/06A RU2009141531A RU2420661C1 RU 2420661 C1 RU2420661 C1 RU 2420661C1 RU 2009141531/06 A RU2009141531/06 A RU 2009141531/06A RU 2009141531 A RU2009141531 A RU 2009141531A RU 2420661 C1 RU2420661 C1 RU 2420661C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
nozzles
stage
rotation
rotors
Prior art date
Application number
RU2009141531/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009141531A (en
Inventor
Виктор Иванович Сычиков (RU)
Виктор Иванович Сычиков
Абдулрахман Усманович Сембиев (RU)
Абдулрахман Усманович Сембиев
Олег Викторович Мальханов (RU)
Олег Викторович Мальханов
Юрий Михайлович Архаров (RU)
Юрий Михайлович Архаров
Сергей Андреевич Дяченко (RU)
Сергей Андреевич Дяченко
Георгий Александрович Козырев (RU)
Георгий Александрович Козырев
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "РТИ-Системы вторичного энергопитания"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "РТИ-Системы вторичного энергопитания" filed Critical Закрытое акционерное общество "РТИ-Системы вторичного энергопитания"
Priority to RU2009141531/06A priority Critical patent/RU2420661C1/en
Publication of RU2009141531A publication Critical patent/RU2009141531A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2420661C1 publication Critical patent/RU2420661C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Hydraulic Motors (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: method and device for generation of mechanical energy by using rotors of opposite rotation with nozzles includes supply of working medium to laval nozzle in the rotor of the first stage, acceleration of working medium in nozzles to supersonic speed so that reactive force and torque moment acting on rotor and transmitted to the shaft is created, and supply of accelerated working medium to closed space after rotor of the first stage so that compression shock of working medium occurs in that closed space between rotors of the first and the second stages. Then, working medium is supplied to convergent nozzles of rotor of the second stage and accelerated in nozzles so that reactive force and torque moment acting on rotor of the second stage and transmitted to the shaft is created. At least some part of each rotor is made in the form of a ring. One of those rings encloses another one. Inlets and outlets of nozzles lie on cylindrical surfaces of rings and central lines of nozzles lie in the plane perpendicular to rotor rotation axis. Acceleration of working medium in nozzles of each rotor is performed with rotation of flow in each nozzle to the opposite side relative to direction of flow at the inlet to that nozzle. Acceleration of working medium in nozzles of rotor of the second stage is performed with rotation of flow to opposite side in relation to direction of flow turn in nozzles of rotor of the first stage. Device can bring generator shaft into rotation.
EFFECT: reduction of energy losses, improvement of efficiency and decrease of weight.
5 cl, 3 tbl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидравлическим, пневматическим и паровым турбинам, и промышленно применимо в промышленности и транспорте для двигателей, приводов электрогенераторов, компрессоров холодильных установок, насосов и тому подобного.The invention relates to mechanical engineering, namely to hydraulic, pneumatic and steam turbines, and is industrially applicable in industry and transport for engines, drives of electric generators, compressors of refrigeration units, pumps and the like.

Известен способ получения механической энергии в турбине («Турбина без выходного вала» (патент РФ №2156864, МПК F01D 1/32) и «Радиальная турбомашина» (патент РФ №2189450, МПК F01D 1/32)), включающий подачу рабочего тела в замкнутое пространство и его разгон и расширение в расположенных по окружности реактивных лопатках с истечением радиально, причем последующий ряд лопаток вращается в противоположную сторону от ряда предыдущего. Предложенные турбомашины имеют колеса встречного вращения, как и турбина Юнгстрема, но не имеют выходных валов. Генераторы располагаются снаружи самой турбины, а магниты ротора генераторов крепятся к самому колесу, причем магниты одного генератора крепятся к одному колесу, магниты второго - к другому. Катушки статора генераторов крепятся к корпусу турбины. Каждое колесо с ротором своего генератора вращается в подшипниках, установленных на неподвижной трубе статора. По этой трубе и осуществляется подвод пара к колесам турбины.A known method of producing mechanical energy in a turbine (“Turbine without an output shaft” (RF patent No. 2156864, IPC F01D 1/32) and “Radial turbomachine” (RF patent No. 2189450, IPC F01D 1/32)), including the supply of the working fluid in closed space and its acceleration and expansion in circumferential jet blades with radial expiration, and the next row of blades rotates in the opposite direction from the row of the previous one. The proposed turbomachines have counter-rotation wheels, like the Jungstrom turbine, but do not have output shafts. The generators are located outside the turbine itself, and the rotor magnets of the generators are attached to the wheel itself, with the magnets of one generator attached to one wheel and the magnets of the second to the other. The stator coils of the generators are attached to the turbine housing. Each wheel with the rotor of its generator rotates in bearings mounted on a fixed stator tube. Through this pipe, steam is supplied to the turbine wheels.

Недостатками этих аналогов являются:The disadvantages of these analogues are:

- сложность регулирования мощности, так как для максимальной эффективности способа угловые скорости колес турбины должны быть одинаковыми, что требует специальную систему регулирования частоты вращения и распределения энергии потребителей, подключенных к обоим генераторам;- the complexity of power control, since for the maximum efficiency of the method, the angular speeds of the turbine wheels must be the same, which requires a special system for controlling the speed and distribution of energy of consumers connected to both generators;

- недопустимость разгона рабочего тела на каждой, кроме последней ступени, до сверхзвуковой скорости, а следовательно, невозможность получения большей механической энергии в ступени и меньшего числа ступеней, а следовательно, лучших массогабаритных характеристик двигателя, невозможность использования образовавшегося скачка уплотнения за каждой сверхзвуковой ступенью, для восстановления части кинетической энергии рабочего тела в статическое давление и последующего преобразования его в механическую работу;- the inadmissibility of acceleration of the working fluid at each, except the last stage, to supersonic speed, and therefore, the impossibility of obtaining more mechanical energy in the stage and a smaller number of stages, and therefore, the best mass-dimensional characteristics of the engine, the inability to use the resulting shock wave behind each supersonic stage, for restoring part of the kinetic energy of the working fluid to static pressure and then converting it into mechanical work;

- трудности охлаждения подшипников и генераторов механизма.- difficulties cooling bearings and generators of the mechanism.

Наиболее близкими к предложенным являются способ получения механической энергии в турбине, турбина и сегнерово колесо для его реализации (патент РФ №2280168, МПК F01D 1/32, 2004)).Closest to the proposed are a method of producing mechanical energy in a turbine, a turbine and a Segner wheel for its implementation (RF patent No. 2280168, IPC F01D 1/32, 2004)).

В известном способе получения механической энергии в турбине, содержащей сегнерово колесо, включающем подачу рабочего тела в отверстия 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. При этом рабочее тело от входа к выходу можно пропускать через сегнеровые колеса как в одном направлении, так и в противоположных от входа направлениях по оси вращения.In the known method of producing mechanical energy in a turbine containing a Segner wheel, comprising supplying a working fluid to the openings in the Segner wheel, accelerating the working fluid upon expiration from the openings to allow rotation of the turbine shaft, the working fluid is at least once accelerated to supersonic speed to form a shock wave in a closed space behind the segner wheel, while the accelerated working fluid is brought into the closed space behind the segner wheel at a right angle to the radius of the wheel and at an acute angle ohm to the axis of its rotation. In this case, the working fluid from the entrance to the exit can be passed through the segner wheels both in one direction and in the directions opposite to the entrance along the axis of rotation.

В известной турбине (см. там же), имеющей вход и выход рабочего тела, оболочку и сегнеровы колеса, установленные внутри цилиндра соосно с валом и с возможностью вращения, в сегнеровых колесах выполнены отверстия в виде сопел Лаваля под прямым углом к радиусу кольца и под острым углом к оси его вращения, содержится, по меньшей мере, одно дополнительное сегнерово колесо с отверстиями в виде сужающихся сопел, расположенных по кольцу под прямым углом к радиусу кольца и под острым углом к оси его вращения, и торцевые неподвижные элементы, сегнеровы колеса выполнены в виде колец, причем сегнеровы колеса установлены между цилиндром и оболочкой таким образом, что между ними формируется замкнутое кольцевое пространство. В частности, вход рабочего тела может быть расположен между торцевым неподвижным элементом и сегнеровым колесом, а вход рабочего тела может быть расположен между сегнеровыми колесами.In a well-known turbine (see ibid.), Which has an input and output of a working fluid, a shell and Segner wheels mounted coaxially with the shaft and rotatably inside the cylinder, holes in the form of Laval nozzles are made in the Segner wheels at right angles to the radius of the ring and under at an acute angle to the axis of rotation, contains at least one additional segner wheel with holes in the form of tapering nozzles located along the ring at right angles to the radius of the ring and at an acute angle to the axis of rotation, and end fixed elements, segners the wheels are in the form of rings, wherein segner wheels are mounted between the cylinder and the shell so as to form a closed annular space therebetween. In particular, the input of the working fluid can be located between the end stationary element and the segner wheel, and the input of the working fluid can be located between the segner wheels.

Известное сегнерово колесо (см. там же) содержит симметрично выполненные отверстия в виде сопел Лаваля под прямым углом к радиусу колеса и под острым углом к оси его вращения.The well-known Segner wheel (see ibid.) Contains symmetrically made holes in the form of Laval nozzles at right angles to the radius of the wheel and at an acute angle to the axis of its rotation.

Недостатки этого ближайшего аналога:The disadvantages of this closest analogue are:

- жесткая связь оболочки и рабочего колеса, установленных на едином валу, приводит к вращению рабочих колес и оболочки в одну сторону, что влечет потери энергии внутри двигателя из-за торможения потока рабочего тела на набегающей стороне колес и потери на выходе из сопел последнего колеса со скоростью, и, следовательно, к низкому коэффициенту полезного действия;- a rigid connection between the shell and the impeller mounted on a single shaft leads to the rotation of the impellers and the shell in one direction, which entails energy loss inside the engine due to inhibition of the flow of the working fluid on the upstream side of the wheels and loss of output from the nozzles of the last wheel speed, and therefore to a low coefficient of performance;

- поскольку в сегнеровых колесах выполнены отверстия в виде сопел под прямым углом к радиусу кольца и под острым углом к оси его вращения, в работу преобразуется только часть механической энергии, доля которой пропорциональна косинусу этого угла;- since holes in the form of nozzles are made in the segner wheels at right angles to the radius of the ring and at an acute angle to the axis of rotation, only part of the mechanical energy is converted to work, the proportion of which is proportional to the cosine of this angle;

- ограниченная прочность цилиндрической оболочки из-за множества отверстий на ее поверхности ограничивает окружную скорость оболочки и еще больше понижает коэффициент полезного действия двигателя.- the limited strength of the cylindrical shell due to the many holes on its surface limits the peripheral speed of the shell and further reduces the efficiency of the engine.

Техническим результатом изобретения является устранение перечисленных недостатков, а именно снижение потерь энергии и повышение КПД, уменьшение массы двигателя.The technical result of the invention is to remedy these shortcomings, namely, reducing energy loss and increasing efficiency, reducing engine weight.

Технический результат достигается тем, что в способе получения механической энергии с использованием роторов противоположного вращения с соплами, включающий подачу рабочего тела в сопла Лаваля в роторе первой ступени с обеспечением разгона рабочего тела в соплах до сверхзвуковой скорости с обеспечением создания реактивной силы и крутящего момента, действующего на ротор и передаваемого на вал, и вывод разогнанного рабочего тела в замкнутое пространство между роторами первой и второй ступени с образованием скачка уплотнения рабочего тела в этом замкнутом пространстве, затем подачу рабочего тела в сужающиеся сопла ротора второй ступени с обеспечением разгона рабочего тела в соплах с обеспечением создания реактивной силы и крутящего момента, действующего на ротор второй ступени и передаваемого на тот же вал, согласно изобретению используют роторы, по меньшей мере, часть каждого из которых выполнена в виде кольца, и одно из этих колец охватывает другое, входы и выходы сопел находятся на цилиндрических поверхностях колец, а центральные линии сопел лежат в плоскости, перпендикулярной оси вращения роторов, разгон рабочего тела в соплах каждого ротора осуществляют с поворотом потока в каждом сопле в противоположную сторону относительно направления потока на входе в это сопло, а разгон рабочего тела в соплах ротора второй ступени осуществляют с поворотом потока в противоположную сторону по отношению к направлению поворота потока в соплах ротора первой ступени.The technical result is achieved in that in a method of producing mechanical energy using counter-rotating rotors with nozzles, comprising supplying a working fluid to Laval nozzles in the first stage rotor, ensuring the working fluid is accelerated in the nozzles to supersonic speed, ensuring the creation of reactive force and torque acting to the rotor and transmitted to the shaft, and the output of the accelerated working fluid into the closed space between the rotors of the first and second stages with the formation of a shock wave of the working t ate in this confined space, then the supply of the working fluid to the narrowing nozzles of the rotor of the second stage with the acceleration of the working fluid in the nozzles with the creation of reactive power and torque acting on the rotor of the second stage and transmitted to the same shaft, according to the invention, rotors are used, according at least part of each of which is made in the form of a ring, and one of these rings covers the other, the inputs and outputs of the nozzles are on the cylindrical surfaces of the rings, and the center lines of the nozzles lie in the plane of the rotational axis of the rotors, the acceleration of the working fluid in the nozzles of each rotor is carried out with the flow in each nozzle in the opposite direction relative to the direction of flow at the entrance to this nozzle, and the acceleration of the working fluid in the nozzles of the second stage rotor is carried out with the flow in the opposite direction the direction of flow rotation in the nozzles of the rotor of the first stage.

При этом передачу крутящего момента с роторов на вал осуществляют, в частности, путем передачи вращения с каждого ротора на соответствующий эпицикл, передающий вращение колесам сателлитов, связанных с водилом, вращающим вал.In this case, the transmission of torque from the rotors to the shaft is carried out, in particular, by transmitting rotation from each rotor to the corresponding epicycle transmitting rotation to the wheels of the satellites associated with the carrier rotating the shaft.

Технический результат также достигается тем, что в устройстве для получения механической энергии, содержащем роторы первой и второй ступени противоположного вращения и кинематически связанный с ними выходной вал, ротор первой ступени выполнен с соплами Лаваля, ротор второй ступени - с сужающимися соплами, расположенными по окружности, а между роторами образовано замкнутое кольцевое пространство, согласно изобретению, по меньшей мере, часть каждого ротора выполнена в виде кольца и одно кольцо охватывает другое, а каждое сопло Лаваля и каждое сужающееся сопло выполнено с входом и выходом на цилиндрических поверхностях соответствующего кольца, центральные линии сопел лежат в плоскости, перпендикулярной оси вращения роторов и изогнуты таким образом, чтобы обеспечить поворот потока рабочего тела с сохранением направления потока перпендикулярным оси вращения, причем направление поворота потока в сужающихся соплах ротора второй ступени противоположно направлению поворота потока в соплах Лаваля ротора первой ступени.The technical result is also achieved by the fact that in a device for producing mechanical energy containing rotors of the first and second stages of opposite rotation and an output shaft kinematically associated with them, the rotor of the first stage is made with Laval nozzles, the second stage rotor with tapering nozzles arranged in a circle, and between the rotors a closed annular space is formed, according to the invention, at least a part of each rotor is made in the form of a ring and one ring covers the other, and each Laval nozzle and Each tapering nozzle is made with an entrance and exit on the cylindrical surfaces of the corresponding ring, the center lines of the nozzles lie in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotors and are bent in such a way as to ensure rotation of the flow of the working fluid while maintaining the flow direction perpendicular to the axis of rotation, and the direction of rotation of the flow in tapering the nozzles of the rotor of the second stage are opposite to the direction of rotation of the flow in the Laval nozzles of the rotor of the first stage.

Кинематическая связь каждого ротора с выходным валом может быть осуществлена, в частности, посредством соответствующего эпицикла, связанного с соответствующим сателлитом, связанным посредством водила с выходным валом.The kinematic connection of each rotor with the output shaft can be carried out, in particular, by means of a corresponding epicycle connected with the corresponding satellite connected by means of a carrier to the output shaft.

Кроме того, роторы могут быть установлены на трубе для подвода рабочего тела с возможностью вращения вокруг ее оси.In addition, the rotors can be mounted on a pipe for supplying a working fluid with the possibility of rotation around its axis.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 представлено сечение плоскостью, перпендикулярной оси вращения, части ротора 1 первой ступени, в котором расположены сопла Лаваля 2 с изгибом центральной линии в противоположную вращению ротора 1 сторону, и показаны треугольники скоростей на входе в сопла Лаваля 2 (фиг.1) и на его выходе (фиг.2). Ускоренное течение рабочего тела в сопле 2 создает реактивную силу, действующую на ротор 1. В расширяющейся части сопла 2 поток рабочего тела разгоняется до сверхзвуковой скорости Wcdl и выходит из сопла под углом α3 к касательной окружности радиусом R4.The invention is illustrated by drawings, where Figures 1 and 2 show a section, by a plane perpendicular to the axis of rotation, of a part of the rotor 1 of the first stage, in which there are Laval nozzles 2 with a bend of the central line opposite to the rotation of the rotor 1 side, and speed triangles at the entrance to Laval nozzle 2 (figure 1) and at its exit (figure 2). The accelerated flow of the working fluid in the nozzle 2 creates a reactive force acting on the rotor 1. In the expanding part of the nozzle 2, the flow of the working fluid accelerates to a supersonic speed W cdl and leaves the nozzle at an angle α 3 to a tangent circle of radius R 4 .

На фиг.3 представлены треугольники скоростей на входе и выходе сужающихся сопел 3 ротора 4 второй ступени предлагаемого устройства (двигателя) и направления вращения роторов 1 и 4.Figure 3 presents the speed triangles at the input and output of the converging nozzles 3 of the rotor 4 of the second stage of the proposed device (engine) and the direction of rotation of the rotors 1 and 4.

На фиг.1-3 также представлены расчетные значения углов и скоростей потока рабочего тела, полученных для исходных данных: начальное давление и паросодержание насыщенного пара Р0=0,497 МПа, х0=0,997, конечное давление пара Р2=0,1 МПа.Figure 1-3 also presents the calculated values of the angles and flow rates of the working fluid obtained for the source data: the initial pressure and vapor content of saturated steam P 0 = 0.497 MPa, x 0 = 0.997, final vapor pressure P 2 = 0.1 MPa.

На фиг.4 показана диаграмма "s-h", иллюстрирующая процессы расширения насыщенного водяного пара в двухступенчатом радиальном реактивно-роторном двигателе с роторами встречного вращения (жирная линия выше) и в трехступенчатой активной турбине (тонкая линия ниже), построенная по результатам расчета при одинаковых граничных условиях, представленным в табл.1 и 2. В табл.3 представлены расчетные значения эффективности работы турбины и двухступенчатого радиального реактивно-роторного двигателя с роторами встречного вращенияFigure 4 shows the diagram “sh” illustrating the expansion of saturated water vapor in a two-stage radial jet-rotary engine with counter-rotating rotors (bold line above) and in a three-stage active turbine (thin line below), constructed according to the calculation results with the same boundary the conditions presented in tables 1 and 2. Table 3 presents the calculated values of the turbine efficiency and the two-stage radial jet-rotary engine with counter-rotating rotors

На фиг.5 показана кинематическая схема предложенного устройства на примере двухступенчатого радиального реактивно-роторного двигателя с роторами встречного вращения, в котором объединена механическая энергия роторов первой и второй ступени.Figure 5 shows the kinematic diagram of the proposed device as an example of a two-stage radial jet-rotary engine with counter-rotation rotors, in which the mechanical energy of the first and second stage rotors is combined.

Устройство для получения механической энергии содержит роторы 1 и 5 первой и второй ступени и кинематически связанный с ними выходной вал. Ротор 1 первой ступени выполнен с соплами Лаваля 2, ротор 4 второй ступени - с сужающимися соплами 3, расположенными по окружности. По меньшей мере часть каждого из роторов 1 и 4 имеет форму кольца, одно из которых охватывает другое с образованием между роторами 1 и 4 замкнутого кольцевого пространства. Каждое сопло Лаваля 2 и каждое сужающееся сопло 3 выполнены с входом и выходом на цилиндрических поверхностях соответствующего кольца. Центральная линия каждого сопла лежит в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора и изогнута таким образом, чтобы обеспечить поворот потока рабочего тела с сохранением направления потока перпендикулярным оси вращения, причем направление поворота потока в сужающихся соплах 3 ротора 4 второй ступени противоположно направлению поворота потока в соплах Лаваля 2 ротора 1 первой ступени.A device for producing mechanical energy comprises rotors 1 and 5 of the first and second stage and a kinematically connected output shaft. The rotor 1 of the first stage is made with Laval nozzles 2, the rotor 4 of the second stage with tapering nozzles 3 located around the circumference. At least a portion of each of the rotors 1 and 4 has a ring shape, one of which covers the other with the formation of a closed annular space between the rotors 1 and 4. Each Laval nozzle 2 and each tapering nozzle 3 are made with the entrance and exit on the cylindrical surfaces of the corresponding ring. The center line of each nozzle lies in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor and is bent in such a way as to ensure that the flow of the working fluid is maintained perpendicular to the axis of rotation, and the direction of rotation of the stream in the converging nozzles 3 of the rotor 4 of the second stage is opposite to the direction of rotation of the stream in the Laval nozzles 2 rotors 1 of the first stage.

Способ получения механической энергии осуществляется следующим образом.The method of obtaining mechanical energy is as follows.

Рабочее тело подается в сопла Лаваля 2 ротора 1 первой ступени со скоростью, близкой к окружной скорости ротора 1 первой ступени. Дальнейший разгон рабочего тела до сверхзвуковых скоростей осуществляется в соплах 2 с поворотом потока в противоположную сторону по отношению к направлению потока на входе в сопло 2, что обеспечивает вращение ротора 1 первой ступени за счет реактивной силы и вращающего момента. Рабочее тело из сопел Лаваля 2 ротора 1 первой ступени подается в образованное роторами 1 и 4 первой и второй ступени замкнутое пространство, где оно, взаимодействуя с ротором 4 второй ступени, тормозится с образованием скачка уплотнения, что приводит к преобразованию кинетической энергии потока рабочего тела в потенциальную энергию с увеличением давления, температуры и энтальпии рабочего тела. Далее рабочее тело поступает в суживающиеся сопла 3 ротора 4 второй ступени, поворачивающие поток перпендикулярно оси вращения в противоположную сторону по отношению к первой ступени и позволяющие выходить рабочему телу по касательной к цилиндрической поверхности ротора 4 второй ступени, который вращается в противоположном по отношению к ротору 1 первой ступени направлении. Во второй ступени происходят разгон рабочего тела до скорости, равной звуковой либо меньшей звуковой скорости, и совершение работы за счет реактивной тяги сопел 3.The working fluid is supplied to the Laval nozzles 2 of the first stage rotor 1 at a speed close to the peripheral speed of the first stage rotor 1. Further acceleration of the working fluid to supersonic speeds is carried out in nozzles 2 with the flow turning in the opposite direction with respect to the direction of flow at the entrance to the nozzle 2, which ensures the rotation of the rotor 1 of the first stage due to reactive force and torque. The working fluid from the Laval nozzles 2 of the first stage rotor 1 is fed into a closed space formed by the first and second stage rotors 1 and 4, where it, interacting with the second stage rotor 4, is inhibited to form a shock wave, which leads to the conversion of the kinetic energy of the working fluid flow into potential energy with increasing pressure, temperature and enthalpy of the working fluid. Next, the working fluid enters the tapering nozzle 3 of the rotor 4 of the second stage, turning the flow perpendicular to the axis of rotation in the opposite direction with respect to the first stage and allowing the working fluid to exit tangentially to the cylindrical surface of the rotor 4 of the second stage, which rotates in the opposite direction to the rotor 1 first step direction. In the second stage, the working fluid is accelerated to a speed equal to sound or lower sound speed, and the work is completed due to the jet propulsion of the nozzles 3.

На фиг.5 показана кинематическая схема устройства на примере двигателя и передачи механической энергии к генератору. Роторы 1 и 4 приводят во вращение каждый свой эпицикл 5 и 6, которые через опорные и упорные подшипники закреплены в статоре двигателя и передают вращение, направленное в противоположные стороны, сателлитам 7, которые связаны посредством водила с выходным валом, вращающим якорь синхронного генератора. Размеры зубчатых зацеплений и частоты подобраны таким образом, чтобы на номинальной мощности генератор вырабатывал стандартную частоту электрического тока. Роторы установлены на трубе 8 для подвода рабочего тела с возможностью вращения вокруг ее оси.Figure 5 shows the kinematic diagram of the device using an example of an engine and transmission of mechanical energy to a generator. The rotors 1 and 4 each rotate their own epicycles 5 and 6, which are mounted in the motor stator through the thrust and thrust bearings and transmit the rotation directed in opposite directions to the satellites 7, which are connected by means of a carrier with an output shaft rotating the armature of the synchronous generator. The sizes of the gears and the frequency are selected so that at the rated power the generator produces a standard frequency of electric current. The rotors are mounted on the pipe 8 for supplying a working fluid with the possibility of rotation around its axis.

Подобная конструкция, сохраняя все преимущества турбины Юнгстрема, позволяет при меньшем числе ступеней существенно увеличить срабатываемый рабочим телом теплоперепад и, соответственно, увеличить внутренний кпд турбины, существенно уменьшив габариты, массу и стоимость двигателяSuch a design, while retaining all the advantages of the Jungstrom turbine, allows for a smaller number of steps to significantly increase the heat drop activated by the working fluid and, accordingly, increase the internal efficiency of the turbine, significantly reducing the size, weight and cost of the engine

Использование предлагаемого способа преобразования потенциальной энергии сжимаемой текущей среды - рабочего тела в механическую энергию и конструкции реактивно-роторного двигателя позволяет, по сравнению с существующими паровыми турбинами при меньшем числе ступеней (см. фиг.4) заметно увеличить вырабатываемый рабочим телом теплоперепад и, соответственно, механическую работу и тепловую эффективность, увеличить внутренний кпд двигателя, существенно уменьшив его габариты, массу и стоимость.Using the proposed method for converting the potential energy of a compressible flowing medium - a working fluid into mechanical energy and the design of a jet rotary engine allows, in comparison with existing steam turbines with fewer steps (see Fig. 4), the heat transfer generated by the working fluid can be significantly increased and, accordingly, mechanical work and thermal efficiency, increase the internal efficiency of the engine, significantly reducing its dimensions, weight and cost.

Уменьшение влажности отработанного пара (см. табл.2) обеспечивает мелкодисперсность (гомогенность) двухфазного потока, отсутствие скольжения фаз при трансзвуковой скорости течения рабочего тела в соплах и между ступенями дает двигателю, по сравнению с паровыми турбинами, лучшую тепловую экономичность, минимум потерь на трение и более высокую безотказность.A decrease in the moisture content of the exhaust steam (see Table 2) ensures the fineness (homogeneity) of the two-phase flow, the absence of phase slip at the transonic speed of the working fluid in the nozzles and between the steps gives the engine, in comparison with steam turbines, better thermal efficiency, minimum friction losses and higher uptime.

Отсутствие рабочих лопаток и вала в роторе реактивно-роторного двигателя и трансзвуковое течение рабочего тела в соплах и между ступенями делает его работоспособным при любой влажности рабочего тела, вплоть до насыщенной жидкости, не требует высокой чистоты рабочего тела по растворенным и механическим примесям, уменьшает массогабаритные характеристики, повышает маневренность и экономичность двигателя по сравнению с известными конструкциями паровых и газовых турбин.The absence of rotor blades and shaft in the rotor of the jet engine and the transonic flow of the working fluid in the nozzles and between the steps makes it efficient at any humidity of the working fluid, up to saturated fluid, does not require high purity of the working fluid for dissolved and mechanical impurities, and reduces overall dimensions , increases the maneuverability and efficiency of the engine compared with the known designs of steam and gas turbines.

Простота заявляемой конструкции снижает ее стоимость и делает двигатель конкурентоспособным даже на начальных стадиях реализации.The simplicity of the claimed design reduces its cost and makes the engine competitive even in the initial stages of implementation.

Таблица 1Table 1 Параметры пара в трехступенчатой активной турбинеSteam parameters in a three-stage active turbine Наименование точки на s-h диаграммеPoint name on s-h diagram Обозначение точкиPoint designation p, МПаp, MPa xx h, кДж/кгh, kJ / kg s, кДж/кг·Кs, kJ / kg · K вход в направляющий аппарат 1-й ступениentrance to the directing device of the 1st step 00 0,4970.497 0,9970,997 2742,09132742.0913 6,80926.8092 выход из направляющего аппарата и вход в рабочие лопатки 1-й ступениexit from the guide apparatus and the entrance to the working blades of the 1st stage 1 т1 t 0,2880.288 0,9680.968 2652,93702652.9370 6,83306.8330 выход из рабочих лопаток 1-ой ступени и вход в направляющий аппарат 2-й ступениexit from the working blades of the 1st stage and the entrance to the guide apparatus of the 2nd stage 2 т2 t 0,2880.288 0,9700.970 2658,17592658,1759 6,84596.8459 выход из направляющего аппарата и вход в рабочие лопатки 2-й ступениexit from the guide apparatus and the entrance to the working blades of the 2nd stage 3 т3 t 0,1660.166 0,9440.944 2573,782573.78 6,86946,8694 выход из рабочих лопаток 2-ой ступени и вход в направляющий аппарат 3-й ступениexit from the working blades of the 2nd stage and the entrance to the guiding apparatus of the 3rd stage 4 т4 t 0,1660.166 0,9460.946 2578,7372578,737 6,88226.8822 выход из направляющего аппарата и вход в рабочие лопатки 3-й ступениexit from the guide apparatus and the entrance to the working blades of the 3rd stage 5 т5 t 0,10.1 0,92480.9248 2505,2372505,237 6,90356.9035 выход из турбиныturbine exit 6 т6 t 0,10.1 0,92670.9267 2509,5562509,556 6,91516,9151

Таблица 2table 2 Параметры пара в двухступенчатом РРДSteam Parameters in Two-Stage RRD Наименование точки на s-h диаграммеPoint name on s-h diagram Обозначение точки на s-h диаграммеPoint designation on s-h diagram p, МПаp, MPa xx h, кДж/кгh, kJ / kg s, кДж/кг·Кs, kJ / kg · K вход в 1-ю ступеньentrance to the 1st step 00 0,4970.497 0,9970,997 2742,09132742.0913 6,80926.8092 выход из 1-й ступениexit from the 1st stage 1one 0,1050.105 0,9280.928 2515,6022515,602 6,90906.9090 скачок и вход во 2-ю ступеньjump and entrance to the 2nd step 22 0,1160.116 0,9330.933 2531,0022531,002 6,90916.9091 выход из 2-й ступени и РРДexit from the 2nd stage and RRD 33 0,10.1 0,9270.927 2510,5882510,588 6,91796,9179

Таблица 3Table 3 Расчетные значения эффективности работы турбины и радиального
реактивно-роторного двигателя
Estimated turbine and radial performance
rotary engine
Наименование параметраParameter Name ОбозначениеDesignation РРДRRD ТурбинаTurbine Располагаемый теплоперепадAvailable heat loss Hа, кДж/кгH a , kJ / kg 327,691327,691 327,691327,691 Работа на валуShaft work Lвал, кДж/кгL shaft , kJ / kg 307,343307,343 232,535232,535 КПДEfficiency ηi η i 0,9380.938 0,7100.710

Claims (5)

1. Способ получения механической энергии с использованием роторов противоположного вращения с соплами, включающий подачу рабочего тела в сопла Лаваля в роторе первой ступени с обеспечением разгона рабочего тела в соплах до сверхзвуковой скорости и создания реактивной силы и крутящего момента, действующего на ротор и передаваемого на вал, и вывод разогнанного рабочего тела в замкнутое пространство между роторами первой и второй ступени с образованием скачка уплотнения рабочего тела в этом замкнутом пространстве, затем подачу рабочего тела в сужающиеся сопла ротора второй ступени и разгон рабочего тела в соплах с обеспечением создания реактивной силы и крутящего момента, действующего на ротор второй ступени и передаваемого на вал, отличающийся тем, что используют роторы, по меньшей мере часть каждого из которых выполнена в виде кольца, и одно из этих колец охватывает другое, входы и выходы сопел находятся на цилиндрических поверхностях колец, а центральные линии сопел лежат в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, разгон рабочего тела в соплах каждого ротора осуществляют с поворотом потока в каждом сопле в противоположную сторону относительно направления потока на входе в это сопло, а разгон рабочего тела в соплах ротора второй ступени осуществляют с поворотом потока в противоположную сторону по отношению к направлению поворота потока в соплах ротора первой ступени.1. A method of obtaining mechanical energy using counter-rotating rotors with nozzles, comprising supplying a working fluid to the Laval nozzles in the first stage rotor to ensure that the working fluid in the nozzles is accelerated to supersonic speed and creates a reactive force and torque acting on the rotor and transmitted to the shaft , and the output of the accelerated working fluid into the closed space between the rotors of the first and second stages with the formation of a shock wave of the working fluid in this closed space, then the supply of working t ate in the narrowing nozzles of the rotor of the second stage and the acceleration of the working fluid in the nozzles to ensure the creation of reactive force and torque acting on the rotor of the second stage and transmitted to the shaft, characterized in that the rotors are used, at least part of each of which is made in the form of a ring , and one of these rings covers the other, the inputs and outputs of the nozzles are on the cylindrical surfaces of the rings, and the center lines of the nozzles lie in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor, the acceleration of the working fluid in the nozzles of each rotor is uschestvlyayut Rotating flow in each nozzle is in the opposite direction relative to the flow direction at the inlet of this nozzle, and the working fluid in the acceleration of the rotor nozzles of the second stage is carried out with the rotation of the flow in the opposite direction to the direction of rotation of flow in the nozzles of the first stage rotor. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что передачу крутящего момента с роторов на вал осуществляют путем передачи вращения с каждого ротора на соответствующий эпицикл, передающий вращение сателлиту, который посредством водила передает вращение на вал.2. The method according to claim 1, characterized in that the transmission of torque from the rotors to the shaft is carried out by transmitting rotation from each rotor to the corresponding epicycle transmitting rotation to the satellite, which by means of the carrier transmits rotation to the shaft. 3. Устройство для получения механической энергии, содержащее роторы первой и второй ступени противоположного вращения и кинематически связанный с ними выходной вал, ротор первой ступени выполнен с соплами Лаваля, ротор второй ступени - с сужающимися соплами, расположенными по окружности, а между роторами образовано замкнутое кольцевое пространство, отличающееся тем, что по меньшей мере часть каждого ротора выполнена в виде кольца и одно кольцо охватывает другое, а каждое сопло Лаваля и каждое сужающееся сопло выполнено с входом и выходом на цилиндрических поверхностях соответствующего кольца, и центральная линия каждого сопла лежит в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, и изогнута таким образом, чтобы обеспечить поворот потока рабочего тела с сохранением направления потока перпендикулярным оси вращения, причем направление поворота потока в сужающихся соплах ротора второй ступени противоположно направлению поворота потока в соплах Лаваля ротора первой ступени.3. A device for producing mechanical energy, containing rotors of the first and second stages of opposite rotation and an output shaft kinematically connected with them, the rotor of the first stage is made with Laval nozzles, the rotor of the second stage is made with tapering nozzles located around the circumference, and a closed ring is formed between the rotors space, characterized in that at least part of each rotor is made in the form of a ring and one ring covers the other, and each Laval nozzle and each tapering nozzle is made with an input and an output on the cylindrical surfaces of the corresponding ring, and the center line of each nozzle lies in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor, and is curved in such a way as to ensure rotation of the flow of the working fluid while maintaining the direction of flow perpendicular to the axis of rotation, and the direction of rotation of the stream in the converging nozzles of the rotor of the second stage is opposite the direction of flow rotation in the Laval nozzles of the rotor of the first stage. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что кинематическая связь роторов с выходным валом осуществлена посредством эпициклов, связанных каждый с соответствующим сателлитом, связанным посредством водила с выходным валом.4. The device according to claim 3, characterized in that the kinematic connection of the rotors with the output shaft is carried out by means of epicycles, each connected to a corresponding satellite connected by means of a carrier to the output shaft. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что роторы установлены на трубе для подвода рабочего тела с возможностью вращения вокруг ее оси. 5. The device according to claim 3, characterized in that the rotors are mounted on a pipe for supplying a working fluid with the possibility of rotation around its axis.
RU2009141531/06A 2009-11-11 2009-11-11 Generating method of mechanical energy, and radial jet rotary engine with rotors of opposite rotation for its implementation RU2420661C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009141531/06A RU2420661C1 (en) 2009-11-11 2009-11-11 Generating method of mechanical energy, and radial jet rotary engine with rotors of opposite rotation for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009141531/06A RU2420661C1 (en) 2009-11-11 2009-11-11 Generating method of mechanical energy, and radial jet rotary engine with rotors of opposite rotation for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009141531A RU2009141531A (en) 2011-05-20
RU2420661C1 true RU2420661C1 (en) 2011-06-10

Family

ID=44733369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009141531/06A RU2420661C1 (en) 2009-11-11 2009-11-11 Generating method of mechanical energy, and radial jet rotary engine with rotors of opposite rotation for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2420661C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2676904C1 (en) * 2017-12-14 2019-01-11 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" Active super-critical parameters steam turbine
RU2703904C2 (en) * 2017-05-15 2019-10-22 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Forward-pipe steam generator for modular nuclear power plant with lead-bismuth coolant
RU2771106C1 (en) * 2021-09-28 2022-04-26 Владимир Викторович Михайлов Turbine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703904C2 (en) * 2017-05-15 2019-10-22 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Forward-pipe steam generator for modular nuclear power plant with lead-bismuth coolant
RU2676904C1 (en) * 2017-12-14 2019-01-11 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" Active super-critical parameters steam turbine
RU2771106C1 (en) * 2021-09-28 2022-04-26 Владимир Викторович Михайлов Turbine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009141531A (en) 2011-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2703888C2 (en) Compressor of axial gas-turbine engine with rotor of opposite rotation
US9745860B1 (en) Power transmission system for turbine or compressor having counter-rotating blades
US10227928B2 (en) Engine architecture with reverse rotation integral drive and vaneless turbine
US20130074516A1 (en) Gas turbines
WO2009092118A1 (en) Inlet wind suppressor assembly
US9410430B2 (en) Turbine apparatus with counter-rotating blades
RU2420661C1 (en) Generating method of mechanical energy, and radial jet rotary engine with rotors of opposite rotation for its implementation
RU92094U1 (en) RADIAL REACTIVE ROTARY ENGINE WITH OPPOSITION ROTORS
JP5397724B2 (en) Power generation method using low pressure turbine and power generation apparatus using low pressure turbine
US9127595B2 (en) Parallel cascaded cycle gas expander
US11661858B2 (en) Turbine generator
US10260367B2 (en) Power transmission system for turbines or compressors having counter-rotating blades
US10190436B2 (en) Power transmission system for turbine, a turbocharger, a compressor, or a pump
JP2750008B2 (en) Twin shaft reversing axial turbine
CN105201563B (en) Multi-stage injection impact type turbine engine
KR20230106700A (en) Compressors for CO2 cycles with at least two cascade compression stages to ensure supercritical conditions
US2945670A (en) Active-reactive energy applications for prime movers
RU2280168C1 (en) Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner's wheel for implementing the method
KR102277232B1 (en) Power Generating Apparatus with Acentrifugal Dual Turbine
RU185105U1 (en) TURBINE
EP3578763A1 (en) Power transmission system for turbine, a turbocharger, a compressor, or a pump
JPS5848732B2 (en) Electric power generation method and device
EP3810901B1 (en) Turbocharger and method of operating turbocharger
RU2305772C2 (en) Axial-flow turbine
WO2020223544A1 (en) Expander and nozzle system for converting energy in a working fluid into work

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121112