RU138926U1 - REVERSE RADIAL TURBINE ROMANOVA - Google Patents

Abstract

1. Турбина объемного радиального расширения, содержащая два зеркально-идентичных блока кольцевых цилиндров с перепускными каналами и концентрично установленный между ними общий для двух проточных частей ротор с перепускными каналами, окна, расположенные на периферии и в центральной части турбины, характеризующаяся тем, что она содержит распределительное устройство, обеспечивающее изменение подачи рабочего тела в проточную часть турбины на противоположное.2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что содержит ротор, выполненный из двух зеркально идентичных полуроторов, смещенных в окружном направлении относительно друг друга на угол, исключающий одновременное сообщение их перепускных каналов с окнами блоков.3. Турбина по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что один из блоков содержит рекуператор механической энергии, запасающий энергию торможения ротора, выполненный, например, в виде плоской многовитковой пружины с тормозом.1. A turbine of volumetric radial expansion, containing two mirror-identical blocks of annular cylinders with bypass channels and concentrically mounted between them is a common rotor with bypass channels common to two flow parts, windows located on the periphery and in the central part of the turbine, characterized in that it contains a switchgear providing the opposite change in the supply of the working fluid to the flow part of the turbine. 2. The turbine according to claim 1, characterized in that it comprises a rotor made of two mirror-identical half-rotors, offset in a circumferential direction relative to each other by an angle, excluding the simultaneous communication of their bypass channels with the windows of the blocks. A turbine according to any one of claims 1 or 2, characterized in that one of the blocks contains a mechanical energy recuperator storing the braking energy of the rotor, made, for example, in the form of a flat multi-coil spring with a brake.

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике, турбостроению и двигателестроению и может быть использована для любых стационарных и мобильных объектов в качестве энергетической установки для привода механизмов, использующих непосредственно механическую энергию вращения и требующих реверсирования выходного вала.The utility model relates to power engineering, turbine engineering and engine building and can be used for any stationary and mobile objects as a power plant for driving mechanisms that use directly mechanical rotation energy and require output shaft reversal.

В известных осевых лопаточных газовых и паровых турбинах, реализующих необъемное расширение, реверс выходного вала турбины обеспечивается или только двухъярусным облопачиванием ротора и статора турбины одной из ступеней переднего хода, обеспечивающих движение потока рабочего тела по одному из двух коаксиальных протоков с изменением вращения выходного вала турбины на противоположное или с использованием отдельного реверс-редуктора.In known axial blade gas and steam turbines that realize non-voluminous expansion, the reverse of the turbine output shaft is provided either by two-tiered blading of the rotor and stator of the turbine of one of the forward stages, providing the flow of the working fluid along one of two coaxial ducts with the rotation of the output shaft of the turbine opposite or using a separate reverse gear.

Двухъярусное облопачивание турбин и применение отдельных реверс-редукторов значительно усложняют их конструкцию, ухудшают массогабаритные характеристики и повышают стоимость их изготовления.Two-stage blading of turbines and the use of individual reverse gears significantly complicate their design, worsen weight and size characteristics and increase the cost of their manufacture.

Известна центробежная радиальная турбина реактивно-импульсного ступенчатого объемного расширения (ТРИСОР), содержащая два зеркально-идентичных блока кольцевых цилиндров с перепускными каналами и концентрично установленный между ними общий для двух проточных частей ротор, образованный двумя зеркально-идентичными поверхностями с кольцевыми цилиндрами и с перепускными каналами, впускные окна, выполненные в центральной части блоков, выпускные окна, выполненные на периферии, и непосредственно сообщающиеся с конденсаторами воздушного или жидкостного охлаждения, выполненными в блоках (Патент на полезную модель №125624 - прототип).Known centrifugal radial turbine reactive-pulse stepped volume expansion (TRISOR), containing two mirror-identical blocks of annular cylinders with bypass channels and concentrically mounted between them common for two flow parts of the rotor formed by two mirror-identical surfaces with ring cylinders and with bypass channels , inlet windows made in the central part of the blocks, outlet windows made on the periphery, and directly communicating with air and whether liquid cooling performed in blocks (Utility Model Patent No. 125624 - prototype).

В известной турбине объемного расширения может осуществляться только центробежное расширение с движением рабочего тела по проточной части в одном направлении от центра к периферии, при этом, ротор и вал турбины вращаются только в одну сторону.In the known volumetric expansion turbine, only centrifugal expansion can be carried out with the working fluid moving along the flowing part in one direction from the center to the periphery, while the turbine rotor and shaft rotate only in one direction.

Кроме того, в известной турбине перепускные каналы ротора выполнены с двух сторон симметрично, при этом их сообщение с окнами блоков происходит одновременно при большом угле поворота ротора и рабочие импульсы при запуске и рабочем режиме создаются одновременно.In addition, in the well-known turbine, the rotor bypass channels are symmetrical on both sides, while their communication with the windows of the blocks occurs simultaneously at a large angle of rotation of the rotor, and operating pulses are created simultaneously at startup and during operation.

Запуск турбины осуществляется отдельным источником механической энергии вращения.The turbine is launched by a separate source of mechanical energy of rotation.

Техническими задачами при создании полезной модели реверсивной турбины реактивно-импульсного объемного расширения являлись - обеспечение ее реверсивности, обеспечение запуска турбины при меньшем угле поворота ротора и без использования при реверсе и после остановки для предпускового импульсного поворота ротора отдельного источника механической энергии.The technical tasks in creating a useful model of a reversible-pulse volumetric reversible turbine were to ensure its reversibility, to ensure that the turbine was started at a smaller angle of rotation of the rotor and without using a separate source of mechanical energy for reverse pulse start-up and rotation.

Задача обеспечения реверсивности выходного вала турбины решена тем, что турбина, содержащая два зеркально-идентичных блока кольцевых цилиндров с перепускными каналами и концентрично установленный между ними общий для двух проточных частей ротор с перепускными каналами, окна, расположенные на периферии и в центральной части турбины она содержит распределительное устройство, обеспечивающее изменение подачи рабочего тела в проточную часть турбины на противоположное.The task of ensuring the reversibility of the output shaft of the turbine is solved in that the turbine, containing two mirror-identical blocks of ring cylinders with bypass channels and concentrically installed between them, a common rotor with bypass channels for two flow parts, it contains windows located on the periphery and in the central part of the turbine switchgear, providing the opposite change in the supply of the working fluid to the flow part of the turbine.

При впуске распределительным устройством (РУ) рабочего тела в проточную часть турбины через окна, выполненные на периферии, и выпуске через окна, расположенные в центре, при этом обеспечивается работа турбины в центростремительном режиме.At the inlet of the working fluid by the distributor (RU) into the turbine through the windows made on the periphery, and the exhaust through the windows located in the center, the turbine is in centripetal operation.

При реверсе ротора впуск рабочего тела в проточную часть турбины через окна, выполненные в центре, а выпуск через окна, выполненные на периферии, обеспечивается работа турбины в центробежном режиме.When the rotor is reversed, the inlet of the working fluid into the flow part of the turbine through the windows made in the center, and the release through the windows made on the periphery, the turbine operates in a centrifugal mode.

Задача пуска турбины при меньшем угле поворота ротора решена тем, что турбина содержит ротор, выполненный из двух зеркально идентичных полуроторов, смещенных в окружном направлении относительно друг друга на угол, исключающий одновременное сообщение их перепускных каналов с окнами блоков.The task of starting the turbine with a smaller angle of rotation of the rotor is solved in that the turbine contains a rotor made of two mirror-identical half-rotors, offset in the circumferential direction relative to each other by an angle, eliminating the simultaneous communication of their bypass channels with the windows of the blocks.

Ротор, выполненный со смещенными полуроторами, обеспечивает пуск турбины при сообщении перепускных каналов одного из его полуроторов с окнами соответствующего блока, т.е. при меньшем в 2 раза угле его поворота.The rotor, made with offset half-rotors, enables the turbine to start when the bypass channels of one of its half-rotors communicate with the windows of the corresponding block, i.e. at 2 times less angle of rotation.

Для обеспечения максимальной эффективности создания крутящего момента при центробежном и центростремительном расширении рабочего тела перепускные каналы ротора и блоков без тонкостенных лопаток и с ними выполняются с постоянной площадью их проходного сечения.To ensure maximum efficiency of creating torque during centrifugal and centripetal expansion of the working fluid, the bypass channels of the rotor and blocks without thin-walled blades and with them are made with a constant area of their passage section.

Кроме того, для повышения эффективности заполнения перепускных каналов ротора при центростремительном расширении рабочего тела периферийные окна блоков могут быть выполнены с большей окружной длиной, чем центральные, но исключающей их сообщение через перепускные каналы ротора с перепускными каналами блоков.In addition, to increase the efficiency of filling the rotor bypass channels during centripetal expansion of the working fluid, the peripheral windows of the blocks can be made with a larger circumferential length than the central ones, but excluding their communication through the bypass channels of the rotor with the bypass channels of the blocks.

Задача запуска турбины без отдельного источника механической энергии и обеспечения ее реверсирования за счет рекуперации кинетической энергии торможения ротора при его остановке решена тем, что она снабжена рекуператором механической энергии, например, выполненным в виде плоской многовитковой пружины с тормозным устройством.The task of starting a turbine without a separate source of mechanical energy and ensuring its reversal due to the recovery of the kinetic energy of braking of the rotor when it is stopped is solved by the fact that it is equipped with a mechanical energy recuperator, for example, made in the form of a flat multi-coil spring with a braking device.

При использовании в реверсивной турбине в качестве рабочего тела пара, она снабжается отдельным конденсатором воздушного или жидкостного охлаждения, при этом, РУ обеспечивает так же синхронное подключение конденсатора к окнам, через которые осуществляется выпуск отработавшего пара.When steam is used as a working fluid in a reversible turbine, it is equipped with a separate air or liquid cooling condenser, while the switchgear also provides synchronous connection of the condenser to the windows through which the exhaust steam is discharged.

В качестве РУ может быть использовано любое из известных распределительных устройств, например, золотниковое, обеспечивающее описанное выше функционирование.As the switchgear, any of the known switchgear can be used, for example, slide valve, providing the operation described above.

Окна блоков могут быть выполнены в цилиндрических стенках блоков, обеспечивая радиальный впуск в проточную часть рабочего тела и выпуск, или на торцевых стенках блоков, обеспечивая осевой впуск и выпуск, или радиально-осевой впуск и выпуск.The windows of the blocks can be made in the cylindrical walls of the blocks, providing a radial inlet into the flowing part of the working fluid and release, or on the end walls of the blocks, providing axial inlet and outlet, or radial-axial inlet and outlet.

Подача рабочего тела к окнам и выпуск из них может осуществляться через кольцевые коллекторы, выполненные внутри блоков или снаружи на торцевых стенках.The supply of the working fluid to the windows and the release of them can be carried out through ring collectors made inside the blocks or outside on the end walls.

Запуск и реверс турбины в зависимости от мощности может осуществляться ручным кикстартером, электростартером, рекуператором механической энергии или, при использовании РТОР для привода турбоэлектрогенератора (ТЭГ) непосредственно электрогенератором, работающим в режиме электродвигателя.Starting and reversing the turbine, depending on the power, can be carried out by manual kickstarter, electric starter, mechanical energy recuperator, or, when using the PTOR to drive a turboelectric generator (TEG), directly by an electric generator operating in the electric motor mode.

На фиг.1 изображен общий вид реверсивной турбины в сборе; на фиг.2 разнесенный вид турбины; на фиг.3 - местный разрез турбины в сборе; на фиг.4 - разрез А-А.Figure 1 shows a General view of the reversing turbine assembly; figure 2 is an exploded view of the turbine; figure 3 is a local section of the turbine assembly; figure 4 is a section aa.

Реверсивная турбина фиг.1, 2 содержит блоки 1 и 2 и установленный между ними ротор, выполненный из 2-х смещенных относительно друг друга полуроторов 3 и 4. В каждом блоке выполнены окна 5 в центральной части и окна 6 на периферии.The reversing turbine of FIGS. 1, 2 contains blocks 1 and 2 and a rotor installed between them, made of 2 half-rotors 3 and 4 offset from one another. Windows 5 in the central part and windows 6 on the periphery are made in each block.

Работа реверсивной турбины осуществляется образом.The operation of the reversing turbine is carried out in a manner.

Для запуска и работы турбины в центробежном режиме рабочее тело подается распределительным устройством (РУ) через окна 5 выполненные в центральной части, а выпуск осуществляется через окна 6 выполненные на периферии.To start and operate the turbine in centrifugal mode, the working fluid is supplied by a switchgear (RU) through windows 5 made in the central part, and exhaust through windows 6 made on the periphery.

За тем, ротор турбины с помощью механической энергии накопленной рекуператором или с помощью механического или электростартера импульсно проворачивается на небольшой угол, обеспечивающий заполнение рабочим телом его перепускных каналов первой ступени и при дальнейшем вращении совпадение их с перепускными каналами блоков, после чего появляются первые реактивные импульсы и крутящий момент.Then, the turbine rotor is rotated by a small angle using mechanical energy accumulated by the recuperator or using a mechanical or electric starter, ensuring that the working fluid fills its bypass channels of the first stage and, with further rotation, matches them with the bypass channels of the blocks, after which the first reactive pulses and torque.

Для остановки турбины распределительным устройством перекрывается подача рабочего тела в окна 5 и одновременно (при наличии) включается механический рекуператор, запасающий энергию торможения для следующего пуска.To stop the turbine, the distributor shuts off the supply of the working fluid to the windows 5 and at the same time (if any) switches on a mechanical recuperator that stores braking energy for the next start-up.

Для запуска и работы турбины в центростремительном режиме рабочее тело РУ подается через окна 6, выполненные на периферии, а выпуск осуществляется через окна 5 выполненные в центральной части.To start and operate the turbine in centripetal mode, the working medium of the switchgear is supplied through windows 6 made on the periphery, and exhaust is carried out through windows 5 made in the central part.

Все известные осевые и радиальные турбины необъемного расширения, использующие кинетическую энергию потока рабочего тела, вращаются только в одну сторону и обеспечивают реверс выходного вала только при использовании дополнительных реверсивных устройств.All known axial and radial non-volume expansion turbines that use the kinetic energy of the flow of the working fluid rotate only in one direction and provide reverse output shaft only when using additional reversing devices.

Запуск и выход на рабочий режим известных турбин обеспечивается лишь с использованием отдельных пусковых или валоповоротных устройств и с предварительной раскруткой ротора до значительных по величине оборотов.Starting and reaching the operating mode of known turbines is provided only with the use of separate starting or shaft-turning devices and with the preliminary rotation of the rotor to a significant speed.

Реверсивная турбина объемного расширения обеспечивает реверс выходного вала только изменением направления вращения ее ротора и запуск при незначительном угле импульсного поворота вала пусковым устройством или за счет энергии запасенной при ее остановке.A reversible volume expansion turbine provides reverse output shaft only by changing the direction of rotation of its rotor and starting with a small angle of pulse rotation of the shaft with a starting device or due to the energy stored when it is stopped.

В отличие от известных реверсивных турбин, снабженных реверс-редукторами, реверсивная турбина объемного расширения характеризуется улучшенными удельными габаритно-массовыми характеристиками, что значительно сократит площади для ее установки в машинных залах при использовании в составе энергетических установок большой мощности и более низкой стоимостью ее изготовления.Unlike the known reversible turbines equipped with reverse gears, the reversible volumetric expansion turbine is characterized by improved specific overall mass characteristics, which will significantly reduce the area for its installation in machine rooms when used in power plants of high power and lower cost of its manufacture.

Турбина может быть использована в качестве источника механической энергии с использованием в качестве рабочего тела сжатого газа, например, воздуха для привода различного пневмоинструмента или мобильных транспортных средств с обеспечением реверса.The turbine can be used as a source of mechanical energy using compressed gas as a working fluid, for example, air to drive various pneumatic tools or mobile vehicles with reverse.

Тяговая и скоростная характеристики РТОР аналогичны характеристикам электродвигателя и сохраняются при изменении мощности в широком диапазоне, что не обеспечивается в электродвигателях, работающих с однодиапозонной мощностью.The traction and speed characteristics of the RTOR are similar to the characteristics of an electric motor and are preserved when the power changes over a wide range, which is not provided in electric motors operating with single-range power.

Claims (3)

1. Турбина объемного радиального расширения, содержащая два зеркально-идентичных блока кольцевых цилиндров с перепускными каналами и концентрично установленный между ними общий для двух проточных частей ротор с перепускными каналами, окна, расположенные на периферии и в центральной части турбины, характеризующаяся тем, что она содержит распределительное устройство, обеспечивающее изменение подачи рабочего тела в проточную часть турбины на противоположное.1. A turbine of volumetric radial expansion, containing two mirror-identical blocks of annular cylinders with bypass channels and concentrically mounted between them is a common rotor with bypass channels common to two flow parts, windows located on the periphery and in the central part of the turbine, characterized in that it contains switchgear, providing the opposite change in the supply of the working fluid to the flow part of the turbine. 2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что содержит ротор, выполненный из двух зеркально идентичных полуроторов, смещенных в окружном направлении относительно друг друга на угол, исключающий одновременное сообщение их перепускных каналов с окнами блоков.2. The turbine according to claim 1, characterized in that it contains a rotor made of two mirror-identical half-rotors, offset in a circumferential direction relative to each other by an angle, excluding the simultaneous communication of their bypass channels with the windows of the blocks. 3. Турбина по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что один из блоков содержит рекуператор механической энергии, запасающий энергию торможения ротора, выполненный, например, в виде плоской многовитковой пружины с тормозом.

3. A turbine according to any one of claims 1 or 2, characterized in that one of the blocks contains a mechanical energy recuperator that stores rotor braking energy, made, for example, in the form of a multi-coil flat spring with a brake.

Images