Турбинный преобразователь энергии среды

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в энергопреобразовательных установках, работающих в паровых или газовых средах. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключающийся в повышении КПД турбинного преобразователя, обеспечивается за счет того, что в турбинном преобразователе энергии среды, радиального или осевого типа, состоящем из корпуса с направляющим сопловым аппаратом и турбинного колеса с рабочими лопатками на валу вращения, согласно изобретению, направляющие сопловые каналы имеют в плане прямоугольное поперечное сечение, три стороны которого образуют плоскости с радиусными переходами, а четвертая сторона, по ходу потока, имеет замыкающую параболическую плоскость сужения канала. 1 н.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: в качестве преобразователя кинетической энергии струи (пара, газа, жидкости) в механическую работу вращения вала турбины, посредством создания упора на рабочих лопатках.

Сущность полезной модели: турбинный преобразователь с применением принципиально новых решений в области подачи кинетической энергии пара, бездроссельной системы регулирования мощности и снижения пульсационных потерь.

Полезная модель относится к совокупности последовательно объединенных устройств, выполняющих задачу преобразования тепловой энергии вещества (пара, газа, жидкости), в механическую работу с максимально возможным коэффициентом использования этой энергии.

Существует много решений, направленных на увеличение коэффициента использования энергии рабочего вещества в системах турбинного преобразования этой энергии, и одним из решений является патент на турбину (RU 2362019 от 10.07.2007), выбранный в качестве прототипа.

Решение по прототипу направлено на увеличение коэффициента преобразования энергии, но только в отношении рабочих лопаток, (большая ширина и кривизна лопаток рабочего колеса), но оно не решает вопросов подачи энергоактивной струи рабочего вещества, и тем более не решает вопросов по регулированию этой подачи.

Предлагаемая полезная модель направлена на повышение КПД турбинного преобразователя, и данная цель достигается применением совокупности новых технических решений в представленном преобразователе. Турбинный преобразователь энергии среды радиального или осевого типа, состоящий из корпуса с направляющим сопловым аппаратом и турбинного колеса с рабочими лопатками на валу вращения, согласно полезной модели, с целью повышения КПД преобразования на номинальных и переменных режимах получения работы (преобразования энергии); направляющие сопловые каналы имеют прямоугольное поперечное сечение, межлопаточные каналы, образованные рабочими лопатками диска турбины, имеют входное поперечное сечение по площади в 2-5 раз больше выходного поперечного сечения, при этом средняя линия потока среды в межлопаточном канале имеет угол радиусного изгиба 90 градусов.

В зоне критического сечения соплового канала расположены индивидуальные устройства перекрытия каждого соплового канала с индивидуальным управлением с положениями открыто-закрыто.

Параболические переходы в индивидуальные сопловые каналы от кольцевого улиточного объема с энергоактивной средой, позволяют обеспечить плавный переход потенциальной энергии в кинетическую, без потери энергоактивности среды для выполнения полезной работы. Устройства перекрытия сечения сопловых каналов, в зоне критического сечения этих каналов, с функцией индивидуального управления каждым каналом, открыто-закрыто, позволяют управлять потоками энергии среды при различных, частичных нагрузках от 5% до 100% мощности без снижения КПД преобразования за счет отсутствия потерь на дроссель-эффект. Рабочие каналы турбинного колеса преобразователя, имеющие входное поперечное сечение по площади в 2-5 раз больше выходного сечения, позволяют накопить часть энергии кинетической струи, преобразуя ее в упор на рабочих лопатках в своем объеме канала, при вращении и перемещении от одного направляющего канала к другому, с непрерывным истечением из выходного сечения рабочего канала турбины, что снижает пульсационные потери и увеличивает КПД преобразования.

На фигуре 1 представлен разрез по улиточному кольцевому каналу и разрез по сопловым каналам в диаметральной плоскости оси вращения, в котором: улиточный кольцевой объем 1, в котором пунктирными стрелками обозначено кольцевое движение энергоактивной среды и ее плавное поступление (без сопротивления) в индивидуальные сопловые каналы 2. Количество сопловых каналов, по кольцу подачи энергоактивной среды, выбирается из конструктивных и газодинамических характеристик рабочей среды, но решение основывается на максимально большем количестве по условиям глубины регулирования. Позицией 3, обозначены индивидуальные устройства перекрытия каждого соплового канала с индивидуальным управлением с положениями, открыто-закрыто. К примеру: на сопловом направляющем кольце расположено 36 сопловых каналов, из которых открыто только 3 канала, что говорит о поступлении 36/3=12-ти частей от всего объема энергоактивной среды, и соответственно вырабатываемая мощность составит 100/12=8% от номинальной, при этом, коэффициент ее преобразования будет максимальным.

На фигуре 2, показано положение перекрытого соплового канала индивидуальным устройством 3, но истечение рабочей среды из рабочего канала турбины 4, продолжается, за счет накопленного потока в объеме этого канала, по условиям нового технического решения.

Представленные новые технические решения в предлагаемой полезной модели, позволяют использовать энергию энергоактивных сред, пара, газа, жидкости, с максимальной эффективностью, добиваясь большого коэффициента преобразования - более 50%, при максимальных и частичных (переменных) нагрузках, что обеспечивает экономию топливных ресурсов и позволяет с большой эффективностью использовать сбросную тепловую энергию и вторичные источники энергии.

1. Турбинный преобразователь энергии среды радиального или осевого типа, состоящий из корпуса с направляющим сопловым аппаратом и турбинного колеса с рабочими лопатками на валу вращения, отличающийся тем, что направляющие сопловые каналы имеют прямоугольное поперечное сечение, межлопаточные каналы, образованные рабочими лопатками диска турбины, имеют входное поперечное сечение по площади в 2-5 раз больше выходного поперечного сечения, при этом средняя линия потока среды в межлопаточном канале имеет угол радиусного изгиба 90°.

2. Турбинный преобразователь энергии среды по п. 1, отличающийся тем, что в зоне критического сечения соплового канала расположены индивидуальные устройства перекрытия каждого соплового канала с индивидуальным управлением с положениями открыто-закрыто.