Турбина и турбогенератор с набегающим потоком воздуха - RU2001120111A

Реферат

1. Турбина с набегающим потоком воздуха, включающая в себя главным образом цилиндрический внешний обтекатель, имеющий передний конец и кормовой конец, с каналом воздухозаборника у своего переднего конца и с множеством внешних выпускных каналов вблизи от кормового конца; опорную конструкцию, которая находится радиально вблизи от внутренней поверхности внешнего обтекателя, причем внешний обтекатель установлен на указанной опорной конструкции, которая содержит, множество продольных лонжеронов; осевую направляющую потока, которая расположена по оси опорной конструкции и поддерживается ею, причем указанная направляющая имеет внешнюю поверхность, смещенную от указанной опорной конструкции; вентильную трубу, расположенную по оси между указанной опорной конструкцией и указанной осевой направляющей потока, причем вентильная труба находится радиально вблизи от первичной опорной конструкции, при этом вентильная труба выполнена с возможностью перемещения по оси относительно указанного внешнего обтекателя и имеет носовой конец с аэродинамическим контуром; множество отверстий позади носового конца вентильной трубы, позволяющих протекать воздуху из канала воздухозаборника через кольцевой проход, образованный между внутренней поверхностью вентильной трубы и внешней поверхностью осевой направляющей потока; рабочее колесо турбины с лопастями; статор с лопастями для направления воздушного потока к лопастям турбины; по меньшей мере одно сопло в указанном кольцевом проходе, образованном между внутренней поверхностью подвижной вентильной трубы и внешней поверхностью осевой направляющей потока, закрепленное на осевой направляющей потока и выступающее наружу в положение в непосредственной близости от внутренней поверхности подвижной вентильной трубы, причем указанное по меньшей мере одно сопло простирается по оси от положения вблизи от кормового конца воздухозаборника в указанном внешнем обтекателе до положения в непосредственной близости от лопастей статора; причем вентильная труба выполнена с возможностью перемещения между первым положением, в котором фасонный носовой конец вентильной трубы совмещен по оси с передней кромкой обтекателя, за счет чего получают максимальную входную площадь для воздушного потока в указанном воздухозаборнике, что позволяет максимальному воздушному потоку проходить через воздухозаборник, через по меньшей мере одно сопло, через лопасти статора, лопасти турбины и через внешние выпускные каналы обтекателя в окружающее пространство; вторым положением, в котором вентильная труба смещена вперед таким образом, что фасонный носовой конец вентильной трубы ограничивает входную площадь в воздухозаборнике, за счет чего уменьшается воздушный поток через воздухозаборник, через по меньшей мере одно сопло, через лопасти статора, лопасти турбины и через внешние выпускные каналы обтекателя в окружающее пространство; и третьим положением, в котором вентильная труба максимально смещена вперед таким образом, что фасонный носовой конец вентильной трубы контактирует с внутренней поверхностью воздухозаборника обтекателя, при этом воздухозаборник полностью закрыт.

2. Турбина с набегающим потоком воздуха по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно включает в себя средства управления соплом, установленные между вентильной трубой и осевой направляющей потока, выполненные с возможностью управления потоком воздуха через сопла в ответ на перемещение указанной вентильной трубы между указанными первым, вторым и третьим положениями.

3. Турбина с набегающим потоком воздуха по п. 2, отличающаяся тем, что указанные средства управления соплом включают в себя: множество разнесенных по окружности заслонок управления, расположенных между парой параллельных боковых стенок сопла и закрепленных на них с возможностью поворота между втянутыми положениями, в котором заслонки становятся главным образом смежными с внутренней поверхностью вентильной трубы, и выдвинутыми положениями, в которых заслонки выдвинуты радиально внутрь в указанное сопло, толкатель кулачка, установленный на каждой из указанных заслонок управления в положении, смещенном от оси поворота заслонки, и щель в указанной боковой стенке сопла, образующая кулачок, причем перемещение толкателя кулачка в указанной щели приводит к перемещению заслонки управления между полностью втянутым положением и полностью выдвинутым положением.

4. Турбина с набегающим потоком воздуха по п. 3, отличающаяся тем, что указанные средства управления соплом поддерживают фиксированное отношение полных площадей выпуска сопел к площади канала воздухозаборника.

5. Турбина с набегающим потоком воздуха по п. 2, отличающаяся тем, что указанные средства управления соплом включают в себя: множество поочередно перемежающихся первичных и вторичных панелей управления соплом, установленных на установочном кольце панели с возможностью поворота между втянутыми положениями, в которых панели становятся главным образом смежными с внутренней поверхностью вентильной трубы, и выдвинутыми положениями, в которых панели выдвинуты радиально внутрь в указанное сопло, щель кулачка, предусмотренную на каждой из первичных панелей управления соплом, в положении, смещенном от оси поворота первичных панелей управления соплом на установочном кольце панели, и толкатели кулачков, установленные на вентильной трубе, причем перемещение толкателя кулачка в щели кулачка побуждает перемежающиеся первичные и вторичные панели управления соплом к перемещению между полностью втянутым положением и полностью выдвинутым положением.

6. Турбина с набегающим потоком воздуха по п. 5, отличающаяся тем, что указанные средства управления соплом поддерживают фиксированное отношение полных площадей выпуска сопел к площади канала воздухозаборника.

7. Турбогенератор с набегающим потоком воздуха, включающий в себя главным образом цилиндрический, имеющий передний конец и кормовой конец, внешний обтекатель, сужающийся радиально внутрь в направлении переднего конца и имеющий канал воздухозаборника у переднего конца, причем внешний обтекатель имеет множество внешних выпускных каналов вблизи от своего кормового конца; первичную конструкцию, которая находится радиально вблизи от внутренней поверхности внешнего обтекателя и идет вдоль длины обтекателя, причем обтекатель установлен на указанной первичной конструкции, при этом первичная конструкция содержит множество прямых осевых лонжеронов, идущих вдоль длины внешнего обтекателя; осевую направляющую потока, которая установлена по оси первичной опорной конструкции, причем указанная направляющая имеет внешнюю поверхность, смещенную от указанной первичной опорной конструкции; блок осевой части и вентильной трубы, расположенный по оси между указанной первичной конструкцией и указанной осевой направляющей потока, причем он находится радиально вблизи от первичной конструкции, при этом блок осевой части и вентильной трубы имеет носовой конец аэродинамической формы, кормовой трубчатый корпус, соединенный с более широким кормовым участком вентильной трубы блока осевой части и вентильной трубы при помощи лонжеронов аэродинамической формы, стягивающих увеличенный диаметр; множество отверстий, смещенных назад относительно носового конца блока осевой части и вентильной трубы, позволяющих воздушному потоку поступать в отверстия на указанном носовом конце и проходить через них в кольцевой проход, образованный между внутренней поверхностью вентильной трубы и внешней поверхностью осевой направляющей потока; рабочее колесо турбины, соединенное с генератором или с гидравлическим насосом, или с тем и другим, для приведения их в действие; статор для направления воздушного потока к лопаткам турбины; множество сопел, каждое из которых образовано в радиальном удлинении в кольцевом проходе между внешней стенкой осевой направляющей потока и внутренней стенкой подвижной вентильной трубы, в удлинении по окружности между набором параллельных боковых стенок сопел, причем указанные боковые стенки выполнены в виде пластин, установленных на осевой направляющей потока и выступающих наружу в положении в непосредственной близости от внутренней стенки подвижной вентильной трубы, при этом сопла простираются по оси от положения в непосредственной близости от кормового конца первичного впуска указанного внешнего обтекателя до положения в непосредственной близости от статора; причем вентильная труба выполнена с возможностью перемещения между первым положением, в котором фасонный носовой конец вентильной трубы совмещен по оси с передней кромкой обтекателя, в результате чего получают максимальную входную площадь для воздушного потока в первичном впуске внешнего обтекателя, что позволяет максимальному воздушному потоку проходить через первичный впуск, через множество впускных отверстий в фасонном носу вентильной трубы, через кольцевые сопла, через статор, турбину, выпускной дефлектор и через выпускные каналы обтекателя в окружающее пространство; вторым положением, в котором вентильная труба смещена вперед таким образом, что фасонный носовой конец вентильной трубы ограничивает площадь указанного первичного впуска, в результате чего протекает уменьшенный воздушный поток через первичный впуск, через множество впускных отверстий в фасонном носу вентильной трубы, через кольцевые сопла, через статор, турбину, выпускной дефлектор и через выпускные каналы обтекателя в окружающее пространство; и третьим положением, в котором вентильная труба максимально смещена вперед таким образом, что фасонный носовой конец вентильной трубы контактирует с внутренней поверхностью первичного впуска обтекателя, так что первичный впуск полностью закрыт; датчик скорости для измерения скорости рабочего колеса турбины; и исполнительный механизм и средства управления скоростью, которые по сигналу от датчика скорости производят перемещение вентильной трубы вперед в направлении указанного второго положения, когда скорость рабочего колеса турбины превышает заданное значение, при этом уменьшается площадь указанного первичного впуска и снижается воздушный поток через первичный впуск и сопла, поступающий в турбину, в результате чего скорость рабочего колеса турбины возвращается к заданной скорости, причем исполнительный механизм и средства управления скоростью по сигналу от датчика скорости производят перемещение вентильной трубы назад в направлении указанного первого положения, когда скорость рабочего колеса турбины падает ниже заданного значения, при этом увеличивается площадь указанного первичного впуска и увеличивается воздушный поток через первичный впуск и сопла, поступающий в турбину, в результате чего скорость рабочего колеса турбины возвращается к заданной скорости, причем исполнительный механизм и средства управления скоростью по сигналу от внешнего средства управления производят перемещение вентильной трубы вперед в направлении указанного третьего положения, когда выходная мощность не требуется, в результате чего первичный впуск полностью закрывается.

8. Турбогенератор с набегающим потоком воздуха по п. 7, отличающийся тем, что он включает в себя средства управления соплом, установленные в промежутке между вентильной трубой и осевой направляющей потока, выполненные с возможностью управления потоком воздуха через сопла в ответ на перемещение указанной вентильной трубы между указанными первым, вторым и третьим положениями.

9. Турбогенератор с набегающим потоком воздуха по п. 8, отличающийся тем, что указанные средства управления соплом включают в себя: множество разнесенных по окружности заслонок управления, расположенных между боковыми направляющими лопастей сопла и закрепленных на них с возможностью поворота между втянутыми положениями, в которых заслонки становятся главным образом смежными с внутренней поверхностью вентильной трубы, и выдвинутыми положениями, в которых заслонки выдвинуты радиально внутрь в кольцевое сопло, множество толкателей кулачков, каждой из которых установлен с возможностью поворота на осях, закрепленных на каждой из боковых стенок указанных заслонок управления и выступающих из них по окружности наружу, в положении вблизи от конца заслонки, смещенном от оси поворота заслонки, щель в указанной боковой стенке боковых направляющих сопла, за счет которой обеспечено движение оси толкателя кулачка в указанных боковых направляющих сопла, когда заслонка управления соплом совершает перемещение между полностью втянутым положением и выдвинутым положением, множество сдвоенных кулачков, каждый из которых установлен по оси с внутренней поверхностью вентильной трубы и выступает радиально внутрь в множество каналов, расположенных между внешними поверхностями смежных направляющих сопел, и множество пружин кручения, каждая из которых прикреплена на одном своем конце к внешней боковой поверхности направляющих сопел в непосредственной близости от оси толкателя кулачка, на котором закреплен второй конец пружины, в результате чего к толкателям кулачков приложены внешние силы, обеспечивающие контакт между толкателем кулачка и кулачком для всех положений кулачков и толкателей кулачков, причем каждая сторона указанного сдвоенного кулачка одновременно входит в зацепление со смежными толкателями кулачков с любой стороны смежных заслонок управления, за счет чего каждая из заслонок управления удерживается во втянутом положении при нахождении вентильной трубы в первом положении, причем каждая из заслонок управления удерживается в выдвинутом положении при нахождении вентильной трубы во втором положении.

10. Турбогенератор с набегающим потоком воздуха по п. 8, отличающийся тем, что он имеет направляющую для центрирования в радиальном направлении и обеспечения осевого скольжения вентильной трубы относительно первичной конструкции, причем указанная направляющая образована в виде множества канавок на радиальной внутренней поверхности продольных лонжеронов первичной конструкции, при этом в каждую из канавок введен согласованный выступающий элемент вентильной трубы, который скользит в указанной канавке с малым трением.

11. Турбогенератор с набегающим потоком воздуха по п. 8, отличающийся тем, что указанная осевая направляющая потока имеет осевую проточку, причем кормовой конец вентильной трубы введен со скольжением в осевую проточку осевой направляющей потока.

12. Турбогенератор с набегающим потоком воздуха по п. 7, отличающийся тем, что указанная вентильная труба имеет носовой конец аэродинамической формы, множество каналов воздухозаборника, распределенных по окружности вокруг фасонного носового конца и смещенных назад относительно него, цилиндрический корпус, соединенный с указанным фасонным носовым концом при помощи лонжеронов аэродинамической формы и простирающийся назад до положения на оси в непосредственной близости от лицевой стороны статора, и множество лонжеронов аэродинамической формы, соединяющих фасонный нос меньшего диаметра с кормой вентильной трубы большего диаметра.

13. Турбогенератор с набегающим потоком воздуха по п. 12, отличающийся тем, что он включает в себя турбину с валом, установленным с возможностью вращения у переднего конца кормовой стороны кормовой плиты осевой направляющей потока и соединенным на кормовом конце с плитой, установленной на первичной конструкции.

14. Турбогенератор с набегающим потоком воздуха по п. 13, отличающийся тем, что он включает в себя передний подшипник на осевой направляющей потока для установки с возможностью вращения первого конца вала турбины и задний подшипник на кормовой плите турбины для установки с возможностью вращения второго конца вала турбины.

15. Турбогенератор с набегающим потоком воздуха по п. 14, отличающийся тем, что он включает в себя генератор, установленный на кормовой стороне расположенной по оси плиты для установки генератора, которая в свою очередь установлена на первичной конструкции, причем плита для установки генератора имеет подшипник для установки с возможностью вращения вала генератора, при этом один из участков вала генератора идет вперед через указанный подшипник; а также содержит муфту вала для приводного подключения кормового вала турбины к валу генератора.

16. Турбогенератор с набегающим потоком воздуха по п. 7, отличающийся тем, что исполнительный механизм и средства управления скоростью содержат электронную схему управления скоростью, причем исполнительный механизм под управлением от указанной электронной схемы смещает вентильную трубу назад в направлении первого положения, когда требуется снизить увеличенную скорость до заданной скорости турбины, и вперед в направлении третьего положения, когда требуется повысить пониженную скорость до заданной скорости турбины.