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.

Известна ветроэлектрическая установка, содержащая электрогенератор, выполненный двухроторным, роторы которого установлены коаксиально с зазором друг относительно друга с возможностью вращения в противоположные стороны, и соединенную с ним турбину. Турбина выполнена из двух четырехлопастных ветряков, соединенных с помощью передач с соответствующими роторами ( патент СССР №3533, F 03 D 1/02, 1927 г.).

Недостатком известной установки является недостаточно большое количество энергии, получаемой от нее вследствие больших потерь при использовании отдельных четырехлопастных ветряков.

Известен турбоагрегат, содержащий электрогенератор, выполненный двухроторным, роторы которого установлены коаксиально с зазором друг относительно друга и с возможностью вращения в противоположные стороны, и соединенную с ним турбину. Турбина выполнена из двух турбоколес, соединенных соответственно с валами одного и второго роторов ( патент СССР №1819368, Н 02 К 16/00, F 03 D 1/02, 1993, ближайший аналог).

Недостатком известного турбогенератора является недостаточно большое количество энергии, получаемой от него вследствие больших потерь при использовании отдельных турбоколес.

Предлагаемым изобретением решается задача создания турбогенератора, в котором обеспечивается увеличение снимаемой электрической мощности путем увеличения механической энергии, получаемой в турбине за счет полезного использования истекающего из сегнерова колеса рабочего тела для вращения цилиндрического барабана.

Задача создания турбогенератора решается тем, что в турбогенераторе, содержащем электрогенератор, выполненный двухроторным, роторы которого установлены коаксиально с зазором друг относительно друга и с возможностью вращения в противоположные стороны, и соединенную с ним турбину, согласно изобретению турбина включает сегнерово колесо, выполненное в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом, установленными 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 трубчатым 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, сегнерово колесо и барабан охвачены корпусом со штуцером для выхода рабочего тела, а валы сегнерова колеса и барабана прикреплены соосно соответственно к роторам электрогенератора.

Включение в турбину сегнерова колеса, выполненного в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом, установленными 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 трубчатым 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, охват сегнерова колеса и барабана корпусом со штуцером для выхода рабочего тела, прикрепление валов сегнерова колеса и барабана соосно соответственно к роторам 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 встречное вращение от валов сегнерова колеса и барабана к роторам электрогенератора, увеличивая количество снимаемой электрической мощности.

Использование одной и более пар патрубков в сегнеровом колесе и барабане позволяет приводить во встречное 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 турбину. Турбина включает сегнерово колесо, выполненное в виде трубы 2 с закрытым концом, скрепленной соосно с валом 3, установленными с возможностью вращения на подшипниках 4. К трубе 2 присоединен насадок 25 с лабиринтным уплотнением. На трубе 2 закреплена радиально с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков 5 с отогнутыми в противоположные стороны открытыми концами 6, оси отогнутых открытых концов 6 патрубков 5 перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков 5 и ось трубы 2, а в стенке трубы 2 соответственно патрубкам 5 выполнены отверстия 7. Открытые концы 6 могут быть выполнены в виде сопел. Цилиндрический барабан 8, скрепленный соосно с трубчатым валом 9, установлен с возможностью вращения на подшипниках 11 и охватывает сегнерово колесо. Цилиндрический поясок 10 цилиндрического барабана 8 примыкает к отогнутым открытым концам 6 патрубков 5 сегнерова колеса с зазором. На цилиндрическом пояске 10 цилиндрического барабана 8 радиально закреплена с противоположных сторон по крайней мере одна пара патрубков 12 с открытыми концами 13, отогнутыми в разные стороны от их оси, противоположные сторонам патрубков 5 сегнерова колеса. Оси отогнутых открытых концов 13 патрубков 12 цилиндрического барабана 8 перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков 12 цилиндрического барабана 8 и ось трубы 2. В стенке цилиндрического пояска 10 соответственно патрубкам 12 выполнены отверстия 14. Открытые концы 13 могут быть выполнены в виде сопел. Сегнерово колесо и цилиндрический барабан 8 установлены в двух плоских днищах 23, скрепленных анкерными шпильками 24. Сегнерово колесо и цилиндрический барабан 8 охвачены корпусом 21 со штуцером 22 для выхода рабочего тела. Электрогенератор 1 выполнен двухроторным. Ротор 14 и второй ротор 16 установлены коаксиально с зазором друг относительно друга и с возможностью вращения в противоположные стороны. Ротор 14 может быть выполнен из постоянных магнитов или с обычной обмоткой в его сердечнике и установлен с возможностью вращения на подшипниках 4 и 15. Второй ротор 16 может быть выполнен также с обычной обмоткой 17, расположенной в сердечнике. Второй ротор 16 установлен на подшипниках 11 и 18 с возможностью вращения в сторону, противоположную вращению ротора 14. При выполнении ротора 14 с обмоткой на роторе 14 могут быть расположены два контактных кольца, к которым присоединены обмотки, а на контактные кольца наложены щетки. На сердечнике второго ротора 16 расположены два контактных кольца 19, к которым присоединены концы обмоток 17, а на контактные кольца 19 наложены щетки 20. Вал 3 сегнерова колеса прикреплен соосно к ротору 14, а трубчатый вал 9 цилиндрического барабана 8 скреплен соосно со вторым ротором 16.

Турбогенератор работает следующим образом.

Рабочее тело подают в трубу 2 сегнерова колеса и далее через отверстия 7 в каналы каждой пары патрубков 5. Рабочее тело истекает с высокой скоростью из противоположных открытых концов 6 патрубков 5, разгоняясь в одном направлении вдоль окружности с обеспечением его вращения за счет создания момента реактивных сил.

Отработанный поток рабочего тела из открытых концов 6 патрубков 5 с высокой скоростью попадает в полость закрытого пространства вокруг сегнерова колеса, создаваемого цилиндрическим барабаном 8, и взаимодействует со стенкой цилиндрического барабана 8, приводя его во вращение. Далее рабочее тело попадает через отверстия 14 в каналы патрубков 12 цилиндрического барабана 8 и истекает через открытые концы 13 с высокой скоростью, разгоняясь и приводя во вращение цилиндрический барабан 8 за счет создания момента реактивных сил. Далее рабочее тело поступает в полость корпуса 21 и истекает через штуцер 22 для выхода рабочего тела. От вращающихся в противоположные стороны вала 3 сегнерова колеса и трубчатого вала 9 цилиндрического барабана 8 вращения передаются соответственно роторам 14 и 16. Вращающийся ротор 14 создает вращающееся магнитное поле. Отвод переменного тока от вращающихся встречно роторов 14 и 16 производится от контактных колец 19 щетками 20 с последующей передачей потребителю.

За счет полезного использования истекающего из сегнерова колеса рабочего тела для вращения цилиндрического барабана 8 увеличивается коэффициент полезного действия турбины и увеличивается снимаемая электрическая мощность с турбогенератора.

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

Турбогенератор содержит электрогенератор, выполненный двухроторным, роторы которого установлены коаксиально с зазором друг относительно друга и с возможностью вращения в противоположные стороны, и соединенную с ним турбину. Турбина включает сегнерово колесо, выполненное в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом, установленными 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 трубчатым 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 соответствено патрубкам выполнены отверстия. Сегнерово колесо и барабан охвачены корпусом со штуцером для выхода рабочего тела, а валы сегнерова колеса и барабана прикреплены соосно соответственно к роторам электрогенератора. Изобретение обеспечивает встречное вращения с большой скоростью ротора и статора электрогенератора, что позволяет получить большую снимаемую электрическую мощность. 2 ил.

Турбогенератор, содержащий электрогенератор, выполненный двухроторным, роторы которого установлены коаксиально с зазором относительно друг друга и с возможностью вращения в противоположные стороны, и соединенную с ним турбину, отличающийся тем, что турбина включает сегнерово колесо, выполненное в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом, установленными 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 трубчатым 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, сегнерово колесо и барабан охвачены корпусом со штуцером для выхода рабочего тела, а валы сегнерова колеса и барабана прикреплены соосно соответственно к роторам электрогенератора.