Реактивна турбіна

Реферат: Запропоновано реактивну турбіну, що містить ротор з каналами підведення робочого тіла, приєднаними до порожнини, розміщеної на валу турбіни співвісній з валом, причому центральна вісь каналу розміщена в площині обертання ротора турбіни, а сам канал складається з прямолінійної радіальної ділянки і зістикованої з ним входом криволінійної ділянки, вихід якої сполучений з частиною сопла, що звужується, і зорієнтований по напряму обертання ротора турбіни, що відрізняється тим, що вихід частини сопла, що звужується, сполучений з входами двох частин сопла, що розширюються, криволінійними каналами, опуклі сторони яких повернуті у бік обертання ротора турбіни, при цьому виходи частин сопла, що розширюються, зорієнтовані проти напряму обертання ротора турбіни, а їх подовжні осі паралельні подовжній осі частини сопла, що звужується, і розташовані з нею в одній площині, перпендикулярній подовжній осі прямолінійної радіальної ділянки каналу. UA 97918 C2 (12) UA 97918 C2 UA 97918 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області енергомашинобудування, зокрема до безлопаткових турбінних установок, і може застосовуватися для приводу електрогенераторів, компресорів, насосів. Відома реактивна турбіна, що містить ротор з каналами підведення до сопел робочого тіла, приєднаними до порожнини, розміщеної на валу турбіни співвісно з валом, причому центральна вісь каналу розміщена в площині обертання турбіни, а сам канал складається з прямолінійної радіальної ділянки і зістикованого з ним входом криволінійної ділянки, вихід якої орієнтований по напряму обертання турбіни і зістикований з входом додаткової криволінійної ділянки, вихід якої зістикований з соплом, при цьому опукла сторона додаткової криволінійної ділянки повернута у бік обертання турбіни [1]. Недоліками даної реактивної турбіни є невелика величина додаткового моменту, що крутить, внаслідок малого плеча дії додаткової відцентрової сили і гідродинамічний опір в результаті послідовного з'єднання частин сопла, що звужуються і розширюються. Найбільш близькою по технічній суті і результатам, що досягаються, є реактивна турбіна, що містить ротор з каналами підведення до сопел робочого тіла, приєднаними до порожнини, розміщеної на валу турбіни співвісно з валом, причому центральна вісь каналу розміщена в площині обертання турбіни, а сам канал складається з прямолінійної радіальної ділянки і зістикованого з нею входом криволінійної ділянки, причому вихід криволінійної ділянки каналу зістикований з входом частини сопла, що звужується, коаксіально якому із зазором закріплена частина сопла, що розширюється, забезпечена відбивачем, що сполучає внутрішні порожнини виходу частини сопла, що звужується, і входу частини сопла, що розширюється, за допомогою кільцевого криволінійного каналу, опукла сторона якого повернена у бік обертання турбіни [2]. Недоліками даної реактивної турбіни є невелика величина результуючого моменту, що крутить, через мале плече дії, як реактивної сили, так і відцентрової сили, а також виникнення додаткового гідродинамічного опору в частині сопла, що розширюється, при вході криволінійної ділянки каналу в частину сопла, що звужується. У основу винаходу поставлена задача збільшення моменту турбіни, що крутить, а отже, і її коефіцієнта корисної дії, що забезпечується з'єднанням частини сопла, що звужується, з двома частинами сопла, що розширюються, криволінійними каналами, а також зменшенням гідродинамічного опору в соплі. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в реактивній турбіні, що містить ротор з каналами підведення робочого тіла, приєднаними до порожнини, розміщеної на валу турбіни співвісно з валом, причому центральна вісь каналу розміщена в площині обертання ротора турбіни, а сам канал складається з прямолінійної радіальної ділянки і зістикованого з нею входом криволінійної ділянки, вихід якої сполучений з входом частини сопла, що звужується, і зорієнтований по напряму обертання ротора турбіни, відповідно до винаходу вихід частини сопла, що звужується, сполучений з входами двох частин сопла, що розширюються, криволінійними каналами, опуклі сторони яких повернуті у бік обертання ротора турбіни, при цьому виходи частин сопла, що розширюються, зорієнтовані проти напряму обертання ротора турбіни, а їх подовжні осі паралельні подовжній осі частини сопла, що звужується, і розташовані з нею в одній площині, перпендикулярній подовжній осі прямолінійної радіальної ділянки каналу. З'єднання виходу частини сопла, що звужується, з входами двох частин сопла, що розширюються, криволінійними каналами, опуклі сторони яких повернені у бік обертання ротора турбіни, забезпечує виникнення додаткової відцентрової сили від руху рідини по закругленнях і створення моменту, що крутить, співпадаючого з основним моментом, що крутить, від реакції реактивної сили, що виникає при витіканні робочого тіла з сопла. Оскільки, подовжні осі частин сопла, що звужується і розширюються, паралельні, лежать в одній площині й орієнтовані перпендикулярно подовжній осі прямолінійної радіальної ділянки каналу, то плечі реактивної і відцентрової сили будуть рівними і максимальними, як і результуючий момент, що крутить, на валу турбіни. Крім того, в частинах сопла, що розширюються, пароводяний потік не взаємодіє з криволінійною ділянкою каналу, внаслідок чого зменшується гідродинамічний опір в соплі. В одній площині, перпендикулярній осі обертання ротора турбіни, може бути симетрично розміщено декілька каналів підведення робочого тіла до сопел, таких площин може бути декілька. Винахід пояснюється кресленнями. На фіг. 1 представлена схема реактивної турбіни з двома каналами підведення робочого тіла, розміщеними в одній площині, перпендикулярній осі обертання ротора, а на фіг. 2 зображений вид А, який є проекцією сопла цієї турбіни. Реактивна турбіна містить ротор 1 з каналами 2 підведення робочого тіла до сопел 3, причому канали приєднані до вузлової порожнини 4, яка розміщена на валу 5 турбіни, а самі канали складаються з прямолінійної радіальної ділянки 6, вихід якої (тут і далі по тексту поняття 1 UA 97918 C2 5 10 15 20 25 30 35 "вхід" І "вихід" належать до потоку робочого тіла всередині елемента схеми) з'єднаний з входом криволінійної ділянки 7, вихід якої орієнтований по напряму обертання ротора турбіни і сполучений з входом частини, що звужується, 8 сопла 3, вихід частини, що звужується, 8 сопла 3 і входи двох частин, що розширюються, 10 і 11 сопла 3 закріплені за допомогою різьбового з'єднання 9 з криволінійними каналами 12 і 13, опуклі сторони яких повернені у бік обертання ротора 1 турбіни, при цьому виходи частин, що розширюються, 10 і 11 сопла 3 зорієнтовані проти напряму обертання ротора 1 турбіни, а їх подовжні осі паралельні подовжній осі частини сопла, що звужується, 8 і розташовані з нею в одній площині, перпендикулярній подовжній осі прямолінійної радіальної ділянки каналу 6, притому частини, що звужуються 8 і розширюються 10 та 11, сопла 3 сполучені хомутом 14. Реактивна турбіна працює таким чином. Для обертання турбіни робоче тіло нагнітається насосом (на фіг. не показаний) по валу 5 у вузлову порожнину 4 сфероїдальної форми. Далі робоче тіло надходить з постійним тиском в канал 2 і через його прямолінійну радіальну ділянку 6 і криволінійну ділянку 7 надходить на вхід частини, що звужується, 8 сопла 3, з виходу якого робоче тіло у вигляді струменя гарячої рідини розділяється на два потоки і рухається по двох криволінійних каналах 12 і 13, створюючи додаткову відцентрову силу, направлену по напряму обертання ротора 1 за рахунок повороту струменя робочого тіла на 180°, після чого струмінь робочого тіла з тиском, рівним тиску насичення, надходить в частини, що розширюються, 10 і 11 сопла 3. Оскільки тиск в струмені падає нижче за тиск насичення для даної температури, то робоча рідина, рухаючись по частинах сопла 3, що розширюються, 10 і 11, скипає, утворюючи пароводяний потік, паровміст в якому у міру наближення до зрізу сопла збільшується. При цьому також збільшується і швидкість пароводяного струменя, який на виході з частин, що розширюються, 10 і 11 сопла 3 створює реактивну силу, реакція якої діє в один бік з відцентровою силою, що утворюється при русі робочої рідини по криволінійних каналах 12 і 13. Результуючий момент, що крутить, на валу турбіни істотно збільшиться, оскільки ці дві сили, складаючись, діють на однаковому і максимальному плечі, створюючи максимальний момент, що крутить, на валу турбіни. У заявленій реактивній турбіні збільшення моменту, що крутить, і коефіцієнта корисної дії забезпечується за рахунок створення додаткової відцентрової сили, що діє на максимальному плечі й виникає при русі струменя робочого тіла по двох криволінійних каналах, а також за рахунок зменшення гідродинамічного опору в соплі. Все це дозволяє збільшити момент реактивної турбіни, що крутить, на 15-20 %. Джерела інформації: 1. Пат. № 90232 UA, МПК (2009). Реактивна турбіна / Булат А.Ф., Чемерис І.Ф. (UA). - Бюл., 2010. - № 7. 2. Пат. № 94199 UA, МПК (2011). Реактивна турбіна / Булат А.Ф., Чемерис, І.Ю. Комлєва І.Ф. (UA). - Бюл., 2011. - № 7. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 Реактивна турбіна, що містить ротор з каналами підведення робочого тіла, приєднаними до порожнини, розміщеної на валу турбіни співвісно з валом, причому центральна вісь каналу розміщена в площині обертання ротора турбіни, а сам канал складається з прямолінійної радіальної ділянки і зістикованої з ним входом криволінійної ділянки, вихід якої сполучений з частиною сопла, що звужується, і зорієнтований по напряму обертання ротора турбіни, яка відрізняється тим, що вихід частини сопла, що звужується, сполучений з входами двох частин сопла, що розширюються, криволінійними каналами, опуклі сторони яких повернуті у бік обертання ротора турбіни, при цьому виходи частин сопла, що розширюються, зорієнтовані проти напряму обертання ротора турбіни, а їх подовжні осі паралельні подовжній осі частини сопла, що звужується, і розташовані з нею в одній площині, перпендикулярній подовжній осі прямолінійної радіальної ділянки каналу. 2 UA 97918 C2 3 UA 97918 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 4