Гідропарова гвинтова турбіна

Гідропарова гвинтова турбіна, що містить в собі корпус і ротор у вигляді шнека з проточною частиною у вигляді каналу шнека, утвореного поверхнею лопаті шнека, поверхнею маточини і внутрішньою поверхнею корпусу, яка відрізняється тим, що шнек виконано двозахідним, а канали проточної частини утворюються лопатями двозахідного шнека із змінним Винахід стосується теплоенергетики і може бути використаний в якості двигуна, який перетворює теплову енергію насиченої води чи водопаровоі суміші в механічну Винахід може бути використаний як первинний двигун (наприклад, в геотермальній енергетиці), так і як двигун другого ступеня в комбінованих парогазових і атомних установках Відома гідропарова турбіна типу сегнерова колеса (Зысин В А Комбинированные газопаровые установки и циклы М — Л , Гостехиздат, 1962), яку виконано у вигляді ротора з проточною частиною, яка складається з порожнистого валу, з'єднаною своєю порожниною з радіально встановленими до осі ротора каналами, які з'єднані з тангенційно розташованими соплами Лаваля В порожнину валу в осьовому напрямку підводиться вода з підвищеним тиском з температурою насичення, яка по радіальним каналам поступає в сопла Лаваля, де відбувається перетворення гідравлічної енергії тиску і теплової енергії рідини в кінетичну енергію водопарової суміші, яка утворюється в соплі при зниженні в ньому тиску Водопарова суміш з високою швидкістю виходить з сопла Лаваля, обумовлюючи реактивну силу і обертовий момент ротора відносно осі тить в собі корпус і ротор, виконаний у вигляді шнеку з кутом установки лопаті шнеку до осі ротора не менше 45°, поверхня якої сприймає силовий вплив динамічної і статичної складових потоку водопарової суміші (Гідропарова гвинтова турбіна Патент України № 24852 від 06 10 1998 р), яка прийнята як прототип Виходячи зі змісту опису прототипа, мова йдеться про активну пдропарову турбіну, активним елементом якої є лопать шнеку На це вказують ствердження в опису про сприймання поверхнею шнеку динамічного напору водопарової суміші, жорстка вимога відносно встановлення лопаті шнеку під кутом 45° до осі шнеку, спосіб визначення потужності при приведеному в опису розрахунку турбіни з посиланням на активну ковшову турбіну і відсутність вимоги до форми корпусу турбіни Він, ЗГІДНО З ОПИСОМ, може мати і циліндричну форму, що при сталому діаметрі ступиці обумовлює постійний переріз проточної частини ротору, що неможливо для реактивної турбіни Недоліком сегнерової турбіни є недостатня технологічність конструкції, що обмежує потужність турбіни до рівня, несприятливого для використання, наприклад, в геотермальній енергетиці в галузі найбільш перспективній для використання пдропарових турбін Відома гідропарова гвинтова турбіна, що міс ЗОВНІШНІМ діаметром і ВІДПОВІДНО спрофільованою внутрішньою поверхнею корпусу таким чином, що канали утворюють сопла типу сопла Лаваля Гідропарова гвинтова турбіна, яка прийнята за прототип, в протилежність сегнеровій, є високотехнолопчною і не обмежує потужність турбіни до рівня, несприятливого для використання, наприклад, в малій енергетиці Недоліком прототипу є те, що він, як активна турбіна, може бути використаний тільки при наявності зовнішнього відносно нього джерела потоку водопарової суміші з високою динамічною енергією Саме в такому джерелі і повинно відбуватися перетворення теплової енергії термальної води в механічну кінетичну енергію потоку водопарової О ю ю 57504 суміші, яка потім в проточній частині прототипу перетворюється в механічну енергію ротора турбіни Таке зовнішнє джерело в опису прототипу авторами не розглядається В загальному випадку це повинно бути сопло Лаваля, яке повинно органічно входити до складу енергетичної установки, яка включає як механічний пристрій розглянутий прототип Але довжина сопла Лаваля при конструктивних параметрах, рекомендованих (Зысин В А , Баринов Г А , Барилович В А, Парфенова Т Н Вскипающие адиабатные потоки М , Атомиздат, 1976, 152 с ) при використанні в якості робочого тіла водопарової суміші (малі вугли розкриття каналу ), може сягати кількох метрів Тому в загальному випадку енергетична установка на термальній воді з прототипом не може претендувати на високу компактність Другим недоліком прототипу є те, що його ефективність не є показником енергетичної установки вцілому На енергетичну ефективність установки вцілому значно буде впливати ефективність розгонного сопла При цьому сама ефективність проточної частини прототипу теж не може бути високою внаслідок порушення безпосереднього контакту набігаючого потоку з поверхнею лопаті шнеку евакуйованою рідиною, відпрацьованою на попередніх ділянках шнеку Недоліком прототипу є і застосований однозаходний шнек При однозаходному шнеку потік на виході з колеса суттєво невісесемитричний, що погіршує динамічні характеристики ротора і негативно впливає на ресурс роботи турбіни В основу винаходу поставлено задачу підвищити ефективність, компактність і динамічні характеристики гідропарової гвинтової турбіни, призначеної для використання теплової енергії термальної води з джерел з незначною початковою швидкістю води (типовий випадок для геотермальних джерел) Поставлена задача вирішується тим, що в пдропаровій гвинтовій турбіні, що містить в собі корпус і ротор у вигляді шнеку з проточною частиною у вигляді каналу шнеку, утвореному поверхнею лопаті шнеку, поверхнею ступиці і внутрішньою поверхнею корпусу ВІДПОВІДНО ДО винаходу шнек виконано двозаходним, а канали проточної частини утворюються лопатями двозаходного шнеку з перемінним ЗОВНІШНІМ діаметром і ВІДПОВІДНО спрофільованою внутрішньою поверхнею корпусу таким чином, що канали утворюють сопла типу сопла Лаваля Запропонована конструкція гідропарової гвинтової турбіни переводить її в клас реактивних турбін, що забезпечує підвищення ефективності внаслідок відсутності енергетичних втрат, обумовлених в прототипі набіганням високошвидкісного водопарового потоку в тому числі і на діля нки шнеку, по яких евакуюється пдропарова суміш з попередніх ділянок Виконання каналів шнеку в якості розгонних сопел типу сопел Лаваля, накручених на ступицю, значно зменшує вплив довжини розгонних сопел на габаритні характеристики установки, визначені довжиною ротора, яка значно менша за довжину розгонних сопел Виконання шнеку двозаходним значно зменшує кругову несиметрію потоку, що сприяє покращенню динамічних характеристик ротора турбіни і підвищенню її надійності і ресурсу роботи Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням, на якому схематично зображена реактивна пдропарова гвинтова турбіна (фіг) Реактивна пдропарова гвинтова турбіна складається з корпусу 1 і ротора 2, виконаного у вигляді двозаходного шнеку Кут навивки шнеку залежить від початкових параметрів потоку і витрати водопарової суміші і визначається в процесі розрахунку і проектування турбіни і для досягнення найбільшої ефективності турбіни повинен мати оптимальне значення набагато менше 45°, прийнятого в прототипі Діаметри шнеку і внутрішньої поверхні корпусу, яка сопрягається з зовнішньою поверхнею лопатей шнеку, є перемінними і визначаються таким чином, що проточні канали шнеку, утворені поверхнею лопатей шнеку, поверхнею ступиці і внутрішньою поверхнею корпусу, приймають форму сопел Лаваля Турбіна працює таким чином Насичена термальна вода (чи водопарова суміш з незначним вмістом пари) при підвищеному тиску подається аксіально в передню частину циліндру турбіни на торець шнеку, звідки вода потрапляє в проточні канали Рухаючись по каналам шнеку, вода перетворюється в водопарову суміш, яка поступово збагачується парою внаслідок випаровування води при зниженні тиску вздовж каналів При цьому швидкість потоку зростає, переходячи в критичному перерізі каналів через швидкість звуку В каналах відбувається перетворення теплової енергії водопарової суміші в механічну енергію потоку З заднього торцю шнеку водопарова суміш квазітангенційно викидається з проточних каналів в вихідну порожнину циліндру Виникаюча при цьому реактивна сила обумовлює обертовий момент ротора відносно осі 3 порожнини в ВИХІДНІЙ частині циліндру водопарова суміш через патрубок виводиться з турбіни Достатні енергетичні (потужність 400 1000кВт, ККД - 0,25 - 0,3) і габаритні показники реактивної гідропарової гвинтової турбіни роблять и перспективною в якості теплового двигуна при використанні термальної води з підвищеним тиском геотермального чи промислового походження 57504 Фіг Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна