ТУРБИНА БЕЗ ВЫХОДНОГО ВАЛА Российский патент 2000 года по МПК F01D15/10 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, преобразующим тепловую энергию в электрическую.

Известны турбины с генератором, у которых отсутствуют ротор со статором, а соответственно, и выходной вал, так, например, известен "Электрический генератор с тепловой трубой и турбиной". В одном конце тепловой трубы фреон за счет наружного тепла испаряется, пар приводит в движение осевую турбину, на периферии ротора которой находятся магниты, а снаружи корпуса обмотки. При вращении ротора турбины вырабатывается электричество. На другом конце тепловой трубы пар конденсируется и по стенкам стекает вниз (см. патент Японии N 61-255202, F 01 К 25/10, от 12.11.1986 г.).

Подобное расположение магнитов ротора и обмоток статора в турбине позволяет обойтись без выходного вала, что намного упрощает устройство турбогенератора, но расположение магнитов на периферии колеса осевой турбины требует наличия на периферии колеса какого-либо обода, на котором будут расположены магниты, а также каких-то устройств, крепящих магниты. Однако такое расположение магнитов возможно в турбинах с небольшими скоростями вращения ротора. При больших скоростях вращения ротора, а именно это и является преимуществом турбин, любое увеличение веса периферии ротора во много раз увеличивает центробежные усилия, возникающие на периферии ротора, что в свою очередь требует усложнения устройств, крепящих магниты, а соответственно и увеличение их веса и т.д.

Основной тенденцией в улучшении энергетических устройств является уменьшение их габаритов и веса при той же мощности, так, например, известен генератор, встроенный в общую сборку с турбиной и компрессором, в которой турбина выхлопного газа имеет колесо турбины, генератор имеет статор и ротор, компрессор имеет ротор компрессора, имеется общий вал, на котором установлены колесо турбины, ротор генератора и ротор компрессора, все это заключено в общем корпусе (см. патент US N 4253031, МПК F 01 D 15/10, 1981 г.).

Данная сборка позволяет значительно уменьшить вес конструкции за счет объединения корпусов турбины, генератора и компрессора в общий корпус, за счет объединения трех валов в один общий вал и, соответственно, за счет отсутствия дополнительных подшипников и муфт соединения.

Однако остаются выходной вал, уплотнение выходного вала, а также ротор и статор генератора, которые выполнены из электротехнической стали, и все это имеет значительный вес и габариты.

Поставленная задача - уменьшение веса и габаритов турбомашины.

Радиальная турбина, состоящая из корпуса, колес(а) турбины, магнитов, закрепленных на колесе турбины, и катушек статора, закрепленных на корпусе турбины, при этом магниты располагаются на боковой поверхности колеса, где отсутствуют лопатки, соответственно, на боковой поверхности корпуса турбины располагаются катушки статора. Для установки магнитов достаточно закрепить их или на поверхности колеса, или во впадинах, по форме магнитов, или в кольцевой канавке, по высоте магнитов, или под выступом, или под накладным бандажом материалом, обеспечивающим надежное противодействие инерционным силам.

Магниты, прикрепленные к колесу или закрепленные в предусмотренные впадины, канавку, под выступ или под бандаж, передают через них центробежное усилие, возникающее от магнитов, на колесо турбины.

Из всех этих креплений магнита только накладной бандаж требует самого простого дополнительного устройства к колесу турбины, все остальные могут быть получены при изготовлении или доработке колеса турбины.

Толщина материала, которая остается между магнитом и периферией колеса, или толщина бандажа легко определяется расчетом.

При этом, конечно, в турбине будет какой-то вал, на котором будет вращаться колесо относительно корпуса турбины, но этот вал не требует выхода за корпус турбины, что существенно упрощает ее конструкцию, а также уменьшает вес и габариты.

На фиг. 1 и 2 показаны радиальные турбины без выходного вала, варианты.

Радиальная турбина без выходного вала состоит из корпуса 1, колес(а) турбины 2, магнитов 3, закрепленных на колесе турбины, и катушек статора 4, закрепленных на корпусе турбины, при необходимости, бандажа 5 и крепления 6 бандажа. При этом магниты 3 закрепляются на боковой поверхности колеса 2, где отсутствуют лопатки, соответственно на боковой поверхности корпуса турбины располагаются катушки статора 4, магниты закрепляются или на поверхности колеса, или во впадинах по форме магнитов, или в кольцевой канавке, по высоте магнита, или под выступом или под накладным бандажом 5 материалом, обеспечивающим надежное противодействие инерционным силам.

Материалов, которые могут закреплять магниты на колесе турбины, очень много, такими материалами могут быть и клеи, например, клей ВК-2 МРТУ 6-05-1214-69, клей ВК-8 ТУ 6-05-1676-74, клей ВК-15 ТУ 6-05-1456-71, клей ФФК, инструкция НИИПМ N 966, клей ВК-18 и др., все эти клеи могут работать при температуре 300^oC, а некоторые из них при температуре 700^oC и даже 1000^oC, эти клеи влаго -и маслостойкие, а также вибростойкие, выдерживают на сдвиг усилие 8 - 10 МПа (см. Л.Х. Айрапетян и др. "Справочник по клеям", Ленинград, Химия, Ленинградское отделение, 1980 г., стр. 26-47).

Магниты 3, прикрепленные к колесу 2, или закрепленные в предусмотренные впадины, канавки, под выступ или под бандаж, передают через них центробежное усилие, возникающее от магнита, на колесо турбины.

Из всех этих креплений только накладной бандаж требует самого простого дополнительного приспособления к колесу турбины, все остальное может быть получено при изготовлении или доработке колеса турбины.

Толщина материала, которая остается между магнитом и периферией колеса, или толщина бандажа легко определяется расчетом.

При этом, конечно, в турбине будет какой-то вал, на котором будет вращаться колесо относительно корпуса турбины, но этот вал не требует выхода за корпус турбины, что существенно упрощает ее конструкцию, а также уменьшает вес и габариты.

Турбина без выходного вала состоит из корпуса, колес(а) турбины, магнитов, закрепленных на колесе турбины, и катушек статора. Турбина выполнена радиальной без выходного вала. Магниты располагаются на боковой поверхности колеса турбины, где отсутствуют лопатки. На боковой поверхности корпуса турбины располагаются катушки статора. Магниты закрепляются, или на поверхности колеса, или во впадинах по форме магнитов, или в кольцевой канавке по высоте магнита, или под выступом, или под накладным бандажом материалом, обеспечивающим надежное противодействие инерционным силам. Осуществление изобретения приводит к уменьшению веса и габаритов турбомашины. 2 ил.

Турбина без выходного вала, состоящая из корпуса, колес(а) турбины, магнитов, закрепленных на колесе турбины, и катушек статора, закрепленных на корпусе турбины, отличающаяся тем, что турбина - радиальная, выполнена без выходного вала, при этом магниты располагаются на боковой поверхности колеса турбины, на поверхности, где отсутствуют лопатки, соответственно на боковой поверхности корпуса турбины располагаются катушки статора, магниты закрепляются, или на поверхности колеса, или во впадинах по форме магнитов, или в кольцевой канавке по высоте магнита, или под выступом, или под накладным бандажом материалом, обеспечивающим надежное противодействие инерционным силам.