Claims (1)
1. Тороидальная турбина, содержащая корпус и охватывающее его с зазором рабочее колесо, совместно образующие тороидальный рабочий канал, рабочие лопатки и разделитель, установленные в канале соответственно на колесе и на корпусе, впускной и выпускной патрубки, сообщенные с каналом по разные стороны от разделителя, отличающаяся тем, что тороидальный рабочий канал снабжен уплотнениями по торцевым поверхностям колеса и корпуса и в меридиональном сечении выполнен в виде двух полуовальных образующих, при этом впускной патрубок сообщен с каналом при помощи сопла, срез которого смещен относительно плоскости вращения колеса, проходящей через малые полуоси полуовальных образующих канала.1. A toroidal turbine comprising a casing and an impeller enclosing it with a gap, together forming a toroidal working channel, rotor blades and a separator installed in the channel on the wheel and on the housing, inlet and outlet pipes, in communication with the channel on opposite sides of the separator, characterized in that the toroidal working channel is equipped with seals on the end surfaces of the wheel and the housing and in the meridional section is made in the form of two semi-oval generators, while the inlet pipe is in communication with the channel scrap using a nozzle section which is offset relative to the wheel rotational plane passing through the minor axes forming semi-oval channel.
2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что полуовальные образующие канала выполнены с шириной 2S на радиусе R зазора, а длины их малых полуосей соответственно А-в колесе, В-в корпусе находятся в соотношении
A(R+A/2)/(SRsinα) = 0,8...1,2);
B(R-B/2)/(SRsinα) = 0,8...1,2).
3. Турбина по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что впускной патрубок направлен под острым углом к плоскости вращения колеса и выполнен конфузорным с плавным переходом к соплу.2. The turbine according to claim 1, characterized in that the semi-oval channel generators are made with a width of 2S on the clearance radius R, and the lengths of their minor axes, respectively, A-in the wheel, B-in the housing are in the ratio
A (R + A / 2) / (SRsinα) = 0.8 ... 1.2);
B (RB / 2) / (SRsinα) = 0.8 ... 1.2).
3. The turbine according to one of claims 1 and 2, characterized in that the inlet pipe is directed at an acute angle to the plane of rotation of the wheel and is made confused with a smooth transition to the nozzle.
4. Турбина по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что срез сопла выполнен прямоугольной формы. 4. The turbine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the nozzle cut is made in a rectangular shape.
5. Турбина по одному из пп.2-4, отличающаяся тем, что ось сопла параллельна плоскости вращения колеса, смещена по оси его вращения относительно этой плоскости на расстояние (0,3...0,7)S и направлена под углом α = 15...45° к касательной зазора.5. The turbine according to one of claims 2 to 4, characterized in that the axis of the nozzle is parallel to the plane of rotation of the wheel, offset along the axis of rotation relative to this plane by a distance of (0.3 ... 0.7) S and directed at an angle α = 15 ... 45 ° to the tangent of the gap.
6. Турбина по одному из пп. 2-5, отличающаяся тем, что выпускной патрубок сообщен с каналом при помощи окна, смещенного по оси вращения колеса относительно плоскости его вращения на расстояние (0...0,5)S в сторону, противоположную смещению оси сопла. 6. Turbine according to one of paragraphs. 2-5, characterized in that the outlet pipe is in communication with the channel using a window offset along the axis of rotation of the wheel relative to the plane of its rotation by a distance (0 ... 0.5) S in the direction opposite to the offset axis of the nozzle.
7. Турбина по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что разделитель со стороны впускного патрубка выполнен с винтовой канавкой для придания потоку спирального движения. 7. The turbine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the separator on the inlet pipe side is made with a helical groove to impart a spiral motion to the flow.
8. Турбина по п. 7, отличающаяся тем, что винтовая канавка разделителя выполнена с шагом, равным длине среза сопла. 8. The turbine according to claim 7, characterized in that the helical groove of the separator is made with a step equal to the length of the nozzle cut.
9. Турбина по одному из пп.1-8, отличающаяся тем, что уплотнение по торцевым поверхностям выполнено в виде лабиринта из кольцевых гребешков и канавок на колесе и ответных кольцевых канавок и гребешков высотой h на корпусе, причем на последних равномерно по окружности выполнены радиальные пропилы шириной d = (1...2)h. 9. A turbine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the seal on the end surfaces is made in the form of a labyrinth of annular scallops and grooves on the wheel and reciprocal annular grooves and combs of height h on the casing, and the radial uniformly circumferential cuts of width d = (1 ... 2) h.
10. Турбина по одному из пп.1-9, отличающаяся тем, что рабочие лопатки выполнены в виде плоских пластин, установленных параллельно оси вращения колеса под углом β = arcctg((cosα+(0,14...0,20))/sinα) к касательной зазора. 10. The turbine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the rotor blades are made in the form of flat plates mounted parallel to the axis of rotation of the wheel at an angle β = arcctg ((cosα + (0.14 ... 0.20)) / sinα) to the tangent of the gap.
11. Турбина по одному из пп.1-9, отличающаяся тем, что рабочие лопатки выполнены в виде плоских пластин так, что их плоскости скрещиваются с осью вращения колеса, а углы на входе в рабочее колесо больше, чем углы на выходе. 11. The turbine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the rotor blades are made in the form of flat plates so that their planes are crossed with the axis of rotation of the wheel, and the angles at the entrance to the impeller are larger than the angles at the exit.
12. Турбина по одному из пп.1-9, отличающаяся тем, что рабочие лопатки выполнены в виде аэродинамических профилей так, что углы на входе в рабочее колесо больше, чем углы на выходе. 12. The turbine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the rotor blades are made in the form of aerodynamic profiles so that the angles at the entrance to the impeller are larger than the angles at the exit.
13. Турбина по одному из пп. 1-12, отличающаяся тем, что в канале по окружности корпуса установлены направляющие лопатки. 13. The turbine according to one of paragraphs. 1-12, characterized in that in the channel around the circumference of the housing guide vanes are installed.
14. Турбина по п. 13, отличающаяся тем, что направляющие лопатки установлены с шагом на входе меньшим, чем на выходе, и выполнены в виде аэродинамических профилей с постоянными по высоте углами входа α1 и выхода α2, причем по окружности корпуса от сопла к окну углы α1, возрастают от исходной величины (15. ..45) до 90°, а углы α2 уменьшаются от исходной величины (15... 45) - 0o.14. The turbine according to claim 13, characterized in that the guide vanes are installed with an inlet step smaller than the outlet, and are made in the form of aerodynamic profiles with angles of entry α 1 and exit α 2 constant in height, and around the circumference of the body from the nozzle to the window, the angles α 1 increase from the initial value (15. ..45) to 90 °, and the angles α 2 decrease from the initial value (15 ... 45) - 0 o .
15. Турбина по п. 13, отличающаяся тем, что рабочие и направляющие лопатки выполнены из аэродинамических профилей с переменными по высоте углами входа и выхода. 15. The turbine according to claim 13, characterized in that the working and guide vanes are made of aerodynamic profiles with variable in height angles of entry and exit.
16. Турбина по одному из пп. 1-15, отличающаяся тем, что канал выполнен диффузорным за счет постепенного увеличения малой полуоси В по длине канала. 16. The turbine according to one of paragraphs. 1-15, characterized in that the channel is made diffuser due to the gradual increase in the minor axis B along the length of the channel.
17. Турбина по одному из пп. 6-16, отличающаяся тем, что для дополнительной связи канала с выпускным патрубком к окну примыкает щель, одна из протяженных сторон которой лежит в плоскости, параллельной плоскости вращения колеса, на продолжении стороны окна, наиболее удаленной от плоскости вращения колеса в направлении оси его вращения. 17. The turbine according to one of paragraphs. 6-16, characterized in that for additional communication of the channel with the exhaust pipe, a slot adjoins the window, one of the long sides of which lies in a plane parallel to the plane of rotation of the wheel, on the continuation of the side of the window farthest from the plane of rotation of the wheel in the direction of the axis of rotation .
18. Турбина по п. 17, отличающаяся тем, что щель выполнена с постоянной шириной. 18. The turbine according to claim 17, characterized in that the slot is made with a constant width.
19. Турбина по п. 17, отличающаяся тем, что щель выполнена с переменной шириной, увеличивающейся в сторону окна. 19. The turbine according to claim 17, characterized in that the slot is made with a variable width, increasing towards the window.
20. Турбина по п. 17, отличающаяся тем, что первая половина канала выполнена диффузорной, а вторая - конфузорной за счет эксцентричности части канала, размещенной в корпусе, причем щель выполнена на протяжении конфузорной половины канала. 20. The turbine according to claim 17, characterized in that the first half of the channel is diffuser and the second is confuser due to the eccentricity of the channel part located in the housing, the slot being made throughout the confuser half of the channel.
21. Турбина по одному из пп. 2-20, отличающаяся тем, что внутри канала размещен тороидальный обтекатель шириной 2δ = (0,4...0,55)2S, выполненный в меридиональном сечении в виде двух полуовальных частей с длиной малых полуосей а = (0,4...0,55)А и b = (0,4...0,55)В, разделенных зазором на радиусе R и установленных соответственно в колесе и в корпусе. 21. The turbine according to one of paragraphs. 2-20, characterized in that a toroidal radome with a width of 2δ = (0.4 ... 0.55) 2S is placed inside the channel, made in the meridional section in the form of two semi-oval parts with the length of the minor axes a = (0.4 .. .0.55) A and b = (0.4 ... 0.55) B, separated by a gap at a radius R and installed respectively in the wheel and in the housing.
22. Турбина по одному из пп. 1-21, отличающаяся тем, что тороидальный рабочий канал выполнен в виде 2n примыкающих один к другому одинаковых каналов с общей осью, впускной патрубок сообщен с каналами при помощи ресивера, размещенного в корпусе и разделителе, и n конфузорных сопел, расположенных симметрично относительно плоскостей примыкания каналов, выпускной патрубок сообщен с рабочим каналом при помощи окон, которые для внутренних каналов объединены попарно и симметрично относительно плоскостей примыкания каналов. 22. The turbine according to one of paragraphs. 1-21, characterized in that the toroidal working channel is made in the form of 2n adjacent identical channels with a common axis, the inlet pipe communicates with the channels using a receiver located in the housing and the separator, and n confuser nozzles located symmetrically relative to the abutment planes channels, the outlet pipe is in communication with the working channel by means of windows, which for the internal channels are combined in pairs and symmetrically with respect to the planes of the adjacent channels.
23. Турбина по одному из пп. 1-21, отличающаяся тем, что корпусом и рабочим колесом образован по меньшей мере один дополнительный тороидальный рабочий канал, каналы последовательно сообщены при помощи конфузорных патрубков, каждый из которых является выпускным для предыдущего канала и впускным для последующего, причем меридиональное сечение у каждого последующего канала больше, чем у предыдущего. 23. The turbine according to one of paragraphs. 1-21, characterized in that the housing and the impeller is formed of at least one additional toroidal working channel, the channels are sequentially communicated using confuser pipes, each of which is an outlet for the previous channel and an inlet for the next, and the meridional section of each subsequent channel more than the previous one.
24. Турбина по п.23, отличающаяся тем, что между каналами со стороны корпуса, обращенной к зазору, размещены лабиринтные уплотнения в виде кольцевых канавок и гребешков. 24. The turbine according to claim 23, wherein the labyrinth seals in the form of annular grooves and combs are placed between the channels on the side of the housing facing the gap.
25. Турбина по одному из пп. 23 и 24, отличающаяся тем, что зазор между корпусом и рабочим колесом выполнен с переменным радиусом, увеличивающимся от предыдущего канала к последующему. 25. Turbine according to one of paragraphs. 23 and 24, characterized in that the gap between the housing and the impeller is made with a variable radius, increasing from the previous channel to the next.
26. Турбина по п.25, отличающаяся тем, что зазор между корпусом и рабочим колесом выполнен коническим. 26. The turbine according A.25, characterized in that the gap between the housing and the impeller is made conical.
27. Турбина по п.25, отличающаяся тем, что зазор между корпусом и рабочим колесом выполнен ступенчатым. 27. The turbine according to claim 25, wherein the gap between the housing and the impeller is made stepwise.
28. Турбина по п.27, отличающаяся тем, что по торцевым поверхностям корпуса и рабочего колеса между каналами дополнительно выполнены лабиринтные уплотнения из кольцевых гребешков и канавок на колесе и ответных кольцевых канавок и гребешков высотой h на корпусе, причем на последних равномерно по окружности выполнены радиальные пропилы шириной d = (1...2)h. 28. The turbine according to claim 27, characterized in that along the end surfaces of the housing and the impeller between the channels, labyrinth seals are made of annular scallops and grooves on the wheel and reciprocal annular grooves and combs of height h on the housing, the latter being uniformly made on the circumference radial cuts of width d = (1 ... 2) h.