МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ОСЕВАЯ И РАДИАЛЬНАЯ ЮНГСТРЕМА ТУРБОМАШИНА БЕЗ ВЫХОДНОГО ВАЛА Российский патент 2005 года по МПК F01D15/10 

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

Известны турбины с генератором, у которых отсутствует 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 корпус обмотки. При вращении ротора турбины вырабатывается электричество. На другом конце тепловой трубы пар конденсируется и по стенкам стекает вниз (см. патент Японии №61-255202, F 01 К 25/01, от 12.11.1986 г.).

Также известна многоступенчатая осевая турбомашина без выходного вала, состоящая из ротора с рабочими лопатками, статора с направляющими лопатками, корпуса, магнитов ротора генератора, закрепленных на роторе турбины, и катушек статора генератора, закрепленных на корпусе турбины, при этом статор с направляющими лопатками находится в центре турбины и является осью, на которой вращается ротор турбины с рабочими лопатками (см. заявку РСТ WO 00/29721, МПК F 01 D 15/10, 2000 г.)

Недостатком таких турбомашин является низкий КПД из-за малого количества ступеней.

Поставленная задача - обеспечить минимальные габариты при максимальном КПД турбомашины.

Для этого вместе с осевой турбомашиной, состоящей из ротора с рабочими лопатками, статора с направляющими лопатками, корпуса, магнитов ротора генератора, закрепленных на роторе турбины, и катушек статора генератора, закрепленных на корпусе турбины, при этом статор с направляющими лопатками находится в центре турбины и является осью, на которой вращается ротор турбины с рабочими лопатками, используется радиальная турбина Юнгстрема, в свою очередь, состоящая из корпуса и двух колес, осевая и радиальная турбины объединяются в одну, в которой одно радиальное колесо крепится к ротору осевой турбины, а второе радиальное колесо крепится на статоре осевой турбины и его лопатки являются направляющими для лопаток первого радиального колеса, в результате энергия пара, преобразуемая на радиальной турбине в механическую, добавляется к ротору осевой турбины и генератором преобразуется в электрическую, при необходимости второе радиальное колесо может устанавливаться в подшипниковых узлах на неподвижной оси осевой турбины и вращаться на ней, при этом имеется второй генератор, магниты ротора которого крепятся ко второму радиальному колесу, а катушки статора крепятся к корпусу турбины, в этом случае радиальные колеса вращаются в разные стороны, при этом пар, выходящий из осевой турбины, попадает на первую ступень радиальной турбины и, проходя по ступеням радиальной турбины, вращает ее колеса, одно колесо помогает ротору осевой турбины вращать ротор генератора, а второе колесо радиальной турбины приводит во вращение ротор генератора радиальной турбины. Для удобства сборки ротор осевой турбины состоит из двух частей, которые после сборки со статором турбины соединяются между собой. Для уменьшения габаритов магниты ротора генератора турбомашины закреплены на дисках, которые, в свою очередь, закреплены на роторе осевой турбины, а катушки статора генератора закреплены на дисках, которые закреплены на корпусе осевой турбины, при этом диски ротора и статора генератора могут состоять из двух и более частей.

Вышеуказанная турбомашина без выходного вала может быть выполнена малогабаритной и на малые мощности, что позволит использовать ее как индивидуальную автономную электростанцию, с использованием энергии отработавшего пара и отработавших газов для обогрева, т.е. КПД использования энергии топлива может быть около 0,95 и даже выше. Ее также можно использовать на транспорте, что позволит перевести транспорт на электропривод и увеличит КПД использования энергии топлива на транспорте с 10-20% до 35%, с учетом рекуперации энергии торможения транспорта.

На фиг.1 показана осевая и радиальная турбомашина без выходного вала, с одним генератором, продольный разрез (один из вариантов).

На фиг.2 показана осевая и радиальная турбомашина без выходного вала, с двумя генераторами, продольный разрез (один из вариантов).

На фиг.3 показаны разрезы по А-А и по Б-Б на фиг.1.

Многоступенчатая осевая и радиальная Юнгстрема турбомашина без выходного вала состоит из статора поз. 1 с направляющими лопатками, ротора поз.2 с рабочими лопатками, корпуса поз.3, дисков поз.4 ротора генератора турбомашины с закрепленными на них магнитами, дисков поз.5, статора генератора турбомашины с закрепленными на них катушками статора, подшипникового узла поз.6, трубопровода поз.7 подвода пара, теплоизоляции поз.8, радиального колеса поз.9, радиального колеса поз. 10, корпуса поз.11 радиальной турбины, при необходимости, подшипникового узла поз. 12, магнитов поз. 13 ротора второго генератора, катушек статора поз. 14 второго генератора. При этом рабочее колесо поз. 9 радиальной турбины закрепляется на роторе поз.2 осевой турбомашины, а колесо поз. 10 закрепляется на статоре поз. 1 осевой турбины, корпус поз. 11 радиальной турбины соединяется с корпусом поз.3 осевой турбины или может быть выполнен за одно целое с корпусом осевой турбомашины. В случае со вторым генератором колесо поз. 10 устанавливается в подшипниковом узле поз. 12 на статоре поз.1 осевой турбины, магниты поз. 13 закрепляются на колесе поз. 10 радиальной турбины, а катушки статора поз. 14 закрепляются на корпусе поз.11 радиальной турбины.

При необходимости ротор поз. 2 может состоять из двух частей, эти части соединяются между собой после сборки ротора поз.2 со статором поз. 1, диски поз.4 ротора и диски поз. 5 статора генератора турбомашины также могут состоять из двух или более частей, пар к первой ступени подводится по трубопроводу поз. 7 внутри статора, эта полость отделена от наружной поверхности статора поз.1 теплоизоляцией поз.8.

Работают многоступенчатые осевая и радиальная Юнгстрема турбомашины без выходного вала следующим образом. Пар по трубопроводу поз. 7 подается к направляющим лопаткам первой ступени на статоре поз. 1, которые направляют пар на рабочие лопатки первой ступени ротора поз.2, пар переходит с рабочих лопаток ротора поз.2 на направляющие лопатки статора поз. 1, на которых он расширяется, превращает свою внутреннюю энергию в кинетическую, вращает ротор поз.2, который в подшипниковом узле поз.6 вращается на статоре поз. 1, пар из последней ступени осевой турбины попадает на колесо поз. 10, которое направляет пар на рабочие лопатки колеса поз.9, пар, проходя по ступеням радиальной турбины, еще больше расширяется, и энергия пара, превращенная в кинетическую, колесом поз.9 передается ротору поз.2 и также превращается в электрическую.

В случае с двумя генераторами пар, выходя из последней ступени осевой турбины, попадает на первую ступень турбины Юнгстрема, затем, переходя с лопаток колеса поз.9 на лопатки колеса поз. 10, заставляет вращаться колесо поз.9 с ротором поз.2 в одну сторону, а колесо поз. 10 в другую, колесо поз.9 добавляет полученную энергию пара ротору поз.2, который с генератором вырабатывает больше электроэнергии, колесо поз. 10, перемещая магниты поз. 13 относительно катушек статора поз.14, вырабатывает электроэнергию, дополнительную к электроэнергии, выработанной генератором осевой турбомашины.

В результате вышеуказанная турбомашина без выходного вала может быть выполнена малогабаритной и на малые мощности, что позволит использовать ее как индивидуальную автономную электростанцию, с использованием энергии отработавшего пара и отработавших газов для обогрева, т.е. КПД использования энергии топлива может быть около 0,95 и даже выше. Ее также можно использовать на транспорте, что позволит перевести транспорт на электропривод и увеличит КПД использования энергии топлива на транспорте с 10-20% до 35%, с учетом рекуперации энергии торможения транспорта.

Многоступенчатая осевая и радиальная Юнгстрема турбомашина без выходного вала состоит из ротора осевой турбины с рабочими лопатками, статора осевой турбины с направляющими лопатками, корпуса магнитов ротора генератора, закрепленных на роторе осевой турбины и катушек статора генератора, закрепленных на корпусе турбины. Статор с направляющими лопатками находится в центре турбины и является осью, на которой вращается ротор турбины с рабочими лопатками, и радиальной турбины, состоящей, в свою очередь, из двух колес и корпуса. Одно колесо радиальной турбины закреплено на роторе осевой турбины, так, чтобы пар, выходящий из осевой турбины, попадал на радиальную турбину. Второе колесо радиальной турбины закреплено на статоре осевой турбины и его лопатки являются направляющими лопатками для лопаток первого колеса радиальной турбины. Изобретение позволяет уменьшить габариты турбины. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Многоступенчатая осевая и радиальная Юнгстрема турбомашина без выходного вала, состоящая из ротора осевой турбины с рабочими лопатками, статора осевой турбины с направляющими лопатками, корпуса магнитов ротора генератора, закрепленных на роторе осевой турбины, и катушек статора генератора, закрепленных на корпусе турбины, при этом статор с направляющими лопатками находится в центре турбины и является осью, на которой вращается ротор турбины с рабочими лопатками, и радиальной турбины, состоящей, в свою очередь, из двух колес и корпуса, отличающаяся тем, что одно колесо радиальной турбины закреплено на роторе осевой турбины так, чтобы пар, выходящий из осевой турбины, попадал на радиальную турбину, а второе колесо радиальной турбины закреплено на статоре осевой турбины и его лопатки являются направляющими лопатками для лопаток первого колеса радиальной турбины.2. Многоступенчатая осевая и радиальная Юнгстрема турбомашина без выходного вала по п.1, отличающаяся тем, что второе колесо радиальной турбины в подшипниковых узлах вращается на неподвижной оси осевой турбины, имеется также второй генератор, магниты ротора которого крепятся ко второму колесу радиальной турбины, а катушки статора второго генератора крепятся к корпусу турбины, в этом случае колеса радиальной турбины вращаются в разные стороны.3. Многоступенчатая осевая и радиальная Юнгстрема турбомашина без выходного вала по п.1 или 2, отличающаяся тем, что ротор турбины состоит из двух частей, которые после сборки со статором турбины соединяются между собой.4. Многоступенчатая осевая и радиальная Юнгстрема турбомашина без выходного вала по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что магниты ротора генератора турбомашины закреплены на дисках, которые, в свою очередь, закреплены на роторе турбины, а катушки статора генератора закреплены на дисках, которые закреплены на корпусе турбины.5. Многоступенчатая осевая и радиальная Юнгстрема турбомашина без выходного вала по п. 4, отличающаяся тем, что диски ротора и статора генератора могут состоять из двух и более частей.