Турбина
Турбина предназначена для преобразования кинетической энергии жидкости или газа в механическую работу. Турбина содержит цилиндрический корпус, расположенный по его периферии тангенциальный впускной патрубок и расположенный по центру осевой выпускной патрубок, а также установленный на валу ротор. Последний выполнен в форме закрытого с одного конца стакана, тангенциальный впускной патрубок снабжен осевым спиральным направляющим элементом с возможностью тангенциальной подачи рабочего тела на стенку стакана вблизи его открытого торца, а осевой выпускной патрубок размещен своим входным отверстием в полости стакана. Впускной патрубок имеет прямоугольное сечение, а выпускной круглое сечение. Конструкция турбины позволяет упростить конструкцию. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к турбиностроению.
Из уровня техники известны турбины, имеющие конструкцию, обеспечивающую центростремительное движение рабочего тела (жидкости или газа), приводящего в движение вал (см., например, US 4530640, МПК 7 F 02 B 39/00, 23.07.1985 или US 4835960, МПК 7 F 02 C 3/16, 06.06.1989).
Из уровня техники известна турбомашина, содержащая корпус со спиральным направляющим устройством и центростремительную турбину (а.с. №165039, F 02 C 3/09, 14.10.64).
Из патента RU 2041384 C1, МПК 7 F 03 B 3/02, 09.08.1995 известна лабиринтно-вихревая гидромашина с осевой турбиной, содержащей корпус с впускным и выпускным патрубками и размещенные внутри него неподвижный и закрепленный на валу подвижный диски с выемками и выступами на поверхностях, образующими рабочие каналы. Впускной патрубок расположен по периферии и выполнен тангенциальным, а выпускной расположен по центру и выполнен осевым. Роторным элементом в данной машине являются закрепленные на валу диски.
Недостатками всех приведенных выше устройств являются сложность их конструкции, дороговизна изготовления.
Задачей изобретения является упрощение, удешевление конструкции, уменьшение шума при сохранении производительности турбомашины.
Для решения этой задачи в турбине, содержащей цилиндрический корпус, расположенный по его периферии тангенциальный впускной патрубок для рабочего тела и расположенный по центру осевой выпускной патрубок, а также установленный на валу ротор, согласно изобретению ротор выполнен в форме закрытого с одного конца стакана, тангенциальный впускной патрубок снабжен осевым спиральным направляющим элементом с возможностью тангенциальной подачи рабочего тела на стенку стакана вблизи его открытого торца, а осевой выпускной патрубок размещен своим входным отверстием в полости стакана.
Кроме того, впускной патрубок может иметь прямоугольное сечение, а выпускной - круглое.
Работа турбины основана на образовании крутящего момента за счет сложения вектора импульса рабочего тела (газа, жидкости) и вектора силы реакции опоры на внутренней поверхности стакана турбины (ротора). Крутящий момент турбины равен дроби, в числителе которой произведение коэффициента пропорциональности, секундной массы рабочего тела (газа, жидкости), квадрата скорости рабочего тела относительно внутренней поверхности ротора турбины, а в знаменателе внутренний радиус стакана (ротора турбины).
Вращение ротора происходит за счет образования радиально-вихревой закрутки центростремительного потока в пристенной области стакана (ротора). Рабочее тело, попадая в рабочую полость стакана, обеспечивает передачу энергии. Происходит преобразование кинетической энергии закрученного потока в механическую энергию вращения вала турбины. Регулирование степени закрутки потока может изменяться изменением расхода рабочего тела, а также объемом рабочей полости стакана (ротора). Для постоянного поддержания энергообмена отработанная часть рабочего тела (жидкости или газа) удаляется из рабочей камеры стакана (ротора) через осевой выпускной патрубок. Увеличение мощности турбины может быть осуществлено, например, за счет применения нескольких впускных патрубков и, соответственно, нескольких тангенциальных подводящих устройств. Подача рабочего тела может быть осуществлена посредством подводящих устройств, разнесенных по окружности и имеющих индивидуальный или общий, посредством кольцевого коллектора, подвод жидкости или газа.
На фиг.1 показана конструкция турбины в разрезе, на фиг.2 - вид на турбину сверху.
На ротор, выполненный в форме стакана 1, размещенный в цилиндрическом корпусе 2, через тангенциальный впускной патрубок 3, размещенный на периферии корпуса 2, подается рабочее тело (жидкость, газ). Тангенциальная подача рабочего тела на стенку стакана 1 вблизи его открытого торца обеспечена прохождением его через осевой спиральный направляющий элемент 4. Образующийся при этом вихрь обменивается вращательным импульсом со стаканом 1 за счет сложения вектора импульса рабочего тела и силы реакции внутренней поверхности стакана 1. После обмена импульсом рабочее тело теряет угловую скорость и центробежную силу и вытесняется новой порцией рабочего тела в радиальном направлении к центру (оси) стакана. Скопившееся у центра стакана 1 рабочее тело выходит через цилиндрический осевой выпускной патрубок 5, входное отверстие которого размещено в полости стакана 1. Рабочее тело после тангенциального впускного патрубка 3 проходит по осевому спиральному направляющему элементу 4 к внутренней цилиндрической поверхности стакана 1, доходит до дна стакана 1, после чего спирально движется к оси стакана и к выпускному патрубку 5. Движение к оси стакана 1 происходит с постепенно уменьшающимся радиусом спирали. Поперечное сечение тангенциального впускного патрубка выполнено прямоугольным, а осевого выпускного патрубка - круглым.
Предложенная турбина проста в изготовлении, бесшумна в процессе работы, т.к. не содержит дополнительных механически соединенных между собой элементов, и отсутствует модуляция потока рабочего тела этими элементами.
1. Турбина, содержащая цилиндрический корпус, расположенный по его периферии тангенциальный впускной патрубок для рабочего тела и расположенный по центру осевой выпускной патрубок, а также установленный на валу ротор, отличающаяся тем, что ротор выполнен в форме закрытого с одного конца стакана, тангенциальный впускной патрубок снабжен осевым спиральным направляющим элементом с возможностью тангенциальной подачи рабочего тела на стенку стакана вблизи его открытого торца, а осевой выпускной патрубок размещен своим входным отверстием в полости стакана.
2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что впускной патрубок имеет прямоугольное сечение, а выпускной - круглое сечение.
