Турбіна

Винахід відноситься до машинобудування, а саме до гідравлічних, пневматичних і парових турбін для привода електрогенераторів, компресорів холодильних установок, теплових насосів тощо. Відома струминна реактивна турбіна, що містить робоче колесо, виконане у ви гляді труби із закритим кінцем, скріпленої співвісно з валом, установленої з можливістю обертання, на трубі радіально закріплена із протилежних сторін, принаймні одна пара патрубків з відкритими кінцями, оболонку, встановлену з можливістю обертання і яка охоплює колесо, корпус, що охоплює колесо і оболонку зроблений з отворами для розміщення вала і зі штуцерами для подачі і виходу робочого тіла. На оболонці закріплена із протилежних сторін, принаймні одна пара патрубків з відкритими кінцями. Оболонка і робоче колесо встановлені на одному валу (патент США №3282560, НКИ - 415-80, 1965). Недоліком відомої турбіни є твердий зв'язок оболонки і робочого колеса, які встановлені на єдиному валу, і обертання робочого колеса і оболонки в одну сторону, що забезпечує одержання механічної енергії тільки від однієї оболонки, а патрубки робочого колеса є лише елементами турбіни, що дроселюють тиск подачі робочого тіла, що призводять до марних втрат енергії та до низького коефіцієнту корисної дії. Крім того, низька міцність довгої циліндричної оболонки з багатьма отворами на її поверхні обмежує окружну швидкість оболонки і ще більше знижує коефіцієнт корисної дії турбіни. Відома двовальна радіальна турбіна, що містить сегнерове колесо, виконане у вигляді труби із закритим кінцем, скріпленої співвісно з валом, яка встановлена з можливістю обертання, на трубі радіально закріплена із протилежних сторін, принаймні одна пара патрубків з відігнутими в протилежні сторони від їхньої осі відкритими кінцями, причому осі відігнутих відкритих кінців патрубків перпендикулярні площині, що проходить через осі пари патрубків і вісь труби, а в стінці труби відповідно патрубкам виконані отвори, оболонку, скріплену співвіспо з валом, який встановлено з можливістю обертання і яка охоплює сегнерове колесо, корпус що охоплює сегнерове колесо і оболонку зроблений з отворами для розміщення труби сегнерового колеса та валів сегнерового колеса і оболонки зі штуцером для виходу робочого тіла. Оболонка виконана у вигляді лопаткової турбіни (патент Швейцарії №669428, МПК: F01D1/28, 1989, найближчий аналог). Недоліком відомої турбіни є те, що в оболонці виконаній у вигляді лопаткової турбіни лопатки кріпляться до диска по його торцю, що збільшує відцентрове навантаження на лопатки за рахунок додаткового моменту, а вузол кріплення лопаток нездатний нести високе навантаження, що вимагає зниження окружних швидкостей лопаткової турбіни і знижує коефіцієнт корисної дії лопаткової турбіни. Для проходу між лопатками, потік робочого тіла від сопів ротора повинен бути спрямований на лопатки під певним кутом, обумовленим формою лопаток і формою потоку із сопів. У відомій турбіні потік робочого тіла із сопів попадає на лопатки під різними кутами, що в середньому приведе до збільшених кутів прийнятим у турбінах з окремим сопловим апаратом і падінню коефіцієнта корисної дії. Використання порожнього ротора (сегнерового колеса) призводить до втрат на тертя за рахунок виникнення в порожнині ротора циркуляції робочого тіла, яке захоплюється за рахунок в'язкості на стінках і зворотній течії в середній частині порожнини ротора (сегнерового колеса), тобто утворенням парного вихр у. У результаті втрачається потужність яка відбирає від ротора з порожниною. При парціальному підведенні робочого тіла до оболонки (лопаткової турбіни) від чотирьох сопів ротора (сегнерового колеса), яке саме обертається у зворотну сторону, робоче тіло, що перебуває між лопатками при низькому тиску, у момент зіткнення з потоками від сопів ротора виштовхується - «вибивається»; розганяючись до швидкості потоку, що попадає із сопів ротора, на що затрачається частина енергії потоку. В оболонці (лопатковій турбіні) існують втрати на прискорення робочого тіла в радіальних лопатках від відцентрових сил. Крім того є втрати на вентиляцію за рахунок циркуляції робочого тіла між лопатками при витіканні через отвори в оболонці. Також з обертової оболонки у вигляді лопаткової турбіни робоче тіло витікає зі швидкістю, яка значно відрізняється від швидкості обертання оболонки, що призводить до втрат енергії. Запропонованою турбіною вирішується задача збільшення механічної енергії одержуваної в турбіні шляхом збільшення коефіцієнта корисної дії внаслідок мінімальних втрат енергії при витіканні робочого тіла з оболонки з наступною передачею енергії одному споживачеві із заданою кутовою швидкістю. Завдання створення турбіни вирішується тим, що в турбіні, що містить сегнерове колесо, виконане у вигляді труби із закритим кінцем, скріпленої співвісно з валом, яка встановлена з можливістю обертання, на трубі радіально закріплена, із протилежних сторін, принаймні одна пара патрубків з відігнутими в протилежні сторони від їхньої осі відкритими кінцями, причому осі відігнути х відкритих кінців патрубків перпендикулярні площині, що проходить через осі пари патрубків і вісь труби, а в стінці труби, відповідно патрубкам, виконані отвори, оболонку, скріплену співвісно з валом, який встановлено з можливістю обертання і яка охоплює сегнерове колесо, корпус, що охоплює сегнерове колесо і оболонку, який має отвори для розміщення труби сегнерового колеса і валів сегнерового колеса і оболонки зі штуцером для виходу робочого тіла, відповідно до винаходу, оболонка виконана у вигляді циліндричного барабана, циліндричний пасок барабана примикає до відігнутих кінців патрубків сегнерового колеса із зазором, на циліндричному паску барабана радіально закріплена із протилежних сторін, принаймні одна пара патрубків з відкритими кінцями відігнутими в різні сторони від їхньої осі, які протилежні сторонам патрубків сегнерового колеса, причому осі відігнутих відкритих кінців патрубків барабана перпендикулярні площині, що проходить через осі пари патрубків барабана і вісь труби, а в стінці паска відповідно патрубкам виконані отвори, а турбіна забезпечена другим корпусом з розташованими в ньому валами сегнерового колеса і барабана і розміщеними на них шестірнями і валом відбору потужності, який виходить із другого корпуса, який встановлено з можливістю обертання, з розміщеними на ньому шестірнями, які кінематично зв'язані с шестірнями валів сегнерового колеса і барабана і забезпечують зустрічне обертання валів сегнерового колеса і барабана. Виконання оболонки у вигляді циліндричного барабана, примикання циліндричного паска барабана до відігнути х кінців патрубків сегнерового колеса із зазором, закріплення на циліндричному паску барабана радіально, із протилежних сторін, принаймні однієї пари патрубків з відкритими кінцями відігнутими в різні сторони від їхньої осі, що протилежні сторонам патрубків сегнерового колеса, причому осі відігнути х відкритих кінців патрубків барабана перпендикулярні площині минаючій через осі пари патрубків барабана і вісь труби, а в стінці паска відповідно патрубкам виконані отвори і також забезпечення другим корпусом з розташованими в ньому валами сегнерового колеса і барабана і розміщеними на них шестірнями і валом відбору потужності, який виходить із другого корпуса, який встановлено з можливістю обертання з розміщеними на ньому шестірнями кінематично зв'язаними із шестірнями валів сегнерового колеса та барабана і, які забезпечують зустрічне обертання валів сегнерового колеса і барабана, дозволяє відпрацьованому робочому тілу, що ви ходить із сегнерового колеса, взаємодіяти із циліндричним паском барабана, встановленим дуже близько на відстані зазору від відігнутих кінців патрубків сегнерового колеса, приводячи його в обертання, і при витіканні з відкритих кінців патрубків барабана підсилювати обертання барабана з наступною передачею обертового руху на вал відбору потужності, одному споживачеві із заданою кутовою швидкістю. Крім того витікання з відкритих кінців циліндричного барабана робочого тіла відбувається зі швидкістю близькою до окружної швидкості циліндричного барабана у зворотному напрямку, так що абсолютна швидкість потоку робочого тіла близька до нуля, що підви щує коефіцієнт корисної дії турбіни. Використання однієї і більше пар патрубків дозволяє приводити в обертання барабан і одержувати від нього додаткову механічну енергію. У такий спосіб з'являється додаткова механічна енергія від обертання барабана, що підвищує коефіцієнт корисної дії турбіни. На Фіг.1 зображено загальний вигляд турбіни в розрізі; на Фіг.2 - вигляд по А на Фіг.1. Турбіна містить сегнерове колесо, виконане у вигляді труби 1 із закритим кінцем, скріпленої співвісно з валом 2, труба 1 з валом 2 установлені з можливістю обертання на підшипниках. На трубі 1 закріплені радіально із протилежних сторін, принаймні одна пара патрубків 3 з відігнутими в протилежні сторони відкритими кінцями 4, осі відігнутих відкритих кінців 4 патрубків 3 які перпендикулярні площині, що проходить через осі пари патрубків 3 і вісь труби 1, а в стінці труби 1 відповідно патрубкам 3 виконані отвори 13. Відкриті кінці 4 можуть бути виконані у ви гляді сопів. Циліндричний барабан 5, скріплений співвісно з валом 6, встановлений співвісно трубі 1 з можливістю обертання на підшипниках і охоплює сегнерове колесо. Циліндричний пасок 7 циліндричного барабана 5 примикає до відігнутих відкритих кінців 4 патрубків 3 сегнерового колеса із зазором. На циліндричному паску 7 циліндричного барабана 5 закріплена радіально із протилежних сторін, принаймні одна пара патрубків 8 з відкритими кінцями 9 відігнутими в різні сторони від їхньої осі протилежні сторонам патрубків 3 сегнерова колеса. Осі відігнути х відкритих кінців 9 патрубків 8 циліндричного барабана 5 перпендикулярні площині минаючій через осі пари патрубків 8 циліндричного барабана 5 і вісь труби 1. У стінці циліндричного паска 7 циліндричного барабана 5 відповідно патрубкам 8 виконані отвори 10. Є корпус 11, який охоплює сегнерове колесо і циліндричний барабан 5, з отворами для розміщення труби 1 сегнерового колеса і валів 6 і 2 циліндричного барабана 5 і сегнерового колеса зі штуцером 12 для виходу робочого тіла. Корпус 11 з'єднаний із вхідним патрубком 14 подачі робочого тіла. Труба 1 сегнерового колеса має на вхідній його частині численні проточки, які утворюють разом із вхідним патрубком 14 лабіринтові ущільнення, що забезпечують мінімальні витоки робочого тіла яке подається в турбіну. У другому корпусі 15 розташований вал 2 сегнерового колеса і вал 6 циліндричного барабана 5 вихідні з корпуса 11. На валу 2 сегнерового колеса і валу 6 циліндричного барабана 5 розміщені відповідно шестірні 17 і 16. Вал 18 відбору потужності, розташований у др угому корпусі 15 з можливістю обертання і виходить із нього для з'єднання зі споживачем. На валу 18 відбору потужності розміщена шестірня 19 кінематично з'єднана із шестірнею 16 вала 6 циліндричного барабана 5 і шестірня 20 кінематично з'єднана через шестірню 21 із шестірнею 17 вала 2 сегнерового колеса, що забезпечують зустрічне обертання валів 2 і 6 сегнерового колеса і циліндричного барабан 5. Турбіна працює в такий спосіб. Робоче тіло подають у вхідний патрубок 14 і трубу 1 сегнерового колеса і далі подають у канали кожної пари патрубків 3. Робоче тіло витікає з високою швидкістю із протилежних відкритих кінців 4 патрубків 3 розганяючись в одному напрямку уздовж окружності перпендикулярно радіусу сегнерового колеса із забезпеченням його обертання за рахунок створення моменту реактивних сил. Відпрацьований потік робочого тіла з відкритих кінців 4 патрубків 3 з високою швидкістю попадає в порожнину закритого простору навколо сегнерового колеса, створюваного циліндричним барабаном 5 і взаємодіє з тертям зі стінкою циліндричного барабана 5, приводячи його в обертання. Далі робоче тіло попадає до пари патрубків 8 циліндричного барабана 5 і минає через відкриті кінці 9 з високою швидкістю розганяючись і приводячи в обертання циліндричний барабан 5 за рахунок створення моменту реактивних сил. У процесі обертання циліндричного барабана 5, що минає з відкритих кінців 4, потік робочого тіла загальмовується усередині циліндричного барабана 5 силами тертя до його окружної швидкості, створюючи момент тертя, що обертає циліндричний барабан 5. Одночасно, при обертанні циліндричного барабана 5 усередині нього на робоче тіло діють відцентрові сили, створюючи відцентровий тиск, під дією якого відбувається витікання робочого тіла з відкритих кінців 9 циліндричного барабана 5, створюючи додатковий момент, що підсумовується з моментом тертя. Від обертаючихся сегнерового колеса і циліндричного барабана 5 обертання передаються відповідно валам 2 і 6 і далі через шестірні 17, 16, і 19, 20, 21 на вал 18 відбору потужності до споживача. Підбір відповідних шестірень дозволяє стикувати турбіну з різними споживачами на задані кутові швидкості. Таким чином, відбувається корисне використання енергії відпрацьованого в сегнеровому колесі робочого тіла і одержання додаткової потужності. Далі робоче тіло надходить у корпус 11 і ви ходить через штуцер 12 для виходу робочого тіла. Як робоче тіло в турбіні можуть використатися рідина, газ або пара. Запропонована турбіна успішно пройшла випробування. Найбільш успішно дійсний винахід може бути використаний як гідравлічна, пневматична і парова турбіна для привода електрогенераторів, компресорів холодильних установок і теплових насосів.