ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА Российский патент 1994 года по МПК F03B13/02 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при проектировании гидротурбин.

Известна гидравлическая радиально реактивная турбина, содержащая статор, направляющий аппарат, состоящий из диска с окнами, с нижней стороны диска размещено кольцо, внизу которого каналы, закрепленные диском, ротор, выполненный в виде кольца, в верхней части выполнены пазухи, разделенные перегородками, на периферии кольца отверстия для выхода жидкости из турбины.

В рабочий процесс жидкость поступает через окна верхнего диска входного устройства (направляющего аппарата) и проходит в каналы направляющего аппарата, при выходе из направляющих каналов жидкость оказывает давление на перегородки пазух и сообщает колесу движение, на перегородках поток изменяет направление движения на обратное и наталкивается на другую противоположную сторону перегородок свободно выходит из ротора турбины и из рабочего процесса.

Недостатком устройства является свободный выход потока жидкости из рабочего процесса, при котором значительная часть кинетической энергии потока уходит в потери.

Целью изобретения является повышение эффективности использования энергии потока жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что ротор выполнен в виде колеса, состоящего из рабочих лопастей, образующих проточные каналы, в которых поток изменяет направление движения на обратное, диска и кольца, входящих в состав ротора, снабженных выступами, в выступе диска выполнены выходные окна и перемычки между окнами, внутри ротора образована полость, которая направляющими лопатками разделена на центральную и кольцевую, объединяющую все выходы из каналов, образованных направляющими лопатками и все входы в проточные каналы ротора. Корпус турбины выполнен в виде статора с радиальными отражателями, обращенными к оси вала, при этом отражатели и полости между ними размещены между выступами диска и кольца и образуют неподвижную часть замкнутой системы, в подвижную часть которой входят перемычки между окнами в выступе диска, выступы кольца и образующая цилиндрическая поверхность ротора.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "Новизна", так как предложенное устройство характеризуется наличием новых элементов, формой и новым расположением известных элементов, а также новыми их связями.

Сравнение предложенного решения не только с прототипами, но и другими техническими решениями, не позволило выявить признаки, сходные с отличительными заявленного объекта, что и позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "Существенные отличия".

Сущность технического решения заключается в том, что в предложенном устройства поток воды поступает в центральную полость, размещенную внутри ротора, из которой направляется в каналы, образованные направляющими лопатками, а затем в кольцевую полость, объединяющую все выходы из каналов между лопатками и все входы в проточные каналы ротора. В кольцевой полости поток движется по дуги с образованием центробежной силы, под влиянием которой он поступает в проточные каналы роторы, оказывая давление на вогнутую сторону каналов и по активному принципу ротору сообщает движение. При этом движение ротора наступает до выхода потока из проточных каналов, а при выходе из них поток наталкивается на отражатели статора в замкнутой системе, где скорость его движения понижается до нуля только на отражателях статора, а в проточных каналах ротора движение потока сохраняется, так как движение каналов и потока в каналах направлены в противоположные стороны. При этом вся кинетическая энергия потока жидкости на твердом неподвижном препятствии преобразуется в силу реакции равную силе потока, которая по реактивному принципу увеличивает крутящий момент на роторе.

Таким образом в предложенной турбине одновременно действуют оба принципа работы турбины как активный, так и реактивный, что позволяет повысить эффективность преобразования энергии потока воды в полезную работу. Вместе с тем в предложенной турбине скорость движения потока воды в проточной системе можно обеспечить без значительных отклонений за счет изменения поперечного сечения в отдельных ее частях и за счет возможности независимо принимать любую допустимую скорость потока и рабочего колеса, что обеспечивает возможность понижать или полностью устранять появление кавитации.

На фиг. 1 схематично изображен общий вид в разрезе по оси; на фиг.2 - вид сверху; на фиг. 3 - полость, разделенная направляющими лопатками на центральную и кольцевую, проточные каналы, выступы диска, выходные окна, перемычки между окнами, отражатели статора, полости между отражателями; на фиг.4 - разрез по входному окну в положении сообщающихся полостей; на фиг.5 - разрез в изолированном положении между отражателями от выходной кольцевой полости (замкнутая часть проточной стороны); на фиг.6 - вариант направляющих лопаток.

Гидравлическая реактивная турбина состоит из входного патрубка 1, сообщающегося с центральной полостью 2, направляющих лопаток 3, на периферии которых имеется кольцевая полость 4, ротора 5, в состав которого входят диск 6 и кольцо 7 с выступами 8 и выходными окнами 9 в выступе 8 диска 6, между которыми размещены перемычки 10, проточных каналов 11, образующей цилиндрической поверхности 12 ротора 5, корпуса, выполненного в виде статора 13 с радиально размещенными отражателями 14 и полостями 15 между отражателями 14 и с перифеpийной выходной кольцевой полостью 16, которая посредством окон 9 сообщается с полостями 15 между отражателями 14 статора 13. Между периферией направляющих лопаток 3 и проточными каналами 11 ротора 5 образована кольцевая полость 4, объединяющая все выходы из каналов между направляющими лопатками 3 и все входы в проточные каналы 11 ротора 5, отражатели 14 статора 13 и полости 15 между ними образуют неподвижную часть замкнутой системы, а подвижная ее часть состоит из перемычек 10 в выступе 8 диска 6, выступа 8 кольца 7 и образующей поверхности 12 ротора 5.

Гидравлическая реактивная турбина действует следующим образом.

По входному патрубку 1 поток поступает в центральную полость 2 и каналы между направляющими лопатками 3, на выходе из которых в кольцевую полость 4 поток закручивается по дуге окружности с появлением центробежной силы, под влиянием которой поступает в проточные каналы 11 ротора 5 и в процессе движения по которым изменяет направление, оказывая давление на вогнутую ею сторону, которое по активному принципу ротору 5 сообщает движение. На выходе из проточных каналов 11 в замкнутую часть проточной системы поток наталкивается на отражатели 14 статора 13, где скорость его движения понижается до нуля, только на отражателях статора (в полостях 15),а в проточных каналах движение потока сохраняется, так как движение каналов и потока в каналах направлены в противоположные стороны, а за счет понижения скорости движения до нуля вся кинетическая энергия потока преобразуется в силу реакции равную силе потока, которая по реактивному принципу и по закону действие равно противодействию оказывает одинаковое влияние как на отражатели статора, так и на ротор, а так как отражатели статора являются твердым неподвижным препятствием, то вся сила реакции передается на ротор, увеличивая его крутящий момент, т.е. оба принципа работы турбины, как активный, так и реактивный одновременно создают крутящий момент, направленный в одну сторону, что и обеспечивает достижение поставленной цели.

В процессе вращения ротора подвижная часть замкнутой системы перемещается относительно неподвижной и выходные окна 9 подходят к полостям 15 между отражателями 14 статора 13, находившимися в замкнутой системе, заполненным работавшей водой соединяют полости 15 с выходной кольцевой полостью 16, где давление понижено до атмосферного, и отработавшая вода выходит из турбины.

Одновременно с другой стороны проточные каналы ротора подходят к полостям 15, освобожденным от работавшей воды, где давление понижено до атмосферного.

Таким образом, в предложенной турбине обеспечивается нормальное движение потока воды.

Расположение внутри ротора центральной полости, направляющих лопаток и кольцевой полости обеспечивает потоку появления центробежной силы, под влиянием которой по активному принципу поток оказывает давление на ротор, образуя крутящий момент, а в замкнутой системе при воздействии потока на отражатели статора (твердое неподвижное препятствие) в процессе понижения скорости движения потока до нуля вся его энергия преобразуется в силу реакции, равную силе потока, которая по реактивному принципу тоже создает крутящий момент ротору, направленный в ту же сторону, что и момент от силы активного принципа.

Отсюда можно сделать вывод, что наличие центральной полости, направляющих лопаток и кольцевой полости внутри ротора с одной стороны обеспечивает возможность использования энергии потока в проточном канале по активному принципу, а с другой стороны в том же канале обеспечивается возможность использования энергии по реактивному принципу, чем и создаются условия для более полного использования энергии потока воды в полезную работу.

Сущность изобретения: статор установлен неподвижно. Установленные с возможностью вращения диск и кольцо расположены соответственно над и под ротором. Внутри ротора выполнены проточные каналы, центральная и кольцевые полости, между которыми размещены лопатки направляющего аппарата с образованием каналов. В кольце и диске выполнены выступы. В диске выполнены окна с образованием перемычек. Статор снабжен радиально расположенными отражателями, полости между которыми ограничены выступами диска и кольца. Проточные каналы ротора с выходной стороны ориентированы к отражателям в обратном направлении от входа. Выходы из каналов между лопатками направляющего аппарата и входы в проточные каналы ротора объединены кольцевой полостью. Отражатели и полости между ними расположены с образованием неподвижной части замкнутой системы. Перемычки между окнами в выступах диска, выступы кольца и образующая поверхность ротора расположены с образованием подвижной части замкнутой системы. 6 ил.

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА, содержащая направляющий лопаточный аппарат, статор, установленный неподвижно, ротор, установленный с возможностью вращения и кольцо, расположенные соответственно над и под ротором, отличающаяся тем, что внутри ротора выполнены проточные каналы, а также центральная и кольцевые полости, между которыми размещены лопатки направляющего аппарата с образованием каналов, в кольце и диске выполнены выступы, в последнем из которых выполнены окна с образованием перемычек, статор снабжен радиально размещенными отражателями, полости между которыми ограничены выступами диска и кольца, при этом проточные каналы ротора с выходной стороны ориентированы к отражателям в обратном направлении от входа, выходы из каналов между лопатками направляющего аппарата и входы в проточные каналы ротора объединены кольцевой полостью, отражатели и полости между ними расположены с образованием неподвижной части замкнутой системы, а перемычки между окнами в выступах диска, выступы кольца и образующая поверхность ротора расположены с образованием подвижной части замкнутой системы.