Реактивная турбина

Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно к турбинным установкам, и может быть использовано в судовых и в других энергетических системах. Реактивная турбина содержит ротор, устройства подвода текучей среды с входным и выходным реактивным соплами, причем ось последнего перпендикулярна радиусу турбины. Ротор турбины содержит не менее четырех устройств подвода текучей среды к выходным реактивным соплам и, по меньшей мере, одно средство ионизации текучей среды. Каждое устройство подвода текучей среды к реактивному соплу имеет не менее двух сопел на одной оси, при этом, по меньшей мере, одно сопло жестко или с возможностью осевого перемещения соосно введено в следующее по ходу движения текучей среды сопло с образованием между соплами полости, причем, не менее чем одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса текучей среды, средства ионизации размещены в полости одного из устройств подвода текучей среды, во всех полостях установлены датчики давления, а во входном и выходном реактивном соплах - датчики скорости, струя текучей среды из выходного реактивного сопла устройства подвода текучей среды направлена на входное сопло предыдущего устройства подвода текучей среды, при этом ротор снабжен цилиндрическим корпусом, в котором вблизи входного сопла каждого устройства подвода текучей среды размещены щели. Использование изобретения позволит упростить конструкцию турбины, уменьшить удельные массогабаритные и стоимостные характеристики. 1 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно к стационарным и транспортным турбинным установкам. Может быть использовано в судовых и в других энергетических системах, а также в качестве силовой установки транспортных средств.

Известны реактивные турбины, содержащие ротор, направляющий аппарат и рабочие лопатки [1].

Недостатки этих турбин - сложное конструктивное оформление проточной части, имеющей два вида облопачивания, и сравнительно низкая эффективность.

Известна реактивная турбина, содержащая ротор, устройства подвода текучей среды, входное сопло и выходное реактивное сопло, расположенное в плоскости вращения турбины, при этом его ось перпендикулярна радиусу турбины [2]. Эта турбина принята за прототип.

Недостатки прототипа - большие гидравлические потери в каналах подвода рабочего тела, сравнительно низкая эффективность.

Технический результат изобретения - повышение эффективности реактивной турбины за счет использования энергии текучей среды, в том числе упрощение конструкции, снижение массы и габаритов турбины, расхода и необходимых для транспортных средств запасов топлива.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из ротора, устройств подвода текучей среды, снабженных входным соплом и выходным реактивным соплом, расположенным в плоскости вращения турбины, с осью, перпендикулярной ее радиусу, ротор турбины содержит не менее четырех устройств подвода текучей среды к выходным реактивным соплам и, по меньшей мере, одно средство ионизации текучей среды. Каждое устройство подвода текучей среды к реактивному соплу имеет не менее двух сопел на одной оси. При этом, по меньшей мере, одно сопло жестко или с возможностью осевого перемещения соосно введено в следующее по ходу движения текучей среды сопло с образованием между соплами полости. Причем не менее чем одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса текучей среды. Средства ионизации размещены, по меньшей мере, в одной полости одного из устройств подвода текучей среды. Во всех полостях установлены датчики давления, а во входном и выходном реактивных соплах - датчики скорости. Струя текучей среды из выходного реактивного сопла устройства подвода текучей среды направлена на входное сопло предыдущего устройства подвода текучей среды, при этом ротор снабжен цилиндрическим корпусом, в котором вблизи входного сопла каждого устройства подвода текучей среды размещены щели.

Реактивная турбина представлена на фиг.1. (сечение перпендикулярно валу). На фиг.2 дана схема устройства подвода текучей среды к реактивному соплу.

Предлагаемая турбина (фиг.1) содержит ротор 1 на валу 2, устройство подвода текучей среды 3 в плоскости вращения ротора, 4 - спицы, 5 - входное сопло со срезом, выходное (реактивное) сопло 6 со срезом, цилиндрический корпус ротора 7 (для снижения сопротивления трения при его вращении), щели 8 на цилиндрическом корпусе ротора 7 вблизи входного сопла 5, несущую пластину ротора 9. Устройство подвода текучей среды 3 устанавливается на спицах 4 или крепится на несущей пластине 9, в том числе с обеих ее сторон. Устройство подвода текучей среды 3 (фиг.2) содержит размещенные соосно сужающееся сопло 10 с входным сечением 11 и критическим сечением 12, сужающееся сопло 13 с критическим сечением 14 и полость 15 между этими соплами. В полости 15 помещены средства ионизации текучей среды 16 и клапаны 17 на стенке полости. Далее по ходу движения воздуха вдоль центральной оси блока следуют сопло 18 с критическим сечением 19 и сопло 20 с критическим сечением 21, выходным сечением 22 и выходным соплом со срезом 23. Между соплами 13 и 18 имеется полость 24, а между соплами 18 и 20 - полость 25. При этом сопла 10 и 13, а также 13 и 18, 18 и 20 в местах соединения между собой герметичны. К полостям 15, 24 и 25 подсоединены устройства отсоса и подачи текучей среды (газа, например, воздуха) 26 внутрь этих полостей.

Устройство работает следующим образом. Рассмотрим вариант воздушной турбины. Пусть в одной паре устройств подвода текучей среды, например в паре (I и III, фиг.1), в каждом устройстве подвода текучей среды 3 имеется по одной полости со средствами ионизации воздуха. Производят ионизацию воздуха в полости 15, например, одновременно в обоих устройствах подвода текучей среды, с использованием одного или нескольких средств ионизации 16, размещенных в полости. При этом впускные клапаны 17 закрыты. Такими средствами ионизации могут быть нанесенные на внутренние поверхности стенки полости электроды, соединенные с полюсами источника напряжения электротока, или магнитные полосы. Средствами ионизации могут быть также источник искусственного потока элементарных частиц с энергией в интервале от 10 эВ до 1,25·10⁴⁵ эВ или нанесенные на стенки полости покрытия, содержащие радиоактивные элементы. Ионизацию осуществляют, например, возбуждением в воздухе в полости электрического разряда переменным электрическим и/или магнитным полем. Или путем ввода в полость катализатора процесса ионизации (инертный газ (например, аргон), элементы четвертой группы периодической таблицы химических элементов (например, углерод)) и др. В результате такого воздействия молекулы воздуха (азота и кислорода) частично разрушаются с выделением большого количества тепла и кинетической энергии [3]. Поток расширенного в полости 15 газа вылетает к центральной оси устройства, увлекая (эжектируя) при этом воздух из внешней среды через входное сечение 11. Далее клапаны 17 открываются и в полость 15 поступает (впрыскивается) воздух из внешней среды или из источника сжатого воздуха. Частота выполнения таких операций (пульсаций) регулируется и может быть достаточно высокой, чтобы обеспечить квазинепрерывный характер работы. Эта частота пульсаций должна быть достаточной, чтобы крутящий момент начал раскручивать турбину. Возникающий при этом поток воздуха выходит из реактивных сопел 6 первой пары устройств подвода текучей среды турбины и направляется во входные сопла со срезом следующего устройства подвода текучей среды. Срез каждого сопла обеспечивает необходимую направленность потока. В нем нет средств ионизации воздуха, он состоит из 2-3 сужающихся сопел с входным и выходным соплом со срезом и с одной или двумя полостями. Поступающий в эти устройства подачи текучей среды воздух вакуумирует полости, за счет чего скорость потока в этих устройствах растет, в устройства подвода текучей среды засасывается также дополнительно воздух через сопло 10 и щели 8 из внешней среды. Полученная потоком дополнительная энергия в устройствах подвода текучей среды II и IV покрывает все потери энергии потока (на трение в устройствах 3 и другие). Турбина наберет заданное число оборотов, как только скорость потока текучей среды во всех устройствах подвода текучей среды будет одинаковой и соответствовать заданной величине вакуума во всех полостях устройств 3. В дальнейшем турбина будет работать без затрат энергии (топлива) за счет энергии вакуума.

Рассмотренный режим работы турбины не единственный. Возможен вариант работы, при котором впрыскивание и ионизация воздуха в полости 15 производятся непрерывно. Тогда энергия, выделяемая при разложении атомов воздуха в полости 15, будет дополнять, усиливать энергетический эффект движения воздуха в устройствах подвода текучей среды турбины, полученных от самовакуумирования полостей 24 и 25.

Регулировка скорости потока на выходе из турбины в реальном времени производится путем управления величиной вакуума в полостях 15, 24 и 25. Для этого предусмотрены устройства 26 для отсоса воздуха при необходимости увеличения скорости и подачи воздуха для уменьшения скорости потока. При этом используются показания датчиков давления, установленных во всех полостях, и датчиков скорости на входных и выходных соплах обоих устройств подвода текучей среды. Для регулировки скорости вакуумирования полости можно использовать осевое перемещение сопла.

Мощность турбины может быть значительно увеличена при использовании на одном валу нескольких предлагаемых конструкций, при этом их реактивные сопла целесообразно размещать в шахматном порядке.

Таким образом, использование изобретения позволит упростить конструкцию турбины, уменьшить удельные массо-габаритные и стоимостные характеристики, в частности за счет существенного снижения расхода топлива, запасов топлива (на транспортных средствах).

Использованные источники

1. А.В.Щегляев. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин. М.-Л.: ГЭИ. 1955, с.136, 199-224.

2. Патент RU 2193669, кл. 7 F 01 D 1/32, публ. 2002.11.27.

3. Е.И.Андреев, О.А.Ключарев, А.П.Смирнов, Р.А.Давыденко. Естественная энергетика. - СПб: Нестор, 2000. - 122 с.

4. Патент WO 03/25379, кл. 7 F 02 К 7/00, публ. 2003.03.27.

Реактивная турбина, состоящая из ротора, устройств подвода текучей среды, снабженных входным соплом и выходным реактивным соплом, расположенным в плоскости вращения турбины, причем его ось перпендикулярна радиусу турбины, отличающаяся тем, что ротор турбины содержит не менее четырех устройств подвода текучей среды к выходным реактивным соплам и, по меньшей мере, одно средство ионизации текучей среды, каждое устройство подвода текучей среды к реактивному соплу имеет не менее двух сопел на одной оси, при этом, по меньшей мере, одно сопло жестко или с возможностью осевого перемещения соосно введено в следующее по ходу движения текучей среды сопло с образованием между соплами полости, причем не менее чем одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса текучей среды, средства ионизации размещены, по меньшей мере, в одной полости одного из устройств подвода текучей среды, во всех полостях установлены датчики давления, а во входном и выходном реактивном соплах - датчики скорости, струя текучей среды из выходного реактивного сопла устройства подвода текучей среды направлена на входное сопло предыдущего устройства подвода текучей среды, при этом ротор снабжен цилиндрическим корпусом, в котором вблизи входного сопла каждого устройства подвода текучей среды размещены щели.