ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ТУРБИНА Российский патент 1996 года по МПК F03B13/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к гидравлическим турбинам и может быть использовано на атомных под водных лодках и надводных крупно-тоннажных судах и кораблях,
Известны паровые турбины /см. кн. П.Г.Руфанова "Судовые паровые машины и бурбоны " изд-во "Речной транспорт", г,Москва,1955, стр.430/.

Недостатком данной турбины является высокая температура при которой работают лопатки,
Известна также паровая турбина /см. кн. Б.Н.Бирюкова "От водяного колеса до квантового ускорителя" изд-во "Машиностроение", г. Москва, 1990 г. стр. 36/, состоящая из корпуса, дисков с рабочими лопатками рабочего вала.

Недостатком всех паровых турбин является то, что это двигатель высоких скоростей истечения пара и частоты вращения, в результате условия работы турбинных лопаток очень тяжелые. Рабочие лопатки вращаются с очень высокой окружной скоростью, это вызывает большие центробежные силы, стремящиеся разорвать лопатку. Высокие температуры, при которых работают лопатки, вызывают в материале явление ползучести. Лопатки турбины атомных подводных лодок работают с влажным паром, что вызывает их эрозию и коррозию. Из-за большой частоты вращения турбины, приходится использовать понижающие редукторы, т.к. гребной винт должен вращаться на крупных судах со скоростью 80-200 об/мин Кроме того, работа турбинной установки сопровождается повышенным шумом /близким к ультразвуковым частотам /, все это способствует легкому обнаружению атомных подводных лодок при движении в подводном положении.

Изобретение обеспечивает: создание малооборотных, малошумных, мощных гидравлических турбин, не требующих применения редуктора,
Наконец, детали гидротурбины в буквальном смысле "катаются в масле", поэтому ресурс их очень высок.

Указанный результат достигается тем, что в гидротурбине возвратно-поступательное движение поршня, через жидкость преобразуется во вращательное выходное движение рабочего вала, т.е. потенциальная энергия жидкости преобразуется в кинетическую за счет скоростного напора, которая в рабочем аппарате превращается в механическую работу вращения вала турбины.

Пар, вырабатываемый парогенератором давит на поршень, перемещающийся в цилиндре, расположенный соосно с выходным рабочим валом гидротурбины, при движении поршень оказывает давление на жидкость в роторной полости турбины, перетекая из рабочей полости цилиндра, между стенками корпуса турбины и ротором, через лопатки ротора, заставляя его вращаться, попадает в буферную полость, заполненную воздухом, и сжимает его. После открытия выпускных окон давление в цилиндре резко падает, воздух в буферной полости, находящийся под большим давлением, вытесняя жидкость, заставляет ее вращаться в том же направлении. При этом, поршень под давлением жидкости перемещается в обратном направлении к крышке цилиндра. Затем цикл повторяется. Двигатель обеспечивает лучшие технические показатели за счет устранения редуктора и повышения КПД гребного винта. Цилиндр гидравлической турбины может работать от парогенератора в случае установки гидротурбины на атомных подводных лодках, либо как свободнопоршневой ДВС на жидком топливе или газе при установке турбины на надводных крупнотоннажных судах, кораблях.

Гидротурбина в разрезе и отдельно основные детали представлены на чертеже: фиг. схема гидротурбины; фиг.2 развертка по А. В. фиг.3 уровень жидкости в буферной полости во время нахождения поршня в верхней мертвой точке, фиг. 4 уровень жидкости в буферной полости во время нахождения поршня в нижней мертвой точке.

Гидротурбина состоит из цилиндрического корпуса 1 разделенного внутренней переборкой 2 с центральным отверстием 3 на две полости 4 и 5. В полости 4, на внутренней цилиндрической поверхности закреплены неподвижно лопатки направляющих аппаратов 6, а также свободно размещен ротор 7 турбины с возможностью вращения вокруг своей оси с жестко закрепленными на нем рабочими лопатками 8, насаженный на цилиндрический рабочий вал 9, проходящий сквозь торцевую крышку 10, буферной полости 5. С наружной стороны крышки 11 полости 4 жестко закреплен по центру цилиндр 12, сообщающийся с полостью 4 в средней части которого выполнено выпускное окно 13, сообщавшиеся патрубком 14 с конденсатором 15. Цилиндр 12 закрыт крышкой 16 с регулируемым клапаном 17 подач пара, рабочей смеси или газа и вспомогательным выпускным клапаном 18.

В цилиндре 12 помещен поршень 19 из ферромагнитного материала с возможностью возвратно-поступательного движения. По оси на торцевой части ротора 7 размещен аварийный амортизатор 20. На цилиндре 12 размещены обмотки 21. Часть буферной полости 5, полость 4 и рабочая полость цилиндра 12, заполнены жидкостью /например, маслом/.

При неработающем двигателе поршень 19 всегда будет находиться в верхней мертвой точке, а клапан 17 будет открыт.

При подаче пара или газа в цилиндр 12 через регулируемый клапан 17, в крышке 16 цилиндра 12 поршень 19 будет перемещаться к крышке 11, воздействуя на жидкость, заставляя ее перетекать из рабочей полости в цилиндре 12 в роторную полость 4. Пройдя лопатки, направляющего аппарата 6, жидкость воздействует на рабочие лопатки 8, заставляя ротор 7 вращаться вместе с цилиндрическим рабочим валом 9. С лопаток 8 жидкость, пройдя через лопатки направляющего аппарата 6, перетекает через отверстие 3 в буферную по ость 5, сжимая находящийся там воздух. После открытия выпускного окна 13 отработавший пар или газ через выпускной патрубок 14 выходит в конденсатор 15, давление в цилиндре 12 резко падает, сжатый жидкостью воздух в буферной полости 5, расширяясь, воздействует на жидкость, заставляя ее перетекать из буферной полости 5 через отверстие 3 в полость 4.

Пройдя лопатки направляющего аппарата 6, жидкость воздействует на рабочие лопатки 8, заставляя ротор 7 вместе с валом 9 вращаться в первоначальном направлении. Пройдя через лопатки направляющего аппарата 6, воздействуя на поршень 19, заставляет его двигаться к крышке 16 цилиндра 12 в ВМТ /, заполняя объем под поршнем 19 в цилиндре 12. При подходе к ВМТ поршень 19 своим днищем открывает регулируемый клапан 17 подачи пара или газа, и рабочий цикл повторяется. Клапан 18 служит как вспомогательный декомпрессионный клапан. Цилиндр 12 может работать и как ДВС, если цилиндр 12 подавать через клапан 17 готовую рабочую смесь или сжатый воздух и впрыскивать форсункой топливо. Кроме того, механическая энергия движения поршня 19 в гидротурбине может быть частично преобразована в электрическую энергию благодаря обмоткам 21, размещенным на цилиндре 12. Гидротурбина проста по устройству, надежна в действии.

В основном предназначена для работы в блоке с атомным генератором и гребным винтом регулируемого шага. ЫЫЫ2

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: возвратнопоступательное движение поршня, через жидкость воздействуя на рабочие лопатки турбины, преобразуется во вращательное выходное движение рабочего вала. Гидротурбина состоит из корпуса 1, разделенного переборкам 2 на роторную и буферную полости 4 и 5. В полости 4 размещен ротор 7. Роторная полость 4 сообщена с рабочей полостью цилиндра 12. Поршень 19 может приводится от парогенератора либо от ДВС. 4 ил.

Гидравлическая турбина, содержащая корпус с лопатками направляющих аппаратов, ротором с рабочими лопатками и рабочим валом, отличающаяся тем, что она снабжена цилиндром с впускным и выпускным патрубками и поршнем, установленным в цилиндре с образованием рабочей и приводной полостей, корпус разделен внутренней переборкой с центральным отверстием на буферную полость и роторную полость, сообщенную с рабочей полостью цилиндра, закрепленного на корпусе со стороны роторной полости соосно ротору, установленному между направляющими аппаратами в роторной полости, при этом часть буферной полости, роторная и рабочая полости заполнены маслом.