Турбіна

Винахід відноситься до пристроїв, які використовують надлишкову енергію потоку рідини, пари або газу, і може знайти застосування в будівельній, легкій, хімічній, харчовій та інших галузях промисловості. Відомі пристрої з швидким обертовим рухом робочого органу, які перетворюють енергію потоків рідини, пари або газу в механічну або електричну енергію та містять кок-обтічник з поворотними лопатями, направляючий апарат, обтічник, електрогенератор (Стеклов М.Л. Горизонтальные гидравлические турбины. Конструкция и расчет. Л., "Машиностроение" (Ленинградское отд.), 1974. - С.12-36). Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, вибраним як прототип, є поворотно-лопатева гідротурбіна подвійного регулювання - турбіна Каплана -, що містить ротор-ступицю, розміщену на копі посередині каналу змінного перерізу, по якому підводиться вода під тиском, ротор виконаний у вигляді гвинта, що обертається під дією потоку рідини, з лопатями змінного кроку, з поворотом до 30°, який займає край коку, обтічник, електрогенератор - розміщений всередині обтічника - (патент на поворотно-лопатеву гідротурбіну в 1920 році отримав австрійський інженер В.Каплан). Загальними суттєвими ознаками відомого та приладу, що заявляється, є центральний кок-обтічник з ступицею, поворотні лопаті, направляючий апарат, електрогенератор (розміщений всередині обтічника). Недоліком відомої турбіни є те, що кут повороту лопатей обмежується 30°, що не дозволяє їм в крайніх положеннях або перекривати живий переріз каналу або розташовуватись у напрямі осьових площин, це призводить до зменшення робочого діапазону пристрою та збільшенню непродуктивних втрат, що позначається на зниженні коефіцієнту корисної дії (к.к.д.) турбіни. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення турбіни, в якій шляхом модифікації конструкції центрального „кока" забезпечується збільшення її робочого діапазону, та зменшення непродуктивних втрат енергії обумовлених турбулізацією та вихроутворенням потоку рідини, пари або газу. За рахунок цього збільшується к.к.д. гідротурбіни, її продуктивність та економічність. Поставлена задача вирішується тим, що турбіна містить кок-обтічник, направляючий апарат, 6-12 поворотних лопатей, обтічник, електрогенератор. Відповідно до винаходу поворотні лопаті мають загальну площу більшу, ніж площа живого перерізу каналу так, що лопаті у крайньому положенні перекривають переріз каналу на 105¸110%, кромки суміжних лопатей еквідистантно розміщені, а їх бокові кромки відстають одна від одної менш ніж 1/40¸1/60 діаметру труби. Крім того: діаметр коку дорівнює 1/3¸3/4 діаметру труби; лопать симетрична відносно своєї вісі, а контур кінця лопаті виконаний по сферичній поверхні, як і поширені частини каналу; перед або після поворотних лопатей встановлено направляючий апарат; ширина лопаті по радіусу збільшується пропорційно відстані від центру труби; всередині обтічника розміщено електрогенератор; містить кутовий привід або коліно трубопроводу через які відводиться енергія. Запропонована конструкція забезпечує пропуск потоку рідини, пари або газу з мінімальними непродуктивними втратами за рахунок того, що кок-обтічник виконується великого діаметру відносно геометричного розміру робочого каналу, а короткі лопаті розташовуються у напрямку осьових площин, що не викликає турбулізації та вихро утворення потоку рідини, пари або газу. Застосування лопатей переріз яких має аеродинамічну форму, а форма бічних кромок забезпечує їх еквідистантне розміщення у крайньому положенні дозволяє збільшити к.к.д. гідротурбіни. Застосування поворотних лопатей дозволяє регулювати параметри потоку рідини на виході з турбіни в широкому діапазоні за рахунок зміни кута атаки потоку рідини і, відповідно, зміни обертового моменту на валу ротора. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням на якому схематично зображена у поздовжньому перерізі турбіна (фіг.1-3). На фіг.4 зображено розріз А-А. Турбіна містить прямолінійну ділянку тр убопроводу 1, всередині якої, на передній частині кока-обтічника 8 розміщені поворотні лопаті 2, частина поверхні трубопроводу 4 має сферичну форму, опорні лапи 3 підтримують обтічник 5 з розміщеним всередині нього електрогенератором 6, кутовий привід 7 або коліно трубопроводу 10 через які відводиться енергія, направляючий апарат 9 може встановлюватись як до, так і після поворотних лопатей. Турбіна працює таким чином. Потік рідини, пари або газу прискорюється на передній частині кока-обтічника, проходить через направляючий апарат та під певним кутом натискає на поворотні лопаті, утворюючи обертовий момент на валу ротора. Ротор з'єднаний з електрогенератором встановленим в корпусі турбіни передає обертовий момент ротору генератора, утворюючи змінне магнітне поле та виробляючи електричний струм (фіг.1). В тому випадку коли генератор або механічний редуктор знаходяться ззовні турбіни, обертовий момент ротора передається через кутовий пристрій 7 (фіг.2) або через коліно трубопроводу 10 (фіг.3). Регулювання витрати рідини або тиску після турбіни здійснюється шляхом зміни розташування лопатей відносно потоку ідо набігає. У випадку крайньої потреби, або повного перекриття потоку, або пропуску рідини з мінімальними непродуктивними втратами, поворотні лопаті встановлюють у крайні положення - притискаються суміжні лопаті й перекривають увесь переріз каналу (фі г.4), або ж лопаті встановлюються у напрямі осьових площин.