РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА Российский патент 2007 года по МПК F01D1/32 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к безлопаточным турбинным установкам. Позволяет снизить гидравлические потери в каналах подвода рабочего тела к соплам и увеличить крутящий момент реактивной турбины.

Известны реактивные турбины, содержащие ротор с каналами подвода рабочего тела к соплам (патенты РФ №2184244, 2000 г.; №2193669, 2002 г. и др.).

Известна реактивная турбина типа Герона, у которой вращение ротора происходит под действием реактивной силы от струи газа или пара, истекающей из сопел (Я.И.Перельман, Занимательная физика. Кн.2. - М.: Наука, 1986, с.23).

Общие недостатки этих турбин - схематичность изображения и описания канала подвода рабочего тела к соплам, отсутствие конструкций канала, которые должны обеспечить минимальные потери энергии рабочего тела в канале, а также нерациональное использование кинетической энергии рабочего тела в канале турбины.

Технический результат изобретения - повышение эффективности реактивных турбин путем создания каналов подвода рабочего тела к соплам с малыми гидравлическими потерями энергии рабочего тела, а также за счет дополнительного крутящего момента, получаемого от рационального использования кинетической энергии потока рабочего тела в каналах турбины.

Указанный результат достигается тем, что каналы подвода рабочего тела к соплам подсоединены к узловой полости сфероидальной формы, размещенной на валу соосно с валом, в которую поступает рабочее тело от источника рабочего тела. Это должно обеспечить одновременное равномерное поступление рабочего тела во все каналы и минимальные местные гидравлические потери. Центральная ось канала размещена в плоскости вращения турбины. Она состоит из прямолинейного участка от узловой точки под некоторым углом к радиусу ротора, перпендикулярному продольной оси сопла, и состыкованного с ним криволинейного (кругового) участка, конец которого переходит в сопло. Внутри канала перпендикулярно плоскости вращения ротора в районе сопряжения двух участков канала закреплено по крайней мере одно гидродинамическое тело (например, крыльевого профиля) с механизацией или без нее под углом к центральной оси канала. При этом кормовая часть тела не выходит за пределы прямолинейного участка канала. Форма внутренней части канала в месте размещения гидродинамического тела, а также в обе стороны от него по длине канала в максимально возможной степени должна совпадать с поверхностями линий тока реальной жидкости (рабочего тела), обтекающей тело.

На чертеже представлена схема реактивной турбины с двумя каналами подвода рабочего тела к ее соплам и сечение А-А вдоль оси вала турбины.

Реактивная турбина содержит ротор 1, вал 2, узловую полость на валу 3, канал подвода рабочего тела 4, центральная ось которого состоит из прямолинейной части 5 и плавного поворота 6, а также сопло 7 и гидродинамическое тело (тела) 8.

Устройство работает следующим образом. Для вращения турбины рабочее тело (вода, пар, газ или их смеси) нагнетается по валу 2 в узловую полость 3, например, сфероидальной формы. Если все каналы находятся в одной плоскости вращения ротора, то форма полости может быть сферической. Далее рабочее тело поступает практически одновременно под одинаковым напором в каналы 4. Для уменьшения гидравлических потерь центральная ось каждого канала состоит из прямолинейного участка 5 и состыкованного с ним криволинейного (например, кругового участка) 6. Канал 4 соединяется с полостью 3, например, с помощью коноидного насадка. В канале 4 рабочее тело набегает на размещенное в нем гидродинамическое тело 8 (одно или несколько), снабженное элементами механизации для увеличения подъемной силы или без них. При обтекании гидродинамического тела (например, крыльевого профиля) 8 на нем возникает подъемная сила Рпод и сила сопротивления Рсопр. Проекции этих сил на плоскость, перпендикулярную радиусу, дадут силу, приложенную к конструкции канала, в результате чего появится дополнительный вращающий момент. Место (радиус) размещения гидродинамического тела 8, угол атаки натекающего на него потока α, a также угол установки канала β выбираются из условия получения в канале максимального дополнительного крутящего момента ротора турбины, конечно, с учетом потерь на Рсопр от установки в канале гидродинамического тела 8. При этом указанное тело для обеспечения полноценного обтекания потоком рабочего тела не должно выходить за пределы прямолинейного участка канала. Форма внутренней поверхности (поперечного сечения) канала в месте размещения гидродинамического тела, а также в обе стороны от него по длине канала в максимально возможной степени должна совпадать с поверхностями линий тока реальной жидкости, обтекающей тело. В этом случае сопротивление трения рабочего тела о стенки канала будет минимально возможным. При необходимости за гидродинамическим телом 8 по потоку перед соплом 7 могут быть установлены средства ламинаризации потока рабочего тела.

Поскольку аэро- и гидродинамическое качество крыльев тел может быть достигнуто порядка несколько десятков, в целом установка аэро- или гидродинамических тел в каналах позволит существенно повысить эффективность реактивной турбины, несмотря на некоторое уменьшение основного реактивного вращающего момента.

Реактивная турбина содержит ротор с каналами подвода рабочего тела к соплам. Каждый канал подсоединен к узловой полости сфероидальной формы, размещенной на валу турбины соосно с валом. Центральная ось канала размещена в плоскости вращения турбины и состоит из прямолинейного участка под углом к радиусу ротора, перпендикулярного оси сопла, и состыкованного с ней криволинейного участка, конец которого переходит в сопло. Внутри канала в районе сопряжения двух участков канала перпендикулярно плоскости вращения турбины под углом к центральной оси канала закреплено, по крайней мере, одно аэро- или гидродинамическое тело с элементами механизации или без них. Форма внутренней поверхности канала в месте размещения аэро- или гидродинамического тела, а также в обе стороны от этого места по длине канала в максимально возможной степени совпадает с поверхностями линий тока реальной жидкости (рабочего тела), обтекающей аэро- или гидродинамическое тело. Изобретение повышает эффективность работы реактивной турбины. 1 ил.

Реактивная турбина, содержащая ротор с каналами подвода рабочего тела к соплам, отличающаяся тем, что каждый канал подсоединен к узловой полости сфероидальной формы, размещенной на валу турбины соосно с валом, причем центральная ось канала размещена в плоскости вращения турбины и состоит из прямолинейного участка под углом к радиусу ротора, перпендикулярного оси сопла, и состыкованного с ней криволинейного участка, конец которого переходит в сопло, внутри канала в районе сопряжения двух участков канала перпендикулярно плоскости вращения турбины под углом к центральной оси канала закреплено, по крайней мере, одно аэро- или гидродинамическое тело с элементами механизации или без них, при этом форма внутренней поверхности канала в месте размещения аэро- или гидродинамического тела, а также в обе стороны от этого места по длине канала в максимально возможной степени совпадает с поверхностями линий тока реальной жидкости (рабочего тела), обтекающей аэро- или гидродинамическое тело.