ЛАБИРИНТНО-ВИХРЕВАЯ ГИДРОМАШИНА Российский патент 1995 года по МПК F03B3/02 F01D1/08 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидромашинам, работающим в турбинном режиме.

Известна гидромашина, содержащая корпус с впускным и выпускным патрубками и размещенные внутри него неподвижный и подвижный диски, на обращенных одна к другой поверхностях которых выполнены чередующиеся выемки и выступы, образующие рабочие каналы.

Недостатком такой гидромашины является то, что она не обладает обратимостью, т. е. не может с достаточной эффективностью работать в турбинном режиме.

Изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности лабиринтно-вихревой гидромашины при работе ее в турбинном режиме за счет образования радиально-вихревой закрутки центростремительного потока в рабочих каналах. Рабочее тело, вращаясь в полости рабочего канала, площадь поперечного сечения которого увеличивается от периферии к центру, обеспечивает передачу энергии в лабиринтно-вихревой камере, образованной каналами подвижного и неподвижного дисков. Происходит преобразование кинетической энергии закрученного потока в механическую энергию вращения вала гидромашины.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей лабиринтных машин, так как способствует эффективному использованию в народном хозяйстве лабиринтно-вихревой гидромашины в качестве турбопровода.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в лабиринтно-вихревой гидромашине, содержащей корпус с впускным и выпускным патрубками и размещенные внутри него неподвижный и закрепленный на валу подвижный диски, на обращенных одна к другой поверхностях которых выполнены чередующиеся выемки и выступы, формирующие рабочие каналы, поверхности чередующихся выемок и выступов, формирующих рабочие каналы лабиринтно-вихревой камеры в каждом сечении, перпендикулярном радиусе, ограничены дугами окружностей, радиусы которых выполнены возрастающими от периферии к центру с образованием расширяющихся радиальных рабочих каналов. Впускной патрубок расположен по периферии и выполнен тангенциальным, а выпускной расположен по центру и выполнен осевым. Кроме того, между корпусом и впускным патрубком может быть установлен насадок, ширина которого равна ширине периферийной части лабиринтно-вихревой камеры, а его ось, размещенная в окружной плоскости, отклонена в сторону плоскости подвижного диска. Машина может быть снабжена дополнительными насадками, разнесенными по окружности периферийной части лабиринтно-вихревой камеры. Проточные части насадков могут быть сообщены с впускным патрубком посредством коллектора, а выпускной патрубок выполнен диффузорным.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым результатом заключается в том, что рабочий поток жидкости или газа, поступающий из тангенциального впускного патрубка, расположенного в периферийной части лабиринтно-вихревой камеры, посредством напорного устройства способствует формированию в ее рабочих каналах радиального вихревого столба, так как векторы скоростей в рабочих каналах как подвижного, так и неподвижного дисков имеют окружную и радиальную составляющие скорости.

Регулирование степени закрутки потока может осуществляться изменением расхода рабочего тела, а также объемом рабочей полости лабиринтно-вихревой камеры посредством изменения площади проходного сечения рабочих каналов, образованных выступами и впадинами на подвижном и неподвижном дисках. Увеличение мощности гидромашины, работающей в турбинном режиме, может быть осуществлено за счет применения нескольких тангенциальных подводящих устройств, формирующих напорное устройство насадков, разнесенных по окружности и имеющих индивидуальный или общий, посредством кольцевого коллектора подвод активной рабочей жидкости или газа. Рабочее тело, вращаясь в полости рабочего канала, площадь поперечного сечения которого увеличивается от периферии к центру, обеспечивает передачу энергии в лабиринтно-вихревой камере, образованной каналами подвижного и неподвижного дисков. При этом кинетическая энергия вращения рабочего колеса посредством выступов на подвижном диске передается на вал гидромашины. Происходит преобразование кинетической энергии закрученного потока в механическую энергию вращения вала. Для постоянного поддержания энергообмена отработанная часть рабочего тела (жидкости или газа) удаляется из каналов лабиринтно-вихревой камеры через осевой выпускной патрубок.

Увеличение площадей проходного сечения рабочих каналов от периферии к центру соответствует изменению объемов расширения газа, обеспечивая максимальную степень расширения и повышения эффективности преобразования энергии. При использовании жидкости в качестве рабочего тела диффузорность рабочих каналов способствует равномерному съему энергии в каждом радиальном сечении по длине лабиринтно-вихревой камеры, так как с приближением к центру скорость вращающегося потока уменьшается, а поверхность контакта жидкости и вращающегося диска увеличивается. Использование лабиринтно-вихревой гидромашины, работающей в турбинном режиме, расширяет функциональные возможности лабиринтных машин, так как способствует применению ее в качестве турбопривода в отдельных областях народного хозяйства.

На фиг. 1 представлена схематично лабиринтно-вихревая машина, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1, представляющее поперечное ее сечение; на фиг. 3 сечение В-В на фиг. 1, показывающее рабочие каналы лабиринтно-вихревой камеры.

Лабиринтно-вихревая гидромашина содержит корпус 1, неподвижный 2 и подвижный 3 диски, на сторонах которых образованы выемки 4 с выступами 5, формирующие радиальные рабочие каналы при тангенциальном впускном патрубке 6 и осевом диффузорном выпускном патрубке 7. Напорное устройство снабжено насадком 8. Кроме этого, гидромашина имеет вал 9, на котором установлен подвижный диск 3, а также может быть обеспечена приемным коллектором, полость которого сообщена с насадками 8 и выпускным патрубком 6.

Лабиринтно-вихревая гидромашина работает следующим образом.

Энергоемкая жидкость или газ подводится в рабочие каналы лабиринтно-вихревой камеры посредством впускного патрубка 6 через напорное устройство в форме насадка 8. В рабочих каналах, образованных выемками 4 на неподвижном 2 и подвижном 3 дисках, формируется радиально-вихревой столб закрученного потока. При этом кинетическая энергия вращения рабочего тела посредством выступов на подвижном диске 3 передается на вал 9 гидромашины. Происходит преобразование кинетической энергии закрученного потока в механическую энергию вращения вала.

Для постоянного поддержания энергообмена отработанная часть рабочего тела удаляется из каналов лабиринтно-вихревой камеры через осевой выпускной патрубок 7. Увеличение площадей проходного сечения рабочих каналов от периферии к центру соответствует изменению объемов расширения газа, обеспечивая максимальную степень расширения и повышение эффективности преобразования энергии. При использовании жидкости в качестве рабочего тела диффузорность рабочих каналов способствует равномерному съему энергии в каждом радиальном сечении по длине лабиринтно-вихревой камеры, так как с приближением к центру скорость вращающегося потока уменьшается, а поверхность контакта жидкости и вращающегося диска 3 увеличивается.

Увеличение мощности гидромашины, работающей в турбинном режиме, может быть осуществлено за счет применения нескольких тангенциальных подводящих устройств с использованием профилированных насадков 8, имеющих общий кольцевой коллектор аккумулятор активной рабочей жидкости. Установка насадка 8 под углом к плоскости подвижного диска 3 способствует формированию закрутки потока на входе в рабочий канал, повышая степень закрутки потока. Применение диффузорного выпускного патрубка 7 увеличивает съем полезной мощности с вала 9 гидромашины, так как увеличивает перепад давления в рабочих каналах.

Применение лабиринтно-вихревой гидромашины, работающей в турбинном режиме, расширяет функциональные возможности лабиринтных машин при их использовании в народном хозяйстве.

Использование: в машинах, работающих в турбинном режиме. Сущность изобретения: в корпусе с впускным и выпускным патрубками размещены внутри него неподвижный и закрепленный на валу подвижный диски, на обращенных одна к другой поверхностях которых выполнены чередующиеся выемки и выступы, формирующие рабочие каналы. Поверхности выемок и выступов в каждом сечении, перпендикулярном радиусу, органичены дугами окружностей, радиусы которых выполнены возрастающими от периферии к центру с образованием радиальных рабочих каналов. Впускной патрубок расположен по периферии и выполнен тангенциальным, выпускной расположен по центру и выполнен осевым. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ЛАБИРИНТНО-ВИХРЕВАЯ ГИДРОМАШИНА, содержащая корпус с впускным и выпускным патрубками и размещенные внутри него неподвижный и закрепленный на валу подвижный диски, на обращенных одна к другой поверхностях которых выполнены чередующиеся выемки и выступы, формирующие рабочие каналы, отличающаяся тем, что поверхности чередующихся выемок и выступов, формирующих рабочие каналы лабиринтно-вихревой камеры, в каждом сечении, перпендикулярном радиусу, ограничены дугами окружностей, радиусы которых выполнены возрастающими от периферии к центру с образованием расширяющихся радиальных рабочих каналов, впускной патрубок расположен по периферии и выполнен тангенциальным, а выпускной расположен по центру и выполнен осевым. 2. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена насадком, установленным между впускным патрубком и корпусом. 3. Гидромашина по п.2, отличающаяся тем, что ширина насадка равна ширине периферийной части лабиринтно-вихревой камеры. 4. Гидромашина по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что ось насадка, размещенная в окружной плоскости, отклонена в сторону плоскости подвижного диска. 5. Гидромашина по пп.2 4, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными насадками, разнесенными по окружности периферийной части лабиринтно-вихревой камеры. 6. Гидромашина по п.5, отличающаяся тем, что она снабжена коллектором и проточные части насадков и впускного патрубка сообщены с полостью коллектора, соединенного с впускным патрубком. 7. Гидромашина по пп.1 6, отличающаяся тем, что выпускной патрубок выполнен диффузорным.