турбина с повышенным кпд

Формула изобретения

1. Турбина, содержащая установленное в отсасывающей трубе рабочее колесо в виде вала, на одном конце которого закреплены лопасти, а другой конец соединен с валом привода, отличающаяся тем, что под лопастями рабочего колеса установлена пластина, закрепленная на стенке отсасывающей трубы, при этом ось крепления пластины перпендикулярна оси вращения вала рабочего колеса и ориентирована вдоль радиуса отсасывающей трубы, а плоскость пластины расположена под углом к радиальной плоскости сечения отсасывающей трубы, в которой расположена ось крепления пластины.

2. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что пластина установлена с возможностью изменения угла между ее плоскостью и радиальной плоскостью сечения отсасывающей трубы, в которой расположена ось крепления пластины.

3. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что введены дополнительные пластины, установленные под лопастями рабочего колеса и закрепленные на стенке отсасывающей трубы, при этом ось крепления каждой дополнительной пластины перпендикулярная оси вращения вала рабочего колеса и ориентирована по соответствующему радиусу отсасывающей трубы, при этом плоскость каждой дополнительной пластины расположена под углом к радиальной плоскости сечения отсасывающей трубы, в которой расположена ось крепления соответствующей пластины.

4. Турбина по п.3, отличающаяся тем, что каждая из дополнительных пластин установлена с возможностью изменения угла между ее плоскостью и соответствующей радиальной плоскостью сечения отсасывающей трубы, в которой расположена ось крепления пластины.

5. Турбина по п.3, отличающаяся тем, что оси крепления пластин расположены в одной радиальной плоскости сечения отсасывающей трубы.

6. Турбина по п.3, отличающаяся тем, что оси крепления пластин расположены в разных радиальных плоскостях сечения отсасывающей трубы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидроэнергетике и может использоваться в конструкциях гидро- и аэротурбин.

Одной из важных задач при конструировании гидро или аэротурбин является обеспечение высокого КПД преобразования механической энергии воды или газа в энергию вращающегося вала.

Известна поперечная гидравлическая турбина, содержащая ось с жестко закрепленными вдоль нее профилированными лопастями, и торцевые диски-крыльчатки /1/.

В данном устройстве повышение КПД достигается за счет дополнительного крутящего момента, создаваемого частью потока, проходящего через щели в торцевых стенках.

Однако данное устройство не может быть использовано в действующих типах турбин на существующих гидро- и аэроэлектростанциях.

Известна также гидротурбина /2/, содержащая водовод, в котором размещено рабочее колесо в виде вала с лопастями, закрепленными на одном конце вала, другой конец которого соединен с валом привода.

Известная гидротурбина не обеспечивает высокий КПД, поскольку не весь проходящий поток воды успевает провзаимодействовать с лопастями рабочего колеса и поэтому не вся энергия потока преобразуется в энергию вращения вала.

Технической задачей данного изобретения является увеличение КПД турбины путем обеспечения более полного преобразования энергии потока воды в энергию вращающейся турбины.

Поставленная задача решается в устройстве, содержащем установленное в отсасывающей трубе рабочее колесо в виде вала, на одном конце которого закреплены лопасти, а другой конец соединен с валом привода, в котором, согласно изобретению, под лопастями рабочего колеса установлена пластина, закрепленная на стенке отсасывающей трубы, при этом ось крепления пластины перпендикулярна оси вращения вала рабочего колеса и ориентирована вдоль радиуса отсасывающей трубы, а плоскость пластины расположена под углом к радиальной плоскости сечения отсасывающей трубы, в которой расположена ось крепления пластины. При этом пластина может быть установлена с возможностью изменения угла между ее плоскостью и упомянутой радиальной плоскостью сечения отсасывающей трубы. В устройство могут быть введены дополнительные пластины, установленные под лопастями рабочего колеса и закрепленные на стенке отсасывающей трубы, при этом ось крепления каждой дополнительной пластины перпендикулярна оси вращения вала рабочего колеса и ориентирована соответственно по радиусу отсасывающей трубы, при этом плоскость каждой дополнительной пластины расположена под углом к радиальной плоскости сечения отсасывающей трубы, в котором расположена ось крепления пластины. Каждая из дополнительных пластин может быть установлена с возможностью изменения угла между ее плоскостью и соответствующей радиальной плоскостью сечения отсасывающей трубы, в которой расположена ось крепления пластины. Оси крепления пластин могут быть расположены либо в одной, либо в разных радиальных плоскостях сечения отсасывающей трубы.

Наличие, по крайней мере одной, радиальной пластины, установленной непосредственно за лопастями рабочего колеса и закрепленной на стенке отсасывающей трубы, позволяет использовать поток, прошедший через рабочее колесо, в качестве дополнительной "динамической" опоры потока, один конец которой "упирается" в радиальную пластину, а другой - в лопасти турбины, обеспечивая тем самым более полное преобразование энергии потока воды в энергию вращения вала турбины. Наличие нескольких пластин, установленных за лопастями рабочего колеса, позволяет использовать устройство в условиях высоких мощностей потока. Установка пластин с возможностью изменения угла между их плоскостями и радиальной плоскостью дает возможность регулировать устройство с целью получения максимального КПД при различных уровнях рабочих мощностей потока.

На фиг. 1 приведена конструкция турбины с одной пластиной; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - конструкция турбины с несколькими пластинами, оси крепления которых расположены в одной радиальной плоскости сечения отсасывающей трубы; на фиг. 4 - разрез по Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - конструкция турбины с несколькими пластинами, расположенными в разных радиальных плоскостях сечения отсасывающей трубы; на фиг. 6 - разрез по В-В на фиг. 5.

Турбина (фиг. 1) содержит установленное в отсасывающей трубе 1 рабочее колесо в виде вала 2, на одном конце которого закреплены лопасти 3, а другой конец соединен с валом 4 привода 5, под лопастями 3 рабочего колеса установлена пластина 6, закрепленная на стенке отсасывающей трубы 1, при этом ось крепления пластины 6, перпендикулярна оси вращения вала 2 рабочего колеса и ориентирована вдоль радиуса отсасывающей трубы 1, а плоскость пластины 6 расположена под углом к радиальной плоскости сечения отсасывающей трубы 1, в которой расположена ось крепления пластины 1, причем этот угол может быть изменен путем вращения пластины 1 вокруг оси крепления.

Устройство может содержать дополнительные пластины 7 (фиг. 3), установленные под лопастями 3 рабочего колеса и закрепленные на стенке отсасывающей трубы 1, при этом ось крепления каждой из дополнительных пластин 7, перпендикулярна оси вращения вала рабочего колеса и ориентирована соответственно по радиусу отсасывающей трубы, при этом плоскость каждой дополнительной пластины 7 расположена под углом к радиальной плоскости сечения отсасывающей трубы, в которой расположена ось крепления пластины. Этот угол также можно изменять путем вращения соответствующей пластины вокруг оси крепления. Оси крепления пластин 6 и 7 перпендикулярны оси вращения вала 2 рабочего колеса, могут быть расположены либо в одной (фиг. 3), либо в разных радиальных плоскостях (фиг. 5).

Размеры пластин 6, 7 форма, профиль и их количество выбираются экспериментально, исходя из конкретных условий работы турбины - мощности, скорости потока, размеров отсасывающей трубы 1 и т.д., для обеспечения максимального увеличения КПД.

Устройство работает следующим образом.

Водяной поток падает на лопасти 3 рабочего колеса, приводя их во вращение совместно с валом 2, через который вращение передается валу 4 привода 5. Часть потока, провзаимодействовавшая с лопастями 3 рабочего колеса, и другая часть, не попавшая на лопасти 3, падают на пластины 6, 7, которые помогают использовать этот поток в качестве "динамической опоры" потока. Один конец этой "опоры" как бы упирается в пластины 6, 7, а другой - в лопасти 3 рабочего колеса, тем самым дополнительно воздействуя на лопасти 3 и увеличивая скорость их вращения.

Угол поворота плоскостей пластин 6, 7 вокруг их осей крепления, перпендикулярных оси вращения вала 2, выбирается в зависимости от мощности потока воды, например, при использовании такой турбины на реках в период уменьшенного уровня воды, угол поворота пластин 6, 7 необходимо делать меньшим по отношению к радиальной плоскости, в которой расположена ось вращения пластины 6, при увеличении уровня воды, т.е. увеличении мощности потока, этот угол увеличивается.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР N 159468, F 03 B 17/00, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР N 1222881, F 03 B 3/04, 1984.