WO2013184042A2

WO2013184042A2 - Многоступенчатая турбомашина (варианты)

Info

Publication number: WO2013184042A2
Application number: PCT/RU2013/000479
Authority: WO
Inventors: Владимир Николаевич КОСТЮКОВ
Original assignee: Kostyukov Vladimir Nikolaevich
Priority date: 2012-06-09
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2013-12-12
Also published as: WO2013184042A3; RU2012124190A

Abstract

Многоступенчатая турбомашина, с системами управления контроля защиты, и.т.п., содержащая вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлено рабочее колесо с лопаточной крыльчаткой, отличающаяся тем, что, со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатка примыкает с зазором к распределителю содержащему окна и выполненному с возможностью периодического совмещения впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатки, при ее вращении, с впускным трубопроводом и с, как минимум одним соединительным трубопроводом подачи рабочего тела, со стороны выпускных отверстий межлопаточных каналов, крыльчатка примыкает с зазором к газораспределительному аппарату, который содержит окна, с возможностью периодического их совмещения с выпускными отверстиями межлопаточных каналов крыльчатки, при ее вращении, окна в газораспределительном аппарате выполнены таким образом, что образуют ступени давления нагнетания рабочего тела, например таким образом, что определенное количество межлопаточных каналов крыльчатки, со стороны

Description

Многоступенчатая турбомашина (варианты)

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в компрессорах , в турбокомпрессорах , в газовых и паровых турбинах , в вакуумных насосах , в двигателях различного назначения, в турбодетандерах, в холодильных машинах и в тепловых насосах..

Известен турбокомпрессор , который конструктивно может изготавливаться радиальным и осевым . В турбокомпрессорах давление рабочего тела увеличивается в результате передачи энергии потоку при обтекании лопаток рабочего колеса.

Турбокомпрессоры бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. «Холодильные машины» Москва. Пищевая промышленность. 1973 г. стр. 193.

Недостатком подобной конструкции является недостаточно высокое давление нагнетания и недостаточно низкое давление разрежения , создаваемые одним рабочим колесом компрессора.

Известны также радиальная и осевая газовая и паровая турбины в которых потенциальная энергия нагретого и сжатого газа или пара , при его расширении в лопаточном аппарате превращается в кинетическую энергию, а затем в механическую работу на вращающемся валу. «Теплотехника» Москва. «Машиностроение» 1986 г. стр.179

Недостатком подобной конструкции является недостаточно высокий КПД, особенно в небольших агрегатах.

Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является упрощение конструкции многоступенчатого компрессора , уменьшение габаритов в осевом направлении и повышение КПД , в первую очередь малогабаритных, газовых и паровых турбин.

Указанный технический результат достигается тем, что по первому варианту , многоступенчатая турбомашина , с системами управления контроля защиты , и.т.п., содержащая вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлено рабочее колесо с лопаточной крыльчаткой , в которой, в зависимости от её конфигурации образованы радиальные, или осевые , или радиально-осевые или осе - радиальные межлопаточные каналы , отличается тем, что ,со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатка примыкает с зазором к распределителю , содержащему окна и выполненному с возможностью периодического совмещения впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатки , при её вращении , посредством окон в распределителе, вначале с впускным трубопроводом , а затем, при её вращении ,с как минимум одним соединительным трубопроводом подачи рабочего тела , лопатки крыльчатки могут иметь различную конфигурацию, например

выполнены прямолинейными или криволинейными , например радиальными и загнутыми в сторону противоположную вращению крыльчатки , межлопаточные каналы выполнены , например с сечением в виде диффузора , со стороны выпускных отверстий межлопаточных каналов , крыльчатка , в зависимости от конфигурации рабочего колеса и направления движения рабочего тела, например в осевом или в радиальном направлении , примыкают с зазором к торцовому , или к цилиндрическому, либо к конусообразному газораспределительному аппарату , который содержит окна, с возможностью периодического их совмещения с выпускными отверстиями

межлопаточных каналов крыльчатки, при её вращении , окна в газораспределительном аппарате и в распределителе выполнены таким образом , что образуют, по крайней мере две ступени давления нагнетания рабочего тела , например таким образом , что определённое количество межлопаточных каналов крыльчатки, со стороны впускных отверстий соединенных , посредством распределителя, с впускным трубопроводом, со стороны выпускных отверстий выходят в окно в газораспределительном аппарате , образующее первую ступень нагнетания давления и содержащее например диффузор и выпускной патрубок , соединённый, например соединительным трубопроводом, с другим окном в распределителе , выходящим к определённому количеству межлопаточных каналов крыльчатки со стороны впускных отверстий , при этом выпускные отверстия этих каналов крыльчатки выходят в окно в газораспределительном аппарате ,

образующее вторую ступень нагнетания давления и содержащее , например диффузор и выпускной патрубок, например соединённый соединительным трубопроводом, посредством распределителя, с очередной , например с третьей ступенью давления нагнетания рабочего тела, , при этом количество межлопаточных каналов,

одновременно соединенных с окнами в распределителе и с окнами в

газораспределительном аппарате в разных ступенях давления уменьшается по мере роста давления нагнетания и уменьшения объёма рабочего тела, последняя ступень нагнетания давления содержит например диффузор и выпускной патрубок, соединённый с нагнетательным трубопроводом и потребителем , либо с каким- либо дополнительным компрессором , например в виде другой многоступенчатой турбомашииы.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что со стороны выпускных отверстий межлопаточных каналов , поверхность газораспределительного аппарата, расположенная между окнами, выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично, как минимум одного межлопаточного канала, при вращении крыльчатки , а со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов, поверхность распределителя, расположенная между окнами, выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично, как минимум одного

межлопаточного канала крыльчатки, при её вращении, например в момент перекрытия выпускного отверстия этого же канала газораспределительным аппаратом.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что между последней и первой ступенями нагнетания давления выполнена дополнительная ступень выпуска сжатого рабочего тела, например таким образом, что в дополнительной ступени выпуска окно в газораспределительном аппарате на какое-то время соединено с выпускным отверстием как минимум одного канала крыльчатки, при этом впускное отверстие этого канала перекрыто распределителем, затем, при вращении крыльчатки , выпускное отверстие этого канала, может быть на определённое время, перекрыто газораспределительным аппаратом и открыто со стороны впускного отверстия в окно в распределителе, которое соединено с впускным трубопроводом, затем, при вращении крыльчатки, этот канал крыльчатки совмещён с окном в газораспределительном аппарате и с окном в распределителе в первой ступени нагнетания рабочего тела .

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что последняя ступень нагнетания давления выполнена таким образом, что выпускной патрубок выполнен в виде сопла активного потока эжектора ,выход которого соединён , например с потребителем сжатого рабочего тела, а вход эжектора соединён с дополнительной ступенью выпуска рабочего тела , при этом со стороны впускных отверстий

межлопаточные каналы крыльчатки, находящиеся в дополнительной ступени выпуска рабочего тела перекрыты распределителем.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что распределитель , лопатки крыльчатки, газораспределительный аппарат и другие элементы многоступенчатой турбомашины , образуют в одной турбомашине одновременно и турбину, и компрессор, и выполнены таким образом, что часть межлопаточных каналов одной и той же крыльчатки находятся в одной или в нескольких ступенях расширения рабочего тела в турбине , при этом другая часть межлопаточных каналов в этой же крыльчатке располагаются в одной или в нескольких ступенях нагнетания рабочего тела в компрессоре.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что распределитель или по крайней мере его часть, выполнен в виде входного направляющего аппарата, например с возможностью регулирования сечения окон распределителя, а в окнах распределителя, например выполнены направляющие лопатки , например поворотные.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что

газораспределительный аппарат, лопатки крыльчатки и распределитель выполнены таким образом , что в момент перехода межлопаточного канала из ступени высокого давления в ступень более низкого давления первым начинает открываться выпускное отверстие межлопаточного канала крыльчатки , при этом впускное отверстие этого межлопаточного канала на больший период времени перекрыто распределителем.

соединительные трубопроводы содержат теплообменники отвода тепла.

межлопаточные каналы одного рабочего колеса и окна в газораспределительном аппарате и распределителе образуют, например две или более симметрично выполненные одинаковые ступени сжатия рабочего тела.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что в корпусе , на одном валу, либо соосно , либо на различных валах с общим либо с раздельными приводами выполнены , например две крыльчатки или более, например

последовательно соединённые между собой соединительными трубопроводами.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что корпус выполнен герметичным , впускной трубопровод соединён, например с испарительной ёмкостью , содержащей теплообменник по подводу тепла, а выпускной патрубок соединён например с конденсатором содержащим теплообменник по отводу тепла , при этом конденсатор и испарительная ёмкость соединены трубопроводом, содержащим дроссельный вентиль.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что крыльчатка рабочего колеса выполнена закрытого типа и содержит лопатки, выполненные между двух поверхностей и образующие межлопаточные каналы с впускными и выпускными отверстиями

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что отверстия в межлопаточных каналах крыльчатки являются поочерёдно впускными и выпускными , к крыльчатке с обеих сторон, со стороны отверстий в межлопаточных каналах, примыкают с зазором одновременно и газораспределительный аппарат и распределитель , например таким образом , что в первой ступени нагнетания рабочего тела впускной патрубок соединён с окном в распределителе , выходящим к отверстиям в каналах крыльчатки, которые с другой стороны, выходят к окну

газораспределительного аппарата , например содержащему лопаточный диффузор и соединённому ,например соединительным трубопроводом с окном, выполненного с этой же стороны крыльчатки распределителя во второй ступени нагнетания давления , при этом, в этой ступени, с другой стороны крыльчатки, отверстия каналов выходят к окну, в газораспределительном аппарате , например содержащему лопаточный диффузор и соединённому.например с выпускным патрубком и далее ,например с потребителем сжатого рабочего тела , либо, например посредством соединительного трубопровода это окно в газораспределительном аппарате подключено к окну в распределителе , расположенному с этой же стороны крыльчатки и выходящему в очередную ступень нагнетания давления.

По второму варианту, многоступенчатая турбомашина , с системами управления контроля защиты ,и.т.п., содержащая вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлено, по крайней мере одно рабочее колесо с лопаточной крыльчаткой , в которой, в зависимости от её конфигурации образованы радиальные, или осевые , или радиалыю-осевые, или осе - радиальные межлопаточные каналы, отличающаяся тем, что, со стороны выпускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатки установлен с зазором распределитель, выполненный с

возможностью периодического совмещения выпускных отверстий межлопаточных каналов, при вращении крыльчатки , посредством окон, выполненных в распределителе, например как минимум с одним соединительным трубопроводом подачи рабочего тела, а затем, по ходу вращения рабочего колеса, с выпускным патрубком, лопатки

крыльчатки выполнены , например прямолинейными или криволинейными, например корытообразными , например радиальными и загнутыми в сторону противоположную вращению крыльчатки и образуют межлопаточные каналы с сечением, например конфузорно- диффузорным , прямым или конфузорым , со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов , крыльчатка , в зависимости от конфигурации рабочего колеса и направления движения рабочего тела, например в осевом или в радиальном направлении , примыкают с зазором к торцовому , или к цилиндрическому, либо к конусообразному газораспределительному аппарату , содержащему окна, с возможностью

периодического их совмещения с впускными отверстиями межлопаточных каналов крыльчатки, при её вращении, при этом, окна в газораспределительном аппарате выполнены таким образом, что представляют собой сопловой аппарат, например в виде установленных в окнах ряда лопаток, образующих сопла , например конфузорные, или конфузорно-диффузорные и направленные на лопатки крыльчатки, по ходу её вращения, рабочее колесо, газораспределительный аппарат и распределитель образуют ступени расширения рабочего тела таким образом , что определённое количество

межлопаточных каналов крыльчатки, со стороны впускных отверстий и соплового аппарата , соединенных , посредством газораспределительного аппарата с впускным патрубком , выходят со стороны выпускных отверстий в окно в распределителе выпуска рабочего тела из первой ступени расширения , соединённое , например

соединительным трубопроводом с окном в газораспределительном аппарате , образующему , посредством соплового аппарата, определённого количества

межлопаточных каналов крыльчатки и очередного окна в распределителе вторую ступень расширения рабочего тела, например соединённую посредством соединительного трубопровод , газораспределительного аппарата и соплового аппарата с очередной , например третьей ступенью расширения рабочего тела, при этом последняя ступень расширения рабочего тела содержит выпускной патрубок , соединённый , например с атмосферой , с очередной расширительной машиной , или с соплом реактивного двигателя, а количество и, например, объём межлопаточных каналов , соединённых одновременно с определёнными окнами в распределителе и в газораспределительном аппарате, в разных ступенях расширения рабочего тела, увеличивается по мере падения давления и температуры рабочего тела в разных ступенях расширения.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что соединительные трубопроводы содержат теплообменники подвода тепла.

16 . Многоступенчатая турбомашина , по п.14, отличающаяся тем , что межлопаточные каналы одного рабочего колеса и окна в газораспределительном аппарате и распределителе образуют, например две или более симметрично выполненные

одинаковые ступени расширения рабочего тела.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что содержит как минимум два рабочих колеса, расположенные в одном корпусе, рабочие колёса установлены на одном, либо на отдельных валах, например соосно и выполнены, например таким образом, что перед впускными отверстиями межлопаточных каналов первой крыльчатки выполнен газораспределительный аппарат, в окнах которого выполнены , например лопаточные сопловые аппараты , выпускные отверстия межлопаточных каналов первого колеса , выходят в промежуточный лопаточный сопловой аппарат, установленный в корпусе с зазором к впускным отверстиям межлопаточных каналов второго колеса , выпускные отверстия которых выходят к распределителю , в окнах которого выполнен как минимум один соединительный трубопровод , соединённый с окном в газораспределительном аппарате первого колеса , и выпускной патрубок , соединённый , например с соплом реактивного двигателя с атмосферой или с другой расширительной машиной, при этом первая ступень

расширения рабочего тела выполнена в газораспределительном аппарате и в части межлопаточных каналов первого рабочего колеса, вторая ступень расширения выполнена в промежуточном сопловом аппарате и в части межлопаточных каналов второго рабочего колеса, соответственно третья ступень расширения выполнена в газораспределительном аппарате и в части межлопаточных каналов первого колеса, а четвёртая ступень расширения выполнена в промежуточном сопловом аппарате и в части межлопаточных каналов второго рабочего колеса турбомашины .

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что содержит как минимум два рабочих колеса, расположенные в одном корпусе , рабочие колёса установлены на отдельных валах , например соосно, с возможностью вращения в противоположные стороны, и выполнены, например таким образом, что перед

впускными отверстиями межлопаточных каналов первой крыльчатки выполнен газораспределительный аппарат, в окнах которого выполнены , например лопаточные сопловые аппараты , выпускные отверстия межлопаточных каналов первого колеса , выходят с зазором к впускным отверстиям межлопаточных каналов второго колеса , выпускные отверстия которых выходят к распределителю , в окнах которого выполнен как минимум один соединительный трубопровод , соединённый с окном в

газораспределительном аппарате первого колеса , и выпускной патрубок , соединённый, например с соплом реактивного двигателя, с атмосферой, или с другой расширительной машиной, при этом первая ступень расширения рабочего тела выполнена в

газораспределительном аппарате и в части межлопаточных каналов первого рабочего колеса, вторая ступень расширения выполнена в части межлопаточных каналов второго рабочего колеса, соответственно, третья ступень расширения выполнена в

газораспределительном аппарате и в части межлопаточных каналов первого колеса, а четвёртая ступень расширения выполнена в части межлопаточных каналов второго колеса турбомашины.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что как минимум две многоступенчатые турбомашины в отдельных корпусах , связанные между собой, например соединительными трубопроводами последовательно либо непоследовательно, например таким образом , что первая ступень расширения рабочего тела выполнена в одном колесе, в одной турбомашине , а вторая ступень расширения выполнена в одном колесе , в другой турбомашине , соответственно, например третья ступень расширения, выполнена, например, в колесе первой турбомашины, а например четвёртая ступень расширения , выполнена в колесе во второй турбомашине , при этом оба колеса или обе турбомашины выполнены на одном валу , либо на отдельных валах, например соосно.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что сопла соплового аппарата выполнены с возможностью изменения своего сечения, например, поворотными , например с возможностью изменения направления подачи на лопатки рабочего тела и , соответственно, изменения направления вращения крыльчатки рабочего колеса.

распределитель , лопатки крыльчатки, газораспределительный аппарат и другие элементы многоступенчатой турбомашины , образуют в одной турбомашине одновременно и турбину, и компрессор, и выполнены таким образом, что часть межлопаточных каналов одной и той же крыльчатки находятся в одной или в нескольких ступенях расширения рабочего тела в турбине , при этом другая часть межлопаточных каналов в этой же крыльчатке располагаются в одной или в нескольких ступенях нагнетания рабочего тела в компрессоре.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что выполнена в виде центробежной турбины , при этом распределитель , лопатки крыльчатки и

газораспределительный аппарат, сопловой аппарат и другие элементы многоступенчатой турбомашины выполнены таким образом, что крыльчатка рабочего колеса выполнена радиальной , впускные отверстия межлопаточных каналов и примыкающий к ним сопловой аппарат выполнены со стороны вала , а выпускные отверстия межлопаточиых каналов , распределитель и выпускные патрубки выполнены со стороны внешнего радиуса рабочего колеса крыльчатки.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов , поверхность газораспределительного аппарата, примыкающая с зазором к крыльчатке и расположенная между окнами , выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично, как минимум одного межлопаточного канала при вращении крыльчатки, а со стороны выпускных отверстий поверхность распределителя выполненная между окнами, выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично как минимум одного межлопаточного канала крыльчатки , например в момент его перекрытия со стороны впускного отверстия газораспределительным аппаратом.

Кроме того, многоступенчатая турбомашина, отличается тем, что отверстия в межлопаточных каналах крыльчатки являются поочерёдно впускными и выпускными , к крыльчатке с обеих сторон, со стороны отверстий в межлопаточных каналах, примыкают с зазором газораспределительный аппарат и распределитель одновременно , таким образом , что например в турбинах, в первой ступени расширения окно в

газораспределительном аппарате посредством сопел совмещено с отверстиями в межлопаточных каналах, выходящих с другой стороны к окну в распределителе соединённому, например соединительным трубопроводом с окном

газораспределительного аппарата, выполненного с этой же стороны крыльчатки , которое посредством сопел выходит к межлопаточным каналам крыльчатки во второй ступени расширения рабочего тела , при этом с другой стороны, межлопаточные каналы крыльчатки выходят к окну в распределителе соединённому с выпускным патрубком, либо, например, окно в распределителе посредством, например соединительного трубопровода , соединено с окном выполненного с этой же стороны крыльчатки газораспределительного аппарата , выходящего , посредством сопел к межлопаточным каналам крыльчатки в третьей ступени расширения рабочего тела , а с другой стороны эти каналы крыльчатки выходят к распределителю, соединённому с выпускным патрубком, либо с очередной ступенью расширения рабочего тела.

На чертежах изображены :

Фиг. 1 Многоступенчатая турбомашина в качестве центробежного компрессора. Вид спереди, разрез.

Фиг. 2 Многоступенчатая турбомашина в качестве радиальной, центростремительной турбины. Вид спереди, разрез.

Фиг. 3 Многоступенчатая турбомашина в качестве двухвенечной четырёхступенчатой осевой турбины, развёрнутая схема, разрез.

Фиг. 4 Многоступенчатая турбомашина в качестве объединённых в одном агрегате турбины и компрессора . Вид спереди, разрез.

Фиг. 5 Многоступенчатая турбомашина , радиально-осевая . Фрагмент крыльчатки компрессора.

Фиг. 6 Многоступенчатая турбомашина, радиалыю- осевая , Фрагмент крыльчатки турбины.

Фиг. 7 Многоступенчатая турбомашина в виде осевой турбины с двухсторонним входом и выходом рабочего тела. Развёрнутая схема, разрез.

Многоступенчатая турбомашина содержит корпус 1 , в котором , с возможностью вращения установлено рабочее колесо 2 с крыльчаткой 3, образованной лопатками 4 , образующими межлопаточные каналы 5, содержащие впускные отверстия 6 и выпускные отверстия 7 к которым примыкает с зазором распределитель 8, содержащий окна 9 соединённые, в зависимости от назначения турбомашины, по крайней мере с впускным трубопроводом 10 в компрессорах и с выпускным патрубком 1 1 - в турбинах , с другой стороны крыльчатка 3 примыкает к газораспределительному аппарату 12 в котором выполнены окна 13 , в которых выполнены сопла, например установлены лопаточные сопловые аппараты 14 , а также подключены , в зависимости от назначения турбомашины впускной патрубок 15 в турбине и выпускной патрубок 16- в компрессоре , газораспределительный аппарат 12 и распределитель 8 соединены между собой, как минимум одним соединительным трубопроводом 17 , компрессор может содержать диффузор 18 и дополнительный выпускной патрубок 19, выполненный в дополнительной ступене выпуска рабочего тела , а турбина может содержать промежуточный сопловой, например лопаточный аппарат 20, радиальная турбомашииа может содержать спиральную камеру 21, в турбомашине образованы ступни давления : первая ступень 22, вторая ступень 23 , например третья ступень 24 и четвёртая ступень 25.

Многоступенчатая турбомашииа работает следующим образом.

В радиальных компрессорах (Фиг. 1), при вращении рабочего колеса 2, за счет центробежных сил, рабочее тело перемещаются от центра к периферии. В

межлопаточных каналах 4, за счет их расширения, кинетическая энергия переходит в энергию давления. Дополнительно, скорость рабочего тела уменьшается в диффузоре 18 и спиральной камере 21 . В результате этого температура , давление и плотность рабочего тела повышаются. При входе в компрессор рабочее тело через впускной патрубок 10 посредством окон 9 выполненных в распределителе попадает в

межлопаточные каналы крыльчатки, выходящие в окно 13 газораспределительного аппарата 12, образующего первую ступень 22 сжатия рабочего тела , далее , по соединительному трубопроводу 17 рабочее тело поступает посредством окна 9 в распределителе в каналы 4 крыльчатки 3 выходящие в окно 13 в газораспределительном аппарате 12, образующее вторую ступень 23 сжатия рабочего тела которое может поступать далее, например в третью ступень 24 сжатия рабочего тела, либо посредством выпускного патрубка 16 сжатое рабочее тело покидает турбомашину.

Для уменьшения остаточного давления рабочего тела, в межлопаточных 5 каналах крыльчатки 3 при их переходе из зоны высокого давления в зону низкого давления, в газораспределительном аппарате 12 может быть выполнена дополнительная ступень расширения рабочего тела , соединённая с дополнительным выпускным патрубком 19 , через который рабочее тела покидает турбомашину , либо поступает в эжектор ( на чертежах не показан ), образованный в выпускном патрубке 16 предыдущей по ходу вращения колеса 2 ступени высокого давления сжатия, где давление рабочего тела выравнивается и сжатое рабочее тело поступает к потребителю. Соединительные трубопроводы 17 могут содержать теплообменники (на чертежах не показаны ) для промежуточного охлаждения рабочего тела с целью уменьшения нагрузки на рабочее колесо 2 и например для работы компрессора в холодильных агрегатах. Для работы в холодильных агрегатах соединительные трубопроводы 17 могут содержать дроссельные вентили, (на чертежах не показаны )

В радиальной центростремительной турбине (фиг. 2)

При входе рабочего тела в спиральную камеру 21 турбины оно обладает энергией скорости, температурой и давлением . Температура и давление рабочего тела

переходит в энергию скорости в выходной части соплового аппарата 14 . Сопловый аппарат 14, образованный лопатками, служит также для оптимального направления потока газа на лопатки колеса турбины и преобразования энергии газа в кинетическую энергию. Для регулирования потока сопловый аппарат 14 можно выполнить с новоротными лопатками. Это позволит изменять угол входа потока рабочего тела на лопатки 4 колеса 2 турбины и ее мощность и, например направление вращения. Поступая на, например криволинейные лопатки 4 колеса 2 турбины , поток рабочего тела обтекает их, и за счёт изменения направления движения и , например реактивной энергии струи создаёт крутящий момент, заставляя колесо 2 турбины вращаться.

При входе в турбину рабочее тело через впускной патрубок 15 посредством окон 13 выполненных в газораспределительном аппарате 12 попадает в межлопаточные каналы 5 крыльчатки 3 выходящие в окно 9 в распределителе , образующего первую ступень 22 расширения рабочего тела , далее , по соединительному трубопроводу 17 рабочее тело поступает посредством окна 13 в газораспределительном аппарате 12 в каналы 4 крыльчатки 3 выходящие в окно 9 в распределителе 8, образующее вторую ступень 23 расширения рабочего тела которое может поступать далее, например в третью ступень 24 расширения рабочего тела, либо посредством выпускного патрубка 1 1 рабочее тело покидает турбомашину.

В осевой турбине (Фиг. 3) поток рабочего тела движется в осевом направлении . Например в двухвенечной турбине , содержащей в одном корпусе 1 два рабочих колеса2, при входе в турбину рабочее тело через впускной патрубок 15 посредством окон 13, выполненных в газораспределительном аппарате 12 попадает в межлопаточные каналы 5 крыльчатки 3 первого рабочего колеса 2 заставляя его вращаться в первой ступени расширения 22, затем через выпускные отверстия 7 межлопаточных каналов5 первого колеса2 , рабочее тело выходят в промежуточный лопаточный сопловой аппарат20 , установленный в корпусе 1 и далее поступает во впускные отверстиям 6 межлопаточных каналов 4 второго колеса2 , заставляя его вращаться во второй ступени расширения 23 , далее , рабочее тело выходит к распределителю 6, в окне 9 которого выполнен как минимум один соединительный трубопровод^ , соединённый с окном15 в

газораспределительном аппарате 12 первого колеса через которые рабочее тело попадает в межлопаточные каналы 5 крыльчатки 3 первого рабочего колеса 2 заставляя его вращаться в третьей ступени расширения 24, затем через выпускные отверстия 7 межлопаточных каналов5 первого колеса2 , рабочее тело выходят в промежуточный лопаточный сопловой аппарат20 , установленный в корпусе 1 и далее поступает во впускные отверстиям 6 межлопаточных каналов 4 второго колеса2 , заставляя его вращаться в четвёртой ступени расширения 25 , далее , рабочее тело выходит к распределителю 6, в окне 9 которого выполнен, и выпускной патрубок , соединённый , например с соплом реактивного двигателя (на чертежах не показано) с атмосферой или с другой расширительной машиной .

Турбомашина может работать одновременно как турбина и компрессор (Фиг. 4), при этом рабочее тело через впускной патрубок 15 в газораспределительном аппарате 12 поступает через сопла 14 в межлопаточные каналы 5 крыльчатки 3 рабочего колеса 2 , заставляя его вращаться , далее рабочее тело поступает в окно 9 в распределителе 8 откуда поступает в соединительный трубопровод 17 и во вторую ступень 22 расширения рабочего тела , либо через окно 8 поступает в выпускной патрубок 1 1 и через него покидает турбомашину. В другой части турбомашины, рабочее тело через впускной патрубок 10 и окно 9 в распределителе 8 поступает в межлопаточные каналы 5 крыльчатки 3, в первой ступени 22 сжатия рабочего тела , и через окно 13 в

газораспределительном аппарате 12 и диффузор 18 рабочее тело поступает в

соединительный трубопровод 17, и далее сжимается во второй ступени 23 , либо через выпускной патрубок 16 сжатое рабочее тело покидает турбомашину.

Вход рабочего тела в межлопаточные канаты крыльчатки может осуществляться поочерёдно с обеих сторон крыльчатки в разных ступенях расширения или сжатия рабочего тела (Фиг. 7)

Соединительные трубопроводы 17 могут содержать теплообменники (на чертежах не показаны ) для промежуточного подогрева рабочего тела между ступенями давления для увеличения работы турбины например в системах с замкнутым контуром рабочего тела , например в паровых турбинах.

Впускной патрубок может быть соединён с теплообменником по подводу тепла, например в виде испарительной ёмкости , а выпускной патрубок соединён с

теплообменником по отводу тепла , например в виде конденсатора, для работы

турбомашины в парокомпрессионных холодильных машинах или в паротурбинных энергетических установках.

Применение данного изобретения позволит создавать эффективные автомобильные, авиационные двигатели и энергетические агрегаты, с высоким КПД, надежные и компактные, с высокой удельной мощностью. Также , применение данного изобретения, позволит создавать эффективные вакуухмные насосы и различные компрессоры , в том числе для применения в холодильной технике.

Claims

Формула изобретения

1. Многоступенчатая турбомашина , с системами управления контроля защиты , и.т.п., содержащая вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлено рабочее колесо с лопаточной крыльчаткой , в которой, в зависимости от её конфигурации образованы радиальные, или осевые , или радиально-осевые или осе - радиальные межлопаточные каналы , отличающаяся тем, что ,со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатка примыкает с зазором к распределителю , содержащему окна и выполненному с возможностью периодического совмещения впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатки , при её вращении , посредством окон в распределителе, вначале с впускным трубопроводом , а затем, при её вращении ,с как минимум одним соединительным трубопроводом подачи рабочего тела , лопатки крыльчатки могут иметь различную конфигурацию, например

межлопаточных каналов крыльчатки, при её вращении , окна в газораспределительном аппарате и в распределителе выполнены таким образо , что образуют, по крайней мере две ступени давления нагнетания рабочего тела , например таким образом , что определённое количество межлопаточных каналов крыльчатки, со стороны впускных отверстий соединенных , посредством распределителя, с впускным трубопроводом, со стороны выпускных отверстий выходят в окно в газораспределительном аппарате , образующее первую ступень нагнетания давления и содержащее например диффузор и выпускной патрубок , соединённый, например соединительным трубопроводом, с другим окном в распределителе , выходящим к определённому количеству межлопаточных каналов крыльчатки со стороны впускных отверстий , при этом выпускные отверстия этих каналов крыльчатки выходят в окно в газораспределительном аппарате ,

газораспределительном аппарате в разных ступенях давления уменьшается по мере роста давления нагнетания и уменьшения объёма рабочего тела, последняя ступень нагнетания давления содержит например диффузор и выпускной патрубок, соединённый с

нагнетательным трубопроводом и потребителем , либо с каким- либо дополнительным компрессором , например в виде другой многоступенчатой турбомашины.

2 Многоступенчатая турбомаши на , по п. 1, отличающаяся тем, что со стороны выпускных отверстий межлопаточных каналов , поверхность газораспределительного аппарата, расположенная между окнами , выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично, как минимум одного межлопаточного канала, при вращении крыльчатки , а со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов, поверхность распределителя, расположенная между окнами, выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично, как минимум одного

3. Многоступенчатая турбомашина , по п.1 или 2 , отличающаяся тем, что между последней и первой ступенями нагнетания давления выполнена дополнительная ступень выпуска сжатого рабочего тела, например таким образом, что в дополнительной ступени выпуска окно в газораспределительном аппарате на какое-то время соединено с

выпускным отверстием как минимум одного канала крыльчатки, при этом впускное отверстие этого канала перекрыто распределителем, затем, при вращении крыльчатки , выпускное отверстие этого канала, может быть на определённое время, перекрыто газораспределительным аппаратом и открыто со стороны впускного отверстия в окно в распределителе, которое соединено с впускным трубопроводом, затем, при вращении крыльчатки, этот канал крыльчатки совмещён с окном в газораспределительном аппарате и с окном в распределителе в первой ступени нагнетания рабочего тела .

4 Многоступенчатая турбомашина , по п. 3, отличающаяся тем, что последняя ступень нагнетания давления выполнена таким образом, что выпускной патрубок выполнен в виде сопла активного потока эжектора ,выход которого соединён , например с

потребителем сжатого рабочего тела, а вход эжектора соединён с дополнительной ступенью выпуска рабочего гела , при этом со стороны впускных отверстий межлопаточные каналы крыльчатки, находящиеся в дополнительной ступени выпуска рабочего тела перекрыты распределителем.

5. Многоступенчатая турбомашина , по п. 1 , или 2, отличающаяся тем, что

6. Многоступенчатая турбомашина, по п.1 , или 2 , отличающаяся тем, что распределитель или по крайней мере его часть, выполнен в виде входного направляющего аппарата, например с возможностью регулирования сечения окон распределителя, а в окнах распределителя, например выполнены направляющие лопатки , например поворотные.

7. Многоступенчатая турбомашина, по п.1 , или 2, отличающаяся тем, что

газораспределительный аппарат, лопатки крыльчатки и распределитель выполнены таким образом , что в момент перехода межлопаточного канала из ступени высокого давления в ступень более низкого давления первым начинает открываться выпускное отверстие межлоиаточного канала крыльчатки , при этом впускное отверстие этого межлопаточного канала на больший период времени перекрыто распределителем.

8. Многоступенчатая турбомашина , по п.1 или2 , отличающаяся тем, что

9 . Многоступенчатая турбомашина , по п.1 или 2, отличающаяся тем , что

10 . Многоступенчатая турбомашина , по п.1 или 2, отличающаяся тем , что в корпусе , на одном валу, либо соосно , либо на различных валах с общим либо с раздельными приводами выполнены , например две крыльчатки или более, например

1 1. Многоступенчатая турбомашина , по п.1 или 2 , отличающаяся тем , что корпус выполнен герметичным , впускной трубопровод соединён, например с испарительной ёмкостью , содержащей теплообменник по подводу тепла, а выпускной патрубок соединён например с конденсатором содержащим теплообменник по отводу тепла , при этом конденсатор и испарительная ёмкость соединены трубопроводом, содержащим дроссельный вентиль.

12. Многоступенчатая турбомашина , но п.1 или 2, отличающаяся тем что, крыльчатка рабочего колеса выполнена закрытого типа и содержит лопатки, выполненные между двух поверхностей и образующие межлопаточные каналы с впускными и выпускными отверстиями

13 Многоступенчатая турбомашина по п. 1или 2, отличающаяся тем, что отверстия в межлопаточных каналах крыльчатки являются поочерёдно впускными и выпускными , к крыльчатке с обеих сторон, со стороны отверстий в межлопаточных каналах, примыкают с зазором одновременно и газораспределительный аппарат и распределитель , например таким образом , что в первой ступени нагнетания рабочего тела впускной патрубок соединён с окном в распределителе , выходящим к отверстиям в каналах крыльчатки, которые с другой стороны, выходят к окну газораспределительного аппарата , например содержащему лопаточный диффузор и соединённому ,например соединительным трубопроводом с окном, выполненного с этой же стороны крыльчатки распределителя во второй ступени нагнетания давления , при этом, в этой ступени, с другой стороны крыльчатки, отверстия каналов выходят к окну, в газораспределительном аппарате , например содержащему лопаточный диффузор и соединённому.например с выпускным патрубком и далее ,например с потребителем сжатого рабочего тела , либо, например посредством соединительного трубопровода это окно в газораспределительном аппарате подключено к окну в распределителе , расположенному с этой же стороны крыльчатки и выходящему в очередную ступень нагнетания давления.

14. Многоступенчатая турбомашина , с системами управления контроля защиты ,и.т.п., содержащая вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлено, по крайней мере одно рабочее колесо с лопаточной крыльчаткой , в которой, в зависимости от её конфигурации образованы радиальные, или осевые , или радиалыю-осевые, или осе - радиальные межлопаточные каналы, отличающаяся тем, что, со стороны выпускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатки установлен с зазором распределитель, выполненный с возможностью периодического совмещения выпускных отверстий межлопаточных каналов, при вращении крыльчатки , посредством окон, выполненных в распределителе, например как минимум с одним соединительным трубопроводом подачи рабочего тела, а затем, по ходу вращения рабочего колеса, с выпускным патрубком, лопатки крыльчатки выполнены , например прямолинейными или криволинейными, например корытообразными , например радиальными и загнутыми в сторону противоположную вращению крыльчатки и образуют

межлопаточные каналы с сечением, например конфузорно- диффузорным , прямым или конфузорым , со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов , крыльчатка , в зависимости от конфигурации рабочего колеса и направления движения рабочего тела, например в осевом или в радиальном направлении , примыкают с зазором к торцовому , или к цилиндрическому, либо к конусообразному газораспределительному аппарату , содержащему окна, с возможностью периодического их совмещения с впускными отверстиями межлопаточных каналов крыльчатки, при её вращении, при этом, окна в газораспределительном аппарате выполнены таким образом, что представляют собой сопловой аппарат, например в виде установленных в окнах ряда лопаток, образующих сопла , например конфузорные, или конфузорно-диффузорные и направленные на лопатки крыльчатки, по ходу её вращения, рабочее колесо, газораспределительный аппарат и распределитель образуют ступени расширения рабочего тела таким образом , что определённое количество межлопаточных каналов крыльчатки, со стороны впускных отверстий и соплового аппарата , соединенных , посредством

газораспределительного аппарата с впускным патрубком , выходят со стороны выпускных отверстий в окно в распределителе выпуска рабочего тела из первой ступени расширения , соединённое , например соединительным трубопроводом с окном в газораспределительном аппарате , образующему , посредством соплового аппарата, определённого количества межлопаточных каналов крыльчатки и очередного окна в распределителе вторую ступень расширения рабочего тела, например соединённую посредством соединительного трубопровода , газораспределительного аппарата и соплового аппарата с очередной , например третьей ступенью расширения рабочего тела, при этом последняя ступень расширения рабочего тела содержит выпускной патрубок , соединённый , например с атмосферой , с очередной расширительной машиной , или с соплом реактивного двигателя, а количество и, например, объём межлопаточных каналов , соединённых одновременно с определёнными окнами в распределителе и в газораспределительном аппарате, в разных ступенях расширения рабочего тела, увеличивается по мере падения давления и температуры рабочего тела в разных ступенях расширения.

15. Многоступенчатая турбомашина , по п.14, отличающаяся тем, что соединительные трубопроводы содержат теплообменники подвода тепла.

16 . Многоступенчатая турбомашина , по п.14, отличающаяся тем , что межлопаточные каналы одного рабочего колеса и окна в газораспределительном аппарате и

распределителе образуют, например две или более симметрично выполненные

17. Многоступенчатая турбомашина , по п. 14, отличающаяся тем что, крыльчатка рабочего колеса выполнена закрытого типа и содержит лопатки, выполненные между двух поверхностей и образующие межлопаточные каналы с впускными и выпускными отверстиями

18. Многоступенчатая турбомашина , по п. 14, отличающаяся тем, что содержит как минимум два рабочих колеса, расположенные в одном корпусе, рабочие колёса установлены на одном, либо на отдельных валах, например соосно и выполнены, например таким образом, что перед впускными отверстиями межлопаточных каналов первой крыльчатки выполнен газораспределительный аппарат, в окнах которого выполнены , например лопаточные сопловые аппараты , выпускные отверстия межлопаточных каналов первого колеса , выходят в промежуточный лопаточный сопловой аппарат, установленный в корпусе с зазором к впускным отверстиям межлопаточных каналов второго колеса , выпускные отверстия которых выходят к распределителю , в окнах которого выполнен как минимум один соединительный трубопровод , соединённый с окном в газораспределительном аппарате первого колеса , и выпускной патрубок , соединённый , например с соплом реактивного двигателя с атмосферой или с другой расширительной машиной, при этом первая ступень расширения рабочего тела выполнена в газораспределительном аппарате и в части межлопаточных каналов первого рабочего колеса, вторая ступень расширения выполнена в промежуточном сопловом аппарате и в части межлопаточных каналов второго рабочего колеса, соответственно третья ступень расширения выполнена в газораспределительном аппарате и в части межлопаточных каналов первого колеса, а четвёртая ступень расширения выполнена в промежуточном сопловом аппарате и в части межлопаточных каналов второго рабочего колеса турбомашины .

19. Многоступенчатая турбомашина , по п. 14, отличающаяся тем, что содержит как минимум два рабочих колеса, расположенные в одном корпусе , рабочие колёса установлены на отдельных валах , например соосно, с возможностью вращения в противоположные стороны, и выполнены, например таким образом, что перед

20. Многоступенчатая турбомашина , по п. 14 , отличающаяся тем, что как минимум две многоступенчатые турбомашины в отдельных корпусах , связанные между собой, например соединительными трубопроводами последовательно либо непоследовательно, например таким образом , что первая ступень расширения рабочего тела выполнена в одном колесе, в одной турбомашине , а вторая ступень расширения выполнена в одном колесе , в другой турбомашине , соответственно, например третья ступень расширения, выполнена, например, в колесе первой турбомашины, а например четвёртая ступень расширения , выполнена в колесе во второй турбомашине , при этом оба колеса или обе турбомашины выполнены на одном валу , либо на отдельных валах, например соосно.

21. Многоступенчатая турбомашина , по п.14 , отличающаяся тем, что сопла соплового аппарата выполнены с возможностью изменения своего сечения, например, поворотными , например с возможностью изменения направления подачи на лопатки рабочего тела и , соответственно, изменения направления вращения крыльчатки рабочего колеса.

22. Многоступенчатая турбомашина , по п. 14, отличающаяся тем, что распределитель , лопатки крыльчатки, газораспределительный аппарат и другие элементы

многоступенчатой турбомашины , образуют в одной турбомашине одновременно и турбину, и компрессор, и выполнены таким образом, что часть межлопаточных каналов одной и той же крыльчатки находятся в одной или в нескольких ступенях расширения рабочего тела в турбине , при этом другая часть межлопаточных каналов в этой же крыльчатке располагаются в одной или в нескольких ступенях нагнетания рабочего тела в компрессоре.

23. Многоступенчатая турбомашина , по п. 14 отличающаяся тем, что выполнена в виде центробежной турбины , при этом распределитель , лопатки крыльчатки и

газораспределительный аппарат, сопловой аппарат и другие элементы многоступенчатой турбомашины выполнены таким образом, что крыльчатка рабочего колеса выполнена радиальной , впускные отверстия межлопаточных каналов и примыкающий к ним сопловой аппарат выполнены со стороны вала , а выпускные отверстия межлопаточных каналов , распределитель и выпускные патрубки выполнены со стороны внешнего радиуса рабочего колеса крыльчатки.

24. Многоступенчатая турбомашина по п. 14, отличающаяся тем, что со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов , поверхность газораспределительного аппарата, примыкающая с зазором к крыльчатке и расположенная между окнами , выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично, как минимум одного межлопаточного канала при вращении крыльчатки, а со стороны выпускных отверстий поверхность распределителя выполненная между окнами, выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично как минимум одного межлопаточного канала крыльчатки , например в момент его перекрытия со стороны впускного отверстия газораспределительным аппаратом.

25. Многоступенчатая турбомашина по п. 14 , отличающаяся тем, что отверстия в межлопаточных каналах крыльчатки являются поочерёдно впускными и выпускными , к крыльчатке с обеих сторон, со стороны отверстий в межлопаточных каналах, примыкают с зазором газораспределительный аппарат и распределитель одновременно , таким образом , что например в турбинах, в первой ступени расширения окно в

газораспределительном аппарате посредством сопел совмещено с отверстиями в межлопаточных каналах выходящих с другой стороны к окну в распределителе соединённому, например соединительным трубопроводом с окном газораспределительного аппарата, выполненного с этой же стороны крыльчатки , которое посредством сопел выходит к межлопаточным каналам крыльчатки во второй ступени расширения рабочего тела , при этом с другой стороны, межлопаточные каналы крыльчатки выходят к окну в распределителе соединённому с выпускным патрубком, либо, например, окно в распределителе посредством, например соединительного трубопровода , соединено с окном выполненного с этой же стороны крыльчатки газораспределительного аппарата , выходящего , посредством сопел к межлопаточным каналам крыльчатки в третьей ступени расширения рабочего тела , а с другой стороны эти каналы крыльчатки выходят к распределителю, соединённому с выпускным патрубком, либо с очередной ступенью расширения рабочего тела.