Способ преобразования тепловой энергии в механическую (варианты), устройство с гидропаровой турбиной для его осуществления (варианты) и гидропаровая турбина

1. Способ преобразования тепловой энергии в механическую работу (по варианту 1), включающий в рабочем режиме подачу сконденсированного жидкого рабочего тела на вход полого вала гидропаровой турбины, его вскипание и расширение с переходом в состояние влажного пара и совершением механической работы по раскручиванию гидропаровой турбины и конденсацию рабочего тела из состояния влажного пара, отличающийся тем, что вначале происходит преобразование энтальпии жидкого рабочего тела в его кинетическую энергию путем его подачи в первую, реактивную, ступень гидропаровой турбины, а затем рабочее тело поступает во вторую, активную, ступень гидропаровой турбины, которая и совершает полезную механическую работу, далее адиабатным сжатием совместно с жидкой, неиспарившейся частью рабочего тела, конденсируют образовавшийся влажный пар до понижения его объемного паросодержания до значения менее чем 50% и образования пузырьковой структуры рабочего тела, и после этого производят его сжатие в поле центробежных сил до полной конденсации паровой фазы рабочего тела и его последующий нагрев до рабочей температуры от внешнего источника тепла.
2. Устройство преобразования тепловой энергии в механическую (по варианту 1), содержащее систему управления, теплообменник, связанный с входом полого вала гидропаровой турбины, размещенной в теплоизолированном корпусе, которая валом отбора мощности связанна с потребителем механической энергии, теплоизолированный корпус связан с входом компрессора, выход которого связан с теплообменником, отличающееся тем, что гидропаровая турбина выполнена двухступенчой, со ступенями, расположенными соосно, причем первая, реактивная, ступень гидропаровой турбины с соплами Лаваля, а вторая, активная, ступень гидропаровой турбины, связана валом отбора мощности с потребителем механической энергии, нижняя часть теплоизолированного корпуса совмещена с входом компрессора, который выполнен с возможностью адиабатного сжатия рабочего тела, находящегося в состоянии влажного пара с созданием его пузырьковой структуры и выход которого, связан с входом центробежного компрессора, выход которого, связан с входом теплообменника, выход которого связан с входом гидропаровой турбины.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что потребителем механической энергии является электрогенератор и приводные валы компрессора.
4. Способ преобразования тепловой энергии в механическую работу (по варианту 2), включающий в рабочем режиме подачу сконденсированного жидкого рабочего тела на вход полого вала гидропаровой турбины, его вскипание и расширение с переходом в состояние влажного пара и совершением механической работы по раскручиванию гидропаровой турбины и конденсацию рабочего тела из состояния влажного пара отличающийся тем, что вначале происходит преобразование энтальпии жидкого рабочего тела в его кинетическую энергию путем его подачи в первую, реактивную, ступень гидропаровой турбины, затем рабочее тело поступает во вторую, активную, ступень гидропаровой турбины, которая и совершает полезную механическую работу, далее адиабатным сжатием совместно с жидкой, неиспарившейся частью рабочего тела и с дополнительно дозировано испарившейся в испарителе паровой частью, конденсируют образовавшийся влажный пар, паросодержание которого меньше критического и понижают его объемное паросодержание до значения менее чем 50%, с образованием пузырьковой структуры, и после этого производят его сжатие в поле центробежных сил, до полной конденсации паровой фазы рабочего тела, причем дозированное количество рабочего тела испаряемого в испарителе за счет тепла от внешнего источника подбирают таким образом, что бы при его испарении поглощалось количество тепловой энергии не превышающее работы, фактически выполненной первой, реактивной ступенью турбины.
5. Устройство преобразования тепловой энергии в механическую (по варианту 2), содержащее систему управления, гидропаровую турбину, которая валом отбора мощности связанна с потребителем механической энергии и размещенную в теплоизолированном корпусе, нижняя часть которого одновременно является сборником жидкого рабочего тела и связана с входом испарителя жидкого рабочего тела, выход которого связан с входом компрессора, который также связан с внутренней частью теплоизолированный корпуса, в котором размещена, гидропаровая турбина, а выход которого связан через устройство полной конденсации с входом полого вала гидропаровой турбины отличающееся тем, что гидропаровая турбина выполнена двуступенчатой, со ступенями, расположенными соосно, причем первая, реактивная, ступень гидропаровой турбины с соплами Лаваля, а вторая, активная, ступень гидропаровой турбины связана валом отбора мощности с потребителем механической энергии, часть теплоизолированного корпуса совмещена с входом компрессора, который выполнен с возможностью адиабатного сжатия рабочего тела, находящегося в состоянии влажного пара с созданием его пузырьковой структуры, который так же, связан и с выходом испарителя, вход которого через дозатор, связан со сборником жидкого рабочего тела теплоизолированного корпуса, а выход компрессора связан с входом устройства полной конденсации, функцию которого выполняет центробежный компрессор.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что потребителем механической энергии является приводные валы компрессора.
7. Гидропаровая турбина, состоящая из нескольких соосных ступеней, первая, реактивная, ступень гидропаровой турбины выполнена с входом полого вала для рабочего тела в ротор, выполненный в виде диска с по меньшей мере двумя спиральными каналами подвода рабочего тела к соплам турбины, одна из ступеней гидропаровой турбины связана валом отбора мощности с потребителем механической энергии, отличающаяся, тем, что только вторая, активная, ступень гидропаровой турбины, связана валом отбора мощности с потребителем механической энергии, а первая, реактивная, ступень гидропаровой турбины выполнена со спиральными каналами и с соплами Лаваля, минимальное сечение которых с примыкающими к нему участками выполнено прямоугольной формы с гофрированными сторонами, причем соотношение сторон не менее чем 2:1, кроме того, ось минимального сечения сопла Лаваля совпадает с касательной к окружности вращения его геометрического центра относительно оси ротора, а степень сужения спирального канала и его изгиб обеспечивают выполнение следующего условия
,
n
где V - скорость движения рабочего тела относительно стенок спирального канала в произвольной точке n, расположенной на оси спирального канала;
w - угловая скорость вращения ротора первой ступени гидропаровой турбины;
n
R - радиус вращения произвольной точки n на оси спирального канала;
αn - угол между касательной к окружности вращения точки n и касательной к дуге оси спирального канала в этой точке.
8. Гидропаровая турбина по п. 7, отличающаяся тем, что гофрированные стороны прямоугольника минимального сечения сопла Лаваля с примыкающими к нему участками выполнены с треугольными гофрами.
9. Гидропаровая турбина по п. 7, отличающаяся тем, что гофрированные стороны прямоугольника минимального сечения сопла Лаваля с примыкающими к нему участками выполнены с четырехугольными гофрами.
10. Гидропаровая турбина по п. 7, отличающаяся тем, что оси спиральных каналов первой, реактивной, ступени гидропаровой турбины имеют форму логарифмической спирали.