СИЛОВАЯ РОТОРНАЯ ТУРБИНА

Полезная модель относится к энергетическому и транспортному машиностроению.
Известна реактивная турбина марки ТКР1207 для турбо наддува дизельного двигателя, выпускаемая производственным объединением «Минский моторный завод», состоящая из корпуса, вала на подшипниках, жестко связанного с валом турбинного и насосного колеса. Недостатками этой турбины являются: потери энергии при закручивании газовой струи по спирали от периферии к центру и закручиванию потока по кругу в центре корпуса турбины, потери энергии от утечек потока из межлопаточных каналов для прохода газа в зазор между рабочим колесом и ограничивающей стенкой корпуса турбины.
Известна реактивная турбина патент РФ №2034160, опубликовано 30.04.1995, МПК F01D 1/32. Турбина содержит рабочее колесо с каналами, имеющими входной и выходной участки и сопловой аппарат. Каналы выполнены в виде цилиндрических отверстий с осями, параллельными оси рабочего колеса и входными участками, расположенными тангенциально поверхности канала и рабочему колесу, причем выходные участки каналов также тангенциальные рабочему колесу. Эта турбина имеет следующие недостатки: потери энергии при движении рабочего тела по цилиндрическим каналам, не совершая при этом полезной работы, потери энергии при многократном перенаправлении потоков рабочего тела.
Технической задачей полезной модели является - создание энергетически эффективной силовой роторной турбины с большим крутящим моментом и широким диапазоном применения.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении энергетической эффективности силовой роторной турбины за счет увеличения степени срабатывания энергетического перепада рабочего тела, снижения потерь энергии с выходной скоростью и внутренних потерь в турбине.
Указанный технический результат достигается тем, что силовая роторная турбина состоит из статора, направляющего сопла и ротора. Ротор содержит вал на подшипниках, на котором жестко установлено не менее двух дисков, центральная втулка, зажатая между дисками и рабочие лопатки. Лопатки закреплены между дисками так, что наружные и внутренние кромки рабочих лопаток параллельны оси вращения вала ротора, а боковые кромки лопаток, прилегающие к дискам, тангенциально направлены на окружность центральной втулки. Рабочие лопатки обеспечивают при этом наличие зазора между внутренними кромками лопаток и центральной втулкой. Сопло направлено тангенциально ротору на рабочие лопатки ротора и в пространство между центральной втулкой, внутренними кромками рабочих лопаток и дисками. Выпускные патрубки совмещены со статором турбины и в зависимости от ее назначения имеют различные варианты конфигурации выходных каналов.
Универсальная силовая роторная турбина общего назначения, имеет полуцилиндрическую конфигурацию выпускного патрубка, концентричную ротору турбины.
Паровая и газовая силовая роторная турбина, с отбором пара или тепла, имеет прямоточную конфигурацию выпускного патрубка. Впускные и выпускные каналы находятся на одном векторе направления потока.
Паровая и гидравлическая, силовая роторная турбина, с противодавлением, имеет эксцентрическую конфигурацию выпускного патрубка по отношению к ротору турбины с возрастающим сечением к концу выпуска.
Газотурбинный двигатель с силовой роторной турбиной для мобильных машин, имеет двухступенчатую систему выпуска с повторным возвратом потока на лопатки турбины через объемную полость в статоре турбины полуовальной конфигурации по отношению к ротору турбины.
Описание сущности силовой роторной турбины поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена силовая роторная турбина - универсальная. На фиг. 2 - паровая и газовая турбина с отбором пара или тепла. На фиг. 3 - паровая и гидротурбина с противодавлением. На фиг. 4 - силовая турбина газотурбинного двигателя для мобильных машин.
Силовая роторная турбина - универсальная фиг. 1 содержит статор 1, ротор 2, направляющие сопло 7, выпускной патрубок 8. Ротор 2 состоит из вала 3 на подшипниках, и двух дисков 4, между ними зажата центральная втулка 5 и закреплены рабочие лопатки 6. Лопатки прикреплены к дискам 4 так, что наружные и внутренние кромки рабочих лопаток 6 параллельны оси вращения вала 3 ротора 2. Боковые кромки лопаток 6, прилегающие к дискам 4, тангенциально направлены на окружность центральной втулки 5. Рабочие лопатки 6 обеспечивают при этом наличие зазора АА между центральной втулкой 5 и внутренними кромками лопаток 6. Сопло 7 направлено тангенциально ротору 2 на лопатки 6 и в пространство АА между центральной втулкой 5, внутренними кромками рабочих лопаток 6 и дисками 4. Выпускной патрубок 8 имеет полуцилиндрическую конфигурацию, концентричную ротору 2 турбины.
Силовая роторная турбина - паровая; газовая с отбором пара или тепла, фиг. 2 имеет прямоточную конфигурацию выпускного патрубка 8. Впускные 7 и выпускные 8 каналы находятся на одном векторе направления потока.
Силовая роторная турбина - паровая; гидравлическая с противодавлением, фиг. 3 имеет эксцентрическую конфигурацию выпускного патрубка 8 по отношению к ротору 2 турбины с возрастающим сечением к концу выпуска.
Силовая роторная турбина газотурбинного двигателя фиг. 4 для мобильных машин, имеет двухступенчатую систему выпуска с повторным возвратом потока на рабочие лопатки 6 ротора 2 через объемную полость 9 в статоре 1 турбины, полуовальной конфигурации по отношению к ротору 2 турбины.
Силовая роторная турбина - универсальная, фиг. 1 работает следующим образом. Струя рабочего тела из генератора потока направляется через сопло 7 в ротор 2. Часть струи из сопла 7 проходит прямо между рабочих лопаток 6 и центральной втулкой 5 (на чертеже показано нижними стрелками).
Обтекая цилиндрическую поверхность центральной втулки 5 и под действием противодавления, возникающего в выпускном патрубке 8, поток изгибается и веером направляется на рабочие лопатки 6 внутри ротора 2, совершая полезную работу. Полезную работу выполняет, и другая часть струи, выходящая из сопла 7, попадая на рабочие лопатки 6 на входе в ротор 2 (на чертеже показано верхними стрелками). Отражаясь от рабочих лопаток 6, часть этой струи изменяет направление и под острым углом сливается с потоком, движущимся из сопла 7 прямо. Остальная часть струи верхнего потока совершает полезную работу, двигаясь в межлопаточной полости ротора 2, усиливаясь потоком утечки в зазор между статором 1 и ротором 2 турбины и потоком, движущимся внутри ротора 2 (потоки, совершающие полезную работу, на чертеже показаны стрелками). Полезную работу также совершает поток, ускоряющийся в выпускном патрубке 8 и поток, движущийся внутри ротора. Чтобы найти энергетическое равновесие, потоки перетекают один в другой через рабочие лопатки 6 ротора 2, выполняя полезную работу до полного их выхода из выхлопного патрубка.
Принцип работы силовой роторной турбины - паровой; газовой с отбором пара или тепла, фиг. 2 характеризующийся тем, что срабатывается только прямоточная часть потока, а оставшаяся энергия предназначена другим потребителям.
Принцип работы силовой роторной турбины - паровой; гидравлической с противодавлением, фиг. 3 характеризующийся тем, что эксцентрическая конфигурация выпускного патрубка 8 создает противодавление в проточной части турбины. Это приводит к закручиванию силового потока внутри ротора 2 в сторону вращения ротора и увеличению энергии воздействия на рабочие лопатки 6 изнутри ротора 2 до полного выхода потока из патрубка 8.
Принцип работы силовой роторной турбины газотурбинного двигателя фиг. 4 для мобильных машин, характеризующийся тем, что имеет двухступенчатую систему выпуска. Отработанный в первой ступени высоконапорный поток направляется в объемную расширительную полость 9. На ее внутренней поверхности формируется и ускоряется низконапорный поток второй ступени и направляется повторно на рабочие лопатки 6 вовнутрь ротора 2, совершая полезную работу входя в ротор 2, выходя из него и по пути между входом и выходом.
Новизна полезной модели состоит в том, что рабочие лопатки тангенциально направлены на центральную втулку ротора, обеспечивая при этом зазор между внутренними кромками лопаток и центральной втулкой, позволяя тем самым, силовому потоку тангенциально входить вовнутрь ротора, минуя статор и двигаться в роторе между внутренними кромками рабочих лопаток, центральной втулкой и дисками, совершая полезную работу на рабочих лопатках не только на входе, но и внутри и снаружи ротора, от входа потока, до его выхода из турбины, сокращая потери энергии в статоре турбины.
Заявляемая силовая роторная турбина позволяет:
- повысить степень срабатывания энергетического перепада за счет наиболее полного срабатывания струи рабочего тела в одном роторе одной турбины;
- сократить потери энергии с выходной скоростью, понизив ее до рассеянного потока.
- сократить внутренние потери в турбине за счет срабатывания основной части рабочего тела внутри ротора;
- получить высокоэффективную силовую роторную турбину с большим крутящим моментом.
Заявляемая турбина проста, технологична, менее металлоемка и более компактна, при наличии компрессора и камеры сгорания может использоваться как газотурбинный двигатель, может эффективно применяться как силовая гидравлическая, паровая и ветровая турбина, а так же как силовой гидравлический и пневматический привод.