Паро- або газогідравлічна турбіна

Реферат: UA 85935 U UA 85935 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до енергомашинобудування, а саме до паро- або газогідравлічних турбін. Відомі паро- або газогідравлічні турбіни, що містять корпус, розташований у ньому з можливістю обертання ротор з елементами, які перетворюють кінетичну й потенціальну енергію суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах, у кінетичну енергію обертання ротора, канал для підведення основного робочого тіла у вигляді пари або газу, апарат, що направляє для подачі пари або газу на зазначені елементи, ємність із допоміжним рідким робочим тілом, пристрій для подачі допоміжного рідкого робочого тіла й змішування основного робочого тіла у вигляді пари або газу з допоміжним рідким робочим тілом, канали для відводу відпрацьованої пари або газу (Авторське посвідчення СРСР №46583 кл. F 01 K 25/06, 1936: Патент РФ №2079728 кл. F 01 K 25/06, 1997). У відомих паро- або газогідравлічних турбінах змішування основного робочого тіла у вигляді пари або газу з допоміжним рідким робочим тілом здійснюють поза ротором турбіни за допомогою інжекторних струминних апаратів, а вже отриману суміш уводять у взаємодію з елементами для перетворення кінетичної й потенціальної енергії суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах, у кінетичну енергію обертання ротора. Це приводить до значних втрат енергії на удар внаслідок великої різниці між швидкістю основного робочого тіла у вигляді пари або газу й швидкістю допоміжного рідкого робочого тіла в зоні змішування інжекторного струминного апарата, крім того весь обсяг допоміжного рідкого робочого тіла в процесі роботи турбіни виходить із контакту з елементами, які перетворюють кінетичну енергію суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах у кінетичну енергію обертання ротора й скидається в ємність для допоміжного рідкого робочого тіла, звідки воно знову всмоктується за допомогою інжекторного струминного апарата й знову подається на перетворюючі елементи, при цьому потрібні додаткові витрати енергії для підйому допоміжного рідкого робочого тіла з ємності до сопла. Все це спричиняє відносно низький коефіцієнт корисної дії відомих паро- або газогідравлічних турбін. В основу корисної моделі поставлена задача створити паро- або газогідравлічну турбіну, у якій вона оснащена щонайменше однією кільцевою порожниною обмеженою щонайменше тільки з двох торцевих сторін і однієї периферійної сторони щонайменше тільки стінками, утвореними щонайменше тільки елементами ротора й принаймні елементами ротора, щонайменше одним напрямним елементом по меншій мері одного напрямного апарата й елементами корпуса турбіни, у якій виконана щонайменше одна кільцева щілина з боку осі обертання ротора, частково заповненої допоміжним рідким робочим тілом, з розташованими в ній елементами ротора для перетворення кінетичної й потенціальної енергії суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах, у кінетичну енергію обертання ротора, виконаними у вигляді елементів тертя й (або) елементів гідравлічного опору, що утворюють структуру проникну для обох робочих тіл, які встановлені із зазором щонайменше з одним напрямним елементом щонайменше одного напрямного апарата, встановленого з боку осі обертання ротора, причому канал для відводу відпрацьованої пари або газу виконаний у вигляді частини площі кільцевої щілини в стінках кільцевої порожнини, вільної щонайменше від одного напрямного елемента щонайменше одного напрямного апарата й принаймні оснащена щонайменше одним напрямним елементом щонайменше одного напрямного апарата, розташованим щонайменше на частині периферійних поверхонь стінок щонайменше однієї кільцевої порожнини, і принаймні на всіх поверхнях стінок щонайменше однієї кільцевої порожнини. В основу корисної моделі як варіант також поставлено задачу створити паро- або газогідравлічну турбіну, у якій пристрій для подачі щонайменше в одну кільцеву порожнину ротора допоміжного рідкого робочого тіла виконано у вигляді щонайменше одного інжекторного струминного апарата. В основу корисної моделі як варіант також поставлено задачу створити паро- або газогідравлічну турбіну, у якій пристрій для подачі щонайменше в одну кільцеву порожнину ротора допоміжного рідкого робочого тіла виконано у вигляді щонайменше одного відцентрового насоса, убудованого в ротор. В основу корисної моделі як варіант також поставлено задачу створити паро- або газогідравлічну турбіну, у якій ємність для допоміжного рідкого робочого тіла виконана в роторі турбіни й зв'язана щонайменше з однією кільцевою порожниною. В основу корисної моделі як варіант також поставлено задачу створити паро- або газогідравлічну турбіну, у якій ємність для допоміжного рідкого робочого тіла сполучена щонайменше з однією кільцевою порожниною. 1 UA 85935 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішується тим, що містить корпус, розташований у ньому з можливістю обертання ротор з елементами, що перетворюють кінетичну й потенціальну енергії суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах у кінетичну енергію обертання ротора, канали для підведення пари або газу до напрямного апарата, канали для відводу відпрацьованої пари або газу, апарат, що направляє, для подачі основного робочого тіла у вигляді пари або газу на зазначені елементи, ємність із допоміжним рідким робочим тілом, пристрій для подачі допоміжного рідкого робочого тіла й змішування основного робочого тіла у вигляді пари або газу з допоміжним рідким робочим тілом, причому вона оснащена щонайменше однією кільцевою порожниною, обмеженою щонайменше тільки з двох торцевих сторін і однієї периферійної сторони щонайменше тільки стінками, утвореними щонайменше тільки елементами ротора й принаймні елементами ротора щонайменше одним напрямним елементом щонайменше одного напрямного апарата й елементами корпуса турбіни, у якій виконана щонайменше, одна кільцева щілина з боку осі обертання ротора, частково заповненої допоміжним рідким робочим тілом, з розташованими в ній елементами ротора для перетворення кінетичної й потенціальної енергії суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах, у кінетичну енергію обертання ротора, виконаними у вигляді елементів тертя й (або) елементів гідравлічного опору, що утворюють структуру проникну для обох робочих тіл, які встановлені із зазором щонайменше з одним напрямним елементом щонайменше одного напрямного апарата, встановленого з боку осі обертання ротора, причому канал для відводу відпрацьованої пари або газу виконаний у вигляді частини площі кільцевої щілини в стінках кільцевої порожнини, вільної щонайменше від одного напрямного елемента щонайменше одного напрямного апарата й принаймні оснащено щонайменше одним напрямним елементом щонайменше одного напрямного апарата, розташованим щонайменше на частині периферійних поверхонь стінок щонайменше, однієї кільцевої порожнини, і, принаймні, на всіх поверхнях стінок, щонайменше однієї кільцевої порожнини, що дозволило б забезпечити в процесі роботи турбіни постійне знаходження в кільцевій порожнині певного обсягу допоміжного рідкого робочого тіла, зменшити втрати енергії на удар за рахунок зменшення різниці швидкостей основних і допоміжного робочих тіл у процесі змішування й за рахунок цього підвищити коефіцієнт корисної дії турбіни. Пристрій для подачі допоміжного рідкого робочого тіла щонайменше в одну кільцеву порожнину може бути виконано у вигляді, щонайменше, одного інжекторного струминного апарата. Пристрій для подачі допоміжного рідкого робочого тіла, щонайменше, в одну кільцеву порожнину може бути виконано у вигляді щонайменше одного відцентрового насоса, убудованого в ротор. Ємність для допоміжного рідкого робочого тіла може бути виконана в роторі турбіни й зв'язана щонайменше з однією кільцевою порожниною. Ємність для допоміжного рідкого робочого тіла може бути сполучена щонайменше з однією кільцевою порожниною. Суть корисної моделі пояснюють креслення. На фіг. 1-14 схематично зображений пристрій і конструктивні варіанти пропонованої пароабо газогідравлічної турбіни. Пропонована паро- або газогідравлічна турбіна (фіг. 1-4) містить корпус 1, розташований у ньому з можливістю обертання ротор 2 з елементами 3 для перетворення кінетичної й потенціальної енергії суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах, у кінетичну енергію обертання ротора, виконані у вигляді елементів тертя й (або) елементів гідравлічного опору, що утворюють структуру проникну для обох робочих тіл, наприклад, плоских кілець 4 (див. фіг. 1-4 і 14) і (або) циліндричних стрижнів 5 (див. фіг. 5, 11-13) закріплених у периферійній частині 6 ротора із зазорами між собою, канали 7 для підведення основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу до напрямних елементів 9 напрямного апарата 10, канали 11 для відводу відпрацьованої пари або газу, напрямний апарат 10 для подачі основного робочого тіла у вигляді пари або газу на зазначені елементи 3, ємність 12 з допоміжним рідким робочим тілом 13, пристрій для подачі допоміжного рідкого робочого тіла й змішування основного робочого тіла у вигляді пари або газу з допоміжним рідким робочим тілом у вигляді інжекторного струминного апарата 14, причому вона оснащена кільцевою порожниною 15, обмеженою двома торцевими стінками 16, 17 і периферійною стінкою 18. Між торцевими стінками 16 і 17 виконана кільцева щілина 19 з боку осі 20 обертання ротора. Ротор 2 оснащений кільцевою порожниною 15, частково заповненою допоміжним рідким робочим тілом 13, з розташованими в ній елементами 3 для перетворення кінетичної й потенціальної енергії суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах, у кінетичну енергію обертання ротора у вигляді елементів тертя 4 2 UA 85935 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 й (або) елементів гідравлічного опору 5, що утворюють структуру, проникну для обох робочих тіл, які встановлені із зазором з напрямними елементами 9 напрямного апарата 10. При цьому напрямні елементи 9 установлені на ділянках 21 площі 22 кільцевої щілини 19. Крім того, турбіна має ділянки 23 кільцевої щілини 19, вільні від напрямних елементів 9 напрямного апарата 10. Як варіант, турбіна (див. фіг. 5-14 оснащена кільцевою порожниною, обмеженою двома торцевими стінками 24 і 25, а також рівномірно розташованими напрямними елементами 26 одного напрямного апарата 27, установленого в периферійній області 6 кільцевої порожнини 15 із зазором з периферійною поверхнею елементів 3 ротора для перетворення кінетичної й потенціальної енергії суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах. Турбіна оснащена також двома кільцевими щілинами 19 і 28 між торцевими стінками 24 і 25, причому кільцева щілина 28 виконана в периферійній області 6 кільцевої порожнини, а кільцева щілина 19 виконана з боку осі 20 обертання ротора. Контур твірної кільцевої порожнини може мати саму різну конфігурацію, наприклад трикутну, прямокутну (див фіг. 1. 3, і 4), у вигляді трапеції, чотирикутну (див. фіг. 6), напівкруглу, півеліпсну, півовальну, параболічну, у вигляді поздовжнього перерізу сопла Лаваля (див. фіг. 5 і 12) і ін. У загальному випадку оптимальний контур твірної кільцевої порожнини визначається напрямком і формою потоку основного робочого тіла у вигляді пари або газу в обсязі допоміжного рідкого робочого тіла обертового в кільцевій порожнині (див. фіг. 7-10). Як варіант, пристрій 17 для подачі допоміжного рідкого робочого тіла виконано у вигляді щонайменше одного інжекторного струминного апарата 14. Пристрій для подачі допоміжного рідкого робочого тіла виконано у вигляді відцентрового насоса 29, вбудованого в ротор 2. Як варіант, ємність 12 для допоміжного рідкого робочого тіла 13 виконана в роторі 2 турбіни й зв'язана, щонайменше, з однією кільцевою порожниною 15 (див. фіг. 4 і 9). Як варіант, ємність 12 для допоміжного рідкого робочого тіла 13 сполучена з кільцевою порожниною 1 (див. фіг. 10). Як варіант, турбіна містить одну кільцеву порожнину 15 з периферійною стінкою 25, що має прямолінійну утворюючу 30 або криволінійну утворюючу 31 і двома кільцевими щілинами 28 у периферійній області кільцевої порожнини й два напрямні апарати 27 (див. фіг. 11). Як варіант, турбіна містить дві кільцеві порожнини 15, виконані в роторі 2 (див. фіг. 12). Пропонована паро- або газогідравлічна турбіна (див. фіг. 1-4) працює в такий спосіб. При подачі в канали 7 основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу, він надходить у напрямні елементи 9 напрямного апарата 10, що забезпечує дезаксіальну подачу основного робочого тіла у вигляді пари або газу в кільцеву щілину 19 з боку осі 20 обертання ротора. Допоміжне рідке робоче тіло 13 за допомогою пристрою для подачі допоміжного рідкого робочого тіла наприклад у вигляді інжекторного струминного апарата 14 подають у кільцеву порожнину 15 ротора 2, де його потоком основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу через кільцеву щілину 19 обертають навколо осі 20 обертання ротора й одночасно втримують у периферійній області 6 поля відцентрових сил за допомогою двох торцевих стінок 16 і 17 кільцевої порожнини 15 у роторі 2 і з допомогою периферійної стінки 18. За рахунок радіальної складової первісної швидкості потоку основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу відбувається робота проти сил Архімеда по переміщенню основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу в обсязі допоміжного рідкого робочого тіла 13 у напрямку від центра до периферії кільцевої порожнини 15, а за рахунок дотичній складової первісної швидкості потоку основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу за рахунок сил тертя пари або газу об рідину в повному обсязі кільцевої порожнини 15 здійснюється передача руху допоміжному рідкому робочому тілу 13, у результаті чого допоміжне рідке робоче тіло обертається в кільцевій порожнині 15. Після того як пара або газ досягає периферійної стінки 18, розширення пари або газу, а також сила Архімеда роблять роботу з переміщення основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу в напрямку від периферії кільцевої порожнини 15 до її центра. У міру переміщення маси основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу в обсязі допоміжного рідкого робочого тіла 13 у напрямку від периферії кільцевої порожнини 15, заповненої допоміжним робочим тілом 13 до її центральної частини, відбувається кутове прискорення обертання основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу, що за рахунок сил тертя пари або газу об рідину в повному обсязі кільцевої порожнини 15 передає рух допоміжному рідкому робочому тілу 13, у результаті чого допоміжне рідке робоче тіло обертається в кільцевій порожнині 15. Суміш основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу з допоміжним рідким робочим тілом 13 взаємодіє з елементами 3 для перетворення кінетичної й потенційної енергії суміші двох робочих тіл, що перебувають в 3 UA 85935 U 5 10 15 20 25 30 різних фазах, у кінетичну енергію обертання ротора 2 турбіни, що й забезпечує обертання ротора 2 турбіни. Пропонована паро- або газогідравлічна турбіна (див. фіг. 5-14) працює в такий спосіб. При подачі в канали 7 основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу, він надходить у напрямні елементи 26 напрямного апарата 27, що забезпечує дезаксіальну подачу основного робочого тіла у вигляді пари або газу в кільцеву щілину 28 у периферійній області кільцевої порожнини 15. Допоміжне рідке робоче тіло 13 за допомогою пристрою для подачі допоміжного рідкого робочого тіла 13, у вигляді інжекторного струминного апарата 14 подають у кільцеву порожнину 15 ротора 2, де його потоком основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу через кільцеву щілину 28 обертають навколо осі 20 обертання ротора й одночасно втримують у периферійній області 6 поля відцентрових сил за допомогою двох торцевих стійок 24 і 25 кільцевої порожнини 15 у роторі 2 і за допомогою потоку основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу в периферійній області кільцевої порожнини 15. Розширення пари або газу, а також сила Архімеда роблять роботу з переміщення основного робочого тіла у вигляді пари або газу в напрямку від периферії кільцевої порожнини до її центра. У міру переміщення маси основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу в напрямку від периферії кільцевої порожнини 15 заповненої допоміжним робочим тілом 13 до її центральної частини відбувається кутове прискорення обертання основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу, що за рахунок сил тертя пари або газу об рідину в повному обсязі кільцевої порожнини 15 передається допоміжному рідкому робочому тілу 13, у результаті чого допоміжне рідке робоче тіло обертається в кільцевій порожнині 15. Суміш основного робочого тіла 8 у вигляді пари або газу з допоміжним рідким робочим тілом 13 взаємодіє з елементами 3 для перетворення кінетичної й потенціальної енергії суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах, у кінетичну енергію обертання ротора 2 турбіни, що й забезпечує обертання ротора 2 турбіни. Зменшення втрат енергії на удар за рахунок зменшення різниці швидкостей основного робочого тіла у вигляді пари або газу й допоміжною рідкого робочого тіла в зоні змішування забезпечує підвищення коефіцієнта корисної дії пропонованої паро- або газогідравлічної турбіни. Крім цього пропонована паро- або газогідравлічна турбіна має відносно просту конструкцію й невеликі оберти ротора, що має велике значення для турбін малої потужності, які внаслідок своєї дешевини можуть знайти широке застосування як у традиційній, так і в альтернативній енергетиці. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 1. Паро- або газогідравлічна турбіна, що містить корпус, розташований у ньому з можливістю обертання ротор з елементами для перетворення кінетичної й потенціальної енергії суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах, у кінетичну енергію обертання ротора, канали для підведення пари або газу до напрямного апарата, канали для відводу відпрацьованої пари або газу, апарат, що направляє для подачі основного робочого тіла у вигляді пари або газу на зазначені елементи, ємність з допоміжним рідким робочим тілом, пристрій для подачі допоміжного рідкого робочого тіла й пристрій для змішування основного робочого тіла у вигляді пари або газу з допоміжним рідким робочим тілом, яка відрізняється тим, що вона оснащена щонайменше однією кільцевою порожниною, обмеженою щонайменше тільки з двох торцевих сторін і однієї периферійної сторони щонайменше тільки стінками, утвореними щонайменше тільки елементами ротора й принаймні елементами ротора, щонайменше одним напрямним елементом щонайменше одного напрямного апарата й елементами корпуса турбіни, у якій виконана щонайменше одна кільцева щілина з боку осі обертання ротора, частково заповненої допоміжним рідким робочим тілом, з розташованими в ній елементами ротора для перетворення кінетичної й потенціальної енергії суміші двох робочих тіл, що перебувають в різних фазах, у кінетичну енергію обертання ротора, виконаних у вигляді елементів тертя й (або) елементів гідравлічного опору, що утворюють структуру, проникну для обох робочих тіл, які встановлені із зазором щонайменше з одним напрямним елементом щонайменше одного напрямного апарата, встановленого з боку осі обертання ротора, причому канал для відводу відпрацьованої пари або газу виконаний у вигляді частини площі кільцевої щілини в стінках кільцевої порожнини, вільної щонайменше від одного напрямного елемента щонайменше одного напрямного апарата і принаймні оснащена щонайменше одним напрямним елементом щонайменше одного напрямного апарата, розташованим щонайменше на частині периферійних поверхонь стінок щонайменше однієї кільцевої порожнини, і принаймні на всіх поверхнях стінок щонайменше однієї кільцевої порожнини. 4 UA 85935 U 5 10 2. Турбіна за п. 1, яка відрізняється тим, що пристрій для подачі щонайменше в одну кільцеву порожнину ротора допоміжного рідкого робочого тіла виконано у вигляді щонайменше одного інжекторного струминного апарата. 3. Турбіна за п. 1, яка відрізняється тим, що пристрій для подачі щонайменше в одну кільцеву порожнину ротора допоміжного рідкого робочого тіла виконано у вигляді щонайменше одного відцентрового насоса, вбудованого в ротор. 4. Турбіна за п. 1, яка відрізняється тим, що ємність для допоміжного рідкого робочого тіла виконана в роторі турбіни й зв'язана щонайменше з однією кільцевою порожниною. 5. Турбіна за пп. 1 і 4, яка відрізняється тим, що ємність для допоміжного рідкого робочого тіла сполучена щонайменше з однією кільцевою порожниною. 5 UA 85935 U 6 UA 85935 U 7 UA 85935 U 8 UA 85935 U 9 UA 85935 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10