Турбина

 

Турбина содержит внешний прочный корпус 1, в котором размещены концентрично установленные с зазором статор 2 и ротор 3, выполненный из стали 40Х в виде цилиндрического барабана, внутренняя полость 4 которого соединена с парогенератором. В наружной кольцевой стенке барабана - ротора 3 выполнены сопла 5 наклонные, криволинейные в сечении от внутреннего к наружному диаметру указанной стенки. Сопла 5 выполнены с конфигурацией выпуклой в направлении вращения, равномерно распределены по окружности, соединены входами с внутренней полостью 4 ротора 3 и обращены выходами к размещенным в зазоре радиальным или наклонным плоским лопаткам 6, закрепленным на статоре 2, количество которых превышает количество сопел 5 ротора 3. Статор 2 выполнен с количеством лопаток 6, превышающим количество сопел 5 ротора 3 на 1-10%. Статор 2 и ротор 3 выполнены с несколькими ступенями - рядами лопаток 6 и сопел 5, смещенных относительно друг друга по наружной поверхности ротора 3 вдоль продольной оси ротора 3 и в угловом направлении по его окружности. Отверстия (окна) 7 для выхода отработанного пара в зону 8 вторичного пара, т.е. зону 8 отвода, выполнены в статоре 2 радиально, в промежутках между лопатками 6. Сопла 5 выполнены прямоугольного сечения, с критическим сечением на срезе. На роторе 3 установлены радиальные направляющие лопасти 12. На валу 9 ротора 3 (согласно фиг.5) установлен центробежный нагнетатель 10. На одном валу 9 (согласно фиг.6) установлены два одинаковых ротора 3, каждый из которых размещен внутри статора 2, между роторами 3 установлен центробежный нагнетатель 10. При этом достигается повышение эффективности и КПД турбины за счет уменьшения внутренних потерь энергии, и потерь энергии с выходной скоростью, стабилизация вращения ротора, уменьшение теплового загрязнения окружающей среды.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области энергомашиностроения, в частности к тепловым турбинам и может быть использована на тепловых электростанциях, а также в качестве первичного двигателя в автомобильном и водном транспорте, в авиации и других областях народного хозяйства.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время широко применяются тепловые паровые турбины: активные (турбина, в которой потенциальная энергия рабочего тела /газа, пара, жидкости/ преобразуется в кинетическую в неподвижных каналах /соплах/, а на рабочих лопатках происходит только превращение кинетической энергии в механическую работу), реактивные (турбина, ротор которой использует силу реакции потока, возникающую при расширении рабочего тела в каналах, образованных ее лопатками), аксиальные, радиальные, комбинированные. Все это первичные двигатели - пассивного типа. Эти существующие и применяемые с XIX века по настоящее время турбины свои возможности давно исчерпали.

Известны реактивные турбины, содержащие ротор, направляющий аппарат и рабочие лопатки, (см. А.В.Щегляев. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин. М.-Л.: ГЭИ, 1955, стр.136, 199-224).

Основной недостаток этих установок - сложное конструктивное оформление проточной части, имеющей два вида облопачивания, низкая эффективность, обусловленная пассивным типом преобразования энергии.

Известна реактивная турбина типа Герона, вращение ротора которой происходит под действием реактивной силы от струи пара (или газа), истекающей из сопел (см. Я.И.Перельман. Занимательная физика. Книга 2. М.: Наука, 1986, стр.23).

Недостаток этой турбины - низкая эффективность, обусловленная пассивным типом преобразования энергии, увеличенные потери с выходной скоростью пара (низкий КПД) из-за того, что выходное сечение сопла смещено по касательной к окружности вращения от точки закрепления рабочего сопла; таким образом, окружная скорость в этом месте ориентирована под некоторым углом к вектору относительной скорости и, следовательно, абсолютная выходная скорость и связанные с ней потери энергии возрастают.

Известна тепловая турбина, содержащая статор, ротор с проточными каналами, расположенными под углом к оси ротора, и подводящий канал, сообщенный с проточными, ротор снабжен двумя коаксиально расположенными цилиндрами, установленными перпендикулярно плоскости колеса и зазор между которыми служит подводящим каналом, и диском и кольцом, расположенными со стороны торцевых стенок колеса, сопряженными с внутренним и внешним цилиндром соответственно и снабженными по периферии выступами, выходящими за габариты колеса, в выступе диска выполнены выходные окна, статор расположен с внешней стороны ротора коаксиально последнему с образованием кольцевой полости и снабжен радиальными отражателями, обращенными в сторону кольцевой полости, при этом промежутки между отражателями сообщены через окна в диске с выходным каналом, выполненным кольцевым и установленным на торцевой стенке статора (RU 2076213, прототип).

Недостатками данной турбины являются низкий КПД, обусловленный неоптимальной конфигурацией сопел, которые представляют собой, по существу каналы большой длины и постоянного сечения, что влечет за собой потери из-за большого объема пара, находящегося в соплах. Стабилизировать мощность на валу и обеспечить приемлемый расход первичного пара невозможно, т.к. отсутствует возможность сосредоточить потенциальную энергию входящего пара на максимальном диаметре при минимальном объеме. Кроме того, в известном устройстве организован боковой отвод рабочего тела из зоны взаимодействия с лопатками, что неизбежно приводит к разрушению структуры потока, истекающего из сопел и, как следствие, рассеиванию (потерям) энергии рабочего тела. Одновременно в известном устройстве неизбежно присутствует (в той или иной степени) «прилипание» истекающей струи к стенке ротора, окружающей срез сопел, что также приводит к разрушению структуры потока, потерям энергии и снижению КПД.

Раскрытие сущности полезной модели

Технической задачей полезной модели является создание эффективной тепловой турбины активного типа и расширение арсенала тепловых турбин

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи заключается в повышении эффективности и КПД турбины за счет формирования оптимальной структуры потока рабочего тела на входе с помощью направляющих аппаратов, радиального отвода отработанного рабочего тела из зоны взаимодействия с лопатками, уменьшения внутренних потерь энергии, и потерь энергии с выходной скоростью, преобразования энергии рабочего тела на максимальном диаметре при минимальном объеме рабочего тела (в соплах) и весьма высокой плотности энергии, исключающей возможности разрушения структуры и прилипания струи, стабилизации с минимальным трением вращения ротора, являющегося одновременно и инерционным накопителем энергии (маховик), также благодаря оптимальному расположению сопел и лопаток несколькими рядами, а также уменьшение теплового загрязнения окружающей среды.

Сущность полезной модели заключается в том, что тепловая турбина содержит корпус, в котором размещены концентрично установленные с зазором статор и ротор, выполненный в виде цилиндрического барабана, внутренняя полость которого соединена с источником рабочего тела, а в наружной кольцевой стенке выполнены наклонные криволинейные сопла с конфигурацией, выпуклой в направлении вращения, равномерно распределенные по окружности, соединенные входами с внутренней полостью ротора и обращенные выходами к размещенным в зазоре лопаткам, закрепленным на статоре, количество которых превышает количество сопел ротора, отверстия для выхода отработанного рабочего тела, соединенные со вторичной зоной, отличающаяся тем, что сопла выполнены сужающимися к периферии ротора, прямоугольного поперечного сечения, статор и ротор выполнены с несколькими рядами лопаток и сопел, смещенных относительно друг друга в угловом направлении по окружности, отверстия для выхода отработанного рабочего тела выполнены в статоре в промежутках между лопатками.

Предпочтительно, статор выполнен с количеством лопаток, превышающим количество сопел ротора на 1-10%, отверстия для выхода отработанного рабочего тела выполнены в статоре радиально, лопатки выполнены плоскими и установлены радиально или наклонно, сопла выполнены с критическим сечением на срезе в плоскости, наклонной к радиальной плоскости ротора, на котором выполнены выемки под каждым соплом, а кривизна сопел выбирается из условия равномерного износа их внутренней поверхности, ротор выполнен с наружной поверхностью, радиус которой, по меньшей мере, в двенадцать раза, больше толщины его стенки, на роторе со стороны подвода рабочего тела установлены лопасти вращающегося направляющего аппарата, а корпусе со стороны подвода рабочего тела установлены лопасти стационарного направляющего аппарата, между корпусом и ротором организовано лабиринтное уплотнение, а наружная поверхность ротора и внутренняя поверхность статора выполнены полированными.

В частных случаях реализации на валу ротора установлен нагнетатель, всасывание которого соединено с источником рабочего тела, а нагнетание - с внутренней полостью ротора.

В частных случаях реализации на одном валу установлены два ротора, каждый из которых размещен внутри соответствующего статора, при этом между первым и вторым роторами на валу установлен нагнетатель, всасывание которого соединено со вторичной зоной и отверстиями для выхода отработанного рабочего тела статора первого ротора, а нагнетание - с внутренней полостью второго ротора. При этом турбина, как правило, содержит два одинаковых ротора и два одинаковых статора, при этом последние выполнены каждый со своим корпусом, а нагнетатель выполнен центробежным и встроен в стенку корпуса второго статора.

Краткое описание чертежей

На чертеже фиг.1 изображена конструктивная схема турбины, (продольный разрез) на фиг.2 - поперечный разрез зоны размещения сопел ротора и лопаток статора, на фиг.3 - объемное изображение ротора и статора в корпусе с частичным вырезом, на фиг.4 - диаграммы расстояний от срезов сопел ротора до лопаток статора и направления истечения струй из сопел, на фиг.5 - конструктивная схема турбины с нагнетателем, на фиг.6 - конструктивная схема двухступенчатой турбины.

Детальное описание полезной модели

Тепловая турбина содержит внешний прочный корпус 1, в котором размещены концентрично установленные с зазором статор 2 и ротор 3, выполненный из стали 40Х в виде цилиндрического барабана (его радиус в несколько раз, по меньшей мере, в двенадцать раза, больше толщины стенки), внутренняя полость 4 (зона высокого давления) которого соединена с парогенератором в качестве источника (не изображен) рабочего тела, преимущественно, горячего пара. Везде по тексту термин пар подразумевает любое возможное рабочее тело. В наружной кольцевой стенке барабана-ротора 3 выполнены сопла 5 наклонные, изогнутые в поперечном сечении ротора (от внутреннего к наружному диаметру указанной стенки).

Сопла 5 выполнены с конфигурацией, выпуклой (обращенной выпуклостью) в направлении вращения, равномерно распределены по окружности, соединены входами с внутренней полостью 4 ротора 3 и обращены выходами к размещенным в зазоре радиальным или наклонным плоским опорным лопаткам 6 (эквивалентно - опорным плоскостям), закрепленным на внутренней поверхности статора 2, количество которых превышает количество сопел 5 ротора 3.

Оптимальная конфигурация внутренней поверхности сопел 5 выбирается эмпирически из условия равномерного износа внутренней поверхности сопел 5. Для этого на опытном образце внутренние поверхности сопел 5 покрываются раствором CuSO4 т.е. медным купоросом. Затем производится сборка турбины и пробный пуск в течение 3 минут с такими параметрами рабочего тела (расход, давление, температура), для которых предназначена данная конкретная турбина.

В рабочее тело при этом инжекционно добавляется некоторое количество абразива (порошка). После разборки турбины в местах максимального износа видно светлое пятно, на котором медный купорос максимально удален потоком рабочего тела с абразивом. Производится вышлифовка этого светлого пятна, сохраняя конфигурацию внутренней поверхности сопел 5 и повторное покрытие раствором CuSO4. Затем пробы продолжаются до обеспечения равномерного износа внутренней поверхности сопел 5, т.е. до того, как медный купорос будет удаляться по всей внутренней поверхности сопел 5 равномерно, без формирования видимых выделяющихся пятен.

Сопла 5 могут иметь по длине участок плавного изгиба, плавно переходящий в прямолинейный участок, или иметь по длине два прямолинейных участка.

Статор 2 выполнен с количеством лопаток 6, превышающим количество сопел 5 ротора 3 на 1-10%, например, в каждом ряду (на длине окружности ротора 3) по 100 сопел 5 и 108 лопаток 6. Статор 2 и ротор 3 выполнены с несколькими ступенями - рядами (с 10 рядами в данном случае) опорных лопаток 6 и сопел 5, смещенных относительно друг друга по наружной поверхности ротора 3 вдоль продольной оси ротора 3 и в угловом направлении по его окружности.

Отверстия (окна) 7 для выхода отработанного пара в зону 8 вторичного пара, т.е. зону 8 отвода, выполнены в статоре 2 радиально, в промежутках между лопатками 6. Отверстия (окна) 7 имеют предпочтительно прямоугольную форму.

Сопла 5 по всей длине выполнены прямоугольного поперечного сечения, на входе, например, 25×40 мм, выходное критическое сечение 2,5×25 мм..

Сопла 5 выполнены сужающимися к периферии ротора 3, с критическим сечением на срезе, лежащем в плоскости, наклонной к радиальной плоскости ротора, на котором выполнены выемки (не обозначены) под каждым соплом 5. Т.е. каждое сопло 5 выполнено со срезом в плоскости, наклонной к радиальной продольной плоскости (плоскости, в которой лежат один из радиусов и продольная ось) ротора 3 и вала 9. Наружная поверхность ротора 3 и внутренняя поверхность статора 2 выполнены полированными.

На роторе 3 со стороны подвода рабочего тела (на правом по чертежу боковом фланце) установлены радиальные направляющие лопасти 12, т.е. выполнены лопасти 12 вращающегося направляющего аппарата. Для устранения перетекания первичного пара в область низкого давления между корпусом 1 и ротором 3 организован лабиринт встречных потоков (лабиринтное уплотнение) 13. В корпусе 1 (непосредственно или на статоре 2) со стороны подвода рабочего тела установлены лопасти 14, образующие каналы (сопла) стационарного направляющего аппарата.

На валу 9 ротора 3 (согласно фиг.5) установлен центробежный нагнетатель 10, всасывание которого соединено с парогенератором, а нагнетание - с внутренней полостью 4 ротора 3.

На одном валу 9 (согласно фиг.6) установлены два одинаковых ротора 3, каждый из которых размещен внутри соответствующего (одного из двух одинаковых) статора 2, при этом между первым и вторым роторами 3 на валу 9 установлен центробежный нагнетатель 10, всасывание которого соединено с вторичной зоной Вис отверстиями 7 для выхода отработанного пара статора 2 первого ротора 3, а нагнетание - с внутренней полостью 4 второго ротора 2, через направляющие аппараты с лопастями 12, 14..

Каждый статор 2 и ротор 3 снабжены своим корпусом 1, а нагнетатель 10 встроен в стенку корпуса 1 второго статора 2. Общий вал 9 может быть составным из двух частей, соединенных муфтой 11. На чертежах фиг.2-4 стрелкой указано направление вращения вала 9 с ротором 3.

Пример размеров основных элементов турбины.

2980 мм - наружный диаметр прочного корпуса 1.

2880 мм - внутренний диаметр прочного корпуса 1.

2630 мм - наружный диаметр статора 2.

2570 мм - внутренний диаметр статора 2.

2503 мм - внутренний диаметр контура лопаток 6 статора 2.

2500 мм - наружный диаметр ротора 3.

2300 мм - внутренний диаметр полости 4 ротора 3.

600 мм - длина активного ротора 3 (без фланцев).

Суммарная площадь проходных критических сечений активных сопел 5 составляет в этом случае 750 см2. Полное количество активных сопел 1000 при числе рядов (активных ступеней) равном 10.

Турбина работает следующим образом.

Потенциальную энергию пара в полости 4 цилиндра ротора 3 создает давление парогенератора. Пар поступает в полость 4 через лопасти 14 и 12 стационарного и вращающегося направляющих аппаратов, осуществляющих упорядочивание структуры потока путем предварительного оптимального закручивания и распределения энергии потока. Далее пар из полости 4 ротора 3 входит под давлением в криволинейные прямоугольные суживающиеся сопла 5, выполненные в теле (периферийной стенке) цилиндра ротора 3. При проходе пара через суживающиеся криволинейные сопла 5, паровая струя выходит на внешний диаметр цилиндра ротора 3. При проходе через критические сечения прямоугольных криволинейных сопел 5 (в самом узком, критическом сечении на срезе сопла 5 локальная скорость достигает звуковой), паровая струя приобретает кинетическую энергию эквивалентную потенциальной энергии внутреннего объема полости 4 ротора 3. Скорость активной паровой струи на срезе сопла 5 составляет до 400 м/сек. Переход потенциальной энергии пара, существующей на внутреннем диаметре ротора 3, в кинетическую энергию на внешнем диаметре ротора 3, осуществляется при проходе пара через суживающиеся прямоугольные криволинейные сопла 5, причем обеспечивается оптимальное направление вектора силы на внешнем диаметре ротора 3. Поскольку прямоугольные криволинейные сопла 5 являются активным элементом перехода энергии из потенциальной в кинетическую энергию и являются элементами конструкции самого цилиндра ротора 3 то и ротор 3 с активными соплами 5 является активным элементом преобразования потенциальной энергии в кинетическую и кинетической в механическую.

Вектор силы из каждого активного прямоугольного сопла 5 на всем диаметре ротора 3 имеет направление перпендикулярное к среднему сечению активного сопла 5. Выемки под каждым соплом 5 не позволяют деформировать истекающую струю за счет прилипания к стенке. В точке критического сечения сопла 5 угол направления вектора силы к радиусу ротора 3 равен 1°48. Далее паровая струя из активного сопла 5 с кинетической энергией, эквивалентной потенциальной энергии пара в системе и внутреннего объема ротора 3 без существенных потерь направляется на плоскости лопаток 6, расположенных на внутреннем диаметре статора 2, образующие «камеры короткого цикла» с окнами 7 выхода вторичного пара. Угловая протяженность дуги между критическими сечениями сопел 5 на активном роторе 3 равна 3°36 при диаметре ротора 2500 мм и числе активных сопел 5, равном 100. Тогда угловая длина дуги между опорными плоскостями лопаток 6 статора 2 равна 3°20 при количестве опорных плоскостей - лопаток 6 статора 2, равном 108.

При действии паровых струй из активных сопел 5 ротора 3 на опорные плоскости лопаток 6 статора 2, скорость паровой струи падает до нуля на опорной плоскости (лопатках 6 - отражателях) статора 2. При падении скорости активной паровой струи до нуля кинетическая энергия паровой струи используется полностью. При этом рабочее тело не передает механическую энергию никакому промежуточному элементу (поршню или лопастям турбины), а в существующих реальных тепловых двигателях на этой передаче имеют место большие потери. Газ проходит через сопло 5 на звуковой скорости, т.е. так быстро, что не успевает отдать заметное количество своей тепловой энергии через теплоотдачу стенкам сопла 5, что позволяет считать процесс адиабатическим. У реальных тепловых двигателей других типов нагрев конструкции составляет существенную часть потерь.

Число активных сопел 5 на диаметре активного ротора 3 равно, например, 100, число лопаток 6 - опорных плоскостей статора 2 равно, например, 108. За один оборот активного ротора 3, происходит 10800 силовых контактов между ротором 3 и статором 2 в одном ряду (ступени) ротора 3. На длине цилиндра ротора 3 имеется 10 рядов активных сопел 5 по 100 штук в каждом последующем ряду (ступени). При параллельном повороте всех 10 ступеней, за один оборот активного ротора 3 возникает 108000 силовых контактов струи рабочего тела между ротором 3 и статором 2. Все силовые взаимодействия происходят на максимальном диаметре, в узкой опорной полосе - минимальном зазоре между ротором 3 и статором 2 по всей длине активной зоны, в которой расположены ряды сопел 5 и лопаток 6. Это обеспечивает максимальный крутящий момент на валу 9 при минимальном расходе пара. Пар высокого давления от парогенератора поступает через направляющие лопасти 12, 14 во внутренний объем (полость) 4 цилиндра активного ротора 3. Далее пар высокого давления поступает в криволинейные суживающиеся сопла 5, выполненные в теле цилиндра активного ротора 3 равномерно по всей длине окружности ротора 3. Активный поток пара из сужающихся криволинейных сопел 5 действует перпендикулярно радиусу активного ротора 3, на опорные плоскости лопаток 6 статора 2. Кинетическая энергия паровой струи из сужающихся криволинейных сопел 5 действуя на опорные плоскости лопаток 6 статора 2, создает реакцию, заставляющую ротор 3 вращаться. Так как на внешнем диаметре ротора 3 число активных сопел (n), а опорных плоскостей на статоре (n+8) то кинетическая энергия всех последующих сопел 5 выделяется с разных энергетических уровней (теоретически, в статике для показа на диаграмме фиг.4 поперечного разреза турбины). За один оборот активного ротора 3 количество силовых контактов (силовой контакт - это действие кинетической энергии паровой струи из активного сопла-ротора на опорную плоскость статора) между ротором 3 и статором 2 равно [n(n+8)] то есть число активных сопел 5 на внешнем диаметре ротора 3 умноженное на число опорных плоскостей лопаток 6, на внутреннем диаметре статора 2. Все последующие ряды (идентично - ступени) с активными соплами 5 выполнены с последовательным смещением сопел 5 в ряду по (вдоль) оси вращения, на угол между соплами 5 одной ступени, деленный на число ступеней (рядов вдоль оси вала, например, 9) минус единица. Так получается сглаженная смещенная характеристика (увеличивается суммарное количество фаз взаимодействия струи с лопатками 6 за один полный оборот активного ротора 3). Расстояние между пиками силовых контактов сокращается. Так как все последовательно смещенные ступени находятся на общей поверхности цилиндра ротора 3, сопло 5 каждой последующей ступени входит в силовой контакт при повороте ротора 3 на угол между соплами 5 первого и второго рядов - ступеней (показано на диаграмме фиг.4). При увеличении числа силовых контактов за один оборот, расстояние между силовыми пиками сокращается, при этом уменьшается и глубина провалов между амплитудными уровнями энергетических пиков. При выходе из сужающего сопла 5 активная паровая струя приобретает кинетическую энергию, при попадании активной паровой струи на опорную плоскость лопатки 6 статора 2, если скорость паровой струи падает до нуля, то кинетическая энергия паровой струи используется практически полностью и этот процесс за один полный оборот ротора 3 происходит многократно. Число таких силовых контактов за один полный оборот ротора в одной ступени (ряду) равно [n(n+8)], при десяти активных рядах сопел 5 ротора 3 это число увеличивается в десять раз. При смещенных рядах сопел 5 ротора 3 далее пар отдав свою кинетическую энергию, удаляется через окна 7 удаления пара из активной зоны за внешний диаметр статора 2 во вторичную зону 8 и далее отбирается для дальнейшего использования.

На фиг.6 пар, отдавший свою кинетическую энергию, выходит из активной зоны за внешний диаметр корпуса 1 статора 2 через окна 7 удаления вторичного пара во вторичную зону 8 и далее отбирается для дальнейшего использования. Потенциальная энергия вторичного пара при выходе из вторичной зоны 8 корпуса 1 первой турбины очень велика и поступает в корпус 1 второй активной турбины на центробежный нагнетатель 10, представляющий собой ступень активного увеличения, давления пара перед входом в полость 4 ротора 3 второй турбины. Валы 9 первой и второй активной турбины соединены последовательно жесткой муфтой 11 и находятся на одной оси вращения. Перед ступенью активного увеличения давления, пар, поступающий из вторичной зоны 8 первой турбины, имеет температуру и давление вторичной зоны 8 первой турбины. При проходе через центробежный нагнетатель 10 (центробежную ступень активного увеличения давления), давление пара за центробежной ступенью возрастает, происходит увеличение потенциальной энергии пара перед входом во внутренний объем - полость 4 активного ротора 3 второй турбины и снижение давления вторичного пара во вторичной зоне 8 первой турбины. Это приводит к увеличению мощности и КПД первой турбины и удвоению мощности устройства по фиг.6 по сравнению с устройством по фиг.1 или по фиг.5.

Так как кинетическая энергия паровой струи как в первой, так и во второй турбине действует на значительно большем активном диаметре ротора 3, чем диаметр нагнетателя 10, для обеспечении мощности активного ротора 3, активные сопла 5 ротора 3 расходуют меньшее количество пара на большем диаметре, а ступень 10 центробежного увеличения давления пропускает несколько большее количество пара при меньшем диаметре ступени увеличения давления (увеличивается давление от существующего в системе). За счет увеличения объема отбора первичного пара от парогенератора и меньшем расходе пара, активным ротором, давление за центробежным нагнетателем 10 в корпусе 1 активного ротора 3 возрастает. При увеличении давления в активном роторе 3 увеличивается кинетическая энергия паровой струи активных сопел 5 на внешнем диаметре активного ротора 3. При увеличении мощности на валу 9 активного ротора 3 энергетические затраты нагнетателя 10 на увеличение давления компенсируются.

При этом парогенератор постоянно (во времени) производит пар, имеющий потенциальную энергию (температуру и давление), которая потребляется турбиной. Ротор 3 предлагаемой паровой турбины как бы раскручивает сам себя. Аэродинамическое сопротивление ротора 3 новой активной турбины близко к нулю (ротор идеально гладкий полированный цилиндр). Кинетическая энергия паровой струи используется полностью (так как при воздействии на опорные плоскости лопаток 6 статора 2 скорость паровой струи падает до нуля). Мощность активной турбины при диаметре ротора 2500 мм и длине цилиндра ротора 700 мм при существующих давлениях пара измеряется в десятках тысяч мегаватт, при многократно сниженном расходе пара.

Единственное условие ограничения мощности активной паровой турбины это: прочность на разрыв цилиндра активного ротора 3 по давлению и предел прочности вала 9 отбора мощности на скручивание.

В результате использования заявляемого первичного двигателя могут быть достигнуты высокие мощности при обеспечении экологической чистоты, а также многократное снижение потребления топлива - при параметрах, недостижимых для существующих конструкций современных первичных двигателей, применяемых в настоящее время.

Применение активных турбин новой конструкции на тепловых и атомных электростанциях обеспечит:

1) многократное увеличение выходной электрической мощности тепловых и атомных электростанций.

2) многократное снижение потребления топлива.

3) многократное уменьшение габаритов турбин, при увеличении их мощности.

4) многократное снижение стоимости производства турбин.

5) многократное увеличение механической прочности и времени непрерывной эксплуатации.

Сравнительные экспериментальные исследования новой активной паровой турбины и существующих в настоящее время современных турбин по мощности и экономичности позволяют утверждать: мощность всех существующих тепловых и атомных электростанций, определяет только количество производимого пара и давление пара и как следствие непомерное количество сжигаемого топлива. При существующих давлениях в современных парогенераторах и количестве производимого пара, выходная электрическая мощность существующих электростанций должна быть в десятки раз выше.

Промышленная применимость

Настоящее полезная модель реализуется с помощью универсального современного оборудования, имеющегося в промышленности. Все детали составляющие конструкцию турбины - тела вращения, все комплектующие требуемой длины и диаметра из соответствующих современных сталей могут быть изготовлены на современном оборудовании.

1. Турбина, содержащая корпус, в котором размещены концентрично установленные с зазором статор и ротор, выполненный в виде цилиндрического барабана, внутренняя полость которого соединена с источником рабочего тела, а в наружной кольцевой стенке выполнены наклонные криволинейные сопла с конфигурацией, выпуклой в направлении вращения, равномерно распределенные по окружности, соединенные входами с внутренней полостью ротора и обращенные выходами к размещенным в зазоре лопаткам, закрепленным на статоре, количество которых превышает количество сопел ротора, отверстия для выхода отработанного рабочего тела, соединенные со вторичной зоной, отличающаяся тем, что сопла выполнены сужающимися к периферии ротора, статор и ротор выполнены с несколькими рядами лопаток и сопел, смещенных относительно друг друга в угловом направлении по окружности, отверстия для выхода отработанного рабочего тела выполнены в статоре в промежутках между лопатками.

2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что статор выполнен с количеством лопаток, превышающим количество сопел ротора на 1-10%.

3. Турбина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что отверстия для выхода отработанного рабочего тела выполнены в статоре радиально.

4. Турбина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что лопатки выполнены плоскими и установлены радиально или наклонно.

5. Турбина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что сопла выполнены прямоугольного поперечного сечения, с критическим сечением на срезе в плоскости, наклонной к радиальной плоскости ротора, на котором выполнены выемки под каждым соплом, а кривизна сопел выбирается из условия равномерного износа их внутренней поверхности.

6. Турбина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ротор выполнен с наружной поверхностью, радиус которой, по меньшей мере, в двенадцать раз, больше толщины его стенки.

7. Турбина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что на роторе со стороны подвода рабочего тела установлены лопасти вращающегося направляющего аппарата, а в корпусе со стороны подвода рабочего тела установлены лопасти стационарного направляющего аппарата.

8. Турбина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что между корпусом и ротором организовано лабиринтное уплотнение.

9. Турбина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что наружная поверхность ротора и внутренняя поверхность статора выполнены полированными.

10. Турбина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что на валу ротора установлен нагнетатель, всасывание которого соединено с источником рабочего тела, а нагнетание - с внутренней полостью ротора.

11. Турбина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что на одном валу установлены два ротора, каждый из которых размещен внутри соответствующего статора, при этом между первым и вторым роторами на валу установлен нагнетатель, всасывание которого соединено со вторичной зоной и отверстиями для выхода отработанного рабочего тела статора первого ротора, а нагнетание - с внутренней полостью второго ротора.

12. Турбина по п.11, отличающаяся тем, что она содержит два одинаковых ротора и два одинаковых статора, при этом последние выполнены каждый со своим корпусом, а нагнетатель выполнен центробежным и встроен в стенку корпуса второго статора.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для определения радиальных зазоров между торцами лопаток вращающегося ротора и корпусом турбины при экспериментальных исследованиях и доводке газотурбинных двигателей (ГТД)
Наверх