РОТОР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2023 года по МПК F01D1/32 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройству ротора для преобразования энергии потока жидкости или воздуха в механическую работу.

Известно изобретение „Турбогенераторное устройство для производства электрической энергии, способы его установки и эксплуатации", RU 2746822 С2, 21.04.2021, МПК F03B 13/08, F03B 13/10, F03B 17/06. Устройство содержит цилиндрическую трубку, через которую циркулирует объем жидкости, гидравлическую турбину, аксиально и механически соединенную с по меньшей мере одним генераторным элементом через вал. Генераторный элемент содержит герметичный трубчатый корпус. Корпус содержит ротор, соединенный с валом, и статор, окружающий ротор. Корпус имеет два основания. Одно основание содержит отверстие для прохождения вала к турбине, а другое - эластичную диафрагму, выполненную с возможностью поглощения давлений снаружи корпуса. Корпус дополнительно содержит пространство между статором и внутренней поверхностью корпуса.

Недостатком данного технического решения является сложная конструкция устройства вследствие большого количества конструктивных элементов, образующих отдельные модули, соединенные между собой, что приводит к высокой трудоемкости ремонтного обслуживания устройства. (RU 2746822 С2, http://new.fips.ru).

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является решение „Ротор радиальной турбины" SU 174641 А1, 07.09.1965, МПК F01D 5/04, F01D 15/06, содержащее, ротор, выполненный разъемным из двух дисков с расположенными на них лопатками, которые расположены на дисках так, что лопатки одного диска помещаются между лопатками другого диска.

Недостатком данного технического решения является сложная конструкция устройства, вследствие большого количества конструктивных элементов, что приводит к высокой трудоемкости ремонтного обслуживания устройства. (SU 174641 А1, http://new.fips.ru).

В основу данного изобретения поставлена задача разработать ротор простой конструкции с низкой трудоемкостью ремонтного обслуживания, с надежной фиксацией лопаток ротора на боковой поверхности ступицы.

Сущность изобретения

Поставленная задача по первому варианту исполнения решается за счет того, что ступица (1) фиг. 3 на боковой поверхности имеет отверстия, в которых расположены основания (7) лопаток (4), каждая из которых содержит дугообразную рабочую поверхность (9), выступающую за пределы ступицы (1), образуя канал, при этом основание (7) лопатки (4) имеет кольцевой выступ (11) и отверстие (8), имеющее форму усеченного конуса с сужением к дугообразной рабочей поверхности (9) лопатки (4). Лопатки (4) фиг. 5 на боковой поверхности ступицы (1) расположены в шахматном порядке. Суммарная площадь сечения отверстия (8) фиг. 3 каждого основания (7) лопатки (4) в области дугообразной рабочей поверхности (9) меньше площади круглой поверхности ступицы (1) ротора.

По второму варианту исполнения, поставленная задача решается за счет того, что лопатки (4) фиг. 6, выполненные за одно целое со ступицей (1), имеют дугообразную рабочую поверхность (9), выступающую за пределы ступицы (1), которая на боковой поверхности содержит отверстия (10), имеющие форму усеченного конуса с сужением к дугообразной рабочей поверхности (9) лопатки (4). Лопатки (4) фиг. 5 на боковой поверхности ступицы (1) расположены в шахматном порядке. Суммарная площадь сечения отверстий (10) фиг. 6 на боковой поверхности ступицы (1) в области дугообразной рабочей поверхности (9) лопатки (4) меньше площади круглой поверхности ступицы (1) ротора.

Во всех вариантах исполнения ротор состоит из ступицы (1) фиг. 1, которая расположена во внутреннем пространстве кожуха (5). Кожух (5) имеет сложную форму с сужением на конце. В центре ступицы (1) расположен конусообразный обтекатель (2), переходящий в вал (3), установленный в подшипниковых опорах (6). Вал (3) соединен с потребителем механической энергии. Данный потребитель механической энергии не претерпевает каких-либо изменений по сравнению с известными потребителями механической энергии, поэтому не рассматривается подробно в материалах данной заявки. Обтекатель (2) служит для перенаправления потока воздуха/воды к боковой поверхности ступицы (1).

В первом варианте исполнения на боковой поверхности ступицы (1) фиг. 3 имеются отверстия, в которых расположены основания (7) лопаток (4), каждая из которых содержит дугообразную рабочую часть (9). Основание (7) каждой лопатки (4) имеет кольцевой выступ (11) в нижней части. Данный кольцевой выступ (11) упирается в боковую поверхность ступицы (1), обеспечивая надежную фиксацию лопатки (4) на боковой поверхности ступицы (1). В указанном основании (7) расположено отверстие (8). Отверстие (8) имеет форму усеченного конуса с сужением к дугообразной рабочей поверхности (9) лопатки (4). Данное сужение обеспечивает ускорение струи воздуха/воды на выходе из отверстия (8) основания (7) лопатки (4).

Дугообразная рабочая поверхность (9) фиг. 3 лопатки (4) выступает за пределы ступицы (1) и формирует канал для движения потока воздуха/воды из отверстия (8) основания (7) лопатки (4) по направлению противоположному вращению вала (3) фиг. 1.

Лопатки (4) фиг. 5 на боковой поверхности ступицы (1) расположены в шахматном порядке, чтобы струя воздуха или воды не упиралась в рядом расположенную лопатку (4).

Количество лопаток (4) фиг. 2 определено таким образом, что суммарная площадь сечения отверстия (8) фиг.3, 4 каждого основания (7) лопатки (4) в области дугообразной рабочей поверхности (9) меньше площади круглой поверхности ступицы (1) ротора. При этом количество лопаток (4) фиг. 2 может быть и иным, в зависимости от задач перед устройством, потока жидкости/воздуха, размера лопаток (4) и других факторов. Все лопатки (4) фиг. 1 повернуты по направлению противоположному вращению вала (3).

По второму варианту исполнения ступица (1) фиг. 6 на боковой поверхности имеет отверстия (10), а также лопатки (4), выполненные заодно целое со ступицей (1), расположенные над указанными отверстиями (10), при этом лопатки (4) включают дугообразную рабочую поверхность (9), выступающую за пределы ступицы (1). Отверстие (10) имеет форму усеченного конуса с сужением к дугообразной рабочей поверхности (9) лопатки (4). Данное сужение обеспечивает ускорение струи воздуха/воды на выходе из отверстия (10).

Лопатки (4) фиг. 5 на боковой поверхности ступицы (1) расположены в шахматном порядке, чтобы струя воздуха или воды не упиралась в рядом расположенную лопатку (4).

Количество лопаток (4) фиг .2 определено таким образом, что суммарная площадь сечения отверстий (10) фиг. 6 на боковой поверхности ступицы (1) в области дугообразной рабочей поверхности (9) лопатки (4) меньше площади круглой поверхности ступицы (1) ротора. При этом количество лопаток (4) фиг. 2 может быть и иным, в зависимости от задач перед устройством, потока жидкости/воздуха, размера лопаток (4) и других факторов. Все лопатки (4) фиг. 1 повернуты по направлению противоположному вращению вала (3).

Техническим результатом является создание ротора простой конструкции с низкой трудоемкостью ремонтного обслуживания, с надежной фиксацией лопаток ротора на боковой поверхности ступицы.

Краткое описание чертежей:

на фиг. 1 - схематичное изображение ротора. Поперечный разрез;

на фиг. 2 - схематичное изображение ротора. Общий вид;

на фиг. 3 - схематичное изображение лопаток ротора в первом варианте исполнения. Продольный разрез;

на фиг. 4 - схематичное изображение оснований лопаток ротора на боковой поверхности ступицы. Вид снизу;

на фиг. 5 - схематичное изображение лопаток ротора на боковой поверхности ступицы. Вид сверху;

на фиг. 6 - схематичное изображение лопатки ротора во втором варианте исполнения. Продольный разрез;

Краткое описание конструктивных элементов:

1 - ступица;

2 - обтекатель;

3 - вал;

4 - лопатка;

5 - кожух;

6 - подшипниковая опора;

7 - основание лопатки;

8 - отверстие в основании лопатки;

9 - рабочая поверхность лопатки;

10 - отверстие на боковой поверхности ступицы;

11 - кольцевой выступ основания лопатки.

Осуществление заявленного решения

По первому варианту исполнения устройство работает следующим образом. Подают поток воздуха или воды от внешнего источника во внутреннее пространство ступицы (1) фиг. 1, где с помощью обтекателя (2) направляют поток к боковой поверхности ступицы (1) в отверстие (8) фиг. 3 в основании (7) лопаток (4). На выходе из отверстия (8) в основании (7) лопатки (4) поток воздуха или воды увеличивает скорость движения и поступает в канал, образованный дугообразной рабочей поверхностью (9) лопатки (4), выходя из которого создает реактивную тягу, обеспечивающую вращение ротора. Далее, поток воздуха/воды попадает в полость кожуха (5) фиг. 1 и выходит наружу.

По второму варианту исполнения устройство работает следующим образом. Подают поток воздуха или воды от внешнего источника во внутреннее пространство ступицы (1) фиг. 1, где с помощью обтекателя (2) направляют поток в отверстия (10) фиг. 6, расположенные на боковой поверхности ступицы (1). На выходе из отверстия (10) поток воздуха или воды увеличивает скорость движения, и попадает на дугообразную рабочую поверхностью (9) лопатки (4) создавая тягу, обеспечивающую вращение ротора. Далее, поток воздуха/воды попадает в полость кожуха (5) фиг. 1 и выходит наружу.

Ротор относится к области машиностроения, а именно к устройству ротора преобразования энергии потока жидкости или воздуха в механическую работу. Во всех вариантах исполнения ротор содержит ступицу, расположенную во внутреннем пространстве кожуха, имеющего сложную форму с сужением на конце. В центре ступицы размещен конусообразный обтекатель, переходящий в вал, установленный в подшипниковых опорах. В первом варианте исполнения, на боковой поверхности ступицы имеются отверстия, в которых расположены основания лопаток, каждая из которых содержит дугообразную рабочую поверхность, выступающую за пределы ступицы, образуя канал, при этом основание лопатки имеет кольцевой выступ и отверстие, имеющее форму усеченного конуса с сужением к дугообразной рабочей поверхности лопатки. Во втором варианте исполнения, лопатки, выполненные за одно целое со ступицей, имеют дугообразную рабочую поверхность, выступающую за пределы ступицы, которая на боковой поверхности содержит отверстия, имеющие форму усеченного конуса с сужением к дугообразной рабочей поверхности лопатки. Во всех вариантах исполнения лопатки на боковой поверхности ступицы расположены в шахматном порядке. Технический результат данного изобретения заключается в создании ротора простой конструкции с низкой трудоемкостью ремонтного обслуживания, с надежной фиксацией лопаток ротора на боковой поверхности ступицы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ротор, включающий ступицу, расположенную во внутреннем пространстве кожуха, имеющую обтекатель и лопатки, отличающийся тем, что ступица на боковой поверхности имеет отверстия, в которых расположены основания лопаток, каждая из которых содержит дугообразную рабочую поверхность, выступающую за пределы ступицы, образуя канал, при этом основание лопатки имеет кольцевой выступ и отверстие, имеющее форму усеченного конуса с сужением к дугообразной рабочей поверхности лопатки.

2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что лопатки на боковой поверхности ступицы расположены в шахматном порядке.

3. Ротор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что суммарная площадь сечения отверстия каждого основания лопатки в области дугообразной рабочей поверхности меньше площади круглой поверхности ступицы ротора.

4. Ротор, включающий ступицу, расположенную во внутреннем пространстве кожуха, имеющую обтекатель и лопатки, отличающийся тем, что лопатки, выполненные за одно целое со ступицей, имеют дугообразную рабочую поверхность, выступающую за пределы ступицы, которая на боковой поверхности содержит отверстия, имеющие форму усеченного конуса с сужением к дугообразной рабочей поверхности лопатки.

5. Ротор по п. 4, отличающийся тем, что лопатки на боковой поверхности ступицы расположены в шахматном порядке.

6. Ротор по п. 4 или 5, отличающийся тем, что суммарная площадь сечения отверстий на боковой поверхности ступицы в области дугообразной рабочей поверхности лопатки меньше площади круглой поверхности ступицы ротора.