РЕВЕРСИВНАЯ РАДИАЛЬНАЯ ТУРБИНА РОМАНОВА

Полезная модель относится к теплоэнергетике, турбостроению и двигателестроению и может быть использована для любых стационарных и мобильных объектов в качестве энергетической установки для привода механизмов, использующих непосредственно механическую энергию вращения и требующих реверсирования выходного вала.
В известных осевых лопаточных газовых и паровых турбинах, реализующих необъемное расширение, реверс выходного вала турбины обеспечивается или только двухъярусным облопачиванием ротора и статора турбины одной из ступеней переднего хода, обеспечивающих движение потока рабочего тела по одному из двух коаксиальных протоков с изменением вращения выходного вала турбины на противоположное или с использованием отдельного реверс-редуктора.
Двухъярусное облопачивание турбин и применение отдельных реверс-редукторов значительно усложняют их конструкцию, ухудшают массогабаритные характеристики и повышают стоимость их изготовления.
Известна центробежная радиальная турбина реактивно-импульсного ступенчатого объемного расширения (ТРИСОР), содержащая два зеркально-идентичных блока кольцевых цилиндров с перепускными каналами и концентрично установленный между ними общий для двух проточных частей ротор, образованный двумя зеркально-идентичными поверхностями с кольцевыми цилиндрами и с перепускными каналами, впускные окна, выполненные в центральной части блоков, выпускные окна, выполненные на периферии, и непосредственно сообщающиеся с конденсаторами воздушного или жидкостного охлаждения, выполненными в блоках (Патент на полезную модель №125624 - прототип).
В известной турбине объемного расширения может осуществляться только центробежное расширение с движением рабочего тела по проточной части в одном направлении от центра к периферии, при этом, ротор и вал турбины вращаются только в одну сторону.
Кроме того, в известной турбине перепускные каналы ротора выполнены с двух сторон симметрично, при этом их сообщение с окнами блоков происходит одновременно при большом угле поворота ротора и рабочие импульсы при запуске и рабочем режиме создаются одновременно.
Запуск турбины осуществляется отдельным источником механической энергии вращения.
Техническими задачами при создании полезной модели реверсивной турбины реактивно-импульсного объемного расширения являлись - обеспечение ее реверсивности, обеспечение запуска турбины при меньшем угле поворота ротора и без использования при реверсе и после остановки для предпускового импульсного поворота ротора отдельного источника механической энергии.
Задача обеспечения реверсивности выходного вала турбины решена тем, что турбина, содержащая два зеркально-идентичных блока кольцевых цилиндров с перепускными каналами и концентрично установленный между ними общий для двух проточных частей ротор с перепускными каналами, окна, расположенные на периферии и в центральной части турбины она содержит распределительное устройство, обеспечивающее изменение подачи рабочего тела в проточную часть турбины на противоположное.
При впуске распределительным устройством (РУ) рабочего тела в проточную часть турбины через окна, выполненные на периферии, и выпуске через окна, расположенные в центре, при этом обеспечивается работа турбины в центростремительном режиме.
При реверсе ротора впуск рабочего тела в проточную часть турбины через окна, выполненные в центре, а выпуск через окна, выполненные на периферии, обеспечивается работа турбины в центробежном режиме.
Задача пуска турбины при меньшем угле поворота ротора решена тем, что турбина содержит ротор, выполненный из двух зеркально идентичных полуроторов, смещенных в окружном направлении относительно друг друга на угол, исключающий одновременное сообщение их перепускных каналов с окнами блоков.
Ротор, выполненный со смещенными полуроторами, обеспечивает пуск турбины при сообщении перепускных каналов одного из его полуроторов с окнами соответствующего блока, т.е. при меньшем в 2 раза угле его поворота.
Для обеспечения максимальной эффективности создания крутящего момента при центробежном и центростремительном расширении рабочего тела перепускные каналы ротора и блоков без тонкостенных лопаток и с ними выполняются с постоянной площадью их проходного сечения.
Кроме того, для повышения эффективности заполнения перепускных каналов ротора при центростремительном расширении рабочего тела периферийные окна блоков могут быть выполнены с большей окружной длиной, чем центральные, но исключающей их сообщение через перепускные каналы ротора с перепускными каналами блоков.
Задача запуска турбины без отдельного источника механической энергии и обеспечения ее реверсирования за счет рекуперации кинетической энергии торможения ротора при его остановке решена тем, что она снабжена рекуператором механической энергии, например, выполненным в виде плоской многовитковой пружины с тормозным устройством.
При использовании в реверсивной турбине в качестве рабочего тела пара, она снабжается отдельным конденсатором воздушного или жидкостного охлаждения, при этом, РУ обеспечивает так же синхронное подключение конденсатора к окнам, через которые осуществляется выпуск отработавшего пара.
В качестве РУ может быть использовано любое из известных распределительных устройств, например, золотниковое, обеспечивающее описанное выше функционирование.
Окна блоков могут быть выполнены в цилиндрических стенках блоков, обеспечивая радиальный впуск в проточную часть рабочего тела и выпуск, или на торцевых стенках блоков, обеспечивая осевой впуск и выпуск, или радиально-осевой впуск и выпуск.
Подача рабочего тела к окнам и выпуск из них может осуществляться через кольцевые коллекторы, выполненные внутри блоков или снаружи на торцевых стенках.
Запуск и реверс турбины в зависимости от мощности может осуществляться ручным кикстартером, электростартером, рекуператором механической энергии или, при использовании РТОР для привода турбоэлектрогенератора (ТЭГ) непосредственно электрогенератором, работающим в режиме электродвигателя.
На фиг.1 изображен общий вид реверсивной турбины в сборе; на фиг.2 разнесенный вид турбины; на фиг.3 - местный разрез турбины в сборе; на фиг.4 - разрез А-А.
Реверсивная турбина фиг.1, 2 содержит блоки 1 и 2 и установленный между ними ротор, выполненный из 2-х смещенных относительно друг друга полуроторов 3 и 4. В каждом блоке выполнены окна 5 в центральной части и окна 6 на периферии.
Работа реверсивной турбины осуществляется образом.
Для запуска и работы турбины в центробежном режиме рабочее тело подается распределительным устройством (РУ) через окна 5 выполненные в центральной части, а выпуск осуществляется через окна 6 выполненные на периферии.
За тем, ротор турбины с помощью механической энергии накопленной рекуператором или с помощью механического или электростартера импульсно проворачивается на небольшой угол, обеспечивающий заполнение рабочим телом его перепускных каналов первой ступени и при дальнейшем вращении совпадение их с перепускными каналами блоков, после чего появляются первые реактивные импульсы и крутящий момент.
Для остановки турбины распределительным устройством перекрывается подача рабочего тела в окна 5 и одновременно (при наличии) включается механический рекуператор, запасающий энергию торможения для следующего пуска.
Для запуска и работы турбины в центростремительном режиме рабочее тело РУ подается через окна 6, выполненные на периферии, а выпуск осуществляется через окна 5 выполненные в центральной части.
Все известные осевые и радиальные турбины необъемного расширения, использующие кинетическую энергию потока рабочего тела, вращаются только в одну сторону и обеспечивают реверс выходного вала только при использовании дополнительных реверсивных устройств.
Запуск и выход на рабочий режим известных турбин обеспечивается лишь с использованием отдельных пусковых или валоповоротных устройств и с предварительной раскруткой ротора до значительных по величине оборотов.
Реверсивная турбина объемного расширения обеспечивает реверс выходного вала только изменением направления вращения ее ротора и запуск при незначительном угле импульсного поворота вала пусковым устройством или за счет энергии запасенной при ее остановке.
В отличие от известных реверсивных турбин, снабженных реверс-редукторами, реверсивная турбина объемного расширения характеризуется улучшенными удельными габаритно-массовыми характеристиками, что значительно сократит площади для ее установки в машинных залах при использовании в составе энергетических установок большой мощности и более низкой стоимостью ее изготовления.
Турбина может быть использована в качестве источника механической энергии с использованием в качестве рабочего тела сжатого газа, например, воздуха для привода различного пневмоинструмента или мобильных транспортных средств с обеспечением реверса.
Тяговая и скоростная характеристики РТОР аналогичны характеристикам электродвигателя и сохраняются при изменении мощности в широком диапазоне, что не обеспечивается в электродвигателях, работающих с однодиапозонной мощностью.