способ получения механической энергии в турбине, турбина и сегнерово колесо для его реализации

Формула изобретения

1. Способ получения механической энергии в турбине, содержащей сегнерово колесо, включающий подачу рабочего тела в отверстия, выполненные в сегнеровом колесе, разгон рабочего тела при истечении из отверстий с обеспечением вращения вала турбины, отличающийся тем, что рабочее тело, по меньшей мере, однократно разгоняют до сверхзвуковой скорости с образованием скачка уплотнения в замкнутом пространстве за сегнеровым колесом, при этом разогнанное рабочее тело выводят в замкнутое пространство за сегнеровым колесом под прямым углом к радиусу колеса и под острым углом к оси его вращения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочее тело выводят в замкнутое пространство за сегнеровым колесом под углом от 15 до 65° к оси вращения колеса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочее тело выводят в открытое пространство, расположенное за последним по ходу истечения рабочего тела сегнеровым колесом, под углом от 10 до 70° к оси вращения колеса.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочее тело разгоняют при истечении из отверстий, выполненных в виде сопел Лаваля.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что рабочее тело направляют в сопла Лаваля со стороны той поверхности сегнерова колеса, площадь S_вх которой меньше, чем площадь S _вых противоположной поверхности сегнерова колеса.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что соотношение площадей поверхностей сегнерова колеса S_вх/S_вых составляет от 0,3 до 0,7.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что соотношение площадей поверхностей сегнерова колеса S _вх/S_вых, через которое рабочее тело выводят в открытое пространство, составляет от 0,3 до 0,75.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что отношение площади S _in входного отверстия сопла Лаваля в плоскости поверхности сегнерова колеса к площади S_out выходного отверстия сопла Лаваля составляет 0,5 S_in/S_out 0,9.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что отношение площади S_in входного отверстия сопла Лаваля в плоскости поверхности сегнерова колеса, через которое рабочее тело выводят в открытое пространство, к площади S_out выходного отверстия сопла Лаваля составляет 0,5 S_in/S_out 0,9.

10. Способ по п.5, отличающийся тем, что рабочее тело от входа к выходу пропускают через сегнеровы колеса в одном направлении.

11. Способ по п.5, отличающийся тем, что рабочее тело от входа к выходам пропускают через сегнеровы колеса в противоположных направлениях.

12. Турбина, содержащая вход и выход рабочего тела, оболочку и сегнерово колесо, установленное внутри цилиндра соосно с валом с возможностью вращения, причем в сегнеровом колесе выполнены отверстия, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, одно дополнительное сегнерово колесо и торцевые неподвижные элементы, сегнеровы колеса выполнены в виде колец, а отверстия в них выполнены в виде сопел Лаваля под прямым углом к радиусу кольца и под острым углом к оси его вращения, причем сегнеровы колеса установлены между цилиндром и оболочкой таким образом, что между ними формируется замкнутое кольцевое пространство.

13. Турбина по п.12, отличающаяся тем, что вход рабочего тела расположен между торцевым неподвижным элементом и сегнеровым колесом.

14. Турбина по п.12, отличающаяся тем, что выход рабочего тела расположен между торцевым неподвижным элементом и сегнеровым колесом.

15. Турбина по п.12, отличающаяся тем, что вход рабочего тела расположен между сегнеровыми колесами.

16. Турбина по п.12, отличающаяся тем, что между входом рабочего тела и цилиндром установлен торцевой лабиринтный уплотнитель.

17. Турбина по п.16, отличающаяся тем, что торцевой лабиринтный уплотнитель выполнен кольцевым.

18. Турбина по п.12, отличающаяся тем, что между выходом рабочего тела и цилиндром установлен кольцевой торцевой уплотнитель.

19. Турбина по п.18, отличающаяся тем, что торцевой лабиринтный уплотнитель выполнен кольцевым.

20. Турбина по п.12, отличающаяся тем, что между неподвижным торцевым элементом и оболочкой установлен осевой лабиринтный уплотнитель.

21. Турбина по п.20, отличающаяся тем, что осевой лабиринтный уплотнитель выполнен кольцевым.

22. Турбина по п.12, отличающаяся тем, что оболочка содержит, по меньшей мере, один цилиндрический элемент.

23. Турбина по п.12, отличающаяся тем, что оболочка содержит, по меньшей мере, один конический элемент.

24. Турбина по п.12, отличающаяся тем, что между цилиндром и статором установлены подшипники.

25. Сегнерово колесо, содержащее симметрично выполненные отверстия, отличающееся тем, что отверстия выполнены в виде сопел Лаваля под прямым углом к радиусу колеса и под острым углом к оси его вращения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидравлическим, пневматическим и паровым турбинам, и промышленно применимо для привода электрогенераторов, компрессоров холодильных установок, тепловых насосов и тому подобное.

Известен способ получения механической энергии в турбине, включающий подачу рабочего тела и его разгон при истечении, причем рабочее тело подают в замкнутое пространство (патент США №3282560, НКИ 415-80, 1965). Рабочее тело подают в каналы ротора турбины и разгон рабочего тела осуществляют при истечении из каналов в одном направлении с обеспечением вращения ротора, рабочее тело из каналов ротора подают в образованное оболочкой закрытое пространство вокруг ротора, и оно взаимодействует с трением с оболочкой и истекает через отверстия в оболочке, разгоняясь в одном направлении. Истечение из каналов ротора и оболочки осуществляется в одну сторону. Ротор и оболочка приводят во вращение один вал, на котором они жестко закреплены.

Недостатком известного способа является невозможность получения механической энергии для турбины от ее ротора, так как момент, создаваемый на роторе при истечении из его каналов рабочего тела, по закону сохранения момента количества движения компенсируется обратным моментом, создаваемым при торможении отработанного рабочего тела в роторе на внутренней поверхности оболочки, а полезный момент создается лишь при истечении рабочего тела из отверстий оболочки под давлением, оставшимся после расширения рабочего тела в каналах ротора, что приводит к большим потерям энергии (˜50%).

Известен способ получения механической энергии в турбине, включающий подачу рабочего тела и его разгон при истечении, причем рабочее тело подают в замкнутое пространство (патент Швейцарии №669428, МПК F 01 D 1/28, 1989). Рабочее тело подают в каналы ротора турбины. Его разгоняют при истечении из каналов в одном направлении вдоль окружности, перпендикулярном радиусу ротора, с обеспечением вращения ротора. Рабочее тело из каналов ротора подают в образованное оболочкой пространство вокруг ротора, и оно взаимодействует с трением с оболочкой и истекает через отверстия в оболочке, разгоняясь в одном направлении с обеспечением ее вращения. Оболочка выполнена в виде радиальной лопаточной турбины и вращается навстречу ротору.

Недостатком известного способа является недостаточно высокое количество получаемой механической энергии вследствие того, что при истечении через четыре канала ротора рабочего тела и подачи его в образованное оболочкой в виде лопаточной турбины пространство вокруг ротора и истечении через отверстия в оболочке между лопатками турбины рабочее тело, находящееся между лопатками, в момент соприкосновения с потоками от каналов ротора выталкивается ("выколачивается"), разгоняясь до скорости потока, попадающего из каналов ротора, на что затрачивается часть энергии потока. При истечении через отверстия в оболочке в виде радиальной лопаточной турбины существуют потери на ускорение рабочего тела в радиальных лопатках от центробежных сил. Кроме того, есть потери на вентиляцию за счет циркуляции рабочего тела между лопатками при истечении через отверстия в оболочке. Из вращающейся оболочки в виде радиальной лопаточной турбины рабочее тело истекает со скоростью, значительно отличающейся от скорости вращения оболочки, что приводит к потерям энергии.

Наиболее близким к заявляемому является известный способ получения механической энергии в турбине, содержащей сегнерово колесо, включающий подачу рабочего тела в отверстия, выполненные в сегнеровом колесе, разгон рабочего тела при истечении из отверстий с обеспечением вращения вала турбины (патент РФ №2200848, МПК F 01 D 1/32, 2002). Рабочее тело подают в каналы ротора турбины и разгоняют его при истечении из каналов в одном направлении вдоль окружности, перпендикулярном радиусу ротора, что приводит к возникновению реактивной силы, приводящей к вращению ротора турбины. Рабочее тело из каналов ротора подают в камеру, образованную вокруг ротора оболочкой. Рабочее тело взаимодействует с трением с оболочкой и истекает через отверстия в оболочке.

Недостатками этого ближайшего аналога являются:

- сложность регулирования мощности, так как для максимальной эффективности способа линейные скорости ротора и оболочки должны быть одинаковыми, что требует специальную систему регулирования мощности потребителей энергии, подключенных к валу ротора и к валу оболочки;

- невозможность срабатывания на предусмотренных способом двух ступенях преобразования энергии больших перепадов давления и тепла, характерных для промышленной энергетики, из-за чего ограничивается агрегатная мощность и снижается тепловой коэффициент полезного действия двигателя;

- эффективность способа преобразования энергии меньше, чем у способа, используемого в обычных многоступенчатых паровых и газовых турбинах, так как на первой ступени преобразования часть кинетической энергии рабочего тела рассеивается из-за трения в каналах сегнерова колеса и в камере, и на оболочке, а на второй ступени часть кинетической энергии рабочего тела выбрасывается в окружающую среду.

Известна турбина, содержащая оболочку, установленную соосно с валом с возможностью вращения (патент США №3282560, НКИ: 415-80, 1965). Эта струйная реактивная турбина содержит рабочее колесо, выполненное в виде трубы с закрыть концом, которая скреплена соосно с валом. Рабочее колесо установлено с возможностью вращения. На трубе радиально закреплена с противоположных сторон, по меньшей мере, одна пара патрубков с открытыми концами. Турбина содержит оболочку, установленную с возможностью вращения и охватывающую колесо, а также охватывающий колесо и оболочку корпус с отверстиями для размещения вала и со штуцерами для подачи и выхода рабочего тела. На оболочке закреплена с противоположных сторон, по меньшей мере, одна пара патрубков с открытыми концами. Оболочка и рабочее колесо установлены на одном валу.

Недостатком известной турбины является жесткая связь оболочки и рабочего колеса, установленных на едином валу, и вращение рабочего колеса и оболочки в одну сторону, что обеспечивает получение механической энергии только от одной оболочки, а патрубки рабочего колеса являются лишь дросселирующими давление подачи рабочего тела элементами турбины, приводящими к бесполезным потерям энергии и низкому коэффициенту полезного действия. Кроме того, низкая прочность длинной цилиндрической оболочки со многими отверстиями на ее поверхности ограничивает окружную скорость оболочки и еще больше понижает коэффициент полезного действия турбины.

Известна турбина, содержащая оболочку и сегнерово колесо, установленное внутри цилиндра соосно с валом с возможностью вращения, причем в сегнеровом колесе выполнены отверстия (патент Швейцарии №669428, МПК F 01 D 1/28, 1989). Эта двухвальная радиальная турбина выполнена в виде трубы с закрытым концом, скрепленной соосно с валом и установленной с возможностью вращения. На трубе радиально закреплена с противоположных сторон, по меньшей мере, одна пара патрубков с отогнутыми в противоположные стороны от их оси открытыми концами, причем оси отогнутых открытых концов патрубков перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков и ось трубы. В стенке трубы соответственно патрубкам выполнены отверстия. Турбина содержит оболочку, скрепленную соосно с установленным с возможностью вращения валом и охватывающую сегнерово колесо, а также охватывающий сегнерово колесо и оболочку корпус с отверстиями для размещения трубы сегнерова колеса и валов сегнерова колеса и оболочки и со штуцером для выхода рабочего тела. Оболочка выполнена в виде лопаточной турбины.

Недостатком известной турбины является то, что в оболочке, выполненной в виде лопаточной турбины, лопатки крепятся к диску по его торцу, что увеличивает центробежную нагрузку на лопатки за счет дополнительного момента, а узел крепления лопаток не способен нести высокую нагрузку, что требует понижения окружных скоростей лопаточной турбины и снижает коэффициент полезного действия лопаточной турбины. Для прохода между лопатками поток рабочего тела от сопел ротора должен быть направлен на лопатки под определенным углом, определяемым формой лопаток и формой потока из сопел. В известной турбине поток рабочего тела из сопел попадает на лопатки под разными углами, что в среднем приведет к увеличенным углам, принятым в турбинах с отдельным сопловым аппаратом, и падению коэффициента полезного действия. Использование полого ротора (сегнерова колеса) приводит к потерям на трение за счет возникновения в полости ротора циркуляции рабочего тела, увлекаемого за счет вязкости на стенках, и обратного течения в средней части полости ротора (сегнерова колеса), то есть образованием парного вихря. В результате теряется мощность, отбираемая от ротора с полостью. При парциальном подводе рабочего тела к оболочке (лопаточной турбине) от четырех сопел ротора (сегнерова колеса), который сам вращается в обратную сторону, рабочее тело, находящееся между лопатками, при низком давлении в момент соприкосновения с потоками от сопел ротора выталкивается ("выколачивается"), разгоняясь до скорости потока, попадающего из сопел ротора, на что затрачивается часть энергии потока. В оболочке (лопаточной турбине) существуют потери на ускорение рабочего тела в радиальных лопатках от центробежных сил. Кроме того, есть потери на вентиляцию за счет циркуляции рабочего тела между лопатками при истечении через отверстия в оболочке. Из вращающейся оболочки в виде лопаточной турбины рабочее тело истекает со скоростью, значительно отличающейся от скорости вращения оболочки, что приводит к потерям энергии. Известная турбина имеет сложную конструкцию и сложную технологию изготовления вследствие использования в качестве оболочки лопаточной турбины.

Наиболее близкой к заявляемой является известная турбина, содержащая оболочку и сегнерово колесо, установленное внутри цилиндра соосно с валом с возможностью вращения, причем в сегнеровом колесе выполнены отверстия (патент РФ №2200848, МПК F 01 D 1/32, 2002). В этой турбине может использоваться только две ступени, в первой из которых происходит преобразование потенциальной энергии рабочего тела в механическую работу вращения вала ротора - сегнерова колеса, а во второй - преобразование потенциальной энергии рабочего тела в соплах, которые расположены на внешней стороне пояска оболочки, охватывающей сегнерово колесо, в механическую энергию вращения вала оболочки. В этой турбине рабочее тело поступает по центральному сверлению в вале ротора. Затем по радиальным каналам в сегнеровом колесе рабочее тело подводится к соплам, расположенным на расстоянии от оси вала, в которых оно разгоняется и выходит под прямым углом к оси вращения и радиусу в охватывающую колесо камеру. Далее из камеры рабочее тело направляют в отверстия, расположенные на наружном пояске оболочки, охватывающей сегнерово колесо первой ступени, где процесс расширения рабочего тела происходит в соплах, расположенных под таким же углом, как у ротора, но в противоположном направлении. Отвод рабочего тела от второй ступени турбины осуществляют по кольцевой камере в штуцер в перпендикулярном к оси вращении направлении.

Недостатком этого наиболее близкого аналога является то, что из-за противоположного направления вращения ротора и оболочки невозможно в свободном пространстве за срезом сопел ротора затормозить рабочее тело в скачке уплотнения и за счет торможения потока преобразовать часть кинетической энергии в потенциальную с тем, чтобы получить дополнительную механическую работу. В этой турбине из-за больших линейных скоростей даже при дозвуковой скорости истечения рабочего тела центробежные силы могут превзойти предел упругости материалов ротора и оболочки и разрушить конструкцию. Невозможно также надежно уплотнить пространство между валом ротора и валом оболочки. Из-за большой частоты вращения подшипников качения, расположенных как между валом ротора и охватывающим его валом оболочки, так и между валом оболочки и статором, снижается надежность конструкции. Ротор и оболочка консольно закрепляются в опорах, поэтому вибрация двигателя будет большой и уплотнение разрушится.

Наиболее близким к заявляемому является известное сегнерово колесо, содержащее симметрично выполненные отверстия (патент РФ №2200848, МПК F 01 D 1/32, 2002).

Недостатком этого ближайшего аналога является то, что часть кинетической энергии рабочего тела рассеивается из-за трения в каналах сегнерова колеса.

С помощью заявляемых изобретений решается техническая задача получения большей механической энергии вращения вала двигателя.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения механической энергии в турбине, содержащей сегнерово колесо, включающем подачу рабочего тела в отверстия, выполненные в сегнеровом колесе, разгон рабочего тела при истечении из отверстий с обеспечением вращения вала турбины, рабочее тело, по меньшей мере, однократно разгоняют до сверхзвуковой скорости с образованием скачка уплотнения в замкнутом пространстве за сегнеровым колесом, при этом разогнанное рабочее тело выводят в замкнутое пространство за сегнеровым колесом под прямым углом к радиусу колеса и под острым углом к оси его вращения.

В частности, рабочее тело можно выводить в замкнутое пространство за сегнеровым колесом под углом от 15° до 65° к оси вращения колеса.

В частности, рабочее тело можно выводить в открытое пространство, расположенное за последним по ходу истечения рабочего тела сегнеровым колесом, под углом от 10° до 70° к оси вращения колеса.

В частности, рабочее тело можно разгонять при истечении из отверстий, выполненных в виде сопел Лаваля. При этом рабочее тело направляют в сопла Лаваля со стороны той поверхности сегнерова колеса, площадь S_вх которой меньше, чем площадь S _вых противоположной поверхности сегнерова колеса.

При этом соотношение площадей поверхностей сегнерова колеса S _вх/S_вых может составлять от 0,3 до 0,7.

При этом соотношение площадей поверхностей сегнерова колеса S _вх/S_вых, через которое рабочее тело выводят в открытое пространство, может составлять от 0,3 до 0,75.

При этом отношение площади S_in входного отверстия сопла Лаваля в плоскости поверхности сегнерова колеса к площади S_out выходного отверстия сопла Лаваля может составлять 0,5 S_in/S_out 0,9.

При этом отношение площади S_in входного отверстия сопла Лаваля в плоскости поверхности сегнерова колеса, через которое рабочее тело выводят в открытое пространство, к площади S_out выходного отверстия сопла Лаваля может составлять 0,5 S_in/S_out 0,9.

При этом рабочее тело от входа к выходу можно пропускать через сегнеровы колеса в одном направлении.

При этом рабочее тело от входа к выходам можно пропускать через сегнеровы колеса в противоположных направлениях.

Поставленная задача решается также тем, что турбина, содержащая вход и выход рабочего тела, оболочку и сегнерово колесо, установленное внутри цилиндра соосно с валом с возможностью вращения, причем в сегнеровом колесе выполнены отверстия, содержит, по меньшей мере, одно дополнительное сегнерово колесо и торцевые неподвижные элементы, сегнеровы колеса выполнены в виде колец, а отверстия в них выполнены в виде сопел Лаваля под прямым углом к радиусу кольца и под острым углом к оси его вращения, причем сегнеровы колеса установлены между цилиндром и оболочкой таким образом, что между ними формируется замкнутое кольцевое пространство.

В частности, вход рабочего тела может быть расположен между торцевым неподвижным элементом и сегнеровым колесом.

В частности, выход рабочего тела может быть расположен между торцевым неподвижным элементом и сегнеровым колесом.

В частности, вход рабочего тела может быть расположен между сегнеровыми колесами.

В частности, между входом рабочего тела и цилиндром может быть установлен торцевой лабиринтный уплотнитель.

При этом торцевой лабиринтный уплотнитель может быть выполнен кольцевым.

В частности, между выходом рабочего тела и цилиндром может быть установлен кольцевой торцевой уплотнитель.

При этом торцевой лабиринтный уплотнитель может быть выполнен кольцевым.

В частности, между неподвижным торцевым элементом и оболочкой может быть установлен осевой лабиринтный уплотнитель.

При этом осевой лабиринтный уплотнитель может быть выполнен кольцевым.

В частности, оболочка может содержать, по меньшей мере, один цилиндрический элемент.

В частности, оболочка может содержать, по меньшей мере, один конический элемент.

В частности, между цилиндром и статором может быть установлен подшипник.

Поставленная задача решается также тем, что в сегнеровом колесе, содержащем симметрично выполненные отверстия, отверстия выполнены в виде сопел Лаваля под прямым углом к радиусу колеса и под острым углом к оси его вращения.

Заявляемые способ, устройство для его реализации и элемент этого устройства связаны единым изобретательским замыслом и не нарушают единства изобретения.

Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено сегнерово колесо, выполненое в виде кольца 1, в котором расположены четыре сопла Лаваля 2, повернутые под острым углом к оси вращения, на фиг.2 представлено поперечное сечение сопла Лаваля и направления течения рабочего тела, реактивной силы и ее составляющих, действующих на кольцо 1, сегнерово колесо, на фиг.3 представлен продольный разрез турбины, выполненной в виде однопроточного трехступенчатого реактивно-роторного двигателя, на фиг.4 представлен продольный разрез турбины, выполненной в виде двухпроточного трехступенчатого реактивно-роторного двигателя, на фиг.5 показана диаграмма, иллюстрирующая процесса расширения сухого насыщенного водяного пара в четырехступенчатом реактивно-роторном двигателе.

На фиг.1 показано также расположение и форма сопла 2 в сечении А-А, входное отверстие 3 сопла Лаваля 2 площадью S_in и его выходное отверстие 4 площадью S_out, а также угол наклона сопла 2 к оси вращения сегнерова колеса 1.

На фиг.2 представлено поперечное сечение сопла Лаваля 2 и направление течения рабочего тела, задаваемое углом , направления реактивной силы F_p и ее составляющих F_p0 и F_pu, действующих на сегнерово колесо 1.

Турбина, выполненная в виде однопроточного трехступенчатого реактивно-роторного двигателя (фиг.3), содержит первое 1, второе 5 и третье 6 сегнеровы колеса с соответствующими соплами Лаваля 2, 7 и 8. Рабочее тело от входа 9 до выхода 10 последовательно проходит сопло 2, замкнутое пространство 11, сопло 7, замкнутое пространство 12, сопло 8 и открытое пространство 13. Двигатель содержит цилиндр 14 и оболочку, состоящую из цилиндрических поверхностей 15, 16, 17 и 18. Между оболочкой и неподвижным торцевым элементом 19 установлен осевой лабиринтный уплотнитель 20, а между оболочкой и неподвижным торцевым элементом 21 - осевой лабиринтный уплотнитель 22. Между цилиндром 14 и неподвижным торцевым элементом 19 установлен осевой лабиринтный уплотнитель 23, а между оболочкой и неподвижным торцевым элементом 21 - осевой лабиринтный уплотнитель 24. Между статором 25 и цилиндром 14 установлены подшипники 26 и 27.

Турбина, выполненная в виде двухпроточного трехступенчатого реактивно-роторного двигателя (фиг.4), содержит два первых 1, два вторых 5 и два третьих 6 сегнеровых колеса с соответствующими соплами Лаваля 2, 7 и 8. Рабочее тело от входа 9 до выходов 10, расположенных в противоположных сторонах, последовательно проходит сопла 2, замкнутые пространства 11, сопла 7, замкнутые пространства 12, сопла 8 и открытые пространства 13. Двигатель содержит цилиндр 14 и оболочку, состоящую из цилиндрических поверхностей 28 и конических поверхностей 29. Между оболочкой и неподвижными торцевыми элементами 19 установлены осевые лабиринтные уплотнители 20. Между цилиндрами 14 и неподвижными торцевыми элементами 19 установлены осевые лабиринтные уплотнители 23, а между цилиндрами 14 и входом рабочего тела 9 - осевые лабиринтные уплотнители 30. Между статорами 25 и цилиндрами 14 установлены подшипники 26 и 27.

Сущность заявляемых изобретений состоит в использовании сегнеровых колес 1, 5 и 6, выполненных в виде колец и связанных между собой цилиндром 14 и оболочкой, а также выполнением в кольцах сопел Лаваля 2, 7 и 8 (фиг.3 и фиг.4). Способ включает в себя подачу рабочего тела от входа 9 к соплам 2, 7 и 8 сегнеровых колес 1, 5 и 6 и разгон рабочего тела до сверхзвуковых скоростей в соплах 2 и 7 в направлении, перпендикулярном радиусу ротора, под острым углом к оси его вращения. Это обеспечивает вращения ротора за счет реактивной силы, возникающей вследствие истечения струи рабочего тела из сопел 2, 7 и 8. Благодаря использованию сопел Лаваля 2, 7 и 8 в замкнутом пространстве 11 между кольцами 1 и 5, а также в замкнутом пространстве 12 между кольцами 5 и 6 возникают скачки уплотнения, в которых восстанавливается потенциальная энергия рабочего тела (основная часть кинетической энергии рабочего тела преобразуется в скачке уплотнения в потенциальную). Это иллюстрирует фиг.5, на которой показана зависимость удельной энтальпии h от удельной энтропии s для процесса расширения сухого насыщенного водяного пара в четырехступенчатом реактивно-роторном двигателе от начального давления р₀=4,748 МПа до конечного давления р_k=0,044 МПа. Из фиг.5 видно, как изменяются параметры рабочего тела в четырехступенчатой турбине. Вследствие формирования скачков уплотнения, в отличие от ближайшего аналога, увеличиваются давление, температура и энтальпия рабочего тела. В сегнеровом колесе 5 (также как и колесе 1) потенциальная энергия рабочего тела преобразуется в механическую энергию. Далее процесс может повторяться. Все это позволяет увеличить мощность и коэффициент полезного действия турбины.

В отличие от ближайшего аналога в заявляемых изобретениях для подвода рабочего тела к соплам не используются каналы (фиг.1-фиг.4), а выход разогнанного потока рабочего тела из сопла осуществляется под острым углом к оси вращения (фиг.2). Величина выбирается в зависимости от термодинамических свойств рабочего тела, позволяющих получать скачек уплотнения в замкнутых пространствах 11 и 12 (фиг.3 и фиг.4). Кроме того, сегнеровы колеса соединяются между собой не валом (как в ближайшем аналоге), а охватывающими цилиндром 14 и оболочкой.

Количество ступеней в турбине рассчитывается известным образом из условия, что истечение рабочего тела из сопла последнего сегнерова колеса 6 (фиг.3 и фиг.4) становится дозвуковым, а давление рабочего тела на срезе этого сопла сравнивается с давления среды, в которую сбрасывается рабочее тело из турбины.

Размеры сопел во всех сегнеровых колесах выбираются одинаковыми, а от ступени к ступени увеличиваются в зависимости от параметров рабочего тела в критическом сечении сопла Лаваля. Число сопел должно быть не слишком большим, чтобы не снижать прочность кольца.

Именно многоступенчатое установление сверхзвукового течения рабочего тела из сопел (за исключением сопел последнего сегнерова колеса) с образованием скачков уплотнения в пространстве между колесами обеспечивает, согласно заявляемому способу, создание достаточной реактивной тяги, вращающей сегнеровы колеса, связывающие их цилиндр и оболочку, а также вал турбины, и, тем самым, - достижение цели изобретений.

Пример конкретного выполнения. Четырехступенчатый реактивно-роторный двигатель имеет длину 3,0 м и диаметр 2,0 м. Цилиндр 14 имеет диаметр 1,5 м и толщину стенок 10 мм. Толщина сегнеровых колес от первой до последней ступени увеличивается от 20 мм до 60 мм. В первом колесе выполнено 4 симметрично расположенных сопел Лаваля, в последнем - 10. Угол для всех сопел составляет 63°. Толщина стенок оболочки составляет 10 мм. Рабочим телом являлся сухой насыщенный водяной пар с начальным давлением р₀=4,748 МПа и конечным давлением p_k=0,044 МПа. С помощью данного двигателя достигается мощность 13,35 МВт при коэффициенте полезного действия 68%.