Турбина

 

Использование: для получения механической энергии за счет энергии потока движущейся среды. Сущность изобретения: в неподвижном корпусе размещен вал с рабочим колесом. Поворотные лопасти установлены за рабочим колесом и размещены тремя радиально расположенными относительно вала рядами с возможностью вращения относительно колеса вокруг осей, параллельных оси вала. Лопасти каждого ряда кинематически связаны со своим механизмом управления их положением относительно корпуса. Элементы фиксации, предотвращающие вращение лопастей относительно корпуса, и элементы расфиксации ориентированы относительно корпуса. Каждый механизм управления выполнен в виде установленного на неподвижной оси с возможностью вращения диска, кинематически связанного с лопастями одного ряда и взаимодействующего с элементами фиксации. 5 з.п.ф-лы, 21 ил.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для получения механической энергии за счет энергии потока движущейся среды в реках, глубинных течениях и тому подобное.

Известен горизонтальный гидродинамический двигатель, использующий энергию потока жидкости, содержащий две крестообразно расположенные горизонтальные рамы, закрепленные на вертикальном валу. На концах этих рам имеются вертикальные оси, на которых установлены вертикальные лопатки, устанавливаемые в потоке при помощи системы тяг и рычагов таким образом, чтобы давление жидкости на лопасти по одну сторону оси вращения рам было больше, чем давление жидкости на лопасти по другую сторону оси. При остановке двигателя лопасти устанавливаются в плоскостях, параллельных направлению потока. Недостатком этого двигателя является сниженная мощность из-за постоянного пребывания большинства лопастей в положении с отклонением от перпендикулярного положения относительно направления потока.

Известен многосекционный водяной двигатель, который работает от давления текущей воды на лопасти. Лопасти двигателя жестко прикреплены к нескольким параллельно работающим штангам секциям, концы которых шарнирно соединены с многоколенчатым валом с равномерно смещенными на равные углы коленами, что обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала. Однако у этого многосекционного двигателя ограничены возможности по использованию водяного потока, поскольку в потоке находится часть лопастей, а другая часть в это время поднята над поверхностью воды, что затрудняет использование глубинных течений.

Известен гидродинамический двигатель, содержащий на горизонтальном валу перпендикулярно расположенный стержень, на котором закреплена лопасть при помощи самонетормозящейся пары, которая позволяет осуществить поворот лопасти из продольного положения в поперечное положение к потоку. Этот поворот вызывается обтеканием несимметричного профиля лопасти потоком жидкости. К нижнему торцу лопасти жестко прикреплена пластина, перпендикулярная к рабочей плоскости лопасти. Недостатком этого двигателя является его ограниченная мощность, обусловленная тем, что при предусмотрении на одном валу несколько лопастей затруднено обеспечение синхронности и их поворота из продольного положения в поперечное, и поэтому они оказывают тормозящее воздействие друг другу. Следовательно, двигатель ограничивается наличием одной лопасти.

Широко известны различные турбины, применяемые для преобразования энергии потока текучей среды в механическое вращение. Так, известны ковшевые, поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины, диагональные турбины и тому подобные, применяемые для работы в гидроэнергетике. Эти турбину требуют для своей работы создания определенного статического набора, что требует возведения плотин или иных сооружений. Известны также капсульные турбинные агрегаты для работы в зонах приливов, не требующие создания большого статического напора. В любом случае все известные турбины требуют создания статического набора, а при работе в потоке их КПД весьма низок.

Ближайшей по своей технической сущности и достигаемому результату к заявляемой является турбина, содержащая вал с рабочим колесом, размещенный в неподвижном корпусе. Недостатком этой турбины является низкий КПД при работе без статического напора.

Цель изобретения - повышение КПД.

Цель достигается тем, что в турбине, содержащей неподвижный корпус и вал с рабочим колесом, расположенный в нем, в соответствии с изобретением турбина снабжена лопастями, механизмом управления положением лопастей относительно корпуса с элементами фиксации и расфиксации, при этом лопасти установлены на рабочем колесе и размещены по меньшей мере тремя радиально расположенными относительно вала рядами с возможностью вращения относительно рабочего колеса вокруг осей, параллельных оси вала, лопасти каждого ряда кинематически связаны со своим механизмом управления их положения относительно корпуса, а элементы фиксации, предотвращающие вращение лопастей относительно корпуса, и элементы расфиксации ориентированы относительно корпуса.

Благодаря тому, что лопасти установлены с возможностью вращения относительно рабочего колеса вокруг осей, параллельных оси вала, и кинематически связаны с механизмами управления положением лопастей относительно корпуса, имеющими ориентированные относительно корпуса элементы фиксации для предотвращения вращения лопастей относительно рабочего колеса и ориентированные относительно корпуса элементы расфиксации лопастей, обеспечивается автоматическая установка лопастей относительно потока текучей среды, в которой установлен корпус в наиболее выгодное положение. Этим достигается повышение КПД турбины при работе в потоке без статического напора.

Существенность отличий заключается в создании турбины с механизмом управления положением лопастей, который обеспечивает новое свойство лопастей турбины: возможность работы в потоке без статического напора при практически симметричном размещении корпуса турбины относительно оси потока, т.е. без использования специальных направляющих устройств.

Каждый механизм управления положением лопастей относительно корпуса может быть выполнен в виде установленного на неподвижной оси с возможностью вращения диска, кинематически связанного с лопастями одного ряда и предназначенного для взаимодействия с элементом фиксации.

При такой конструкции обеспечивается наиболее целесообразная компоновка турбины. Элементы фиксации и расфиксации могут быть выполнены в виде пары упругих элементов, укрепленных соответственно на неподвижной оси и на валу, при этом диск выполнен с пазами для взаимодействия соответственно с указанными упругими элементами, а на неподвижной оси и на валу размещены жестко закрепленные кулачки, предназначенные для взаимодействия с соответствующими упругими элементами.

Элемент фиксации может быть выполнен в виде упругого элемента, укрепленного на неподвижной оси, а элемент расфиксации - в виде по меньшей мере одного кулачка, жестко укрепленного на валу для взаимодействия с упругим элементом, диск выполнен по меньшей мере с двумя пазами для взаимодействия с упругим элементом и снабжен поворотным кольцом, соединенным с ним пружиной кручения и имеющим два диаметрально противоположных паза, предназначенных для взаимодействия с фиксатором кольца, укрепленным на валу, при этом на неподвижной оси установлен кулачок для взаимодействия с фиксатором кольца. При таком выполнении обеспечивается более плавный перевод лопастей в оптимальное положение относительно потока.

Механизм управления положением лопастей относительно корпуса выполнен в виде неподвижной оси с жестко закрепленными на ней ведущими элементами по числу рядов лопастей, каждый из которых кинематически связан со свободно вращающимся ведомым элементом каждой лопасти одного ряда, устройства фиксации и расфиксации лопастей, имеющего фиксаторы ведомых элементов, предназначенные для соединения последних с осями, и укрепленного на корпусе элемента, предназначенного для взаимодействия с фиксаторами ведомых элементов для их расцепления с лопастями, при этом каждая лопасть установлена на своей оси с возможностью поворота в плоскости, в которой расположена эта ось, и имеются механизмы по числу лопастей в ряду для поворота лопастей в этой плоскости и фиксаторы лопастей по числу лопастей в турбине для фиксации их в повернутом положении, а корпус имеет элемент, предназначенный для взаимодействия с фиксаторами лопастей. При таком выполнении лопасти не связаны друг с другом. Этот вариант конструкции выгоден при большом диаметре, когда скорости потока по сечению резко различаются, и перевод лопастей во флюгерное положение обеспечивает их самоустановку с максимальным эффектом повышения КПД.

На фиг.1 представлена предлагаемая турбина с корпусом, условно повернутым по линии разреза А-А вид сверху; на фиг.2 изображен разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.2; на фиг.6 - разрез Д-Д на фиг.2; на фиг.7 - разрез Е-Е на фиг.2; на фиг.8 - разрез Ж-Ж на фиг.2; на фиг.9 представлена предлагаемая турбина, вариант конструктивного выполнения, с корпусом, условно повернутым по линии разреза А'-А', вид сверху; на фиг.10 изображен разрез A'-A' на фиг.9; на фиг.11 - разрез Б'-Б'на фиг.10; на фиг.12 - разрез B'-B' на фиг. 10; на фиг.13 - разрез Г'-Г' на фиг.10; на фиг.14 - разрез Д'-Д'на фиг. 10. на фиг. 15 - разрез Е'-E' на фиг.10. на фиг.16 - разрез Ж'-Ж' на фиг.10; на фиг.17 представлена предлагаемая турбина, еще один вариант конструктивного выполнения, с корпусом, условно повернутым по линии разреза A''-A'', вид сверху; на фиг.18 изображен разрез A''-A'' на фиг.17; на фиг. 19 - узел I на фиг.18; на фиг.20 - узел II на фиг.18; на фиг.21 показано сечение Б''-Б'' на фиг.18.

Как показано на фиг. 1,2, турбина содержит лопасти 1, размещенные на трех опорах 2, установленных симметрично относительно центральной неподвижной оси 3 в корпусе 4 (корпус 4 на фиг.2 повернут по линии разреза А-А). Лопасти 1 установлены с возможностью вращения относительно опор 2 на осях 5,5',5'', которые кинематически связаны цепями 6,6',6'' и звездочками 7,7', 7''с центральными звездочками 8,8', 8''. Эти звездочки имеют диски (не обозначены) с пазами 9,10,9',10',9'',10'', предназначенными для взаимодействия с упругими элементами 11,12, 11',12', 11'',12'' соответственно. Упругие элементы 11,11',11'' имеют выступы 13,13',13'' для взаимодействия с пазами 9,9', 9'', а упругие элементы 12,12',12'' - выступы 14,14',14'' для взаимодействия с пазами 10,10', 10''. Кулачки 15,15',15'' и 16,16',16'' служат для взаимодействия соответственно с упругими элементами 11,11',11'' и 12,12',12'' и соответствующим образом ориентированы относительно корпуса, а следовательно, и относительно потока текучей среды (обозначенного стрелками на фиг.1).

Все опоры 2,2' и 2'' жестко укреплены на валу 17 рабочего колеса турбины, который может быть соединен, например, фланцами (не обозначены) с валом подобной турбины для последовательного соединения, а ось 3 также имеет фланцы 18 для соединения с неподвижной осью соседней турбины. Вал 17 установлен с возможностью вращения в корпусе 4 и соответствующим образом ориентирован относительно потока.

При описанном выше устройстве лопасти 1-1'' размещены по радиальным относительно вала 17 линиям и вращаются относительно рабочего колеса (опоры 2-2'') относительно осей 5-5'', расположенных параллельно оси вала 17 рабочего колеса. Лопасти 1-1'' в каждом ряду кинематически связаны (6-6'', 7-7'', 8-8'') своим механизмом 10-16; 10'-16'' управления положением лопастей 1,1' и 1'' соответственно относительно корпуса 4. Каждый из этих механизмов имеет диски (не обозначены) с пазами 9-9'' и 10-10'', жестко соединенные со звездочками 8-8'',установленными с возможностью вращения на центральной оси 3. Кроме того, каждый из указанных механизмов имеет элементы фиксации для предотвращения вращения лопастей 1-1'' относительно рабочего колеса, образованного опорами 2-2'', и ориентированные относительно корпуса элементы расфиксации лопастей 1-1''.

Элементы фиксации выполнены в виде упругих элементов 11, 13; 11',13'; 11'', 13'', жестко укрепленных на неподвижной оси 3, а элементы расфиксации - в виде упругих элементов 12, 14; 12',14'; 12'',14'', жестко укрепленных на валу 17. Управление этими упругими элементами осуществляется посредством кулачков 15-15'', жестко укрепленных на валу 17, и кулачков 16-16'', жестко укрепленных на оси 3, следовательно, ориентированных относительно корпуса 4.

Описанная выше турбина работает следующим образом.

При воздействии на рабочее колесо турбины потока текучей среды текучая среда давит на лопасти с силой W=C·F,, где С - коэффициент сопротивления лопастей; F - площадь миделевого сечения лопастей (м²); ρ - плотность среды (кг/м³); V - скорость течения среды (м/с).

Рабочее колесо турбины (опора 2,2',2'') начинает вращаться тогда, когда общая площадь миделевого сечения лопастей 1, расположенных по одну сторону от оси 3, больше площади миделевого сечения лопастей, расположенных по другую сторону от оси 3. Такое положение постоянно обеспечивается механизмами управления положением лопастей.

Глядя на турбину на фиг.1 со стороны потока (показан стрелками), можно видеть, что одна опора 2'' расположена вдоль потока текучей среды и лопасти 1'' этой опоры в данный момент во вращении рабочего колеса турбины не участвуют. Две упругие опоры расположены по разные стороны от оси вращения, при этом лопасти 1 опоры 2 справа от оси вращения повернуты так, чтобы площади их миделевого сечения были наибольшими, а лопасти 1'слева от оси вращения повернуты так, чтобы площади их миделевого сечения были наименьшими. В этом случае рабочее колесо турбины поворачивается против часовой стрелки.

При вращении рабочего колеса турбины все лопасти опор, попадающие в зону справа от оси вращения, принимают положение, соответствующее их максимальному миделевому сечению относительно потока текучей среды, и остаются в этом положении в течение всего периода, пока они находятся справа от оси вращения рабочего колеса турбины. Лопасти опор, попадающие в левую относительно оси вращения зону, принимают положение, соответствующее их минимальному миделевому сечению в отношении потока текучей среды. Усилие, развиваемое лопастями справа от оси вращения, передается опорам 2-2'', а от них через вал 17, например, к генератору.

В момент попадания опоры в правую зону лопасти данной опоры фиксируются упругим элементом 11 относительно неподвижной оси 3 путем западания его выступа 13 в паз 9 диска звездочки 8 и остаются в таком зафиксированном положении на весь период нахождения лопастей данной опоры в правой зоне. Это позволяет сохранить максимальной величину миделевого сечения этих лопастей в правой относительно оси вращения зоне. Выступ элемента 12 фиксации в момент попадания опоры в правую зону выводится из паза 10 при наезде элемента 12 фиксации на кулачок 16.

При переходе опоры из правой зоны в левую кулачок 15 наезжает на элемент 11 расфиксации, выводя его выступ 13 из паза 9, а выступ 14 элемента 12 фиксации попадает в паз 10. В этот момент происходит фиксация положения лопастей 1 данной опоры неподвижно относительно нее. Пока лопасти 1 опоры 2 находятся в левой относительно оси вращения зоне, их плоскости остаются перпендикулярными относительно радиуса вращающегося рабочего колеса турбины. При переходе этой опоры в правую относительно оси вращения зону происходит перефиксация лопастей, и цикл работы, описанный выше, повторяется для каждой опоры.

В варианте конструкции, представленном на фиг.9-16, турбина устроена аналогично описанной выше, и все аналогичные детали обозначены теми же позициями, что и на фиг.1-8. Различие заключается в том, что элементы расфиксации выполнены в виде упругих элементов 19,20; 19',20';19'',20'',укрепленных на неподвижной оси 3, а элементы расфиксации - в виде по меньшей мере одного (для каждого механизма) кулачка 21,21',21'' (фиг.11,13,15) для взаимодействия с упругими элементами 19,19',19''. Каждый диск звездочки 8,8', 8'' выполнен по меньшей мере с двумя пазами 22,22',22'' для взаимодействия с выступами 20,20', 20'' соответствующих упругих элементов 19,19',19'' и имеет поворотное кольцо 23,23',23'', соединенное с ним пружиной 24,24',24'' кручения. Кольцо 23-23'' имеет два диаметрально противоположных паза 25,26; 25',26'; 25'',26'' (фиг.10,12), предназначенных для взаимодействия с фиксатором 27,27',27'' кольца (фиг.10,12). Фиксатор 27,27',27'' укреплен на валу 17, а на неподвижной оси 3 установлен кулачок 28,28',28'' для взаимодействия с выступом 29,29',29'' фиксатора 27,27',27''.

Описанный выше вариант конструкции турбины работает аналогично турбине, описанной со ссылками на фиг.1-8, с той лишь разницей, что часть усилия, развиваемого лопастями справа от оси 3, передается пружинам кручения и закручивает их.

К моменту попадания опоры 2 в правую относительно оси вращения зону механизм управления положением лопастей 1 данной опоры 2 разворачивает из так, чтобы плоскости лопастей данной опоры установились перпендикулярно потоку текучей среды, т.е. лопасти 1 имеют наибольшее миделевое сечение и остаются в этом положении все время, пока они находятся в правой относительно оси вращения зоне. При переходе опоры из правой зоны в левую кулачки 21 механизма управления положением лопастей данной опоры наезжают на элемент 19 расфиксации и выводят выступ 20 из паза 22 диска звездочки 8 (это происходит столько раз, сколько кулачков 21 и пазов 22). На период расфиксации звездочка 8 под действием пружины 24 вращается относительно оси 3 и через цепь 6 и звездочки 7 поворачивает лопасти 1 данной опоры так, чтобы обеспечить минимальное миделевое сечение лопастей опоры в отношении суммарного потока текучей среды, а именно основного потока и бокового, возникающего вследствие вращения рабочего колеса. В момент перехода опоры из левой относительно оси вращения в правую зону лопасти данной опоры повернуты так, чтобы обеспечить максимальное миделевое сечение в отношении основного потока. Далее описанный цикл повторяется для каждой опоры 2.

При вращении рабочего колеса турбины (опоры 2,2',2''), каждая опора 2,2', 2'' поочередно находится то в правой, то в левой относительно оси вращения зоне. При этом, когда опора 2 с лопастями 1 находится в правой относительно оси 3 зоне, механизм управления положением лопастей 1 застопорен, а в левой зоне этот механизм разворачивает лопасти 1 опоры 2 на угол 180^о. Таким образом, за полный оборот на 360^о лопасти разворачиваются всего на 180^о. При этом пружина 24 за полный оборот на 360^о закручивается на все 360^о. Необходимо простыми средствами снять натяг пружины, пропорциональный повороту рабочего колеса на 180^о, при повороте рабочего колеса на 360^о. Это достигается тем, что пружина вторым концом закреплена на кольце 23, которое вращается вместе с рабочим колесом, но один раз за оборот растормаживается при наезде кулачка 28 на выступ 29 фиксатора 27, выводя выступ фиксатора 27 из паза 25 кольца 23. Таких пазов 25,26 на кольце 23 два и они расположены диаметрально противоположно друг другу. Расторможенное кольцо 23 вращается в сторону, противоположную закручиванию. К этому моменту кулачок 28 сходит с выступа 29, и фиксатор 27 прижимается к наружной боковой поверхности кольца 23. При повороте кольца 23 на 180^о перед фиксатором 27 оказывается второй паз 26 кольца 23. Кольцо фиксируется неподвижно относительно рабочего колеса (опоры 2). Накопление энергии пружиной и ее растормаживание, как описано выше, далее повторяется.

Необходимо заметить, что растормаживание колец 23,23',23'' происходит при переходе опор 2,2',2'' из левой зоны в правую, чтобы использовать максимум накопленной пружинами кинетической энергии для разворота лопастей 1,1',1''.

В данном варианте обеспечивается более плавный разворот лопастей в положение, создающее минимальное сопротивление вращению рабочего колеса турбины, и его целесообразно использовать для турбин средних размеров, например, на средних реках.

В варианте предлагаемой турбины, представленном на фиг.17-21, аналогичные детали обозначены теми же позициями, что и на фиг.1-8. Звездочки 8-8'' жестко укреплены на неподвижной оси 3 и являются ведущими элементами по числу рядов лопастей 1-1'' (они названы ведущими условно). Каждая лопасть данного ряда имеет свободно вращающийся ведомый элемент 7-7'', кинематически связанный с ведущим, например, цепью 6-6''. Каждый механизм управления положением лопастей имеет устройство фиксации и расфиксации лопастей. Устройство фиксации и расфиксации лопастей имеет фиксаторы 30,30',30'' (фиг. 19) в виде скоб с выступами 31,31',31'', шарнирно укрепленных на осях 5,5',5'' лопастей 1,1',1''. Выступы 31-31'' входят в пазы 32-32'' звездочки 7-7''(фиг. 17-20) для жесткого соединения звездочек с осями и для обеспечения их совместного вращения. Для вывода выступов 31-31'' из зацепления (из пазов 32-32'') служат толкатели 33-33'', свободно сидящие на осях 5-5'' и имеющие скосы, контактирующие со скошенными поверхностями выступов 34,34', 34'' ползунов 35,35',35''. Один конец каждого ползуна 35-35'' предназначен для взаимодействия с кулачком 36 корпуса 4 (фиг.18), а другой упирается в вал 17 через пружину 37,37',37'', которая служит для возврата ползуна в исходное положение.

Каждая лопасть 1-1'' установлена на оси 5-5'' с возможностью поворота в плоскости, в которой расположена эта ось. С этой целью ось 5,5',5'' имеет продольную прорезь 38,38',38'' (фиг.20), а лопасть 1,1',1'' установлена в этой прорези и укреплена шарнирно на штифте 39,39',39''. Лопасти 1,1',1'' фиксируются от поворота в указанной плоскости фиксаторами 40,40',40'' лопастей (например, парными) по числу лопастей в турбине (фиг.18.20). Эти фиксаторы управляются кулачком 41 корпуса 4 посредством ползунов 42,42',42'' с выступами 43,43',43'', аналогичных ползунам 35,35',35'' и упирающихся в вал 17 через пружины 44,44',44'', и толкателей 45,45',45'', свободно сидящих на осях 5,5',5'' и имеющих скошенную поверхность для взаимодействия со скошенной поверхностью выступов 43,43', 43'' ползунов 42,42',42''. Фиксаторы 40,40', 40'' стянуты пружинами 46,46', 46'' и шарнирно укреплены на осях 5,5', 5'', посредством штифтов 47,47',47''. Очевидно, что лопасти 1,1',1'' имеют соответствующие отверстия 48,48',48'' для приема выступов фиксаторов 40,40',40''.

Для разворота лопастей 1-1'' во флюгерное положение предназначены механизмы по числу лопастей 1-1'' в каждом ряду. Каждый механизм имеет Г-образный рычаг 49 (фиг.17,18,21), установленный с возможностью поворота на оси 50, укрепленной в корпусе 4 (фиг.18). Этот рычаг взаимодействует с вилкой 51 (фиг.21), поджатой пружиной 52. Рычаг 49 поджат пружиной 53, укрепленной в корпусе (фиг.17,18,21). На опорах 2,2',2'' укреплены кулачки 54,54',54'', взаимодействующие с вилками 51 для освобождения Г-образных рычагов 49 после установки лопастей 1-1'' во флюгерное положение. На корпусе 4 укреплен кулачок 55 (фиг. 18) для воздействия на ползуны 42-41'' с целью возврата лопастей 1-1'' в исходное положение из флюгерного положения. На осях 56 лопастей 1-1'' имеются упругие диаметральные выступы для взаимодействия с упорами 57 корпуса 4.

Этот вариант конструкции турбины работает следующим образом.

Когда лопасти 1'' имеют наибольшее миделевое сечение относительно потока текучей среды (фиг.17), выступы 31'' фиксаторов 30'' (фиг.18,19) западают в пазу 32'' звездочек 7'',благодаря чему оси 5'' оказываются жестко связанными со звездочками 7'', следовательно, становятся жестко связанными через цепь 6'' с ведущим элементом 8'' (фиг.18), т.е. лопасти остаются в таком положении, что их миделевое сечение относительно потока остается постоянным при прохождении дуги 180^о в правой относительно оси вращения зоне (1''-1). Такое западание выступов 31'' в пазы 32'' обеспечивается благодаря повороту лопастей 1'', как будет описано ниже. Кроме того, если этого не произойдет, лопасти принудительно поворачиваются благодаря взаимодействию кулачков 54''с упорами 57 корпуса 4 (фиг.18), что гарантирует их фиксацию.

После поворота из указанного положения на 180^о кулачок 41 наезжает на ползун 42 (фиг.18), благодаря чему выступы 43 воздействуют на фиксаторы 40, которые выходят из отверстий 48 лопастей 1, и лопасти 1 поворачиваются на штифтах 39 во флюгерное положение благодаря тому, что они упираются своими свободными концами в Г-образные рычаги 49. Затем выступы фиксаторов 40 снова западают в другие отверстия 48 лопастей 1. Далее кулачки 54 наезжают на вилки 51, освобождая рычаги 49, которые поворачиваются на осях 50 и пропускают лопасти 1, установленные во флюгерное положение. Затем пружины 53 возвращает рычаги 49 в исходное положение, а вилки 51 под действием пружин 52 фиксируют рычаги 49 в этом положении. Одновременно ползун 35' наезжает на кулачок 36 (фиг.17.18) и своими выступами 34' перемещает толкатели 33', которые выводят выступы 31' фиксаторов 30' из пазов 32' звездочек 7'. При этом происходит расцепление звездочек 7' с осями 5', и лопасти могут свободно самоустанавливаться относительно потока текучей среды во флюгерном положении.

После поворота рабочего колеса турбины (опоры 2-2'') на 180^опроисходит наезд ползуна 42'' на кулачок 55 (фиг.18). Ползун 42'' перемещается, и его выступы 43'' воздействуют на толкатели 45'', которые выводят фиксаторы 40''из отверстия 48' лопастей 1'', которые поворачиваются на штифтах 39''из флюгерного положения в нормальное, и фиксаторы снова западают в центральные отверстия 48 лопастей 1''. Принудительный поворот лопастей гарантируется выступами 56'', взаимодействующими с упорами 57, как указано выше.

Этот вариант конструкции является наиболее оптимальным с точки зрения минимизации сопротивления вращению рабочего колеса, оказываемого лопастями, находящимися по левую сторону от оси вращения, и его наиболее целесообразно использовать при больших габаритах рабочего колеса, например на больших реках.

Предлагаемая конструкция турбины, отличаясь простотой, обеспечивает высокий КПД (благодаря развороту лопастей) без необходимости создания напора.

Формула изобретения

1. ТУРБИНА, содержащая неподвижный корпус и вал с рабочим колесом, размещенный в нем, отличающаяся тем, что турбина снабжена поворотными лопастями, механизмом управления положением лопастей относительно корпуса с элементами фиксации и расфиксации, при этом лопасти установлены на рабочем колесе и размещены по меньшей мере тремя радиально расположенными относительно вала рядами с возможностью вращения относительно рабочего колеса вокруг осей, параллельных оси вала, лопасти каждого ряда кинематически связаны со своим механизмом управления их положением относительно корпуса, а элементы фиксации, предотвращающие вращение лопастей относительно корпуса, и элементы расфиксации ориентированы относительно корпуса.

2.Турбина по п.1, отличающаяся тем, что каждый механизм управления выполнен в виде установленного на неподвижной оси с возможностью вращения диска, кинематически связанного с лопастями одного ряда и взаимодействующего с элементами фиксации.

3.Турбина по п.2, отличающаяся тем, что элементы фиксации и расфиксации выполнены в виде пары упругих элементов, установленных соответственно на неподвижной оси и валу, при этом в диске выполнены пазы, взаимодействующие с упругими элементами, а неподвижная ось и вал снабжены кулачками, жестко закрепленными на них и взаимодействующими с упругими элементами.

4. Турбина по п. 2, отличающаяся тем, что элемент фиксации выполнен в виде упругого элемента, установленного на неподвижной оси, а элемент расфиксации - в виде по меньшей мере одного кулачка, жестко установленного на валу с возможностью взаимодействия с упругим элементом, диск выполнен по меньшей мере с двумя пазами, взаимодействующими с упругим элементом, и снабжен поворотным кольцом, пружиной кручения, соединяющей кольцо с упругим элементом и фиксатором, при этом поворотное кольцо выполнено с двумя диаметрально противоположными пазами, взаимодействующими с фиксатором кольца, установленным на валу, а неподвижная ось снабжена дополнительным кулачком, взаимодействующим с фиксатором кольца.

5. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что механизм управления выполнен в виде неподвижной оси с жестко установленными на ней ведущими элементами, равными числу рядов лопастей ведомых элементов, устройства фиксации и расфиксации лопастей с фиксаторами ведомых элементов, соединяющих последние с лопастями, и элемента расцепления с лопастями, установленного на корпусе и взаимодействующего с фиксаторами ведомых элементов, при этом каждый из ведущих элементов кинематически связан со свободно вращающимся ведомым элементом каждой лопасти одного ряда, а каждая лопасть установлена на своей оси с возможностью поворота в плоскости расположения данной оси, при этом лопасти имеют механизмы их поворота в этой плоскости, равными числу лопастей в ряду, и фиксаторы лопастей, равные числу лопастей в турбине для фиксации их в повернутом положении, а корпус имеет элемент, взаимодействующий с фиксаторами лопастей.

6. Турбина по п.5, отличающаяся тем, что оси лопастей снабжены диаметральными выступами, а корпус - упорами по числу лопастей, взаимодействующих с этими выступами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21