РАДИАЛЬНАЯ ТУРБИНА Российский патент 2020 года по МПК F01D1/02 F03B1/00 

Заявленное изобретение относится к турбостроению, в частности к радиальным турбинам. Турбина может быть использована в механических транспортных средствах и в установках для выработки электроэнергии.

Ближайшим аналогом можно считать патент RU 2653709 С1 "СПОСОБ РАБОТЫ РАДИАЛЬНОЙ ТУРБИНЫ И РАДИАЛЬНАЯ ТУРБИНА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА" включающий турбину и способ ее работы. Турбина по известному решению включает рабочее колесо с лопатками и, как минимум, один неподвижный сопловой аппарат, как минимум, с одним соплом, при этом сопловой аппарат имеет вогнутую в виде полукольца минимум одну лопатку с соплом или минимум одну группу лопаток с соплом, а также лопатки рабочего колеса вогнутые и имеют форму в виде полукольца (http://www1.fips.ru RU 2653709 С1).

Недостатком данного решения являются потеря КПД при подачи рабочего тела на лопатки рабочего колеса в момент попадания рабочего тела на верхнюю грань лопатки, поток разрезается и часть рабочего тела уходит лопатку которую уже прошел, т.е. часть потока с усилием возвращается на пройденную лопатку, что приводит к незначительному но, все же, снижению силы вращения, при этом создает хаотическое, случайное движение части рабочего тела. Еще одним недостатком является сложность конструкции, в части наличия лопаток на сопловом аппарате. Такая конструкция соплового аппарата с лопатками сложна в изготовлении.

Раскрытие изобретения.

Задачами заявленного решения являются разработка конструкции радиальной парциальной турбины, которая бы позволяла избежать «разреза» потока рабочего тела в момент прохождения верхней грани лопаток рабочего колеса под соплом, и снизить поток возврата его части в предыдущую лопатку. Упростить конструкцию солового аппарата.

Поставленные задачи достигаются за счет конструкции заявленной радиальной турбины, а именно конструкции лопаток рабочего колеса и конструкции соплового аппарата.

Заявленная радиальная турбина имеет, как минимум, рабочее колесо с лопатками и неподвижный сопловый аппарат с соплами и полостью для выхода отработавшего рабочего тела. Лопатки (1.1) рабочего колеса (1), как и в известном решении, выполнены вогнутыми в виде полукольца фиг. 1, за счет чего вошедшая струя рабочего тела (3) разворачивается в лопатке (1.1) рабочего колеса фиг. 5.

В отличие от аналога лопатки (1.1) на рабочем колесе (1) имеют скос (1.1.1) в месте подачи потока рабочего тела из сопла (2.1) фиг. 1. За счет этого в отличие от аналога идущий из сопла (2.1) поток рабочего тела (3) фиг. 3, 5 проходит верхнюю грань лопатки, без изменения угла движения потока и потери силы вращения, без «разреза» потока рабочего тела в момент прохождения верхней грани лопаток рабочего колеса под соплом, без создания хаотичного, случайного движения части рабочего тела вернувшегося на уже пройденную лопатку и как следствие к стабильности работы и повышению КПД.

Следует заметить, что внутренняя поверхность соплового аппарата (2), направленная на поверхность рабочего колеса с лопатками, повторяет скос лопаток (1.1) рабочего колеса (1), при этом сопловый аппарат (2) не имеет лопаток фиг. 3, 4. Скос может быть выполнен снятием фаски.

В частном случае исполнения для достижения максимального технического результата угол α наклона лопаток относительно вертикали составляет 20° фиг. 3, угол β скоса верхней грани лопатки и угол скоса внутренней поверхности соплового аппарата относительно горизонтали составляет 8° фиг. 4, при этом угол γ заворота выходного края лопатки рабочего колеса составляет 20-30° относительно боковой поверхности рабочего колеса фиг. 5. Соответственно разворот входящего потока рабочего тела в лопатке (1.1) составит 150-160°.

Конструкция и принцип работы заявленной турбины позволяет использовать в качестве рабочего тела пар, газ, жидкости и другие среды находящиеся под давлением.

В результате заявленная радиальная турбина имеет простую конструкцию в которой лопатки рабочего колеса выполнены вогнутыми в виде полукольца и скошены в месте подачи потока рабочего тела, за счет чего входящий поток рабочего тела проходит верхнюю грань лопатки, распределяясь по лопаткам, а именно струя входящего потока рабочего тела отдает свою кинетическую энергию для вращения лопаток более эффективно, без «разреза» потока рабочего тела в момент прохождения верхней грани лопаток рабочего колеса под соплом, без создания хаотичного, случайного движения части рабочего тела вернувшегося на уже пройденную лопатку и как следствие к стабильности работы, за счет чего увеличивается КПД.

Следует заметить, что в описании заявленного решения и на фигурах приведен принцип работы на примере отдельно взятой входящей струи рабочего тела, для понимания сущности работы.

В реальной работе заявленной турбины происходит наложение множества входящих струй друг на друга, образующихся в процессе работы, а также остаточных частей струй.

Следует заметить, что все изображения, приведенные на фигурах в приложении, имеют схематичный и поясняющий характер, в реальном исполнении заявленная радиальная турбина и ее элементы, как в размерном, так и внешнем исполнении, а так же их наличие и отсутствие, могут отличаться от приведенных на фигурах.

Краткое описание чертежей:

фиг. 1 - схематичное изображение части радиальной турбины вид сверху;

фиг. 2 - схематичное изображение части рабочего колеса вид спереди;

фиг. 3 - схематичное изображение части радиальной турбины вид спереди;

фиг. 4 - схематичное изображение разреза по линии А-А;

фиг. 5 - схематичное изображение части радиальной турбины вид сверху с иллюстрацией движения потока рабочего тела;

Краткое описание конструктивных элементов:

1 - рабочее колесо;

1.1 - лопатка рабочего колеса;

1.1.1 - скос лопатки;

2 - сопловый аппарат;

2.1 - сопло;

3 - поток рабочего тела;

3.1 - поток отработанного рабочего тела;

Принцип работы.

Заявленная радиальная турбина фиг. 1-5 имеет рабочее колесо (1) с вогнутыми лопатками (1.1) в виде полукольца и скосом в месте подачи потока рабочего тела, расположенными на боковой поверхности фиг. 1-5 и имеет неподвижный сопловый аппарат (2) с соплом (2.1), направленным в лопатки (1.1) рабочего колеса.

Входящая струя рабочего тела (3) фиг. 5, проходя через сопло (2.1), входит на лопатки (1.1) рабочего колеса (1), разворачивается в них отдавая кинетическую энергию придавая вращение рабочему колесу (1) и выходит, через полость для выхода отработавшего рабочего тела (3.1) соплового аппарата (2). При этом при вращении рабочего колеса (1) поток входящей струи (3) проходя через скос (1.1.1) в месте подачи потока рабочего тела из сопла (2.1), проходит верхнюю грань лопатки (1.1) плавно распределяется по межлопаточным пространствам соседних лопаток.

Заявленное изобретение относится к турбостроению, в частности к радиальным турбинам. Радиальная турбина включает рабочее колесо с вогнутыми лопатками в виде полукольца и неподвижный сопловой аппарат с соплом, направленным на лопатки рабочего колеса, при этом лопатки рабочего колеса имеют скос на верхней грани в месте подачи потока рабочего тела, внутренняя поверхность соплового аппарата, направленная на поверхность лопатки рабочего колеса, выполнена скошенной. В результате струя входящего потока рабочего тела отдает свою кинетическую энергию для вращения лопаток более эффективно, за счет чего увеличивается КПД. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Радиальная турбина, содержащая рабочее колесо с вогнутыми лопатками в виде полукольца и неподвижный сопловой аппарат с соплом, направленным на лопатки рабочего колеса, отличающаяся тем, что лопатки рабочего колеса имеют скос на верхней грани в месте подачи потока рабочего тела, внутренняя поверхность соплового аппарата, направленная на поверхность лопатки рабочего колеса, выполнена скошенной, повторяя скос лопаток рабочего колеса.

2. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что угол наклона лопаток относительно вертикали составляет 20°, угол скоса верхней грани лопатки и угол скоса внутренней поверхности соплового аппарата относительно горизонтали составляют 8°, а угол заворота выходного края лопатки рабочего колеса составляет 20-30° относительно боковой поверхности рабочего колеса.