РОТОР ТУРБИНЫ Российский патент 2001 года по МПК F03B3/08 F03B3/12 

Изобретение относится к роторам турбин и может быть использовано в области энергомашиностроения, двигателестроения и общего машиностроения.

Известен ротор турбины, имеющий рабочий канал со входом в него рабочего тела на периферии ротора и выходом - через полый вал ротора, выполненного с возможностью вращения.

Этот ротор, для вращения которого используется вязкостное трение рабочего тела, направление движения которого совпадает с направлением вращения ротора, является наиболее близким техническим решением к изобретению из известных (Д.Ж.Нейл. Электрический Прометей. ИР N 8, 1979, с.34-35).

Недостатком указанного ротора является недостаточный КПД преобразования потенциальной энергии рабочего тела в кинетическую энергию вращения ротора.

Задачей изобретения является повышение КПД преобразования потенциальной энергии рабочего тела в кинетическую энергию вращения ротора.

Поставленная задача достигается выполнением на внутренней поверхности криволинейного профильного рабочего канала профильных спиральных нарезов, ориентированных поперек направления движения рабочего тела. Причем нарезы на поверхности могут быть выполнены частично.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показан ротор с частичной нарезкой, продольный разрез;
на фиг.2 показана траектория движения условной струйки рабочего тела поперек рабочего канала без нарезов;
на фиг.3 - то же, в канале с частичной нарезкой;
на фиг. 4 - то же, с кольцевой и спиральной (траектория которой подобна кольцевой) нарезкой;
на фиг.5 - траектория движения условной струйки рабочего тела вдоль канала без нарезов;
на фиг.6 - то же, с частичной нарезкой;
на фиг.7 - то же, с кольцевой и спиральной (результирующая которой подобна кольцевой) нарезкой;
на фиг.8 - то же, вид сверху канала без нарезов;
на фиг.9 - то же, с частичной нарезкой;
на фиг 10 - то же, с кольцевой нарезкой;
на фиг.11 - то же, со спиральной нарезкой.

Ротор 1 выполнен с профильными нарезами 2 в криволинейном профильном рабочем канале 3 со входом 4 в него рабочего тела на периферии ротора и выходом 5 через полый вал ротора 1.

При работе рабочее тело под давлением через периферийный вход 4 поступает в криволинейный профильный рабочий канал 3.

При движении рабочего тела от входа 4 к выходу 5 из-за нарезов 2 и кривизны профильного канала 3 траектория движения условной струйки рабочего тела имеет спиралеобразный циркуляционный характер.

При движении струйки рабочего тела по криволинейному рабочему каналу 3 на нее действует центробежная сила в соответствии с текущим радиусом, зависящая от скорости и плотности рабочего тела.

На струйку с большим текущим радиусом действует и большая центробежная сила, следовательно, у струек рабочего тела разные по величине центробежные силы.

Уменьшение скорости струйки рабочего тела под действием ее трения о стенки рабочего канала 3 - эту разность центробежных сил увеличивает.

Струйка, входя на нарез 2, изменяет вектор скорости, передавая при этом импульс ротору 1 и переходит на меньший текущий радиус, а затем, получив нужный вектор скорости под действием струи рабочего тела, т.к. давление на входе 4 больше, чем на выходе 5, струйка разгоняется и под действием разности центробежных сил переходит на большие текущие радиусы, входит на нарез 2, далее циркуляция повторяется.

Разность центробежных сил у струек рабочего тела, их трение о стенки рабочего канала 3 и изменение вектора скорости у струйки, входящей и входившей на нарез 2, обеспечивают циркуляцию струек рабочего тела в рабочем канале, что и поддерживает постоянную передачу импульсов ротору 1 от рабочего тела.

Действие рабочего тела на профильные нарезы 2 криволинейного профильного рабочего канала 3, совпадение направлений движения рабочего тела и вращения ротора 1, а также вязкостное трение рабочего тела о стенки рабочего канала 3 в сумме действий позволяют повысить КПД преобразования потенциальной энергии рабочего тела в кинетическую энергию вращения ротора 1.

Ротор может быть использован в турбинных агрегатах электростанции и турбинных двигателях, используемых для привода транспортных средств. На роторе выполняют криволинейный профильный рабочий канал. Вход рабочего тела в канал расположен на периферии ротора. Выход рабочего тела осуществляется через полый вал ротора. Вращение ротора совпадает с направлением движения рабочего тела в рабочем канале. На внутренней поверхности рабочего канала выполнены профильные спиральные нарезы, ориентированные поперек направления движения рабочего тела. Нарезы на поверхности канала могут быть выполнены частично. Такое выполнение позволяет повысить КПД турбинных агрегатов. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Ротор турбины, содержащий криволинейный профильный рабочий канал со входом в него рабочего тела, расположенным на периферии ротора, и выходом рабочего тела через полый вал ротора, выполненного с возможностью вращения, совпадающего с направлением движения рабочего тела в рабочем канале, отличающийся тем, что на внутренней поверхности рабочего канала выполнены профильные спиральные нарезы, ориентированные поперек направления движения рабочего тела. 2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что нарезы на поверхности выполнены частично.