Турбогенератор Российский патент 2003 года по МПК F01D15/10 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к гидравлическим, пневматическим и паровым турбогенераторам, которые могут быть использованы в энергоустановках.

Известен гидроэлектрический агрегат, содержащий электрогенератор и соединенную с ним турбину. Турбина выполнена с водоводом, а водовод снабжен сливной задвижкой, кинематически соединенной с генератором (авт. свидетельство СССР № 1084483, F 03 B 13/00, 1984).

Недостатком известного гидроэлектрического агрегата является невозможность обеспечения работы от одной турбины двух электрогенераторов для двух независимых потребителей электроэнергии, получаемой от электрогенераторов, вследствие больших потерь от использования одной турбины с водоводом.

Известен турбогенератор, содержащий электрогенератор, соединенный с турбиной, и второй электрогенератор. Турбина имеет две втулки, закрепленные на роторах электрогенераторов, а лопатки расположены на втулках в чередующемся порядке с образованием камер сгорания переменного объема (Авт. свид. СССР № 1020592, F 01 D 15/10, 1983, ближайший аналог).

Топливная смесь поступает в камеры сгорания, где воспламеняется и сгорает. Продукты сгорания воздействуют на лопатки, приводя во вращательно-колебательное движение втулки и соответственно роторы электрогенераторов.

Недостатком известного турбогенератора являются большие потери тепла в стенке корпуса турбины, а также большие потери мощности из-за утечек рабочего газа через зазоры между лопатками и корпусом при высоких температурах и давлениях вспышки при сгорании топливной смеси, приводящие к снижению коэффициента полезного действия.

Колебательные движения роторов приводят к нестационарному режиму работы электрогенераторов, что также понижает их коэффициент полезного действия. Также высокий износ вращающихся втулок приводит к снижению ресурса работы турбогенератора.

Предлагаемым изобретением решается задача создания турбогенератора, в котором обеспечивается для двух электрогенераторов увеличение снимаемой электрической мощности и коэффициента полезного действия путем использования турбины, включающей сегнерово колесо и вращающийся вокруг него барабан, а также увеличение ресурса его работы.

Задача создания турбогенератора решается тем, что в турбогенераторе, содержащем электрогенератор, соединенный с турбиной, и второй электрогенератор, согласно изобретению турбина включает сегнерово колесо, выполненное в виде трубы с закрытым концом, установленной с возможностью вращения, на трубе радиально закреплена с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков с отогнутыми в противоположные стороны от их оси открытыми концами, причем оси отогнутых открытых концов патрубков перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков и ось трубы, а в стенке трубы соответственно патрубкам выполнены отверстия, цилиндрический барабан, скрепленный соосно с валом, установленным с возможностью вращения, барабан охватывает сегнерово колесо, цилиндрический поясок барабана примыкает к отогнутым концам патрубков сегнерова колеса с зазором, на цилиндрическом пояске барабана радиально закреплена с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков с открытыми концами, отогнутыми в разные стороны от их оси, противоположные сторонам патрубков сегнерова колеса, причем оси отогнутых открытых концов патрубков барабана перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков барабана и ось трубы, в стенке пояска соответственно патрубкам выполнены отверстия, а соединение турбины с электрогенератором выполнено по валу барабана, он снабжен охватывающим сегнерово колесо и барабан корпусом со штуцером для выхода рабочего тела, кинематически связанными шестернями, одна из которых установлена на трубе, а другая установлена на валу второго электрогенератора.

Включение в турбину сегнерова колеса, выполненного в виде трубы с закрытым концом, установленной с возможностью вращения, закрепление на трубе радиально с противоположных сторон по крайней мере одной пары патрубков с отогнутыми в противоположные стороны от их оси открытыми концами, причем оси отогнутых открытых концов патрубков перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков и ось трубы, выполнение в стенке трубы соответственно патрубкам отверстий, скрепление цилиндрического барабана соосно с валом, установленным с возможностью вращения, охват барабаном сегнерова колеса, примыкание цилиндрического пояска барабана к отогнутым концам патрубков сегнерова колеса с зазором, радиальное закрепление с противоположных сторон на цилиндрическом пояске барабана по крайней мере одной пары патрубков с открытыми концами, отогнутыми в разные стороны от их оси, противоположные сторонам патрубков сегнерова колеса, причем оси отогнутых открытых концов патрубков барабана перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков барабана и ось трубы, выполнение в стенке пояска соответственно патрубкам отверстий, выполнение соединения турбины с электрогенератором по валу барабана и снабжение охватывающим сегнерово колесо и барабан корпусом со штуцером для выхода рабочего тела, кинематически связанными шестернями, одна из которых установлена на трубе, а другая установлена на валу второго электрогенератора, позволяет отработанному рабочему телу, выходящему из сегнерова колеса, взаимодействовать с цилиндрическим пояском барабана, установленным близко на расстоянии зазора от отогнутых концов патрубков сегнерова колеса, приводя его во вращение, и при истечении из открытых концов патрубков барабана усиливать вращение барабана и передавать вращение от валов сегнерова колеса и барабана к роторам обоих электрогенераторов, увеличивая количество снимаемой электрической мощности и коэффициента полезного действия.

Использование турбины, работающей на газе, паре и жидкости, позволяет снизить износ вращающихся частей и увеличить ресурс работы турбогенератора.

Использование одной и более пар патрубков в сегнеровом колесе и барабане позволяет приводить во вращение сегнерово колесо и барабан.

На фиг. 1 изображен общий вид турбогенератора в разрезе; на фиг. 2 - вид на турбину сбоку.

Турбогенератор содержит электрогенератор 1 и соединенную с ним валом турбину. Турбина включает сегнерово колесо, выполненное в виде трубы 2 с закрытым концом, установленной с возможностью вращения на подшипниках, размещенных в одном из двух плоских днищ 17, скрепленных анкерными шпильками 18. К трубе 2 присоединен насадок 19 с лабиринтным уплотнением. На трубе 2 закреплена радиально с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков 3 с отогнутыми в противоположные стороны открытыми концами 4, оси отогнутых открытых концов 4 патрубков 3 перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков 3 и ось трубы 2, а в стенке трубы 2 соответственно патрубкам 3 выполнены отверстия 5. Открытые концы 4 могут быть выполнены в виде сопел. Цилиндрический барабан 6, скрепленный соосно с валом 7, установлен с возможностью вращения на подшипниках и охватывает сегнерово колесо. Цилиндрический поясок 8 цилиндрического барабана 6 примыкает к отогнутым открытым концам патрубков 4 сегнерова колеса с зазором. На цилиндрическом пояске 8 цилиндрического барабана 6 радиально закреплена с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков 9 с открытыми концами 10, отогнутыми в разные стороны от их оси, противоположные сторонам патрубков 3 сегнерова колеса. Оси отогнутых открытых концов 10 патрубков 9 цилиндрического барабана 6 перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков 9 цилиндрического барабана 6 и ось трубы 2. В стенке цилиндрического пояска 8 барабана 6 соответственно патрубкам 9 выполнены отверстия 11. Открытые концы 10 могут быть выполнены в виде сопел. Турбина соединена с электрогенератором 1 по валу 7 цилиндрического барабана 6. Корпус 12 охватывает сегнерово колесо и барабан 6 и имеет штуцер 13 для выхода рабочего тела. Во втором корпусе 14, скрепленном с плоским днищем 17, расположена труба 2 сегнерова колеса, на которой установлена зубчатая шестерня 15, кинематически связанная зацеплением со второй зубчатой шестерней 16, установленной на валу второго электрогенератора 20.

Турбина работает следующим образом.

Рабочее тело подают в трубу 2 сегнерова колеса и далее через отверстия 5 в каналы каждой пары патрубков 3. Рабочее тело истекает с высокой скоростью из противоположных открытых концов 4 патрубков 3, разгоняясь в одном направлении вдоль окружности с обеспечением его вращения за счет создания момента реактивных сил.

Отработанный поток рабочего тела из открытых концов 4 патрубков 3 с высокой скоростью попадает в полость закрытого пространства вокруг сегнерова колеса, создаваемого цилиндрическим барабаном 6, и взаимодействует со стенкой цилиндрического барабана 6, приводя его во вращение. Далее рабочее тело попадает через отверстия 11 в каналы патрубков 9 цилиндрического барабана 6 и истекает через открытые концы 10 с высокой скоростью, разгоняясь и приводя во вращение цилиндрический барабан 6 за счет создания момента реактивных сил. Далее рабочее тело поступает в полость корпуса 12 и истекает через штуцер 13 для выхода рабочего тела. От вращающихся сегнерова колеса и цилиндрического барабана 6 вращения передаются соответственно трубе 2 и через шестерни 15 и 16 на второй электрогенератор 17 и валу 7 на электрогенератор 1.

В качестве рабочего тела в турбине могут использоваться жидкость, газ или пар.

Предложенный турбогенератор прошел успешные испытания.

Турбогенератор содержит электрогенератор, соединенный с турбиной, и второй электрогенератор. Турбина включает сегнерово колесо, выполненное в виде трубы с закрытым концом, установленной с возможностью вращения. На трубе радиально закреплена с противоположных сторон, по крайней мере, одна пара патрубков с отогнутыми в противоположные стороны от их оси открытыми концами. Оси отогнутых открытых концов патрубков перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков и ось трубы. В стенке трубы соответственно патрубкам выполнены отверстия. Цилиндрический барабан скреплен соосно с валом, установленным с возможностью вращения. Барабан охватывает сегнерово колесо. Цилиндрический поясок барабана примыкает к отогнутым концам патрубков сегнерова колеса с зазором. На цилиндрическом пояске барабана радиально закреплена с противоположных сторон, по крайней мере, одна пара патрубков с открытыми концами, отогнутыми в разные стороны от их оси, противоположные сторонам патрубков сегнерова колеса. Оси отогнутых открытых концов патрубков барабана перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков барабана и ось трубы. В стенке пояска соответственно патрубкам выполнены отверстия. Соединение турбины с электрогенератором выполнено по валу барабана. Турбогенератор снабжен охватывающим сегнерово колесо и барабан корпусом со штуцером для выхода рабочего тела, кинематически связанными шестернями, одна из которых установлена на трубе, а другая установлена на валу второго электрогенератора. Изобретение позволяет увеличить снимаемую мощность и кпд. 2 ил.

Турбогенератор, содержащий электрогенератор, соединенный с турбиной, и второй электрогенератор, отличающийся тем, что турбина включает сегнерово колесо, выполненное в виде трубы с закрытым концом, установленной с возможностью вращения, на трубе радиально закреплена с противоположных сторон, по крайней мере, одна пара патрубков с отогнутыми в противоположные стороны от их оси открытыми концами, причем оси отогнутых открытых концов патрубков перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков и ось трубы, а в стенке трубы соответственно патрубкам выполнены отверстия, цилиндрический барабан, скрепленный соосно с валом, установленным с возможностью вращения, барабан охватывает сегнерово колесо, цилиндрический поясок барабана примыкает к отогнутым концам патрубков сегнерова колеса с зазором, на цилиндрическом пояске барабана радиально закреплена с противоположных сторон, по крайней мере, одна пара патрубков с открытыми концами, отогнутыми в разные стороны от их оси, противоположные сторонам патрубков сегнерова колеса, причем оси отогнутых открытых концов патрубков барабана перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков барабана и ось трубы, в стенке пояска соответственно патрубкам выполнены отверстия, а соединение турбины с электрогенератором выполнено по валу барабана, он снабжен охватывающим сегнерово колесо и барабан корпусом со штуцером для выхода рабочего тела, кинематически связанными шестернями, одна из которых установлена на трубе, а другая установлена на валу второго электрогенератора.