Реактивная турбина
Реактивная турбина содержит вал турбины и сборочные узлы сопел. Сборочные узлы сопел установлены друг за другом в осевом направлении и имеют отверстие для впрыска. Каждый узел сопел включает соединенные друг с другом пластины, причем отверстие для впрыска сформировано на наложенной поверхности пластин. Сборочный узел сопел размещен в кожухе, включающем впускное и выпускное отверстия и соединяющий их пропускной канал. В пропускном канале кожуха расположен сборочный узел сопел с возможностью вращения, причем пропускной канал в кожухе и отверстие для впрыска сборочных узлов сопел расположены поочередно. Кожух включает первый кожух с впускным отверстием, второй кожух с выпускным отверстием и множество третьих кожухов, установленных вдоль осевого направления между первым и вторым кожухами. Между соседними кожухами расположены разделительные пластины, отделяющие сборочные узлы сопел друг от друга. В одном варианте выполнения турбины на внутренней окружности третьего кожуха сформировано множество ударных стенок. В другом варианте сборочный узел сопел включает кольцевой элемент, расположенный между пластинами и образующий камеру впрыска, имеющую отверстие для впрыска, проходящее через внешнюю окружность камеры впрыска. В еще одном варианте выполнения площадь поперечного сечения отверстия для впрыска в сборочном узле сопел, расположенном на стороне выпускного отверстия в кожухе, является большей, чем у сборочного узла сопел на стороне впускного отверстия в кожухе. В следующем варианте выполнения количество отверстий для впрыска в сборочном узле сопел, расположенном на стороне выпускного отверстия в кожухе, является большим, чем в сборочном узле сопел на стороне впускного отверстия в кожухе. В другом варианте впускное отверстие в кожухе сформировано в центре вращения сборочного узла сопел, а выпускное отверстие в кожухе расположено в месте расположения внешней окружности сборочного узла сопел. Каждый сборочный узел сопел включает упомянутый выше кольцевой элемент, образующий камеру впрыска и содержащий стенки впрыска, каждая из которых имеет сформированное в ней отверстие для впрыска, и опорную стенку, соединяющую стенки впрыска. Группа изобретений позволяет упростить сборку реактивной турбины и уменьшить ее габариты. 6 н. и 25 з.п. ф-лы, 21 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к реактивной турбине, в которой используют реактивное действие, вызванное нагнетанием пара, газа или сжатого воздуха.
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Паровая турбина представляет собой механизированное устройство, используемое для преобразования тепловой энергии пара под давлением в механическое движение. Вследствие низких вибраций, высокого коэффициента полезного действия и высокой мощности паровая турбина нашла широкое применение в качестве основного механизма для тепловых электростанций и судов.
В паровую турбину подают пар с высокой температурой и под высоким давлением, созданный котлом, из сопел или неподвижных лопаток, и этот пар расширяется, генерируя высокоскоростной поток пара. Затем высокоскоростной поток пара направляют так, что он падает на лопатки турбины, результатом чего является воздействие или реакция, приводящие вал во вращение. Таким образом, паровая турбина может включать в себя множество сопел для преобразования тепловой энергии пара в кинетическую энергию и множество лопаток турбины, расположенных параллельно соплам для преобразования кинетической энергии в механическое движение.
В обычной паровой турбине пар высокого давления, втекающий в парораспределительную коробку из котла, расширяется, и расширяющийся пар вращает вал турбины, соединенный с лопатками турбины, проходя через сопла и лопатки турбины, а затем перемещается в паровыпускную коробку. В процессе прохождения через сопла и лопатки турбины пар высокого давления расширяется, вследствие чего его давление уменьшается, и пар более низкого давления подают из паровыпускной коробки в конденсатор для охлаждения, а затем пар может быть возвращен в котел насосом подачи воды или может быть выпущен в атмосферу.
Однако описанная выше обычная паровая турбина характеризуется тем, что генерацию крутящего момента осуществляют за счет высокоскоростного потока пара, падающего на лопатки турбины, которые вращаются с высокой скоростью, и, следовательно, когда водяной конденсат смешивается с паром, то лопатки турбины могут повреждаться. Следовательно, необходимо регулировать подачу пара, падающего на лопатки турбины, во избежание образования водяного конденсата. Кроме того, лопатки турбины должны быть изготовлены из дорогостоящих материалов с высокой прочностью, вследствие чего увеличивается себестоимость.
Сила, приводящая ось турбины во вращение, является прямо пропорциональной кинетической энергии пара, поступающего на лопатки турбины, и кинетическая энергия пара определяется различными факторами, например количеством лопаток турбины и площадью их поверхности, и углом входа пара. Однако, поскольку скорость и направление пара, падающего на лопатки турбины, изменяются, то проектирование форм и углов лопаток с учетом этих изменений повышает сложность конструкции, и, следовательно, существует ограничение при изготовлении турбины с высоким коэффициентом полезного действия.
Кроме того, поскольку множество лопаток турбины вращаются будучи огражденными кожухом, то необходимо предусмотреть наличие пространства между концом каждой лопатки турбины и внутренней окружностью кожуха с учетом теплового расширения лопаток турбины. Однако через это пространство просачивается пар, и, следовательно, имеют место потери давления, ухудшая, тем самым, тепловой коэффициент полезного действия турбины.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
Задачей настоящего изобретения является создание реактивной турбины, пригодной для изготовления турбин различной мощности, поскольку общие детали турбины могут использоваться как совместимые при изготовлении турбин различной мощности.
Задачей настоящего изобретения также является создание реактивной турбины для полупостоянной работы, детали которой являются простыми в сборке и в которой предотвращено вращение вала турбины с эксцентриситетом.
Задачей настоящего изобретения также является создание реактивной турбины с уменьшенным габаритным размером, детали которой являются простыми в сборке и коэффициент полезного действия которой увеличен.
Задачей настоящего изобретения также является создание реактивной турбины, способной обеспечивать уменьшение в ней трения из-за осевой нагрузки за счет устранения осевой нагрузки из-за осевого давления пара.
Задачей настоящего изобретения также является создание реактивной турбины, способной переключать направление подачи пара, обеспечивая, тем самым, возможность вращения вала турбины вперед или назад.
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
В настоящем изобретении предложена реактивная турбина, содержащая вал турбины и множество сборочных узлов сопел, установленных друг за другом в осевом направлении вала турбины и соединенных с валом турбины и образующих с ним единое целое, причем каждый сборочный узел сопел имеет выполненное в нем, по меньшей мере, одно отверстие для впрыска, предназначенное для впрыска рабочей текучей среды и вращающееся при впрыске рабочей текучей среды.
В настоящем изобретении также предложена реактивная турбина, содержащая кожух, включающий в себя впускное отверстие в кожухе, выпускное отверстие в кожухе и пропускной канал в кожухе, соединяющий впускное отверстие в кожухе с выпускным отверстием в кожухе, обеспечивая возможность протекания рабочей текучей среды высокого давления, введенной через впускное отверстие в кожухе, в выпускное отверстие в кожухе; вал турбины, соединенный с кожухом с возможностью его вращения; и, по меньшей мере, один сборочный узел сопел, установленный с возможностью его вращения в пропускном канале в кожухе, в силу чего он является целиком соединенным с валом турбины, при этом он имеет, по меньшей мере, одно отверстие для впрыска, предназначенное для впрыска рабочей текучей среды, и в силу чего он способен вращаться, причем каждый из, по меньшей мере, одного сборочного узла сопел включает в себя множество пластин, наложенных внахлест друг на друга и соединенных друг с другом, а на наложенной внахлест поверхности пластин сформировано отверстие для впрыска.
В настоящем изобретении также предложена реактивная турбина, содержащая кожух, включающий в себя впускное отверстие в кожухе, выпускное отверстие в кожухе и пропускной канал в кожухе, соединяющий впускное отверстие в кожухе и выпускное отверстие в кожухе, обеспечивая возможность протекания рабочей текучей среды высокого давления, подаваемой через впускное отверстие в кожухе, в выпускное отверстие в кожухе; вал турбины, соединенный с кожухом с возможностью его вращения; и, по меньшей мере, один сборочный узел сопел, установленный с возможностью его вращения в пропускном канале в кожухе, в силу чего он является целиком соединенным с валом турбины, при этом он имеет, по меньшей мере, одно отверстие для впрыска, предназначенное для впрыска рабочей текучей среды, и, таким образом, способен вращаться, причем этот кожух включает в себя множество отверстий, состоящее из любого из следующих отверстий: впускного отверстия в кожухе и выпускного отверстия в кожухе или из обоих этих отверстий, и это множество отверстий, состоящее из любого из следующих отверстий: впускного отверстия в кожухе и выпускного отверстия в кожухе или из обоих этих отверстий, расположены симметрично вокруг осевого направления вала турбины.
В настоящем изобретении также предложена реактивная турбина, содержащая кожух, включающий в себя впускное отверстие в кожухе, выпускное отверстие в кожухе и пропускной канал в кожухе, соединяющий впускное отверстие в кожухе с выпускным отверстием в кожухе, обеспечивая возможность протекания рабочей текучей среды высокого давления, подаваемой через впускное отверстие в кожухе, в выпускное отверстие в кожухе; вал турбины, соединенный с кожухом с возможностью его вращения; и, по меньшей мере, один сборочный узел сопел, установленный с возможностью его вращения в пропускном канале в кожухе, в силу чего он является целиком соединенным с валом турбины, при этом он имеет, по меньшей мере, одно отверстие для впрыска, предназначенное для впрыска рабочей текучей среды, и в силу чего он способен вращаться, причем впускное отверстие в кожухе сформировано в центре вращения сборочного узла сопел в осевом направлении, а выпускное отверстие в кожухе расположено в месте расположения внешней окружности сборочного узла сопел, вращающегося в направлении вдоль окружности.
Дополнительные отличительные признаки настоящего изобретения будут изложены в приведенном ниже описании и частично станут очевидными из этого описания или могут быть усвоены из практической реализации настоящего изобретения.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению, реактивная турбина имеет детали, которые могут легко использоваться в качестве совместимых при изготовлении турбин различной мощности, и повышена производительность сборки. Кроме того, предотвращено вращение вала турбины с эксцентриситетом для значительного увеличения срока службы реактивной турбины. К тому же, поскольку может быть обеспечена простота сборки деталей, и отверстия для впрыска сконструированы длинными, то эффективность инжекции увеличена, и за счет этого практически возможно изготовить турбину меньшего размера с высоким коэффициентом полезного действия. Кроме того, поскольку на концах отверстий для впрыска могут быть установлены легкосъемные сопла разного размера, то мощность турбины может быть легко изменена.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На сопроводительных чертежах, которые приведены для обеспечения более глубокого понимания настоящего изобретения, включены в состав описания и составляют его неотъемлемую часть, проиллюстрированы варианты осуществления настоящего изобретения, и вместе с описанием они служат для объяснения принципов настоящего изобретения.
На Фиг. 1 на виде в перспективе изображен внешний вид реактивной турбины согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 2 на виде в перспективе изображена средняя часть реактивной турбины с Фиг. 1.
На Фиг. 3 на виде в перспективе с пространственным разнесением деталей показана реактивная турбина с Фиг. 1.
На Фиг. 4 на виде в поперечном разрезе изображена реактивная турбина с Фиг. 1.
На Фиг. 5 на виде в перспективе показан пример внутренней окружности третьего кожуха реактивной турбины с Фиг. 1.
На Фиг. 6 на виде в перспективе показан другой пример внутренней окружности третьего кожуха реактивной турбины с Фиг. 1.
На Фиг. 7 на виде в перспективе с пространственным разнесением деталей изображен унифицированный сборочный узел сопел реактивной турбины, показанной на Фиг. 1.
На Фиг. 8 на виде в поперечном разрезе изображены унифицированные сборочные узлы сопел с Фиг. 7 в сборе.
На Фиг. 9 на виде сверху изображена сопловая крышка унифицированного сборочного узла с Фиг. 7.
На Фиг. 10 изображен вид в поперечном разрезе вдоль линии I-I с Фиг. 8.
На Фиг. 11 на виде сверху изображена сопловая пластина унифицированного сборочного узла сопел с Фиг. 7.
На Фиг. 12-15 на видах сверху изображен сборочный узел сопел с Фиг. 1, в котором количество (площадь поперечного сечения) отверстий для впрыска/всасывания на сопловой пластине увеличивается в соответствии с направлением потока пара.
На Фиг. 16 на виде в перспективе с пространственным разнесением деталей показан другой пример сборочного узла сопел реактивной турбины с Фиг. 1.
На Фиг. 17 на виде сверху изображен сборочный узел сопел с Фиг. 16 в сборе.
На Фиг. 18 на виде в поперечном разрезе изображена реактивная турбина согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, который приведен в качестве примера.
На Фиг. 19 на виде в поперечном разрезе изображена реактивная турбина согласно настоящему изобретению, способная вращаться в двух направлениях.
На Фиг. 20 на виде в перспективе изображена одноступенчатая реактивная турбина согласно варианту осуществления настоящего изобретения, который приведен в качестве примера.
На Фиг. 21 изображен вид в поперечном разрезе вдоль линии II-II с Фиг. 20.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведено более полное описание изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны варианты осуществления настоящего изобретения, приведенные в качестве примеров. Однако это изобретение может быть осуществлено во многих различных вариантах, и его не следует истолковывать как ограниченное изложенными здесь вариантами его осуществления. Наоборот, эти варианты осуществления изобретения приведены здесь для того, чтобы раскрытие сущности этого изобретения было исчерпывающим и полностью отображало объем настоящего изобретения для специалистов в данной области техники. На чертежах размер и относительные размеры слоев и областей могут быть преувеличены для доходчивости. Аналогичные элементы обозначены на чертежах одинаковыми номерами позиций.
Понятно, что когда элемент или слой именуют как "расположенный на" другом элементе или слое или "соединенный с" другим элементом или слоем, то он может быть непосредственно расположен на другом элементе или слое или непосредственно соединен с другим элементом или слоем или могут присутствовать промежуточные элементы или слои. В отличие от этого, когда элемент назван "непосредственно расположенным на" другом элементе или слое или "непосредственно соединенным с" другим элементом или слоем, то какие-либо промежуточные элементы или слои отсутствуют.
На Фиг. 1 на виде в перспективе изображен внешний вид реактивной турбины согласно настоящему изобретению, на Фиг. 2 на виде в перспективе изображена средняя часть реактивной турбины с Фиг. 1, на Фиг. 3 реактивная турбина с Фиг. 1 показана на виде в перспективе с пространственным разнесением деталей, а на Фиг. 4 реактивная турбина с Фиг. 1 изображена на виде в поперечном разрезе.
Как показано на чертежах, реактивная турбина включает в себя кожух 10 с валом 20 турбины, соединенным с ним с возможностью его вращения, и, по меньшей мере, один сборочный узел 30 сопел с отверстиями 301 для впрыска, обеспечивающий возможность расширения пара высокого давления в качестве рабочей текучей среды и, тем самым, генерации крутящего момента, и, по меньшей мере, один сборочный узел сопел, установлены друг за другом вдоль вала в кожухе.
Кожух 10 включает в себя впускной кожух (ниже именуемый первым кожухом) 110 с, по меньшей мере, одним впускным отверстием 101 в кожухе для обеспечения возможности прохождения пара в кожух 10, выпускной кожух (ниже именуемый вторым кожухом) 120, который расположен на заданном расстоянии от одной стороны первого кожуха 110 и имеет, по меньшей мере, одно выпускное отверстие 102 в кожухе для обеспечения возможности выпуска расширяющегося пара низкого давления в воздух или для его выпуска для рециркуляции, и, по меньшей мере, один средний кожух (ниже именуемый третьим кожухом) 130, расположенный между первым кожухом 110 и вторым кожухом 120, образуя пропускной канал 103 в кожухе (или камеру расширения) для обеспечения возможности вращения сборочного узла 30 сопел.
Первый кожух 110 может быть изготовлен в виде единого тела, на одной стороне которого имеется паз для впускного канала и отверстие для вала, служащее в качестве опоры для вала турбины, расположенное в центре паза для всасывающего канала, или, как показано на Фиг. 1-4, первый кожух 110 может быть круглым с наличием камеры 1111 всасывания и может включать в себя кожух 111 камеры всасывания, на одной стороне которого имеется проходящее через него впускное отверстие 101 в кожухе, переднюю крышку 112, имеющую отверстие для вала, сформированное в ее центре, и закрывающую одну сторону кожуха 111 камеры всасывания, образуя камеру 1111 всасывания, и крышку 113 подшипника, присоединенную к одной поверхности передней крышки 112 и имеющую соединенный с ней первый подшипник 51, за счет чего она прикреплена к передней крышке 112.
Кожух 111 камеры всасывания может быть круглым, образуя круглую камеру 1111 всасывания, и может быть сформировано впускное отверстие 101 в кожухе, имеющее меньшее поперечное сечение, чем поперечное сечение выпускного отверстия 102 в кожухе.
Передняя крышка 112 выполнена в форме диска достаточной площади для того, чтобы закрывать камеру 1111 всасывания в кожухе 111 камеры всасывания, и имеет отверстие 1121 для вала, проходящее через ее центр. С внутренней окружностью отверстия 1121 для вала соединен первый уплотняющий элемент 41 для уплотнения пространства между камерой всасывания и внешней окружностью вала 20 турбины. Первый уплотняющий элемент 41 может быть выполнен из самосмазывающегося материала и включать в себя лабиринтное уплотнение 411 на его внутренней окружности для предотвращения просачивания пара высокого давления в процессе его протекания в камеру 1111 всасывания.
Крышка 113 подшипника имеет больший размер, чем отверстие 1121 для вала в передней крышке 112, для ее присоединения к одной стороне передней крышки 112 и имеет первый подшипник 51, прочно установленный на ее внутренней окружности для обеспечения опоры для одного конца вала 20 турбины в радиальном направлении.
Второй кожух 120 включает в себя крышку 121 выпускной камеры, имеющую, по меньшей мере, одно выпускное отверстие 102 в кожухе и отверстие для вала 1211, сформированное в его центре, и заднюю крышку 122, присоединенную к одной стороне крышки 121 выпускной камеры, для обеспечения опоры для вала 20 турбины в осевом направлении.
Крышка 121 выпускной камеры выполнена в форме диска, имеющего отверстие 121 для вала, сформированное в ее центре, и рядом с отверстием 121 для вала сформировано, по меньшей мере, одно выпускное отверстие 102 в кожухе.
Второй уплотняющий элемент 42 соединен с внутренней окружностью отверстия 121 для вала для уплотнения пространства между пропускным каналом 103 в кожухе (камерой расширения) и внешней окружностью вала 20 турбины. Второй уплотняющий элемент 42 может быть выполнен из самосмазывающегося материала и может включать в себя лабиринтное уплотнение 421 для предотвращения просачивания пара высокого давления, протекающего в камере 103 расширения, наружу кожуха 10. Второй подшипник 52 прочно присоединен к одной стороне крышки 121 выпускной камеры, то есть к внешней стороне уплотняющего элемента 42, для обеспечения опоры для другого конца вала 20 турбины в радиальном направлении.
Задняя крышка 122 имеет больший размер, чем отверстие 1211 для вала в крышке 121 выпускной камеры, для ее присоединения к одной поверхности крышки 121 выпускной камеры и имеет третий подшипник, прочно установленный на ее внутренней поверхности для обеспечения опоры для вала 20 турбины в осевом направлении.
Каждый третий кожух 130 является круглым, и он соединен с разделительной пластиной 140, описание которой приведено ниже, с передней крышкой 112 и с крышкой 121 выпускной камеры при помощи болтов. В центральной части третьего кожуха 130 пропускной канал 103 в кожухе имеет больший диаметр, чем наружный диаметр сборочного узла 30 сопел, за счет чего обеспечивают кожух для сборочного узла 30 сопел и обеспечивают возможность протекания рабочей текучей среды.
Толщина одного или большего количества третьих кожухов 130 может увеличиваться в направлении от первого кожуха 110 ко второму кожуху 120 так, что объем сборочных узлов сопел может увеличиваться со стороны впуска до стороны выпуска.
Кроме того, может быть последовательно сформировано множество ударных стенок 1311 в направлении вдоль внутренней окружности пропускного канала 103 в кожухе, то есть вдоль внутренней окружности третьего кожуха 130, как показано на чертеже Фиг. 5, вследствие чего текучая среда, впрыснутая через отверстия 301 для впрыска в сборочном узле 30 сопел, соударяется с ударными стенками 1311 и, тем самым, создает силу отталкивания. Ударные стенки 1311 могут быть выполнены имеющими различную форму и, например, могут быть выполнены имеющими только закругленную поверхность с меньшим радиусом кривизны, чем радиус кривизны пропускного канала 103 в кожухе, и могут быть выполнены имеющими ступенчатую форму или имеющими как закругленную поверхность 1312, так и плоскую поверхность 1313, продолжающуюся с одного конца закругленной поверхности 1312, как показано на чертеже Фиг. 6.
В том случае, когда ударная стенка 1311 включает в себя закругленную поверхность 1312 и плоскую поверхность 1313, плоская поверхность 1313 может быть сформирована вдоль направления вращения сборочного узла 30 сопел. Закругленная поверхность 1312 ударной стенки 1311 может быть сформирована так, что она является соосной с третьим кожухом 130, как показано на чертеже Фиг. 5, или может быть сформирована с эксцентриситетом относительно центра третьего кожуха 130 и с эксцентриситетом относительно направления вращения сборочного узла 30 сопел с учетом отверстий 301 для впрыска на сборочном узле 30 сопел.
Если радиус кривизны ударной стенки 1311 слишком мал, то наибольшая часть пара движется к центру сборочного узла 30 сопел, препятствуя вращению сборочного узла 30 сопел. В отличие от этого, если радиус кривизны ударной стенки 1311 является слишком большим, то пар выходит наружу из кожуха 10, почти не способствуя вращению сборочного узла 30 сопел. Таким образом, может оказаться желательным вариант, в котором ударные стенки 1311 сформированы имеющими радиус кривизны в пределах описанного выше интервала.
Кроме того, лопатка 1315 турбины может быть соединена винтом с одним концом ударной стенки 1311, то есть с концом закругленной поверхности 1312, противоположным плоской поверхности 1313, вследствие чего предотвращают просачивание пара между сборочным узлом 30 сопел и третьим кожухом 130 и, следовательно, увеличивают силу воздействия пара на ударную стенку 1311. Толщина лопатки 1315 турбины может возрастать в направлении сборочного узла 30 сопел.
На обеих сторонах третьего кожуха 130 предусмотрены разделительные пластины 140, образующие пропускной канал 103 в кожухе. Разделительные пластины 140 могут быть присоединены к передней крышке 112 и к крышке 121 выпускной камеры вместе с третьим кожухом 130. Каждая из разделительных пластин 140 имеет сквозное отверстие 141 в ее центре, что позволяет вставлять через нее сопловую крышку 130 с возможностью ее вращения.
На внутренней окружности сквозного отверстия 141 прочно установлен третий уплотняющий элемент 43, предотвращающий просачивание пара из камеры 1111 всасывания или из пропускного канала 103 в кожухе на стороне впуска в пропускной канал 103 в кожухе на стороне выпуска. Как описано выше, на внутренней окружности третьего уплотняющего элемента 43 может использоваться лабиринтное уплотнение 431.
Кроме того, каждая разделительная пластина 140 может иметь опорные выступы 1411 на обеих поверхностях для обеспечения опоры для третьего кожуха 130 в радиальном направлении, и на одной стороне разделительной пластины 140 сформирован паз 1412 пропускного канала в направлении к выпускному отверстию в кожухе, образующий пропускной канал 103 в кожухе вместе с третьим кожухом 130 и соединенный с отверстием 313 для впрыска/всасывания в сборочном узле 30 сопел на стороне выпуска.
Вал 20 турбины имеет несколько зацепляющих шпоночных пазов 201, расположенных в его центре и продолжающихся вдоль его осевого направления, и в соответствующие зацепляющие шпоночные пазы 201 вставлены длинные шпонки 210 пластинчатой формы, удлиненные в осевом направлении, и закреплены в этих пазах.
Мощность турбины может изменяться в зависимости от количества сборочных узлов 30 сопел, соединенных с валом 20 турбины. Другими словами, чем меньше мощность турбины, тем меньшее количество сборочных узлов 30 сопел предусмотрено, а чем больше мощность турбины, тем большее количество сборочных узлов 30 сопел размещено.
В том случае, когда предусмотрено наличие множества сборочных узлов 30 сопел, общая площадь или общее количество отверстий 301 для впрыска в каждом сборочном узле 30 сопел может увеличиваться от стороны впуска до стороны выпуска с учетом того факта, что рабочая текучая среда расширяется по мере ее протекания к выпускному отверстию. Например, как показано на Фиг. 11-15, если имеется пять сборочных узлов 30 сопел, то количество отверстий 301 для впрыска в каждом сборочном узле 30 сопел может увеличиваться на одно. В частности, когда на Фиг. 14 проиллюстрирован четвертый сборочный узел сопел, а на Фиг. 15 проиллюстрирован пятый сборочный узел сопел, и, со ссылкой вновь на Фиг. 4, пятый сборочный узел сопел имеет более глубокие отверстия 301 для впрыска, чем соответствующие отверстия в четвертом сборочном узле сопел, и, следовательно, даже если количество отверстий 301 для впрыска в пятом сборочном узле сопел является меньшим на единицу, чем количество отверстий для впрыска в четвертом сборочном узле сопел, фактическая общая площадь поперечного сечения отверстий 301 для впрыска в пятом сборочном узле сопел является большей по сравнению с четвертым сборочным узлом сопел.
Если имеется несколько отверстий 301 для впрыска, то эти отверстия 301 для впрыска являются идентичными по форме и расположенными на одинаковых расстояниях друг от друга, и вследствие этого может быть уменьшена эксцентрическая нагрузка, что приводит к улучшению рабочих характеристик турбины.
Множество шпоночных канавок 201, имеющих заданную длину, расположено в продольном направлении вала 20 турбины через равные интервалы на внутренней окружности сборочного узла 30 сопел в направлении вдоль окружности, что обеспечивает возможность вставки шпонок на внешней окружности вала 20 турбины и их закрепления там.
На Фиг. 7 на виде в перспективе с пространственным разнесением деталей изображен унифицированный сборочный узел сопел реактивной турбины, показанной на Фиг. 1, на Фиг. 8 на виде в поперечном разрезе изображены унифицированные сборочные узлы сопел с Фиг. 7 в сборе, на Фиг. 9 на виде сверху изображена сопловая крышка унифицированного сборочного узла с Фиг. 7, на Фиг. 10 изображен вид в поперечном разрезе вдоль линии I-I с Фиг. 8, а на Фиг. 11 на виде сверху изображена сопловая пластина унифицированного сборочного узла сопел с Фиг. 7.
Как показано на чертежах, каждый сборочный узел 30 сопел включает в себя сопловую крышку 310 с выполненными в ней отверстиями 313 для впрыска/всасывания в качестве соответствующих отверстий 301 для впрыска и сопловую пластину 320, соединенную с одной поверхностью сопловой крышки 310 и имеющую соединительное отверстие 323 для впрыска и выпускные отверстия 324 для впрыска, которые последовательно расположены на ней для соединения с отверстиями 313 для впрыска/всасывания.
Сопловая крышка 310 выполнена в форме диска и имеет в ее центре отверстие 311 для вала, обеспечивающее возможность вставки в нее вала 20 турбины и его соединения с ней в этом месте, а внутренняя окружность отверстия 311 для вала включает в себя шпоночные канавки 312, обеспечивающие возможность вставки соответствующих шпонок 210 вала 20 турбины и их присоединения там. Кроме того, вокруг отверстия 311 для вала через равные интервалы расположены, по меньшей мере, одно или большее количество отверстий 313 для впрыска/всасывания и, желательно, в направлении вдоль окружности.
Отверстия 313 для впрыска/всасывания могут быть сформированы вдоль осевого направления, но может оказаться желательным, чтобы, с учетом вращения сборочного узла 30 сопел, отверстия 313 для впрыска/всасывания могли иметь наклонные плоскости 3131, имеющие наклон под заданным углом к направлению вращения сборочного узла 30 сопел, как показано на Фиг. 9 и Фиг. 10, поскольку наклонные плоскости 3131 могут обеспечивать равномерный впрыск рабочей текучей среды. Кроме того, во впускном отверстии или на внутренней окружности каждого отверстия 313 для впрыска/всасывания может быть создан направляющий участок 3132, представляющий собой, например, лопасть или направляющий паз, который обеспечивает возможность равномерного всасывания рабочей текучей среды в сборочный узел 30 сопел.
Сопловая пластина 320 выполнена в форме диска обычно того же самого диаметра, что и сопловая крышка 310, причем она имеет отверстие 321 для вала, расположенное в ее центре, которое обеспечивает возможность вставки в нее вала 20 турбины и его соединения с ней в этом месте, и на внутренней окружности отверстия 321 для вала расположены шпоночные канавки 322 в местах, соответствующих шпоночным канавкам 312 сопловой крышки 310. Кроме того, вокруг отверстия 321 для вала сформировано соединительное отверстие 323 для впрыска, и оно продолжается наружу из него к внешней окружности сопловой пластины 320.
Соединительное отверстие 323 для впрыска включает в себя первое соединительное отверстие 3231 для впрыска в форме кольца и вторые отверстия 3232 для впрыска, продолжающиеся линейно от первого соединительного отверстия 3231 для впрыска до выпускных отверстий 324 для впрыска. Первое соединительное отверстие 3231 для впрыска расположено на заданном расстоянии от центра сопловой пластины 320, будучи расположенным в месте, обычно соответствующем положению отверстия 313 для впрыска/всасывания, вследствие чего оно может быть соединено с отверстием 313 для впрыска/всасывания в осевом направлении вала турбины, а вторые соединительные отверстия 3232 для впрыска соединены в направлении касательной с первым соединительным отверстием 3231 для впрыска и продолжаются наружу из него к внешней окружности сопловой пластины 320, и каждое из них имеет конец, изогнутый в направлении к выпускному отверстию 324 для впрыска.
Поперечное сечение выпускного отверстия 324 для впрыска может быть расположено под углом относительно касательной к сборочному узлу 30 сопел, то есть в направлении, перпендикулярном касательной в точке, соответствующей выпускному отверстию 324 для впрыска, вследствие чего выпускное отверстие 324 для впрыска может впрыскивать пар в направлении касательной.
Кроме того, сопло 330, имеющее отверстие 331 сопла, присоединено посредством болта или заклепки к концу выпускного отверстия 324 для впрыска с возможностью его отсоединения. Отверстие 331 сопла в сопле 330 может включать в себя участок 3311 с уменьшенным диаметром, расположенный между его впускным отверстием и выпускным отверстием, для увеличения скорости впрыска.
Ниже приведено описание функционирования описанной выше реактивной паровой турбины согласно настоящему изобретению.
Пар высокого давления, сгенерированный котлом, подают во впускное отверстие 101 в кожухе, которое имеет кожух 10, по одной или по большему количеству труб, и пар, проходящий через камеру 1111 всасывания, впрыскивают в отверстия 313 для впрыска/всасывания и направляют в первое соединительное отверстие 3231 для впрыска. В этом случае отверстия 313 для впрыска/всасывания расположены под углом относительно направления вращения сборочного узла 30 сопел, вследствие чего пар может быстро втекать в первое соединительное отверстие 3231 для впрыска вдоль наклонных плоскостей 3131 отверстий 313 для впрыска/всасывания.
Пар высокого давления, втекающий в первое соединительное отверстие 3231 для впрыска, распределяется по отдельным вторым соединительным отверстиям 3232 для впрыска, вследствие чего он быстро движется к выпускным отверстиям 324 для впрыска, а затем впрыскивается с высокой скоростью в пропускной канал 103 в кожухе (в камеру расширения), образованный (образованную) третьим кожухом 130 и разделительной пластиной 140, через отверстия 331 сопел, которые имеют сопла 330 соответствующих выпускных отверстий 324 для впрыска. В этом случае ударные стенки 1311 расположены на внутренней окружности третьего кожуха 130 так, что пар высокого давления, выпущенный из сборочного узла 30 сопел, может сталкиваться с ударными стенками 1311, создавая, тем самым, большую силу отталкивания, которая может приводить к увеличению движущей силы, создаваемой сборочным узлом 30 сопел.
Пар, впрыснутый из сборочного узла 30 сопел в пропускной канал 103 в кожухе, проходит по пазу 1412 пропускного канала к центру разделительной пластины 140, предусмотренной на стороне сборочного узла 30 сопел, и направляется в отверстие 313 для впрыска/всасывания в сборочном узле 30 сопел на стороне выпуска. Пар, направленный в отверстие 313 для впрыска/всасывания, может многократно подвергаться одним и тем же процессам, пока он не будет выпущен через выпускное отверстие 324 для впрыска последнего сборочного узла 30 сопел в последний пропускной канал 103 в кожухе, сформированный последним третьим кожухом 130 и разделительной пластиной 140. Кроме того, пар, выпущенный в последний пропускной канал 103 в кожухе, может снова расширяться и подвергаться тем же самым процессам, что и описанные выше, в соответствии с чем он выпускается через выпускное отверстие 102 в кожухе в крышке 121 выпускной камеры за пределы турбины 10.
Крутящий момент, сгенерированный сборочным узлом 30 сопел, который впрыскивает пар высокого давления в направлении вдоль окружности, передается на вал 20 турбины, соединенный со сборочным узлом 30 сопел, и вал 20 турбины передает крутящий момент за пределы турбины 10 при вращении вместе со сборочным узлом 30 сопел.
Здесь опорой для вала 20 турбины на обоих концах в радиальном направлении служат первый подшипник 51 соединенный с крышкой 113 подшипника, и второй подшипник 52, закрепленный на крышке 121 выпускной камеры, а опорой для него в осевом направлении служит третий подшипник 53, закрепленный на задней крышке 122, посредством чего обеспечивают возможность устойчивого вращения на высокой скорости.
Поскольку пар высокого давления, впрыснутый в кожух 10, последовательно проходит через множество сборочных узлов 30 сопел, то между камерами 103 расширения, в каждой из которых размещен сборочный узел 30 сопел, создается перепад давления. Вследствие перепада давления пар может просачиваться из камеры расширения на стороне впуска с более высоким давлением в камеру расширения на стороне выпуска с более низким давлением, но благодаря уплотняющим элементам 41, 42 и 43, установленным, соответственно, на внутренних окружностях передней крышки 112 и крышки 121 выпускной камеры кожуха 10, и разделительным пластинам 140 предотвращено просачивание пара между пропускными каналами в кожухе или наружу, посредством чего улучшен коэффициент полезного действия турбины по энергии.
Кроме того, мощность турбины определяется количеством турбинных блоков, каждый из которых включает в себя сборочный узел сопел, и в силу этого легко изготавливать турбины различной мощности, а также легко реализовать снижение себестоимости, поскольку для изготовления турбин различной мощности могут использоваться общие детали, являющиеся совместимыми.
Кроме того, вследствие того, что отверстия 301 для впрыска в сборочном узле 30 сопел сконструированы длинными и изогнутыми, увеличена скорость впрыскивания пара из отверстий 301 для впрыска, что приводит к значительному увеличению коэффициента полезного действия относительно размера турбины.
Теперь ниже будет приведено описание другого варианта осуществления сборочного узла сопел, содержащегося в реактивной турбине.
В предыдущем варианте осуществления изобретения сборочный узел сопел включает в себя сопловую крышку и сопловую пластину, где отверстия сопел, сформированные в виде пазов, расположены на соприкасающейся поверхности сопловой пластины или на каждой соприкасающейся поверхности сопловой крышки и сопловой пластины, тогда как в данном варианте осуществления изобретения сопла установлены между сопловой крышкой и сопловой пластиной, и каждое из сопел имеет отверстие сопла.
На Фиг. 16 на виде в перспективе с пространственным разнесением деталей показан сборочный узел сопел, содержащийся в реактивной турбине с Фиг. 1 согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, а на Фиг. 17 на виде сверху изображен сборочный узел сопел с Фиг. 16 в сборе.
Как показано на Фиг. 16 и Фиг. 17, сборочный узел 30 сопел включает в себя сопловую крышку 350 в качестве первого пластинчатого элемента, сопловую пластину 360 в качестве второго пластинчатого элемента, расположенную на одной из поверхностей сопловой крышки 350, и сопловой узел 370 в виде кольцевого элемента, присоединенного между сопловой крышкой 360 и сопловой пластиной 360, который образует вместе с ними герметичную камеру 302 впрыска.
Каждый из элементов, которыми являются сопловая крышка 350 и сопловая пластина 360, выполнен в форме диска, и сопловая крышка 350 имеет отверстие для впрыска/всасывания, проходящее в ее центре, тогда как сопловая пластина 360 имеет сформированное в ее центре отверстие 361 для вала, обеспечивающее возможность вставки в него вала 20 турбины и его соединения с ним.
На внутренней поверхности сопловой пластины 360 расположен выступ 362, в котором расположено отверстие 361 для вала и который служит для рассеивания пара, протекающего через отверстие 351 для впрыска/всасывания к выпускному отверстию 373 для впрыска. Выступ 362 может иметь форму закругленного конуса, сужающегося к отверстию для впрыска/всасывания.
Сопловой узел 370 включает в себя пару стенок кожуха, а именно стенку 371 впрыска и опорную стенку 372, которые последовательно расположены в направления вдоль окружности, имея пилообразную форму, а стенки 371 впрыска и опорные стенки 372 образуют полую камеру 302 впрыска. Камера 302 впрыска не разделена перегородками, а сформирована как единое пространство. Таким образом, наибольшая часть пара может быть выпущена из камеры 302 впрыска наружу, вследствие чего реактивная турбина может иметь более высокий коэффициент полезного действия и простую конструкцию. Стенки 371 впрыска и опорные стенки 372 могут быть изготовлены в виде отдельных элементов, а позже могут быть смонтированы друг с другом или могут быть объединены в один узел. Такое объединение стенок в один узел может быть полезным с точки зрения процесса изготовления.
Стенки 371 впрыска расположены в радиальном направлении относительно центра соплового узла 370, то есть центра оси вала 20 турбины, а опорные стенки 372 имеют наклон под заданным углом, так что каждая из опорных стенок 372 является соединенной от наружного конца передней стенки впрыска до конца задней стенки впрыска.
Каждая из стенок 371 впрыска включает в себя выпускное отверстие 373 для впрыска. Выпускное отверстие 373 для впрыска сформировано перпендикулярно стенке 371 впрыска. С выпускным отверстием 373 для впрыска соединено сопло заданной длины, перпендикулярное стенке 371 впрыска. Сопло 375 может быть присоединено дополнительным болтом или непосредственно соединено с выпускным отверстием 373 для впрыска винтом для повышения его срока службы под воздействием пара высокого давления. Как описано выше, в соответствии с обстоятельствами, сопловой узел 370 по выбору может быть собран в один узел с соплом 375, имеющим суженный участок с меньшим внутренним диаметром.
Каждая из опорных стенок 372 включает в себя закругленную поверхность или наклонную поверхность, и за счет регулирования радиуса кривизны опорных стенок 372 может быть повышен коэффициент полезного действия при использовании пара, выпущенного из сопла 375 (или выпускного отверстия для впрыска). В частности, поскольку пар, выпущенный из сопла 375, течет вдоль опорных стенок 372, то на направление выпуска пара влияют внешние закругленные поверхности 374 опорных стенок 372. Следовательно, радиус кривизны опорных стенок 372 может быть отрегулирован в желательном интервале от 0,5 мм до 7,5 мм. Слишком малый радиус кривизны опорных стенок 372 может вызвать нарушение при направлении пара вдоль направления вращения сборочного узла 30 сопел и, в силу этого, удар пара непосредственно в опорные стенки 372, что препятствует достижению максимального крутящего момента, создаваемого сборочным узлом 30 сопел. В отличие от этого, слишком большой радиус кривизны опорных стенок 372 может вызвать то, что ударные стенки 1311 мешают внешним закругленным поверхностям 374 опорных стенок 372. Таким образом, может оказаться желательным отрегулировать радиус кривизны опорных стенок 372 в пределах описанного выше интервала значений.
Пар, выпущенный из сопла 375, может быть направлен, в основном, только в пространство между сопловой крышкой 350 и сопловой пластиной 360 за счет изготовления сопловой крышки 350 и сопловой пластины 360 имеющими больший диаметр, чем диаметр соплового узла 370. Направленный пар оказывает давление только в направлении вращения соплового узла 370, увеличивая, тем самым, механическую энергию, необходимую для вращения сборочного узла 30 сопел.
Полезные эффекты сборочного узла сопел согласно варианту осуществления настоящего изобретения являются аналогичными полезным эффектам сборочного узла сопел согласно варианту осуществления настоящего изобретения, который описан выше, и, следовательно, их подробное описание не будет повторено. Однако, в отличие от варианта осуществления изобретения, который описан выше, в данном варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 16 и Фиг. 17, камера 302 впрыска в качестве первого соединительного отверстия для впрыска сформирована большой и непосредственно соединенной с выпускным отверстием 373 для впрыска, что может привести к увеличению гидравлического сопротивления пропускного канала или первого расширения пара, вследствие чего ухудшается коэффициент полезного действия турбины, тогда как сборочный узел сопел, имеющий простую конструкцию, легко собирать и сохранять. Кроме того, может быть предотвращено засорение сопел впрыска, что улучшает стойкость и безопасность сборочного узла сопел.
НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведено описание других вариантов осуществления реактивной турбины согласно настоящему изобретению.
Реактивная турбина согласно рассмотренному выше варианту осуществления изобретения включает в себя впускное отверстие в кожухе, расположенное на одном конце относительно вала турбины, и выпускное отверстие в кожухе, расположенное с другой стороны, тогда как реактивная турбина согласно данному варианту осуществления изобретения включает в себя впускное отверстие в кожухе, расположенное в центре относительно вала турбины, и выпускные отверстия в кожухе, расположенные на обоих концах.
На Фиг. 18 на виде в поперечном разрезе изображена реактивная турбина согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 18, реактивная турбина включает в себя впускное отверстие 10 в кожухе, выпускные отверстия 102 в кожухе, созданные с каждой стороны впускного отверстия в кожухе, и пропускные каналы 103 в кожухе, каждый из которых независимо соединяет впускное отверстие в кожухе с выпускными отверстиями в кожухе. Впускное отверстие 101 в кожухе расположено в центре относительно вала 20 турбины, тогда как выпускные отверстия 102 в кожухе расположены с каждой стороны вала 20 турбины так, что выпускные отверстия 102 в кожухе расположены в осесимметричных положениях вокруг впускного отверстия 101 в кожухе.
Как показано на Фиг. 18, может иметься одно впускное отверстие 101 в кожухе, которое разветвляется по пропускным каналам 103 в кожухе в обе стороны, а в другом примере могут иметься несколько впускных отверстий 101 в кожухе, которые соединены с соответствующими пропускными каналами 103 в кожухе.
Кроме того, количество и размер сборочных узлов 30 сопел, расположенных симметрично вокруг впускного отверстия 101 в кожухе, могут быть предусмотрены такими, что осевое усилие вала 20 турбины может быть смещено, что предотвращает отклонение вала 20 турбины в одну сторону.
Поскольку базовая конфигурация реактивной турбины согласно данному варианту осуществления изобретения обычно является аналогичной базовой конфигурации реактивной турбины, рассмотренной выше, и полезные эффекты, полученные из данного варианта осуществления изобретения, включают в себя полезные эффекты из описанных выше вариантов осуществления изобретения и полезные эффекты, ожидаемые от обычных турбин, то подробные описания конфигураций и полезных эффектов не будут приведены повторно. Однако компоновка, в которой впускное отверстие в кожухе расположено в центре, а выпускные отверстия в кожухе расположены на каждом конце, обеспечивает смещение осевого усилия вала турбины, уменьшая, тем самым, вибрацию реактивной турбины и потери на трение и, следовательно, улучшая рабочие характеристики турбины.
Ниже приведено описание еще одного варианта осуществления реактивной турбины согласно настоящему изобретению.
В описанных выше вариантах осуществления изобретения сборочные узлы сопел установлены с обеих сторон впускного отверстия в кожухе, и сборочные узлы сопел могут вращаться в одном и том же направлении, тогда как в данном варианте осуществления изобретения обеспечена возможность вращения сборочных узлов сопел, установленных с обеих сторон впускного отверстия в кожухе, в противоположных направлениях.
На Фиг. 19 на виде в поперечном разрезе изображена реактивная турбина согласно настоящему изобретению, способная вращаться в двух направлениях.
Как показано на Фиг. 19, реактивная турбина включает в себя пропускной канал в кожухе, разделенный на первый пропускной канал 1031 в кожухе и второй пропускной канал 1032 в кожухе, и для каждого из пропускных каналов: первого пропускного канала 1031 в кожухе и второго пропускного канала 1032 в кожухе, предусмотрены отдельные впускные отверстия в кожухе и выпускные отверстия в кожухе.
Для этого во впускном отверстии в кожухе установлена пластина 104, разделяющая пропускной канал, для разделения впускного отверстия в кожухе на первое впускное отверстие 1011 в кожухе и второе впускное отверстие 1012 в кожухе, и на каждом конце вала 20 турбины сформированы первое выпускное отверстие 1021 в кожухе и второе выпускное отверстие 1022 в кожухе, которые соответствуют, соответственно, первому и второму впускным отверстиям 1011 и 1012 в кожухе.
Кроме того, первое впускное отверстие 1011 в кожухе соединено с первой трубой 1051 для подачи текучей среды, второе впускное отверстие 1012 в кожухе соединено со второй трубой 1052 для подачи текучей среды, и первая труба 1051 для подачи текучей среды и вторая труба 1052 для подачи текучей среды соединены с одним многоходовым вентилем 106. Многоходовой вентиль 106 представляет собой трехходовой вентиль для регулирования направления потока пара и, следовательно, для подачи пара в желательном направлении. Однако первая труба 1051 для подачи текучей среды и вторая труба 1052 для подачи текучей среды могут иметь отдельные многоходовые вентили 106 для независимого регулирования направления потока пара.
Сборочные узлы 30 сопел могут быть расположены по отдельности в первом участке A между первым впускным отверстием 1011 в кожухе и первым выпускным отверстием 1012 в кожухе и во втором участке B между вторым впускным отверстием 1021 в кожухе и вторым выпускным отверстием 1022 в кожухе таким образом, что сборочные узлы 30 сопел, расположенные в первом и втором участках A и B, вращаются в противоположных направлениях друг относительно друга.
Поскольку базовая конфигурация реактивной турбины согласно данному варианту осуществления изобретения обычно является аналогичной базовой конфигурации реактивной турбины, которая описана выше, и полезные эффекты, полученные из данного варианта осуществления изобретения, включают в себя полезные эффекты из описанных выше вариантов осуществления изобретения, то подробные описания конфигурации и полезных эффектов не будут приведены повторно. Однако в данном варианте осуществления изобретения пропускной канал в кожухе разделен на первый пропускной канал в кожухе и второй пропускной канал, и первый пропускной канал в кожухе и второй пропускной канал в кожухе включают в себя сборочные узлы сопел с отверстиями для впрыска, сформированными в противоположных направлениях. Кроме того, обе трубы для подачи текучей среды: первая труба для подачи текучей среды, соединенная с первым впускным отверстием в кожухе, и вторая труба для подачи текучей среды, соединенная со вторым впускным отверстием в кожухе, соединены с многоходовым вентилем для регулирования направления потока пара так, что направление вращения вала турбины может быть переключено между вращением вперед и вращением назад, что может расширить области применения реактивной турбины.
Кроме того, хотя это и не проиллюстрировано на чертежах, если сборочные узлы сопел установлены на противоположных сторонах вокруг центра вала турбины, то впускное отверстие в кожухе расположено в центре, и выпускные отверстия в кожухе расположены на каждом конце вала турбины, как показано на Фиг. 18 и Фиг. 19, и, в соответствии с обстоятельствами, впускные отверстия в кожухе могут быть сформированы на каждом конце, а выпускное отверстие в кожухе может быть сформировано в центре. Конфигурация и полезные эффекты данного варианта осуществления изобретения обычно являются аналогичными конфигурации и полезным эффектам из описанных выше вариантов осуществления изобретения, и, следовательно, их подробное описание не будет приведено повторно.
Ниже приведено описание еще одного варианта осуществления реактивной турбины согласно настоящему изобретению.
В описанных выше вариантах осуществления изобретения реактивная турбина представляет собой многоступенчатую турбину, в которой в осевом направлении вала турбины установлено друг за другом множество сборочных узлов сопел, тогда как в данном варианте осуществления изобретения реактивная турбина включает в себя один сборочный узел сопел, и, тем не менее, в нем может применяться реактивная сила пара.
На Фиг. 20 на виде в перспективе изображена одноступенчатая реактивная турбина согласно варианту осуществления настоящего изобретения, который приведен в качестве примера, а на Фиг. 21 изображен вид в поперечном разрезе вдоль линии II-II с Фиг. 20.
Как проиллюстрировано на Фиг. 20 и Фиг. 21, одноступенчатая реактивная турбина включает в себя кожух 10, имеющий впускное отверстие 411 для впрыска и выпускное отверстие 412 для впрыска, вал 412 турбины, соединенный с кожухом 10 с возможностью его вращения, и один сборочный узел 30 сопел, полностью соединенный с валом 20 турбины и расположенный внутри кожуха 10 с возможностью его вращения.
Кожух 10 включает в себя первый кожух 410, расположенный на передней стороне (для удобства объяснения, направление, с которого производят впрыск пара, названо направлением "вперед"), второй кожух 420, расположенный на задней стороне, и третий кожух 430, расположенный между первым кожухом 410 и вторым кожухом 420, образуя пропускной канал 401 в кожухе (или камеру расширения), который обеспечивает возможность размещения в нем сборочного узла 430 сопел с возможностью его вращения.
Первый кожух 410 имеет впускное отверстие 411 для впрыска, сформированное в его центральной части в осевом направлении вала турбины, и выпускное отверстия 412 для впрыска в форме улитки, сформированное вокруг впускного отверстия 411 для впрыска в направлении вдоль окружности.
Впускное отверстие для впрыска 411 выступает наружу на заданную длину к передней стороне, и на внутренней окружности и на одной поверхности впускного отверстия 411 для впрыска установлены подшипники, соответственно, 402 и 403, служащие в качестве опор для сборочного узла 30 сопел в радиальном направлении и в осевом направлении, обеспечивая возможность его вращения. Вокруг подшипников 402 и 403 может быть установлен уплотняющий элемент 404 для уплотнения пространства между впускным отверстием 411 для впрыска и выпускным отверстием 412 для впрыска.
Второй кожух 420 включает в себя отверстие 412 для вала, расположенное в его центральной части, которое обеспечивает возможность вставки вала 20 турбины и его соединения с ним в этом месте, на внутренней окружности отверстия 421 для вала установлены подшипники 405 и 406, служащие в качестве опоры для вала 20 турбины в радиальном направлении и в осевом направлении, обеспечивая возможность его вращения, и вокруг подшипников 405 и 406 может быть расположен уплотняющий элемент 407 для герметизации пропускного канала в кожухе 401.
Между первым кожухом 410 и вторым кожухом 420 расположен третий кожух 430, который имеет форму кольца и соединен с ними, а в другом примере он может быть выполнен в виде единого целого с внутренней поверхностью второго кожуха 420. Кроме того, как показано на Фиг. 5 и Фиг. 6, внутренняя окружность третьего кожуха 430 может представлять собой гладкую трубу или может иметь ударные стенки (1311 на Фиг. 5 и Фиг. 6).
Сборочный узел 30 сопел может включать в себя два элемента, которыми являются сопловая крышка 350 и сопловая пластина 360, как показано на Фиг. 7, или три элемента, которыми являются сопловая крышка 350, сопловая пластина 360 и сопловой узел 370, как показано на Фиг. 21.
Описанные выше варианты осуществления изобретения могут быть применены для сборочного узла 30 сопел аналогичным образом, и, следовательно, их подробное описание не будет приведено повторно.
В одноступенчатой реактивной турбине согласно данному варианту осуществления изобретения пар подается в камеру 302 впрыска в сборочном узле 30 сопел через впускное отверстие 411 для впрыска в направлении вдоль оси. Пар растекается в радиальном направлении вследствие центробежной силы и выступов 362 и впрыскивается из выпускного отверстия для впрыска в пропускной канал 401 в кожухе, имеющийся в кожухе 10, вращая, таким образом, вал 20 турбины. Вал 20 турбины соединен с генератором при помощи соединительной муфты 21 и вращает генератор, вырабатывая, тем самым, электроэнергию. Кроме того, вращение вала 20 турбины может обеспечивать возможность использования турбины в качестве источника электроэнергии различной мощности.
Отработанный пар из кожуха 10 выпускают в атмосферу через выпускное отверстие 412 для впрыска. Диаметр выпускного отверстия 412 для впрыска может быть спроектирован так, что увеличивается к концу выпускного отверстия, что позволяет эффективно выпускать пар.
1. Реактивная турбина, содержащая:
вал турбины и
множество сборочных узлов сопел, установленных друг за другом в осевом направлении вала турбины и соединенных с валом турбины, причем каждый сборочный узел сопел имеет выполненное в нем по меньшей мере одно отверстие для впрыска, предназначенное для впрыска рабочей текучей среды и вращающееся при впрыске рабочей текучей среды, при этом сборочный узел сопел включает в себя множество пластин, наложенных друг на друга и соединенных друг с другом, а на наложенной поверхности пластин сформировано по меньшей мере одно отверстие для впрыска, при этом сборочный узел сопел размещен в кожухе, с которым соединен вал турбины, с возможностью вращения, причем этот кожух включает в себя впускное отверстие в кожухе, выпускное отверстие в кожухе и пропускной канал в кожухе, соединяющий впускное отверстие в кожухе с выпускным отверстием в кожухе, причем в пропускном канале в кожухе расположен сборочный узел сопел с возможностью вращения, и впускное отверстие и выпускное отверстие из каждого по меньшей мере одного отверстия для впрыска соединены с пропускным каналом в кожухе таким образом, что пропускной канал в кожухе и по меньшей мере одно отверстие для впрыска расположены поочередно, при этом кожух включает в себя первый кожух, имеющий впускное отверстие в кожухе, второй кожух, имеющий выпускное отверстие в кожухе, и множество третьих кожухов, установленных друг за другом вдоль осевого направления и расположенных между первым кожухом и вторым кожухом, и имеющих пропускной канал в кожухе, в котором размещен сборочный узел сопел с возможностью его вращения, и между соседними кожухами дополнительно расположены разделительные пластины, отделяющие сборочные узлы сопел друг от друга, при этом на внутренней окружности третьего кожуха сформировано множество ударных стенок, образующих пропускной канал в кожухе в направлении вдоль окружности, которое не совпадает с направлением впрыска текучей среды из отверстия для впрыска.
2. Реактивная турбина по п. 1, в которой
отверстие для впрыска соединено с впускным отверстием в кожухе,
выпускное отверстие для впрыска сформировано в направлении вдоль окружности и соединено с выпускным отверстием в кожухе, и
соединительное отверстие для впрыска соединяет отверстие для впрыска с выпускным отверстием для впрыска, и
по меньшей мере часть соединительного отверстия для впрыска является закругленной.
3. Реактивная турбина по п. 2, в которой по меньшей мере одно отверстие для впрыска имеет наклон в направлении, противоположном направлению вращения сборочного узла сопел.
4. Реактивная турбина по п. 2, в которой вокруг отверстия для впрыска расположен выступ или направляющий участок, сформированный в виде паза, предназначенный для направления текучей среды к отверстию для впрыска.
5. Реактивная турбина по п. 2, в которой соединительное отверстие для впрыска включает в себя
первое соединительное отверстие для впрыска, соединенное с отверстием для впрыска,
и по меньшей мере одно второе соединительное отверстие для впрыска, каждое из которых имеет конец, соединенный с отверстием для впрыска, и другой конец, соединенный с выпускным отверстием для впрыска,
причем первое соединительное отверстие для впрыска имеет форму кольца, и
второе соединительное отверстие для впрыска соединено с внешней окружностью первого соединительного отверстия для впрыска в направлении касательной и сформировано линейным, причем оно имеет участок, закругленный в направлении к выпускному отверстию для впрыска.
6. Реактивная турбина по п. 2, в которой выпускное отверстие для впрыска расположено в направлении, параллельном касательной к сборочному узлу сопел в точке, соответствующей выпускному отверстию для впрыска.
7. Реактивная турбина, содержащая:
вал турбины и
множество сборочных узлов сопел, установленных друг за другом в осевом направлении вала турбины и соединенных с валом турбины, причем каждый сборочный узел сопел имеет выполненное в нем по меньшей мере одно отверстие для впрыска, предназначенное для впрыска рабочей текучей среды и вращающееся при впрыске рабочей текучей среды, при этом сборочный узел сопел содержит
первый пластинчатый элемент,
второй пластинчатый элемент и
кольцевой элемент, соединенный между первым пластинчатым элементом и вторым пластинчатым элементом, образуя камеру впрыска, уплотненную посредством первого пластинчатого элемента и второго пластинчатого элемента и имеющую по меньшей мере одно отверстие для впрыска, проходящее через внешнюю окружность камеры впрыска, причем
этот кольцевой элемент включает в себя стенки впрыска, каждая из которых имеет сформированное в ней отверстие для впрыска, и опорную стенку, соединяющую стенки впрыска, и направление,
в котором продолжается виртуальная линия, соединяющая стенки впрыска и центр кольцевого элемента, является, по существу, перпендикулярным тому направлению, в котором проходит отверстие для впрыска.
8. Реактивная турбина по п. 7, в которой стенки впрыска расположены в радиальном направлении через одинаковые интервалы в направления вдоль окружности, а опорная стенка соединяет внешнюю окружность стенки впрыска на стороне впуска и внутреннюю окружность стенки впрыска на стороне выпуска.
9. Реактивная турбина по п. 1, в которой сопло с отверстием сопла присоединено к концу отверстия для впрыска в сборочном узле сопел с возможностью его отсоединения.
10. Реактивная турбина по п. 1, в которой либо на сборочном узле сопел, либо на валу турбины сформирован шпоночный паз, а на другом из них сформирована шпонка для ее вставки в шпоночный паз и закрепления в направлении вращения.
11. Реактивная турбина по п. 1, в которой сборочный узел сопел размещен в кожухе, с которым соединен вал турбины, с возможностью вращения, причем этот кожух включает в себя впускное отверстие в кожухе, выпускное отверстие в кожухе и пропускной канал в кожухе, соединяющий впускное отверстие в кожухе с выпускным отверстием в кожухе, причем в пропускном канале в кожухе расположен сборочный узел сопел с возможностью его вращения, и впускное отверстие и выпускное отверстие из каждого по меньшей мере одного отверстия для впрыска соединены с пропускным каналом в кожухе таким образом, что пропускной канал в кожухе и по меньшей мере одно отверстие для впрыска расположены поочередно.
12. Реактивная турбина, содержащая:
вал турбины и
множество сборочных узлов сопел, установленных друг за другом в осевом направлении вала турбины и соединенных с валом турбины, причем каждый сборочный узел сопел имеет выполненное в нем по меньшей мере одно отверстие для впрыска, предназначенное для впрыска рабочей текучей среды и вращающееся при впрыске рабочей текучей среды, при этом сборочный узел сопел размещен в кожухе, с которым соединен вал турбины, с возможностью вращения, причем этот кожух включает в себя впускное отверстие в кожухе, выпускное отверстие в кожухе и пропускной канал в кожухе, соединяющий впускное отверстие в кожухе с выпускным отверстием в кожухе, причем в пропускном канале в кожухе расположен сборочный узел сопел с возможностью его вращения, и впускное отверстие и выпускное отверстие из каждого по меньшей мере одного отверстия для впрыска соединены с пропускным каналом в кожухе таким образом, что пропускной канал в кожухе и по меньшей мере одно отверстие для впрыска расположены поочередно, причем площадь поперечного сечения отверстия для впрыска в сборочном узле сопел, расположенном на стороне выпускного отверстия в кожухе, является большей, чем площадь поперечного сечения отверстия для впрыска в сборочном узле сопел, расположенном на стороне впускного отверстия в кожухе.
13. Реактивная турбина, содержащая:
вал турбины и
множество сборочных узлов сопел, установленных друг за другом в осевом направлении вала турбины и соединенных с валом турбины, причем каждый сборочный узел сопел имеет выполненное в нем по меньшей мере одно отверстие для впрыска, предназначенное для впрыска рабочей текучей среды и вращающееся при впрыске рабочей текучей среды, при этом сборочный узел сопел размещен в кожухе, с которым соединен вал турбины с возможностью его вращения, причем этот кожух включает в себя впускное отверстие в кожухе, выпускное отверстие в кожухе и пропускной канал в кожухе, соединяющий впускное отверстие в кожухе с выпускным отверстием в кожухе, причем в пропускном канале в кожухе расположен сборочный узел сопел с возможностью вращения, и впускное отверстие и выпускное отверстие из каждого по меньшей мере одного отверстия для впрыска соединены с пропускным каналом в кожухе таким образом, что пропускной канал в кожухе и по меньшей мере одно отверстие для впрыска расположены поочередно, при этом количество отверстий для впрыска в сборочном узле сопел, расположенном на стороне выпускного отверстия в кожухе, является большим, чем количество отверстий для впрыска в сборочном узле сопел, расположенном на стороне впускного отверстия в кожухе.
14. Реактивная турбина, содержащая:
вал турбины и
множество сборочных узлов сопел, установленных друг за другом в осевом направлении вала турбины и соединенных с валом турбины, причем каждый сборочный узел сопел имеет выполненное в нем по меньшей мере одно отверстие для впрыска, предназначенное для впрыска рабочей текучей среды и вращающееся при впрыске рабочей текучей среды, при этом сборочный узел сопел размещен в кожухе, с которым с возможностью вращения соединен вал турбины, причем этот кожух включает в себя впускное отверстие в кожухе, выпускное отверстие в кожухе и пропускной канал в кожухе, соединяющий впускное отверстие в кожухе с выпускным отверстием в кожухе, причем в пропускном канале в кожухе расположен сборочный узел сопел с возможностью его вращения, и впускное отверстие и выпускное отверстие из каждого по меньшей мере одного отверстия для впрыска соединены с пропускным каналом в кожухе таким образом, что пропускной канал в кожухе и по меньшей мере одно отверстие для впрыска расположены поочередно, при этом кожух включает в себя первый кожух, имеющий впускное отверстие в кожухе, второй кожух, имеющий выпускное отверстие в кожухе, и множество третьих кожухов, установленных друг за другом вдоль осевого направления и расположенных между первым кожухом и вторым кожухом, и имеющих пропускной канал в кожухе, в котором размещен сборочный узел сопел с возможностью его вращения, и между соседними кожухами дополнительно расположены разделительные пластины, отделяющие сборочные узлы сопел друг от друга.
15. Реактивная турбина по п. 1 или 14, в которой толщина третьего кожуха увеличивается в направлении от первого кожуха до второго кожуха.
16. Реактивная турбина по п. 14, в которой на внутренней окружности третьего кожуха сформировано множество ударных стенок, образующих пропускной канал в кожухе в направлении вдоль окружности, которое не совпадает с направлением впрыска текучей среды из отверстия для впрыска.
17. Реактивная турбина по п. 1 или 16, в которой каждая из множества ударных стенок включает в себя закругленный участок, а радиус кривизны закругленного участка является меньшим, чем радиус кривизны пропускного канала в кожухе.
18. Реактивная турбина по п. 17, в которой по меньшей мере с одной стороны закругленного участка продолжается плоский участок.
19. Реактивная турбина по п. 17, в которой на одной стороне закругленного участка расположена лопасть, выступающая к сборочному узлу сопел.
20. Реактивная турбина по п. 1 или 14, в которой между разделительными пластинами и сборочными узлами сопел расположен уплотняющий элемент, и этот уплотняющий элемент включает в себя лабиринтное уплотнение.
21. Реактивная турбина по п. 1, в которой впускное отверстие в кожухе и выпускное отверстие в кожухе расположены соответственно на одном конце и на другом конце относительно осевого направления.
22. Реактивная турбина по п. 1, в которой впускное отверстие в кожухе расположено в центральной части относительно осевого направления, а выпускное отверстие в кожухе расположено на каждом конце относительно осевого направления.
23. Реактивная турбина по п. 1, в которой
кожух включает в себя множество впускных отверстий в кожухе и/или выпускных отверстий в кожухе, которые расположены симметрично вокруг осевого направления вала турбины.
24. Реактивная турбина по п. 23, в которой по меньшей мере один сборочный узел сопел на стороне впускного отверстия в кожухе и на стороне выпускного отверстия в кожухе вращается вокруг вала турбины в одном и том же направлении.
25. Реактивная турбина по п. 23, в которой кожух содержит первое впускное отверстие, первое выпускное отверстие, второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие, при этом сборочные узлы сопел расположены на первом участке между первым впускным отверстием в кожухе и первым выпускным отверстием в кожухе и на втором участке между вторым впускным отверстием в кожухе и вторым выпускным отверстием в кожухе таким образом, что сборочные узлы, расположенные на первом и втором участках, имеют возможность вращения вокруг вала турбины в противоположных направлениях друг относительно друга.
26. Реактивная турбина по п. 25, в которой предусмотрено наличие клапана для труб для подачи текучей среды, соединенных с соответствующими впускными отверстиями в кожухе, для регулирования направления потока рабочей текучей среды и для изменения тем самым направления вращения вала турбины.
27. Реактивная турбина, содержащая:
кожух, включающий в себя впускное отверстие в кожухе, выпускное отверстие в кожухе и пропускной канал в кожухе, соединяющий впускное отверстие в кожухе с выпускным отверстием в кожухе, обеспечивая возможность протекания рабочей текучей среды высокого давления, подаваемой через впускное отверстие в кожухе, в выпускное отверстие в кожухе;
вал турбины, соединенный с кожухом с возможностью его вращения; и
по меньшей мере один сборочный узел сопел, установленный с возможностью его вращения в пропускном канале в кожухе, в силу чего он является соединенным с валом турбины, при этом он имеет по меньшей мере одно отверстие для впрыска, предназначенное для впрыска рабочей текучей среды, и в силу чего он способен вращаться,
причем впускное отверстие в кожухе сформировано в центре вращения сборочного узла сопел в осевом направлении, а выпускное отверстие в кожухе расположено в месте расположения внешней окружности сборочного узла сопел, вращающегося в направлении вдоль окружности,
причем каждый из по меньшей мере одного сборочного узла сопел содержит
первый пластинчатый элемент,
второй пластинчатый элемент и
кольцевой элемент, соединенный между первым пластинчатым элементом и вторым пластинчатым элементом, образуя камеру впрыска, уплотненную посредством первого пластинчатого элемента и второго пластинчатого элемента и имеющую по меньшей мере одно отверстие для впрыска, проходящее через внешнюю окружность камеры впрыска, причем
этот кольцевой элемент включает в себя стенки впрыска, каждая из которых имеет сформированное в ней отверстие для впрыска, и опорную стенку, соединяющую стенки впрыска, и
направление, в котором продолжается виртуальная линия, соединяющая стенки впрыска и центр кольцевого элемента, является, по существу, перпендикулярным тому направлению, в котором проходит отверстие для впрыска.
28. Реактивная турбина по п. 27, в которой в центре вращения сборочного узла сопел расположен выступ, площадь поперечного сечения которого уменьшается к впускному отверстию в кожухе, для направления рабочей текучей среды, введенной в осевом направлении из впускного отверстия в кожухе, в радиальном направлении.
29. Реактивная турбина по п. 28, в которой стенки впрыска расположены в радиальном направлении через одинаковые интервалы в направления вдоль окружности, а опорная стенка соединяет внешнюю окружность стенки впрыска на стороне впуска и внутреннюю окружность стенки впрыска на стороне выпуска.
30. Реактивная турбина по п. 27, в которой сборочный узел сопел сконфигурирован так, что содержит первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент, наложенный на первый пластинчатый элемент и соединенный с ним, а отверстие для впрыска расположено на наложенной поверхности второго пластинчатого элемента.
31. Реактивная турбина по п. 27, в которой сопло с отверстием сопла присоединено к концу отверстия для впрыска в сборочном узле сопел с возможностью его отсоединения.
