Реактивная гидротурбина
REACTIVE HYDROTURBINE

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к гидротурбинным установкам.
Известна реактивная турбина, содержащая ротор с каналами подвода рабочего тела к соплам (патент РФ №2193669, МПК F01D 1/32, опубл. 27.11.2002 г.).
Известна реактивная турбина (патент РФ №148863, МПК F01D 1/32, опубл. 20.12. 2014 г.), состоящая из корпуса, направляющих сопел, ротора, состоящего из вала, на котором жестко установлены не менее двух дисков, центральной втулки и рабочих лопаток, установленных между дисками, обеспечивая при этом наличие пространства между дисками, центральной втулкой и внутренними кромками рабочих лопаток, причем сопла направлены в это пространство.
Недостатком является низкая энергетическая эффективность.
Известна реактивная турбина (патент РФ №156376, МПК F01D 1/32, опубл. 10.11.2015 г.), содержащая вал и установленное на валу турбинное колесо с соплами, размещенными в плоскости вращения вала, причем выходной участок каждого сопла ограничен выходным срезом, сопла установлены между двумя соосными валу дисками и прикрыты по периферии бандажной полкой, а на сегментах турбинного колеса, следующих по ходу потока газа за выходными срезами сопел, в периферийной части по меньшей мере одного из указанных дисков выполнены сквозные прорези.
Недостатком является низкая энергетическая эффективность реактивной роторной турбины.
Технической задачей изобретения является создание энергетически эффективной реактивной турбины.
Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности реактивной гидротурбины за счет снижения внутреннего сопротивления прохождению жидкости к форсункам, за счет многократного использования рабочей жидкости за один цикл и при помощи повышения КПД гидротурбины за счет эффекта сифона, возникающего при достижении гидротурбиной рабочей скорости вращения.
Технический результат достигается тем, что реактивная гидротурбина состоит из нижнего корпуса, который соединен с верхним корпусом, трубовала, закрепленного на нижнем корпусе, причем внутри трубовала запрессована медная труба с геликоидной нарезкой, развальцованная по его торцам, в верхней части трубовала неподвижно закреплена щелевая форсунка, выполненная в форме цилиндра с прямоугольными щелями в верхней части боковой поверхности цилиндра; гидравлический коллектор, выполненный в виде герметичной камеры с форсунками и лопатками первой турбины, при этом трубы, питающие форсунки, форсунки и лопатки турбины ротора образуют вторую турбину, а гидравлический коллектор с валом отбора мощности, вал,  конусная поверхность ротора, вторая турбина блока форсунок образуют ротор турбины, причем трубы, предназначенные для подвода и отвода жидкости, выполнены с геликоидной нарезкой и закреплены на конусной поверхности ротора по ходу вращения ротора турбины; форсунки второй турбины закреплены в блоке форсунок с возможностью вращения вместе с ротором турбины.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведено устройство в разрезе.
На чертеже обозначены следующие элементы:
1 - нижний корпус;
2 - верхний корпус;
3 - трубовал;
4 - медная труба с геликоидной нарезкой;
5 - вал;
6 - трубы, питающие форсунки;
7 - щелевая форсунка;
8 - гидравлический коллектор с валом отбора мощности;
9 - лопатки гидравлического коллектора (первая турбина);
10 - упорная шайба подшипника;
11 - верхний подшипник;
12 - нижний подшипник;
13 - форсунки второй турбины;
14 - вторая турбина;
15 - штуцер отвода жидкости;
16 - швеллер для крепления трубовала;
17 - фланец крепления нижнего корпуса;
18 - фланец крепления верхнего корпуса;
19 - конусная поверхность ротора;
20 - подшипник вала отбора мощности;
21 - нижняя плита крепления второй турбины;
22 - лопатки второй турбины
23 - конусная вставка крепления направляющих ротора;
24 - верхняя плита крепления второй турбины;
25 - скоба крепления геликоидных трубок к конусной поверхности ротора.
Реактивная гидротурбина состоит из нижнего корпуса 1, который соединен с верхним корпусом 2 при помощи фланцев 17 и 18. Трубовал 3 закреплен на нижнем корпусе 1 при помощи швеллера для крепления трубовала 16, внутри трубовала 3 запрессована медная труба с геликоидной нарезкой 4, развальцованная по торцам трубовала 3. На валу 5 смонтирован ротор турбины, состоящий из гидравлического коллектора с валом отбора мощности 8 (внутри гидравлического коллектора закреплены лопатки гидравлического коллектора первой турбины 9), труб, питающих форсунки 6 (трубы на конусной поверхности ротора закреплены при помощи скоб 25), конусной вставки крепления направляющих ротора 23, конусной поверхности ротора 19, нижней плиты крепления второй турбины 21, лопаток второй турбины 22, форсунок второй турбины 12, верхней плиты крепления второй турбины 24. Верхний подшипник 11 зафиксирован при помощи упорной шайбы подшипника 10, нижний подшипник 12 упирается в выступ трубовала 3. В верхней части трубовала 3 неподвижно закреплена щелевая форсунка 7 (она же является затягивающей гайкой для упорной шайбы подшипника 10), выполненная в форме цилиндра с прямоугольными щелями в верхней части боковой поверхности цилиндра, совместно с лопатками турбины гидравлического коллектора 9 образует первую турбину. Вторая турбина 14 состоит из форсунок 13, лопаток второй турбины 22, верхней плиты крепления второй турбины 24, нижней плиты крепления второй турбины 21. Подшипник вала отбора мощности 20 служит для герметизации внутреннего объема турбины от внешней среды.
Устройство работает следующим образом.
Рабочая жидкость подается под давлением в трубовал 3, проходя сквозь медную трубу с геликоидной нарезкой 4, жидкость поступает во внутреннюю полость щелевой форсунки 7. Проходя сквозь щели щелевой форсунки 7, скорость потока жидкости увеличивается за счет разности в поперечном сечении медной трубы с геликоидной нарезкой 4 и суммарного поперечного сечения щелей форсунки. Медная труба с геликоидной нарезкой 4 трубовала 3 значительно уменьшает потери на трение. Поток жидкости из щелевой форсунки 7 ударяет в лопатки 9 турбины гидравлического коллектора (первая турбина), заставляя гидравлический коллектор 8 вращаться вокруг трубовала 3. Жидкость стекает по лопаткам 9 турбины вниз и попадает в трубы, питающие форсунки 6. Трубы закреплены по конусной поверхности ротора, представляют собой расходящеюся спираль и на жидкость, находящуюся внутри труб, действует центробежная сила, которая тем больше, чем быстрей вращается ротор турбины. Столб жидкости в трубах, питающих форсунки 6, за счет центробежной силы создает давление в форсунках 13, которые своими потоками давят на лопатки турбины ротора 22 (вторая турбина), сообщая последним дополнительное ускорение. При достижении ротором турбины рабочей скорости вращения расход жидкости через трубы, питающие форсунки 6 (за счет увеличения скорости движения жидкости), станет больше, чем подача жидкости в гидравлический коллектор 8, что приведет к возникновению эффекта сифона внутри гидравлического коллектора и увеличению КПД первой турбины. Жидкость, пройдя по лопаткам турбины ротора 22, центробежной силой отбрасывает на стенки верхнего корпуса 2. По стенкам верхнего корпуса 2 рабочая жидкость стекает вниз во внутреннюю полость нижнего корпуса 1, после чего утилизируется через штуцер отвода жидкости 15.