RU2086790C1 - Steam-turbine engine - Google Patents
Steam-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2086790C1 RU2086790C1 RU94020039A RU94020039A RU2086790C1 RU 2086790 C1 RU2086790 C1 RU 2086790C1 RU 94020039 A RU94020039 A RU 94020039A RU 94020039 A RU94020039 A RU 94020039A RU 2086790 C1 RU2086790 C1 RU 2086790C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- rotor
- turbine
- jet
- combustion chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам, приводимым в действие энергией струи рабочей среды, а именно к паротурбинным устройствам. The invention relates to devices driven by the energy of the jet of the working medium, namely to steam turbine devices.
Изобретение может быть использовано в энергетике для привода электрогенератора, на транспорте, в авиации и космонавтике. The invention can be used in the energy sector to drive an electric generator, in transport, in aviation and in space.
Ближайшим прототипом из данного класса устройства может служить одновенцовая паровая турбина Лаваля, построенная шведским инженером Густавом Лавалем в 1889 г. The closest prototype from this class of device can serve as a single-shaft Laval steam turbine, built by Swedish engineer Gustav Laval in 1889.
Принцип действия прототипа совпадал с принципом действия других аналогов паротурбинных установок, т.е. струя рабочей среды подавалась из сопла на лопатки ротора турбины и при взаимодействии с лопатками заставляла ротор турбины вращаться. The principle of operation of the prototype coincided with the principle of action of other analogues of steam turbine plants, i.e. A jet of the working medium was supplied from the nozzle to the blades of the turbine rotor and, when interacting with the blades, caused the turbine rotor to rotate.
Турбина Лаваля имела один ротор, снабженный лопатками, по периферии которого были установлены реактивные сопла, приводящие ротор турбины во вращение. Пар подводился к реактивным соплам по закрытым каналам от парообразующего устройства (котла), снабженного камерой сгорания (топкой). The Laval turbine had one rotor equipped with blades, on the periphery of which jet nozzles were installed, which rotated the turbine rotor. Steam was supplied to the jet nozzles through closed channels from a steam generating device (boiler) equipped with a combustion chamber (furnace).
Турбина Лаваля при всей простоте конструктивного использования имела небольшой КПД порядка 12 15% а с учетом потерь тепла в парообразующем (котловом) устройстве КПД всего устройства был недопустимо низким. Попытки повысить КПД турбины Лаваля не дали результатов, т.к. она обладала рядом недостатков, обусловленных этой конструкцией:
невозможность переработки располагаемого теплоперепада
большие потери тепла рабочей среды (пара) в парообразующем (котловом) устройстве и в сетях подачи к турбине;
большие потери кинематической энергии рабочей (паровой) струи при сверхзвуковом обтекании лопаточного венца (неполноценное обтекание);
дисковые потери, связанные с трением поверхности ротора турбины о рабочую среду (пар).Despite the simplicity of the structural use, the Laval turbine had a small efficiency of about 12 15%, and taking into account heat losses in the steam-generating (boiler) device, the efficiency of the entire device was unacceptably low. Attempts to increase the efficiency of the Laval turbine did not yield results, because She had a number of disadvantages due to this design:
the inability to process the available heat loss
large heat losses of the working medium (steam) in the steam-forming (boiler) device and in the supply networks to the turbine;
large losses of kinematic energy of the working (steam) jet during supersonic flow around the blade rim (inferior flow);
disk losses associated with friction of the surface of the turbine rotor on the working medium (steam).
Задачей изобретения является устранение перечисленных недостатков прототипа и создание такого паротурбинного двигателя, который мог бы конкурировать со всеми существующими типами тепловых двигателей как по КПД, так и по широте применения. Эта задача решается прежде всего тем, что паротурбинный двигатель снабжается вторым ротором, по периферии которого устанавливаются реактивные сопла, снабженные закрытыми каналами парообразующего устройства с возможностью приведения второго ротора во вращение. The objective of the invention is to remedy these disadvantages of the prototype and the creation of such a steam turbine engine that could compete with all existing types of heat engines in terms of both efficiency and breadth of application. This problem is solved primarily by the fact that the steam turbine engine is equipped with a second rotor, on the periphery of which jet nozzles are installed, equipped with closed channels of the steam generating device with the possibility of bringing the second rotor into rotation.
Определим при этом видоизменении конструкции эффективность нового устройства, для этого разберем подробнее перечисленные недостатки прототипа. We determine with this modification of the design the effectiveness of the new device, for this we will analyze the listed disadvantages of the prototype in more detail.
Невозможность переработки располагаемого теплоперепада
По теории энергообмена между реактивной струей и лопаткой должно соблюдаться соотношение Uт/C 0,5 для турбины активного типа, какой являлась и турбина Лаваля. Это означало, что при C 1150 м/с лопатка могла переработать с наибольшим эффектом кинетическую энергию потока при окружной скорости Uт 575 м/с. Теоретически в одновенцовой турбине при указанной скорости Uт и выполнении соотношения Uт/C 0,5 можно при повороте потока в лопатках турбины до 180o почти полностью переработать располагаемый теплоперепад
Следует пояснить, что располагаемый теплоперепад
Если принять во внимание Uт 200 м/с в турбине Лаваля, то там эти потери бы ли еще больше. Следовательно, турбина Лаваля перерабатывала ≈ 14%
Работы по повышению КПД паротурбинных устройств привели к появлению многоступенчатых (многовенцовых) паровых турбин, где в каждой ступени срабатывалась с достаточной экономичностью небольшая часть общего располагаемого теплоперепада
В результате КПД паровых турбин увеличился до 40% однако все попытки повысить КПД и этих аналогов натолкнулись на неразрешимые трудности, обусловленные прежде всего существующими конструктивными решениями. Теплоперепады современных паротурбинных устройств почти полностью до 88% перерабатываются в турбинах и имеют большие значения по сравнению с турбиной Лаваля, достигая 1100 1800 КДж/кГ, и, конечно, переработать их в одновенцовой турбине, к тому же при ограниченных окружных скоростях, Uт было бы невозможно. As a result, the efficiency of steam turbines has increased to 40%, however, all attempts to increase the efficiency of these analogues have encountered insoluble difficulties, primarily due to existing design solutions. The heat losses of modern steam-turbine devices are almost completely processed up to 88% in turbines and are of great importance compared to the Laval turbine, reaching 1100 1800 KJ / kg, and, of course, process them in a single-turbine turbine, in addition, at limited peripheral speeds, Ut would be impossible.
Предлагаемая конструкция паротурбинного устройства, как уже указывалось, снабжается вторым ротором с реактивными соплами, приводящими его в движение в обратном направлении относительно ротора турбины, что сразу дает главное преимущество перед прототипом это появление возможности перерабатывать значительно большие теплоперепады
Проиллюстрируем это простым примером, используя данные прототипа. Пусть окружная скорость ротора, снабженного реактивными соплами, произвольно будет Up 250 м/с, а ротора турбины Uт 450 м/с, современные материалы допускают еще большие окружные скорости до 700 м/с (см. Uт лопаток последней ступени турбины K -1000-60/3000 ЛМЗ, где Uт 670 м/с). Тогда ротор с реактивными соплами перерабатывает отдельно Ho m Up2/2 31 КДж/кГ с учетом
Если изменим значения Up и Uт, то при теоретической переработке ротором 50% кинетической энергии потока это наступит при Up 800 м/с, КПД всей системы ротор-турбина будет примерно 59% хотя эти величины очень условны и не отражают всей совокупности газодинамических процессов. If we change the values of Up and Ut, then when the rotor theoretically processes 50% of the kinetic energy of the flow, this will occur at Up 800 m / s, the efficiency of the entire rotor-turbine system will be approximately 59%, although these values are very arbitrary and do not reflect the totality of gas-dynamic processes.
Таким образом, в данной образованной системе имеется какой-то оптимум, который находится в пределах с большей переработкой рабочего потока турбиной. При этом граница находится в пределах данной системы между 59% и ≈ 90% теоретической переработки располагаемого теплоперепада
В парообразующем (котловом) устройстве прототипа теряется значительное количество тепла при нагревании конденсата и доведения его до начальных параметров. По пути к турбине пара по сетям передачи также теряется тепловая энергия в виде передачи тепла через стенки сетей в окружающую среду. Все эти потери характеризуются КПД парообразующего устройства, равного 0,7 0,8, те же значения имеют и существующие аналоги (ср. 0,75). In the vapor-generating (boiler) device of the prototype, a significant amount of heat is lost when heating the condensate and bringing it to its initial parameters. On the way to the steam turbine through the transmission networks, thermal energy is also lost in the form of heat transfer through the walls of the networks to the environment. All these losses are characterized by the efficiency of the steam generating device, equal to 0.7 0.8, the existing analogues have the same values (cf. 0.75).
Рассматривая третий пункт, где говорится об обтекании паром лопатки, следует помнить, что известно, чем выше скорость обтекания лопатки рабочей средой, тем больше потерь возникает при передаче кинетической энергии от рабочей среды. Considering the third paragraph, which refers to the flow of steam over the blades, it should be remembered that the higher the speed of flow around the blades of the working medium, the more losses occur when the kinetic energy is transferred from the working medium.
В данном примере для прототипа рабочей средой является струя пара, выходящая из сопел со скоростью C 1150 м/с. Струя падает на лопатки с относительной скоростью Cотн. 950 м/с, поэтому практикой был определен КПД турбины при таком "неполноценном" обтекании в пределах 0,7 - 0,9.In this example, for the prototype, the working medium is a steam jet leaving the nozzles at a speed of C 1150 m / s. The jet falls on the blades with a relative speed C rel. 950 m / s, therefore, in practice, the efficiency of the turbine was determined with such a "defective" flow around 0.7 - 0.9.
С другой стороны, в изобретении падение паровой струи будет уменьшено в 2 3 раза, следовательно, КПД турбины будет расти, начиная от наибольшего из представленного для прототипа, и может достичь 0,95 0,98. On the other hand, in the invention the fall of the steam jet will be reduced by 2 3 times, therefore, the turbine efficiency will increase, starting from the largest of the presented for the prototype, and can reach 0.95 0.98.
Рассматривая последний пункт, видим потери от трения диска роста турбины о рабочую среду. Этот вид потерь и в существующих аналогах многоступенчатых турбин имеет место и учитывается в общих потерях. Однако при росте единичной мощности паровой турбины эти потери мало заметны и составляют доли процентов. Однако в прототипе они весьма существенны и составляют уже целые проценты от общей мощности. Это обстоятельство и не позволяет до сих пор создать эффективный компактный паровой мотор. Так как прототип устройства небольшой мощности, то дисковые потери ориентировочно могут доходить в нем до 5 10% мощности, вырабатываемой турбиной. Considering the last point, we see the friction loss of the turbine growth disk on the working medium. This type of losses also takes place in existing analogues of multistage turbines and is taken into account in the total losses. However, with an increase in the unit capacity of the steam turbine, these losses are not noticeable and make up a fraction of a percent. However, in the prototype they are very significant and already comprise whole percent of the total capacity. This circumstance still does not allow creating an efficient compact steam engine. Since the prototype of the device is low power, disk losses can approximately reach up to 5 10% of the power generated by the turbine.
Таким образом, если в общую эффективность системы ротор-турбина по условию переработки кинетической энергии потока, принятую как оптимальную и равную 67% мы введем вышеперечисленные коэффициенты потерь, имеющие место у прототипа, то получим соотношение КПД новой связки ротор-турбины. Thus, if in the overall efficiency of the rotor-turbine system under the condition of processing the kinetic energy of the stream, which is accepted as optimal and equal to 67%, we introduce the above loss factors that occur with the prototype, then we obtain the efficiency ratio of the new rotor-turbine bundle.
0,67 • 0,75 • 0,9 • 0,9 0,40 (40%) (1)
Этот КПД по условию переработки
This efficiency under the condition of processing
Рассмотрим это на примере развития конструкции предлагаемого изобретения. Consider this by the example of the development of the design of the invention.
В представленном выше примере подвода пара к реактивным соплам ротора оси вращения имеет место ограничение окружной скорости ротора Uр=250 м/с, потому что материал ротора нагревается до температуры пара, подаваемого из парообразующего устройства. In the above example, the supply of steam to the rotor jet nozzles of the axis of rotation of the rotor has a limiting peripheral velocity of the rotor Uр = 250 m / s, because the rotor material is heated to the temperature of the steam supplied from the steam generating device.
Дополнительно это ведет к появлению большой, излучающей тепло поверхности с соответствующими потерями. Однако такой пример осуществления изобретения дает не только приемлемый усредненный КПД 40% по
Предлагаемый паротурбинный двигатель может иметь больший КПД, и вторая составляющая выражения (1) измениться с ≈ 0,75 до 0,95-0,97, если установим камеру сгорания по периферии второго ротора вместе с парообразующим устройством. Причем и парообразующее устройство, и камера сгорания снабжаются реактивными соплами, установленными с возможностью совместного воздействия их реактивных струй на лопатки ротора турбины. При этом КПД камеры сгорания с соплом становится равным КПД реактивных сопел 0,95-0,97, то же реализуется и в парообразующем устройстве, таким образом, общий усредненный кпд такого блока при соответствующей термоизоляции составит 0,95-0,97. The proposed steam turbine engine may have greater efficiency, and the second component of expression (1) will change from ≈ 0.75 to 0.95-0.97 if we install a combustion chamber along the periphery of the second rotor together with a steam generating device. Moreover, both the steam generating device and the combustion chamber are equipped with jet nozzles installed with the possibility of joint action of their jet jets on the blades of the turbine rotor. In this case, the efficiency of the combustion chamber with the nozzle becomes equal to the efficiency of the jet nozzles 0.95-0.97, the same is realized in the steam generating device, so the total average efficiency of such a unit with appropriate thermal insulation will be 0.95-0.97.
Как видно из этого конструктивного решения, источники тепла, которые нагревали до этого весь второй ротор, теперь ограниченно могут нагревать только его периферийную часть. Подача топлива, конденсата и воздуха от компрессора, которым снабжается при этом варианте паротурбинный двигатель, к камере сгорания и парообразующему устройству позволит локализовать распространение тепла от них на поверхность диска второго ротора. В связи с этим сокращаются тепловые потери с большой площади ротора и одновременно появляется возможность использования больших окружных скоростей Up и также применение более дешевых материалов с обычными конструкционными свойствами. As can be seen from this design decision, the heat sources that previously heated the entire second rotor can now only limitedly heat its peripheral part. The supply of fuel, condensate and air from the compressor, which is supplied with the steam turbine engine in this embodiment, to the combustion chamber and the steam generating device will allow localizing the distribution of heat from them to the surface of the disk of the second rotor. In this regard, heat losses from a large rotor area are reduced and at the same time it becomes possible to use high peripheral speeds Up and also the use of cheaper materials with conventional structural properties.
В представленном конструктивном варианте, когда реактивные сопла и камеры сгорания, и парообразующего устройства лежат в одной плоскости, невозможно реализовать паровой двигатель как постоянно действующую по замкнутому паровому циклу машину. Дело в том, что пар вместе с выхлопными газами будет удаляться из паровой камеры, однако при этом КПД паротурбинного двигателя может быть самым высоким, так как не тратится энергия на получение конденсата и введение его вновь в оборот парового цикла. In the presented structural embodiment, when the jet nozzles and the combustion chamber and the steam generating device lie in the same plane, it is impossible to realize the steam engine as a machine operating continuously in a closed steam cycle. The fact is that the steam together with the exhaust gases will be removed from the steam chamber, however, the efficiency of the steam turbine engine may be the highest, since energy is not wasted in obtaining condensate and introducing it again into the steam cycle.
При другом варианте конструктивного исполнения двигателя, который представляется как наиболее оптимальный, на паровую камеру устанавливается дополнительная газотурбинная секция, в которой устанавливается третий ротор газовой турбины. Ротор с размещенными камерами сгорания вместе с парообразующим устройством частично пропущен при этом через кольцевое уплотнение паровой камеры. In another embodiment of the engine design, which seems to be the most optimal, an additional gas turbine section is installed on the steam chamber, in which the third rotor of the gas turbine is installed. The rotor with the combustion chambers together with the steam generating device is partially passed through the O-ring of the steam chamber.
Реактивные паровые сопла вместе с турбиной остаются в паровой камере, а реактивные сопла камеры сгорания приводят в действие третий дополнительный ротор газовой турбины, установленной с возможностью коаксиального вращения относительно сопел камер сгорания, воздействующих своими струями на лопатки для приведения третьего ротора турбины во вращение. При этом пар от парообразующего устройства, установленного вместе с камерой сгорания, подается через закрытые каналы, сообщающиеся с реактивными соплами паровой камеры и размещенные в теле частично пропущенной части ротора. Jet steam nozzles together with the turbine remain in the steam chamber, and the jet nozzles of the combustion chamber drive the third additional rotor of the gas turbine, mounted with the possibility of coaxial rotation relative to the nozzles of the combustion chambers, acting with their jets on the blades to bring the third rotor of the turbine into rotation. In this case, steam from the steam generating device installed together with the combustion chamber is supplied through closed channels communicating with the jet nozzles of the steam chamber and placed in the body of the partially missed part of the rotor.
Такой конструктивный вариант позволяет использовать конденсат и вновь вводить его в оборот паротурбинного двигателя. Причем подача жидкостей по закрытым радиальным каналам к камере сгорания (топлива) и к камере парообразующего устройства (конденсата) происходит за счет закрутки ротора и позволяет в упомянутых камерах создавать очень большие напоры, которые будут гарантированно подавать туда рабочие жидкости. В связи с этим необходимость в насосах отпадает. This design option allows the use of condensate and reintroduce it into the steam turbine engine. Moreover, the supply of liquids through closed radial channels to the combustion chamber (fuel) and to the chamber of the steam generating device (condensate) occurs due to the twist of the rotor and allows creating very large heads in the said chambers, which will guarantee supply of working fluids there. In this regard, the need for pumps disappears.
Подача окислителя (воздуха) в камеру сгорания происходит по закрытым радиальным каналам от компрессора, кинематически связанного с валом ротора, например, через зубчатую передачу. Установка компрессора еще больше увеличит КПД камеры сгорания за счет того, что повышение в ней давления Pк влечет за собой увеличение скорости истечения газовой струи из реактивного сопла. The oxidizer (air) is supplied to the combustion chamber through closed radial channels from the compressor kinematically connected with the rotor shaft, for example, through a gear transmission. Installing a compressor will further increase the efficiency of the combustion chamber due to the fact that an increase in the pressure Pk in it entails an increase in the rate of outflow of the gas stream from the jet nozzle.
Разделение на две секции предлагаемого двигателя позволяет, как и в современных паровых турбинах, создать условия для образования вакуума в паровой камере, и в связи с этим условия выпадения и сбора конденсата в паровой камере и далее введение его в оборот работы устройства. При этом существенным отличием от представленных паротурбинных устройств является то, что для увеличения момента на втором роторе используются реактивные сопла камеры сгорания. Установка третьего дополнительного ротора газовой турбины также дает возможность съема дополнительной энергии, а значит, увеличение КПД всего устройства. The division into two sections of the proposed engine allows, as in modern steam turbines, to create conditions for the formation of vacuum in the steam chamber, and in this regard, the conditions for condensate to fall out and collect in the steam chamber and then putting it into operation of the device. At the same time, a significant difference from the steam turbine devices presented is that to increase the moment on the second rotor, jet nozzles of the combustion chamber are used. The installation of the third additional rotor of the gas turbine also makes it possible to remove additional energy, which means an increase in the efficiency of the entire device.
В связи с образованием вакуумной камеры диски ротора и турбины будут испытывать в ней минимальные сопротивления от трения разряженного пара. Потери от трения диска при этом могут составлять доли кВт и будут мало влиять на эффективность всего устройства. In connection with the formation of a vacuum chamber, the rotor disks and turbines will experience minimal resistance to friction of the discharged steam in it. The losses from friction of the disk can be fractions of kW in this case and will have little effect on the efficiency of the entire device.
Температура в паровой камере будет по условиям работы реактивных сопел и конденсации пара очень низкой, в результате материалы указанных роторов не будут испытывать действие высоких температур. Следует отметить, что скорость истечения пара C из паровых сопел в вакуумной камере будет в связи с разряжением максимальной для данного
Вакуум в паровой камере может быть получен новым конструктивным решением установкой на реактивное сопло, например, камеры сгорания, эжектора, закрытый канал которого сообщается через тело пропущенной части ротора с паровой камерой. В связи с тем что скорость истечения C из реактивного сопла камеры сгорания продуктов сгорания в 1,5-2 раза выше, чем у паровой струи, можно добиться получения более глубокого вакуума в паровой камере. Также при вращении ротора участок закрытого канала вакуумного эжектора является участком элементарной ступени центробежного компрессора, что также будет способствовать более эффективной работе эжектора и всего устройства в целом. Vacuum in the steam chamber can be obtained by a new constructive solution by installing on the jet nozzle, for example, a combustion chamber, an ejector, the closed channel of which communicates through the body of the missed part of the rotor with the steam chamber. Due to the fact that the flow rate C from the jet nozzle of the combustion chamber of the combustion products is 1.5-2 times higher than that of the steam jet, it is possible to obtain a deeper vacuum in the steam chamber. Also, when the rotor rotates, the portion of the closed channel of the vacuum ejector is a portion of the elementary stage of the centrifugal compressor, which will also contribute to more efficient operation of the ejector and the device as a whole.
Все перечисленные конструктивные решения для паровой камеры могут быть реализованы и для газотурбинной секции с той лишь разницей, что разряжение на дисках роторов может быть создано лишь по участку открытых торцевых поверхностей ротора и турбины, в который не включаются лопатки турбины и реактивные сопла камер сгорания второго ротора. All of the above structural solutions for the steam chamber can be implemented for the gas turbine section with the only difference that the discharge on the rotor disks can be created only in the area of the open end surfaces of the rotor and turbine, which does not include the turbine blades and the jet nozzles of the combustion chambers of the second rotor .
Разряжение на этих поверхностях может быть осуществлено также при помощи эжекторов, о чем будет подробнее сказано ниже. Это позволит сократить дисковые потери до 0,98 от
Целесообразным является и установка компрессора непосредственно на вал ротора, этим достигается уменьшение механических потерь от кинематической передачи и одновременно уменьшаются гидравлические сопротивления трактов за счет сокращения их длины. It is also advisable to install the compressor directly on the rotor shaft, this reduces the mechanical losses from the kinematic transmission and at the same time reduces the hydraulic resistance of the tracts by reducing their length.
Лучшими компрессорами для паротурбинного двигателя небольших мощностей представляются роторные компрессоры объемного типа с двумя или тремя ступенями сжатия, например ротационно-пластинчатый или винтовой компрессор. The best compressors for a small-capacity steam turbine engine are volumetric rotary compressors with two or three compression stages, for example a rotary vane or screw compressor.
Тем самым, возвращаясь к предыдущему выражению (1) и подставляя новые значения коэффициентов, получим:
0.67•0.97•0.98•0.98=0.62 (62%) (2).Thus, returning to the previous expression (1) and substituting new values of the coefficients, we obtain:
0.67 • 0.97 • 0.98 • 0.98 = 0.62 (62%) (2).
То есть из этого соотношения (2) видно, что за счет новой системы ротор-турбина и установки камеры сгорания с парообразующим устройством на ротор повысилась возможность переработки кинетической энергии паровой струи, т.е. располагаемого теплоперепада
Очевидно, что при более высоких теплопередачах
Смешение в камере эжектора активной струи из реактивного сопла и пассивной, поступающей из проточного канала эжектора может снизить общую скорость потока в 2-3 раза, в зависимости от K смешения, что может быть осуществлено и в паровой камере. При смешении указанных потоков их общая масса вырастает, общая средняя скорость потоков снижается, а сила тяги блока эжектор-реактивное сопло увеличивается. Это может отразиться на увеличении мощности и КПД всего устройства, и самое главное в этом случае могут снижаться до оптимальных значений окружных скоростей Up и Uт. Снабжение эжекторами паровых сопел рассматривается ниже. Mixing an active jet from a jet nozzle and a passive jet coming from the flow channel of the ejector in the ejector chamber can reduce the total flow rate by a factor of 2–3, depending on K mixing, which can also be done in the steam chamber. When these streams are mixed, their total mass grows, the overall average flow rate decreases, and the thrust force of the ejector-jet nozzle block increases. This can affect the increase in power and efficiency of the entire device, and most importantly, in this case, they can decrease to the optimal values of peripheral speeds Up and Ut. The supply of steam nozzle ejectors is discussed below.
Практически применение эжекторов может позволить при сокращении окружной скорости Up ротора переработать максимально возможные теплопередачи
С учетом термического КПД цикла, который и для паротурбинной и для газотурбинной секции могут возрастать в представленном устройстве выше существующих
Given the thermal efficiency of the cycle, which for both the steam turbine and gas turbine sections can increase in the presented device above the existing
Все рассмотренные предложения позволяют создать компактный высокоэффективный тип паротурбинного двигателя с гораздо большей широтой применения, чем в настоящее время, при этом будут использованы замечательные возможности пара, такие, как высокая газовая постоянная способность конденсации и т.д. а также замечательные свойства роторных двигателей, характеризующиеся малыми механическими потерями до 1-2% от общей мощности. All the proposals considered allow us to create a compact, highly efficient type of steam turbine engine with a much wider range of application than at present, and at the same time, remarkable steam capabilities will be used, such as high gas constant condensing capacity, etc. as well as the remarkable properties of rotary engines, characterized by low mechanical losses of up to 1-2% of the total power.
На фиг. 1, разрез А-А, представлен лучший для использования вариант конструкции паротурбинного двигателя, где в паровой камере 1 установлен ротор 2, снабженный закрытыми каналами 3, проходящими в радиальных направлениях. По периферии ротора 2 установлены реактивные сопла 4, которые соединены с закрытыми каналами 3. In FIG. 1, section AA, the best-for-use steam turbine engine design is presented, where a rotor 2 is installed in the steam chamber 1, provided with closed channels 3 extending in radial directions. On the periphery of the rotor 2, jet nozzles 4 are installed, which are connected to closed channels 3.
В паровой камере 1 размещен ротор турбины 5, снабженный лопатками 6, установленными с возможностью коаксиального вращения относительно реактивных сопел 4. Тело ротора 2 частично пропущено через кольцевое уплотнение 7 паровой камеры 1, и по его периферии установлены камеры сгорания 8, снабженные реактивными соплами 9 (см. фиг. 2, разрез Б-Б) вместе с парообразующим устройством 10, которое представляет собой рабочий объем, образованный оболочкой камеры сгорания 8 и внешней теплоизолирующей оболочкой парообразующего устройства 10. A rotor of a turbine 5 is placed in the steam chamber 1, equipped with blades 6 mounted for coaxial rotation relative to the jet nozzles 4. The body of the rotor 2 is partially passed through the O-ring 7 of the steam chamber 1, and combustion chambers 8 equipped with
Рабочий объем парообразующего устройства 10 соединен с емкостью 11 для сбора конденсата через группу закрытых каналов 12, проходящих в радиальных направлениях в роторе 2. Одновременно рабочий объем камеры сгорания 8 соединен с группой закрытых каналов 13 для подачи одного из компонентов горючей смеси топлива. Подвод топлива осуществляется через штуцер 14. По группе закрытых каналов 15 подается другой компонент горючей смеси окислитель (воздух) от компрессора 16, установленного на вал ротора 2. The working volume of the steam generating device 10 is connected to a condensate collecting tank 11 through a group of closed channels 12 extending radially in the rotor 2. At the same time, the working volume of the combustion chamber 8 is connected to a group of closed channels 13 for supplying one of the components of a combustible fuel mixture. The fuel is supplied through the fitting 14. The group of closed channels 15 is fed to another component of the combustible mixture of the oxidizing agent (air) from the compressor 16, mounted on the shaft of the rotor 2.
Необходимо отметить и предпочтительное расположение камеры сгорания 8 вместе с парообразующим устройством 10 на роторе 2 в радиальном направлении для снижения напряжений в материалах этих элементов от действия центробежных сил. It should be noted the preferred location of the combustion chamber 8 together with the steam generating device 10 on the rotor 2 in the radial direction to reduce stresses in the materials of these elements from the action of centrifugal forces.
Ротор компрессора 16 соединен со стартовым электродвигателем 17 ременной передачей через обгонную муфту 18. Между валом ротора 2 и полым ротором компрессора 16 установлена вторая обгонная муфта 19 с противоположным направлением передаваемого момента. На паровую камеру 1 установлен кожух 20, в котором размещен третий ротор турбины 21, снабженный лопатками 22 и установленный с возможностью коаксиального вращения относительно реактивных сопел 9, расположенных на частично пропущенном роторе 2 через паровую камеру 1. The compressor rotor 16 is connected to the starting motor 17 by a belt drive through an overrunning clutch 18. A second overrunning clutch 19 is installed between the rotor shaft 2 and the hollow rotor of the compressor 16 with the opposite direction of the transmitted moment. A casing 20 is installed on the steam chamber 1, in which the third rotor of the turbine 21 is placed, equipped with blades 22 and mounted with the possibility of coaxial rotation relative to the
Ротор турбины 21 снабжен магнитной обмоткой генератора электрического тока 23. Другая магнитная обмотка 24 установлена на кожухе 20. Аналогичные обмотки 25 и 26 установлены на роторе турбины 5 и в корпусе паровой камеры 1. По открытому торцу третьего ротора турбины 21 установлена с уплотняющим зазором кольцевая обечайка 27, которая снабжена предохранительным клапаном 28, отрегулированным на определенное давление разряжения в объеме, где расположены ротор 2, снабженный реактивными соплами 9, и ротор турбины 21, которые размещены между собой также с уплотняющим зазором. The rotor of the turbine 21 is equipped with a magnetic winding of the electric current generator 23. Another magnetic winding 24 is installed on the casing 20. Similar windings 25 and 26 are installed on the rotor of the turbine 5 and in the housing of the steam chamber 1. An annular shell is installed with an sealing gap along the open end of the third rotor of the turbine 21 27, which is equipped with a safety valve 28, adjusted to a specific vacuum pressure in the volume, where the rotor 2, equipped with
В кожухе 20 имеется отверстие 29 для удаления продуктов сгорания. На паровой камере 1 установлена вторая кольцевая обечайка 30 с уплотняющим зазором к открытому торцу ротора 2 камеры сгорания 8, которые вместе с парообразующим устройством 10 закрыты аэродинамической крышкой 31, снабженной отверстием 32 для сообщения разделенных объемов между собой. In the casing 20 there is an opening 29 for removing combustion products. On the steam chamber 1, a second annular shell 30 is installed with a sealing gap to the open end of the rotor 2 of the combustion chamber 8, which together with the steam generating device 10 are closed by an aerodynamic cover 31 provided with an opening 32 for communicating the divided volumes to each other.
Сама аэродинамическая крышка 31 снабжена кольцевым выступом, который создает уплотняющий зазор между роторами 2 и 21. Для создания разряжения в объеме, образованном обечайками 27 и 30 и роторами 2 и 21, реактивное сопло 9, например, камеры сгорания 8 (см. фиг. 2, разрез Б-Б) снабжено эжектором 33, закрытый канал 34 которого пропущен через тело ротора 2 к сообщающемуся с разряжаемыми объемами отверстию 35. Для создания вакуума (разряжения) в паровой камере 1 реактивное сопло 9, например, камеры сгорания 8 снабжено эжектором 36, закрытый канал 37 которого сообщается с паровой камерой 1 через тело пропущенной части ротора 2. The aerodynamic cover 31 itself is provided with an annular protrusion that creates a sealing gap between the rotors 2 and 21. To create a vacuum in the volume formed by the shells 27 and 30 and the rotors 2 and 21, the
Неопределенность установки эжектора объясняется возможностью его установки также и на реактивное сопло 4 парообразующего устройства 10 на оболочке парообразующего устройства 10 в обоснованных случаях. The uncertainty of the installation of the ejector is explained by the possibility of its installation also on the jet nozzle 4 of the steam generating device 10 on the shell of the steam generating device 10 in justified cases.
Таким случаем может быть работа паротурбинного устройства в режиме чистой паровой турбины (см. фиг. 3, разрез В-В), когда необходимо уменьшить дисковые потери и в паровой камере 1. Группа сопел 9 снабжена также эжектором 38, закрытый канал 39 которого установлен с возможностью увеличения КПД устройства. Such a case may be the operation of a steam turbine device in clean steam turbine mode (see Fig. 3, section B-B), when it is necessary to reduce disk losses in the steam chamber 1. The
Для эффективной работы эжектора 33, 36 к поверхности вала ротора 2 установлены кольцевые лабиринтные уплотнения 40 и 41 (см. фиг.1). В паровой камере 1 установлен также трубный пучок 42 конденсаторной системы, однако конденсатор может быть установлен и отдельно от паротурбинного устройства. Под ним имеется перегородка, снабженная клапаном с отверстием 43, через которое образовавшийся конденсат может сливаться в емкость 11 для сбора конденсата. Емкость 11 соединена с каналом 44, который пропущен через рубашку охлаждения компрессора 16 и соединен штуцером 45. Чтобы отделить продольные каналы для подачи конденсата, проходящие по валу ротора 2, от центрального воздушного канала, в нем между каналами для подачи конденсата имеются сквозные отверстия 46 для прохода воздуха в центральный канал. For the effective operation of the
Группа отверстий 46 охвачена скользящей муфтой, снабженной нагревательным патрубком 47, который соединен с нагнетательной камерой компрессора 16. Емкость 11 соединена с нагнетательным патрубком 47 каналом 48. A group of holes 46 is surrounded by a sliding sleeve equipped with a heating pipe 47, which is connected to the discharge chamber of the compressor 16. The tank 11 is connected to the discharge pipe 47 by a channel 48.
На фиг.4 представлен разрез варианта конструктивного исполнения соединения вала ротора 2 и турбины 21 в случае, когда целесообразно отказаться от использования магнитных обмоток электрогенератора 23 и 24 (см. фиг.1), но при этом необходимо передать момент вращения от турбины 21 к ротору 2. Для этой цели на вал ротора 2 и вал турбины 21 установлены, например, цилиндрические зубчатые колеса 49 и 50. Между ними установлены шестерни 51, валы которых размещены в неподвижном фланце 52. Figure 4 presents a sectional view of an embodiment of the connection of the shaft of the rotor 2 and the turbine 21 in the case when it is advisable to abandon the use of magnetic windings of the electric generator 23 and 24 (see Fig. 1), but it is necessary to transfer the torque from the turbine 21 to the rotor 2. For this purpose, for example, spur gears 49 and 50 are mounted on the rotor shaft 2 and the turbine shaft 21, for example, gears 51 are installed between them, the shafts of which are located in the fixed
В случае когда целесообразно использовать кинетическую энергию газа, выходящего с лопаток 22 турбины 21, паротурбинное устройство снабжается дополнительным ротором турбины 53 (см. фиг.3). При этом съем крутящего момента может производиться, например, цилиндрическими зубчатыми колесами 54 и 55, установленные на дополнительный ротор турбины 2 на вал генератора электрического тока 56. In the case when it is advisable to use the kinetic energy of the gas leaving the blades 22 of the turbine 21, the steam turbine device is equipped with an additional rotor of the turbine 53 (see figure 3). In this case, the torque can be removed, for example, by
На фиг. 3, разрез В-В, представлен вариант использования паротурбинного устройства в режиме "чистой" паровой турбины, где ниже разреза В-В помещена упрощенная система использования дополнительного необходимого оборудования для этой цели. Следует подчеркнуть, что представленный вариант конструкции не дает, как указывалось выше, высокого КПД только порядка 30 35% (если применяются обычные конструкционные материалы), однако позволяет сжигать различные твердые сорта топлива или неиспользованные остатки производственного мусора и т.д. засоряющие окружающую среду. При этом на схеме зубчатое колесо 57 вала ротора 2 соединено с зубчатым колесом 58 водяного насоса 59, закрытый канал которого соединен с парообразующим устройством 60 в составе с камерой сгорания (топкой) 61. Паровая камера 1 оборудована стационарным эжектором 62. In FIG. 3, section BB, an embodiment of using a steam turbine device in a “clean” steam turbine mode is presented, where a simplified system for using additional necessary equipment for this purpose is placed below section BB. It should be emphasized that the presented design option does not give, as indicated above, a high efficiency of only about 30 35% (if conventional construction materials are used), but it allows you to burn various solid grades of fuel or unused residues of industrial waste, etc. littering the environment. Moreover, in the diagram, the
Для добавления конденсата в систему паротурбинного устройства имеется резервная емкость 63, например, для дистиллята или дождевой воды и др. To add condensate to the system of the steam turbine device, there is a
Работа паротурбинного двигателя, представленная на фиг.1, осуществляется следующим образом. Включенный электродвигатель 17 начинает через ременную передачу и обгонную муфту 18 вращать ротор компрессора 16. Через рабочую камеру компрессора 16 начинает поступать сжатый воздух в нагнетательный патрубок 47, снабженный скользящей муфтой, которая охватывает группу воздушных отверстий 46, подводящих сжатый воздух к центральному каналу вала ротора 2. По этому каналу сжатый воздух поступает к группе закрытых каналов 15, проходящих в радиальных направлениях в камеру сгорания 8, снабженную реактивным соплом 9. Одновременно по другой группе закрытых каналов 13 в камеру сгорания 8 поступает топливо из топливной емкости через штуцер 14, где, смешиваясь с воздухом, оно поддерживается. Вытеснение топлива из топливной емкости при пусковом режиме можно осуществлять сжатым воздухом, отбираемым от компрессора 16. Также одновременно с пуском в третью группу закрытых каналов 12 парообразующего устройства 10 начинает поступать конденсат (вода) по продольным каналам, расположенным в валу ротора 2. The operation of the steam turbine engine, shown in figure 1, is as follows. The switched on electric motor 17 starts to rotate the compressor rotor 16 through the belt drive and overrunning clutch 18. Compressed air begins to flow through the working chamber of the compressor 16 into the discharge pipe 47, which is equipped with a sliding clutch that encompasses a group of air holes 46 supplying compressed air to the central channel of the rotor shaft 2 Through this channel, compressed air flows to a group of closed channels 15 extending in radial directions to a combustion chamber 8 provided with a
При этом конденсат вытесняется из емкости 11 для сбора конденсата за счет нагнетания в канал 48 сжатого воздуха от компрессора 16. На пусковом режиме отверстие 43 клапана, установленного на перегородке емкости 11, закрыто. Далее конденсат поступает через канал 44 в рубашку охлаждения компрессора 16. Здесь конденсат подогревается и одновременно охлаждает компрессор и поступает далее через штуцер 45 в каналы вала ротора 2. Как видно из чертежа, каналы выполнены с радиальными ступеньками в теле вала. When this condensate is displaced from the tank 11 to collect condensate due to the injection into the channel 48 of compressed air from the compressor 16. In the starting mode, the hole 43 of the valve installed on the partition wall of the tank 11 is closed. Next, the condensate enters through the channel 44 into the cooling jacket of the compressor 16. Here, the condensate is heated and at the same time cools the compressor and then enters through the nozzle 45 into the channels of the rotor shaft 2. As can be seen from the drawing, the channels are made with radial steps in the shaft body.
Это сделано для гарантированной подачи конденсата от уровня емкости 11 на высоту уровня закрытых каналов 12, т.к. над уровнем конденсата в емкости 11 при работе устройства будет существовать сильное разряжение. Пройдя по каналам 12, подогретый конденсат поступает на участок регенеративного охлаждения сопла 9 камеры сгорания 8, где он еще более подогревается, охлаждая при этом теплонапряженные участки сопла 9. This is done to guarantee the supply of condensate from the level of the tank 11 to the level height of the closed channels 12, because above the condensate level in the tank 11 during the operation of the device there will be a strong vacuum. Passing through the channels 12, the heated condensate enters the regenerative cooling section of the
По мере прохождения конденсата по рабочему объему парообразующего устройства 10 его энтальпия возрастает от тепла, получаемого от нагретой оболочки камеры сгорания 8, в которой происходит процесс окисления топлива, и конденсат полностью превращается в пар. При этом на парообразование предварительно подогретого конденсата, как указывалось выше, будет затрачено меньше топлива, что повысит КПД паротурбинного устройства. As the condensate passes through the working volume of the steam generating device 10, its enthalpy increases from the heat received from the heated shell of the combustion chamber 8, in which the fuel is oxidized, and the condensate completely turns into steam. At the same time, less fuel will be spent on the vaporization of the preheated condensate, as mentioned above, which will increase the efficiency of the steam turbine device.
Образовавшийся пар по закрытым тепоизолированным каналам 3, пропущенным через тело ротора 2, далее поступает в паровую камеру 1 к реактивным соплам 4. Пар в соплах 4 расширяется, заставляя ротор 2 вращаться. The generated steam through closed thermally insulated channels 3, passed through the body of the rotor 2, then enters the steam chamber 1 to the jet nozzles 4. The steam in the nozzles 4 expands, causing the rotor 2 to rotate.
Реакция горения топлива и воздуха приводит к повышению давления в камере сгорания 8, и продукты сгорания, которые поступают в реактивное сопло 7, также расширяются в нем, заставляя ротор 2 вращаться. Одновременная работа реактивных сопел 4 и 9 разгоняет ротор 2, и по мере набора необходимой для устойчивой работы устройства скорости вращения топливо и конденсат втягиваются в соответствующие закрытые каналы 12 и 13 за счет центробежных сил. The combustion reaction of fuel and air leads to an increase in pressure in the combustion chamber 8, and the combustion products that enter the jet nozzle 7 also expand in it, causing the rotor 2 to rotate. The simultaneous operation of the
Сжатый воздух также дополнительно сжимается в каналах 15, что повышает КПД реактивных камер сгорания 8, снабженных соплами 9. После этого отключается электродвигатель 15, и его шкив с ременной передачей вместе со шкивом обгонной муфты 18 останавливается, а сама обгонная муфта 18 переходит в режим скольжения. Одновременно вал ротора 2, снабженный второй обгонной муфтой 19 с противоположной передачей крутящего момента, сцепляется с полым ротором компрессора 16 и заставляет его вращаться. Производимый сжатый воздух таким образом обеспечивает постоянную работу всего паротурбинного двигателя. До момента отключения электродвигателя 15 прекращается нагнетание сжатого воздуха по каналу 48, и отверстие 43 клапана, установленного на перегородке емкости 11, открывается. Compressed air is also additionally compressed in the channels 15, which increases the efficiency of the reactive combustion chambers 8, equipped with
Прекращается нагнетание сжатого воздуха и в топливную емкость, и она сообщается с атмосферой путем использования, например, обратного клапана. The injection of compressed air into the fuel tank also ceases, and it communicates with the atmosphere by using, for example, a check valve.
При одновременном выходе ротора 2 на расчетный режим вращения роторы 5 и 21 турбин, снабженных лопатками 6 и 22, при взаимодействии с реактивными струями, создаваемыми реактивными соплами 4 и 9, также выходят на рабочие режимы вращения. На фиг.3 сопла 4 и 9 установлены под углом α и β к плоскости вращения турбин 5 и 21. В представленном виде такое расположение снижает осевые нагрузки на опоры ротора 2. With the simultaneous exit of the rotor 2 to the calculated rotation mode, the rotors 5 and 21 of the turbines equipped with blades 6 and 22, when interacting with the jet jets created by the
Соответствующие магнитные обмотки 23 и 25 роторов 5 и 21 турбин взаимодействуют с соответствующими магнитными обмотками 24 и 36 с регенерированием электрического тока, что еще более повышает КПД всего устройства. The corresponding magnetic windings 23 and 25 of the turbine rotors 5 and 21 interact with the corresponding
Для сохранения конденсата и введения его в постоянный оборот паротурбинного двигателя паровая камера 1 оборудована трубным пучком 42 конденсационной системы, через которую поступает охлаждающая вода (см. фиг.1). Конденсат образуется при сходе пара с лопаток 6 турбины 5 на трубный пучок 42. Необходимо отметить, что в представленной конструкции в соплах 4 может быть отобрана значительная часть скрытой теплоты парообразования, и в результате объем циркуляции охлаждающей воды может быть значительно уменьшен по сравнению с существующими объемами, достигающими кратности 50-70 объемов охлаждающей воды на 1 объем конденсата. To save condensate and introduce it into the constant rotation of the steam turbine engine, the steam chamber 1 is equipped with a tube bundle 42 of the condensation system through which cooling water flows (see figure 1). Condensate is formed upon the descent of steam from the blades 6 of the turbine 5 to the tube bundle 42. It should be noted that a significant part of the latent heat of vaporization can be taken in nozzles 4 in the presented design, and as a result, the volume of cooling water circulation can be significantly reduced compared to existing volumes reaching a multiplicity of 50-70 volumes of cooling water per 1 volume of condensate.
В предлагаемой конструкции это достигается тем, что помимо значительного снижения энтальпии пара в соплах 4 имеется возможность направлять отработанный пар с лопаток 6 турбины 5 непосредственно на охлаждающие трубки трубного пучка 42 и тем самым повысить эффективность конвективного теплообмена. In the proposed design, this is achieved by the fact that in addition to a significant reduction in the enthalpy of steam in the nozzles 4, it is possible to direct the spent steam from the blades 6 of the turbine 5 directly to the cooling tubes of the tube bundle 42 and thereby increase the efficiency of convective heat transfer.
В предлагаемой конструкции может существовать и такой режим работы, при котором по трубному пучку 42 надо будет пропускать не охлаждающую воду, а наоборот, подогретую, т.к. сопла 4 на некоторых режимах могут выдавать пар с присутствием повышенных мелких фракций с температурой ниже 0oC.In the proposed design, there may also be such a mode of operation in which it is necessary to pass through the tube bundle 42 not cooling water, but rather heated water, because nozzle 4 in some modes can produce steam with the presence of increased fine fractions with a temperature below 0 o C.
Применение таких режимов работы реактивного сопла 4 будет оправдано увеличением КПД паротурбинного устройства в обоснованных случаях. The application of such operating modes of the jet nozzle 4 will be justified by an increase in the efficiency of the steam turbine device in justified cases.
Для нормальных условий образования конденсата в объеме, где находится конденсационная система, требуется создать вакуум. Это осуществляется тем, что реактивное сопло 9, из которого с большой скоростью истекает реактивная струя, снабжает эжектором 36 закрытый канал 37, который пропущен через тело ротора 2 в паровую камеру 1. For normal conditions of condensate formation in the volume where the condensation system is located, it is necessary to create a vacuum. This is due to the fact that the
Втянутая в канал 37 паровоздушная смесь поступает в камеру смешения эжектора 36, где происходит энергообмен между активной и пассивной струей, отсасываемой из канала 37. В результате в паровой камере 1 создается сильное разряжение, которое способствует эффективному образованию конденсата. При этом несколько снижается скорость реактивной струи, но за счет увеличения ее массы из-за притока паровоздушной смеси из паровой камеры 1 увеличивается тяга реактивной пары сопла 9 вместе с эжектором 36. Направление вытяжки паровоздушной смеси из паровой камеры 1 показано на фиг. 1 стрелками. Такая же задача решается применением эжектора 33, установленного на указанное сопло 9 закрытый канал 30, который пропущен через тело ротора 2 к сквозному отверстию 35. The steam-air mixture drawn into the
Этот эжектор 33 вытягивает атмосферный воздух и частично выхлопные газы из объема, образованного кольцевыми обечайками 27 и 30 и роторами 2 и 21. Разряжение в вышеупомянутом объеме позволяет снизить дисковые потери от трения поверхностей 2 и 21 о смесь газов, находящихся в этом объеме под атмосферным давлением. При этом парообразующее устройство 10 вместе с камерой сгорания 8 закрыто аэродинамической крышкой 31, снабженной отверстием 32 для сообщения с разряжаемыми объемами. This
Крышка 31 имеет кольцевой выступ, установленный с уплотняющим зазором к торцевой поверхности ротора 21 так же, как и кольцевые обечайки 27 и 30 к открытым торцевым поверхностям ротора 2 и 21. The cover 31 has an annular protrusion mounted with a sealing gap to the end surface of the rotor 21 as well as the annular shells 27 and 30 to the open end surfaces of the rotor 2 and 21.
Для эффективного разряжения как в паровой камере, так и в объеме работающих роторов 2 и 21 к валу ротора 2 установлены кольцевые лабиринтные уплотнения 7, 40 и 41. For effective discharge both in the steam chamber and in the volume of working rotors 2 and 21, ring labyrinth seals 7, 40 and 41 are installed to the rotor shaft 2.
С целью увеличения мощности устройства группа реактивных сопел 9 камер сгорания 8 снабжена эжектором 38, в закрытый канал 39 которого набегает атмосферный воздух вместе с продуктами сгорания в кожухе 20. При окружной скорости закрытого проточного канала 39 эжектора 38 порядка 400 500 м/с, скорости реактивной струи 1500 м/с и кратности смешения 1:1 и 1:2 в камере эжектора 38 можно получить общее увеличение мощности паротурбинного устройства в 1,2 1,5 раза. Работа по совершенствованию камеры смешения эжектора 38 позволит увеличить его КПД и уменьшить массу, при этом подача пассивной струи в эжектор 38 может осуществляться и из центра вращения, по закрытым дополнительным каналам, не указанным на чертежах. In order to increase the power of the device, the group of
Такая подача может способствовать охлаждению теплонапряженных участков ротора 2 рабочей средой, например водой, и одновременно по ходу движения рабочей среды по радиальным каналам к эжектору 38 способствовать повышению его энтальпии. Рабочая среда, входящая в камеру смешения с большей энтальпией, произведет большую работу, чем та же рабочая среда с низкой энтальпией, при этом может быть снижена и кратность смешения активной и пассивной рабочей среды. Such a supply can contribute to the cooling of the heat-stressed sections of the rotor 2 with a working medium, for example water, and at the same time along the working medium along radial channels to the
В случае когда нецелесообразно осуществлять съем энергии с ротора турбины 5 и 21 при помощи магнитных обмоток электрогенератора, например в условиях повышенных температур, это можно сделать механическим путем. In the case when it is impractical to carry out energy removal from the rotor of the turbine 5 and 21 using the magnetic windings of the electric generator, for example, at elevated temperatures, this can be done mechanically.
На фиг.4 представлен вариант такой конструкции, где момент вращения, получаемый ротором турбины 21 (см. фиг.1), передается цилиндрическим зубчатым колесом 50 на шестерни 51, установленные в неподвижном фланце 52. Figure 4 presents a variant of such a design where the torque obtained by the rotor of the turbine 21 (see figure 1) is transmitted by a cylindrical gear wheel 50 to the
Шестерни 51 передают момент от ротора турбины 21, при этом противоположного направления, на цилиндрическое зубчатое колесо 49, установленное на роторе 2, что согласуется с противоположным вращением обоих роторов. В результате момент с ротора турбины 21 передается ротору 2 и, наоборот, т.е. существует жесткая связь. То же самое может быть осуществлено в паровой камере 1.
В случае когда вектор выходной скорости пара Сф или продуктов сгорания сильно отклонен от перпендикуляра к плоскости роторов турбин 5 и 21, т.е. не вся кинетическая энергия движения струи пара и продуктов сгорания использована в профилях лопаток (см. фиг.3) целесообразно оснастить паротурбинное устройство дополнительными роторами турбин (показаны на фиг.3 штрихпунктирной линией). In the case where the vector of the output velocity of the vapor Cf or combustion products is strongly deviated from the perpendicular to the plane of the turbine rotors 5 and 21, i.e. not all kinetic energy of the steam jet and combustion products movement is used in the profiles of the blades (see Fig. 3), it is advisable to equip the steam-turbine device with additional turbine rotors (shown in Fig. 3 by a dash-dot line).
Съем энергии с дополнительного ротора 53 (см. фиг.4) производится при помощи передачи момента вращения от него цилиндрическими зубчатыми колесами 54 и 55 к генератору электрического тока 56, установленному на кожухе 20 (показано тонкой линией). Energy is removed from the additional rotor 53 (see Fig. 4) by transmitting the moment of rotation from it by the spur gears 54 and 55 to an electric
Как указывалось выше, предлагаемое паротурбинное устройство может использоваться при наличии большого количества топлива твердых сортов и в режиме "чистой" паровой турбины. При этом газотурбинная секция отключается от паровой камеры 1, например, разделяющей муфтой, установленной на валу ротора 2 (на чертежах не показана). Пар в этом варианте направляется от парообразующего устройства 60, оборудованного топкой 61, к реактивным соплам 4. Совершив работу в паровой камере 1, пар конденсируется на трубном пучке 42 и направляется из емкости 11 для сбора конденсата к насосу 59 и далее снова в парообразующее устройство 60. Вращение насоса 59 осуществляется цилиндрическими зубчатыми колесами 57 и 58, установленными на вращающемся валу ротора 2 и валу насоса 59. Для создания вакуума в паровой камере 1 она оборудуется стационарной эжекторной установкой 62. По мере расхода конденсата его добавление производится из резервной емкости 63. As mentioned above, the proposed steam turbine device can be used in the presence of a large amount of solid fuel and in the mode of "clean" steam turbine. In this case, the gas turbine section is disconnected from the steam chamber 1, for example, by a dividing clutch mounted on the rotor shaft 2 (not shown in the drawings). In this embodiment, steam is directed from a
Возможно использование и такого варианта предлагаемого паротурбинного устройства, при котором предварительно подогретый конденсат в парообразующем устройстве 60, размещенном в камере сгорания 61, направляется в парообразующее устройство 10 ротора 2, где конденсат, имеющий уже определенную повышенную энтальпию (фиг. 1), доводится до парообразования теплом камеры сгорания 8. При этом варианте используется часть топлива твердых сортов в камере сгорания 61 и часть газообразных и жидких сортов топлива в камере сгорания 8. При этом варианте КПД паротурбинного устройства будет занимать промежуточное положение между "чистой" паровой турбиной и паротурбинным устройством по фиг.1. Такая комбинация применения топлив возможна только в предлагаемом изобретении. It is possible to use such a variant of the proposed steam turbine device, in which a preheated condensate in the
Предлагаемый паротурбинный двигатель можно применять, как уже указывалось, в качестве двигательной установки транспортного средства. В этом случае наиболее целесообразным представляется его расположение в корпусе транспортного средства так, как указано на фиг.1. При этом нижний конец вала ротора 2 устанавливается на шарнир равномерной угловой скорости Макферсона, который передает вращение колесам через передаточный блок. Штуцер 45 заменяется на скользящий по валу ротора 2, а корпус паровой камеры 1 поддерживается в корпусе транспортного средства демпферными пружинами. Необходимость такой установки объясняется тем, что паротурбинный двигатель при своей работе является эквивалентом гироскопа, и необходимо разгрузить опоры вала ротора 2 при колебаниях корпуса транспортного средства при движении. The proposed steam turbine engine can be used, as already mentioned, as a propulsion system of a vehicle. In this case, the most appropriate is its location in the vehicle body as indicated in figure 1. In this case, the lower end of the rotor shaft 2 is mounted on a joint of McPherson uniform angular velocity, which transmits rotation to the wheels through the transmission unit. The fitting 45 is replaced by a sliding on the shaft of the rotor 2, and the body of the steam chamber 1 is supported in the vehicle body by damper springs. The need for such an installation is explained by the fact that the steam turbine engine during its operation is the equivalent of a gyroscope, and it is necessary to unload the bearings of the rotor shaft 2 during vibrations of the vehicle body during movement.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94020039A RU2086790C1 (en) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | Steam-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94020039A RU2086790C1 (en) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | Steam-turbine engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94020039A RU94020039A (en) | 1996-03-10 |
| RU2086790C1 true RU2086790C1 (en) | 1997-08-10 |
Family
ID=20156559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94020039A RU2086790C1 (en) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | Steam-turbine engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2086790C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2243403C2 (en) * | 1999-03-10 | 2004-12-27 | Уильямс Интэнэшнл Ко., эЛ.эЛ.Си. | Rocket engine (versions), rotor for rocket engine (versions), method of execution of working processes in rocket engine (versions) and method of cooling of rocket engine |
| RU2311540C2 (en) * | 2006-01-31 | 2007-11-27 | Борис Аронович Шифрин | High-temperature steam turbine |
| RU225851U1 (en) * | 2024-03-19 | 2024-05-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Steam turbine rotor with active erosion protection |
-
1994
- 1994-05-18 RU RU94020039A patent/RU2086790C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. - Энергоатом, 1990, с. 153. 2. Кабардин О.Ф. Физика, справочные материалы. - М.: Просвещение, 1991, с. 205. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2243403C2 (en) * | 1999-03-10 | 2004-12-27 | Уильямс Интэнэшнл Ко., эЛ.эЛ.Си. | Rocket engine (versions), rotor for rocket engine (versions), method of execution of working processes in rocket engine (versions) and method of cooling of rocket engine |
| RU2311540C2 (en) * | 2006-01-31 | 2007-11-27 | Борис Аронович Шифрин | High-temperature steam turbine |
| RU225851U1 (en) * | 2024-03-19 | 2024-05-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Steam turbine rotor with active erosion protection |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4298311A (en) | Two-phase reaction turbine | |
| US4441322A (en) | Multi-stage, wet steam turbine | |
| US5408824A (en) | Rotary heat engine | |
| US4333309A (en) | Steam assisted gas turbine engine | |
| US4258551A (en) | Multi-stage, wet steam turbine | |
| US2611241A (en) | Power plant comprising a toroidal combustion chamber and an axial flow gas turbine with blade cooling passages therein forming a centrifugal air compressor | |
| US4506502A (en) | Gas turbine engines | |
| EP0210249B1 (en) | Dual entry radial turbine gas generator | |
| WO1999066187A1 (en) | Ramjet engine for power generation | |
| JP5301460B2 (en) | Rotating device | |
| EA001856B1 (en) | Ramjet engine for power generation | |
| US20170037727A1 (en) | Liquid ring rotating casing steam turbine and method of use thereof | |
| RU2086790C1 (en) | Steam-turbine engine | |
| US11898469B2 (en) | Reaction turbine operating on condensing vapors | |
| RU2441998C1 (en) | Gas-turbine jet engine | |
| US20070151246A1 (en) | Thermal combustion engine which converts thermal energy into mechanical energy and use thereof | |
| RU2084674C1 (en) | Steam-gas jet propulsion engine | |
| RU2094621C1 (en) | Combined engine | |
| RU2837338C2 (en) | Single-shaft turbojet bypass fan engine | |
| US20240209755A1 (en) | Reaction turbine operating on condensing vapors | |
| US20170306843A1 (en) | Method and apparatus for increasing useful energy/thrust of a gas turbine engine by one or more rotating fluid moving (agitator) pieces due to formation of a defined steam region | |
| US20220056842A1 (en) | Method and apparatus for increasing useful energy/thrust of a gas turbine engine by one or more rotating fluid moving (agitator) pieces due to formation of a defined steam region | |
| RU2084645C1 (en) | Method of converting heat energy into mechanical work in heat machine and heat machine | |
| WO2024248662A2 (en) | Single-shaft turbofan engine | |
| RU2032813C1 (en) | Compressor plant |