CS260452B1 - Zařízení pro řízenou cirkulaci vzduchu ve skříni Bánkiho turbiny - Google Patents

Abstract

Zařízení so týká oboru vodního hospodářství, zejména zvýšení účinnosti a regulačního rozsahu Bánkiho turbin. Turbina je opatřena přívody vzduchu z okolní atmosféry zaústěnými do bočního propojovacího kanálu mezi odtokovým prostorem skříně turbiny a zavzdušňovacími otvory pod prahem naváděcí spirály vtoku, přičemž přívod vzduchu je veden přes vnitřní prostor oběžného· kola turbiny do odtokového prostoru skříně turbiny, což umožňují radiální otvory v b učnicích oběžného' kola.

Description

Vynález se týká zařízení pro řízenou cirkulaci vzduchu ve skříni Bánkiho turbiny, opatřené savkou a přívodem vzduchu do skříně turbiny se škrticím ventilem pro regulací hladiny v savce.

Dosud známá řešení Bánkiho turbiny byla využívána jen v malém regulačním rozsahu úhlu plnění kola turbiny proudem vody, takže problém cirkulace vzduchu měl jen okrajový význam. V souvislosti se snahou zvýšit celkový regulační rozsah a hltnost turbiny dochází u dosud známých řešení těchto turbin k prudkému poklesu účinnosti v oblastech velkého plnění oběžného kála turbiny. Dochází tak k omezení maximální hltnosti turbiny zaplavením vnitřního prostoru kola turbiny a tím ke ztrátě účinnosti. Problém sacího účinku vody proudící v mezilopatkovém prostoru kola pod prahem vtokové spirály byl dosud řešen jednak hydraulicky nevýhodným použitím užších, více zakřivených lopatek, dále břitovým tvarem prahu vtokové spirály za cenu nižšího využití spádu na turbině. Často byl tento problém řešen i za cenu nižší účinnosti připuštěním vzniku větších podtlaků v těchto mezllcpatkových prostorech. V souvislosti s využíváním savky na výstupu zo skříně Bánkiho turbiny vznikla řada návrhů kudy připouštět potřebný vzduch regulující výšku hladiny vody v savce. Zavedením vzduchu hřídelí do vnitřního prostoru kola se podařilo zvýšit účinnost omezením množství vody zbytečně cirkulující ve vnitřním prostoru kola turbiny. Vedením vz íucliu ložiskem hřídele turbiny se podařilo zavzdušnit spáru mezi stěnami skříně turbiny a bočnicemi kola turbiny a tím snížit hydraulické odpory vznikající v této· spáře.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro řízenou cirkulaci vzduchu ve skříni Bánkilio turbiny opatřené savkou a přívodem vzduchu do skříně turbiny se škrticím ventilem pro regulaci hladiny v savce, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že skříň turbiny je opatřena propojovacím kanálem, spojujícím odtokový prostor skříně se zavzdušňovacími otvory pol prahem naváděcí spirály, do kterého je zaústěn alespoň jeden přívod vzduchu z okolní atmosféry. Podle dalšího provedení je v boiční stěně skříně turbiny upravena dutina, propojená s dalším přívodem vzduchu, opatřeným dalším škrticím ventilem. Dále je výhodné, když jsou v obou bočnicích oběžného kola, umístěného ve skříni turbiny, vytvořeny radiální otvory. Podle výhodného provedení vynálezu může být skříň turbiny mezi prahem naváděcí spirály a zlomem na vstupu do savky opatřena válcovou stěnou, souosou s oběžným kolem, jejíž šířka je alespoň dvakrát a nejvýše třikrát větší, než je rozteč lopatek na obvodu oběžného kola, přičemž zavzaušňovací otvory jsou vyústěny mezi středem válcové stěny a prahem. Konečně podle posledního význaku vynálezu mohou být radiální otvory v bočnicích oběžného kola na své vnější straně opatřeny lopatkovými za4 křiveními, orientovanými proti směru otáčení oběžného kola.

Hlavní výhoda řešení podle vynálezu spočívá ve zvýšení účinností turbiny, zejména v oblasti malých průtoků, zvýšení maximální hltnosti a tím i regulačního rozsahu turbiny.

Vynález je blíže vysvětlen na příkladu provedení turbiny znázorněném na výkrese, kde obr. 1 značí nárys turbiny v řezu a obr. 2 bokorys z obr. 1.

Voda do turbiny přitéká vtokem 2, který je zakončen naváděcí spirálou 3 s prahem 4. Uzávěr vtoku 2 tvoří segmentový mechanismus, který sestává z uzavíracího segmentu 12 kloubově spojeného a rozšířeného deskou ,25 uzávěru. Tato deska 25 uzávěru je podepřena a přesouvána pomocí ozubeného pastorku 16. Funkci těsnění okrajových spár uzávěru a pružného elementu, který tvaruje stěnu vtoku 2 na straně uzavíracího segmentu 12, podle jeho polohy, zajišťuje pružná stěrka 18 upevněná jedním koncem na skříni pomocí konzoly 17. Povrch uzavíracího segmentu 12 a desky 25 uzávěru je opatřen na straně vtoku 2 pružným polepem, který zajišťuje zbývající utěsnění spár uzávěru.

Vtokem 2 se spirálou 3 nasměrovaná voda prochází mezi lopatkami 9 oběžného kola 1 turbiny do vnitřního prostoru oběžného kola 1 turbiny a odtud opět vytéká mezilopatkoivými kanály do odtokového prostoru 6 skříně 23 turbiny. Na odtokový prostor 6 skříně 23 turbiny plynule navazuje savka 10, která umožňuje maximální využití spádu i při kolísání spodní hladiny. Za předěl mezi odtokovým prostorem 6 skříně 28 turbiny a savky 10 je považována hladina vody v savce 10. Jelikož voda protékající turbinou odvádí část vzduchu ze skříně 2S turbiny, je třeba do skříně 28 turbiny přivádět vzduch z atmosféry tak, aby se hladina vody v savce 10 udržovala na úrovni spodního okraje oběžného· kola 1 turbiny, maximálně na úrovni zlomu 7 okraje válcové stěny 27 skříně 28 turbiny. Pohyb vzduchu ve skříni 28 turbiny vyvolává rozdíl tlaků ve síříni 28 turbiny a v okolní atmosféře, dále čerpací účinek kanálu mezi lopatkami 9 oběžného kola 1 a radiálními otvory 20 opatřenými krytkami s lopatkovým zakřivením 23 v bočnicích 21 oběžného kola 1 a zejména sací účinek sloupce proudící vody v kanále mezi lopatkami 9 po zakrytí jeho, vstupu válcovou plochou 27 mezi prahem 4 a zlomem 7. Využití tohoto sacího účinku umožňuje propojovací kanál 5 se zavzdušňovacími otvory 8 pod prahem 4. Na přečerpávání vzduchu mezi vnitřním prostorem oběžného kola 1 a odtokovým prostorem 6 skříně 28 turbiny se podílejí všechny okrajové partie vodního proudu při průchodu mezi lopatkami 9.

Aby usměrněná cirkulace vzduchu ve skříni 28 turbiny optimálně plnila svoji funkci, je výhodné přivádět vzduch z atmosféry přívodem 24 vzduchu přes další škrticí ventil

14, kterým se mimo jiné ovlivňuje velikost podtlaku ve spáře mezi bočními stěnami skříně 28 a oběžným kolem 1 turbiny. Tím se snižují ztráty energie v této spáře a zamezuje odtékáním vody podél hřídele 11 ze skříně 28 turbiny.

Optimální místo přívodu 24 vzduchu do této spáry určuje dutina 19 a další rozvod zprostředkovává kmitová drážka 2,2 v bočnicích 21 oběžného kola 1. V důsledku tlakového spádu a čerpacího účinku radiálních otvorů 20 s lopatkovým zakřivením 23 proudí vzduch dále do vnitřního prostoru oběžného koóa 1, zejména radiálními otvory 20 nezakrytými vodním proudem. Menší množství vzduchu procházející zakrytými radiálními otvory 20 vytváří na vnitřní stěně bočnic 21 oběžného kola 1 vzduchový polštář, který snižuje hydraulické ztráty v okrajových oblastech proudu vody protékajícího oběžným kolem 1 turbiny. 'Hákový spád a čerpací účinek lopatek 9 oběžného kola 1 je příčinou proudění vzduchu z vnitřního prostoru oběžného kola 1 do odtokového prostoru 6 skříně 28 turbiny. Vzduch z odtokového prostoru 6 je propojovacím kanálem 5 se zavzdušňovacími otvory 8 pod prahem 4 odsáván do mezilopatkovébo prostoru uzavřenebo válcovou stěnou 27 a odtud je opět za zlomem 7 proudem protékajícím oběžným koilem 1 vytlačen do odtokového prostoru 6 skříně 28 turbiny. Vzájemné poměry tlaku v prostorech vtoku 2 oběžného kola 1 a v odtokovém prostoru 6 skříně lze dále ovlivnit rozsahem krytí oběžného kola 1 pevným segmentem 13 tak, aby nastavené tlakové rozdíly kompenzovaly hydraulické tlakové ztráty a tím se funkce Bánkiho turbiny, ve smyslu vektorového pole rychlostí proudu, maximálně přiblížila zjednodušeným teoretickým předpokladům jejího principu. Pokud při velkém otevření uzávěru uzavíracím segmentem 12 nedostačuje přívod .24 vzduchu z atmosféry, je třeba zvětšit přiváděné množství vzduchu do skříně 28 turbiny paralelním dalším přívodem 28 vzduchu se škrticím ventilem 15, který je do· propojovacího kanálu 5 zaústěn přímo. V extrémním případě, kdy je důležitější minimalizace pořizovacích nákladů než účinnost, lze naopak z konstrukce turbiny vyřadit přívod 24 vzduchu. Při extrémních požadavcích na tlakový spád v savce lil lze prakticky uzavřít škrticí ventily 14 a 15 a zavzdušňovat oběžné kolo 1 turbiny pod prahem 4 pouze přepouštěním vzduchu propojovacím kanálem 5.

Claims (5)

1. pRedmét

   1. Zařízení pro řízenou cirkulaci vzduchu ve skříni Bánkiho turbiny se savkou a přívodem vzduchu do skříně turbiny se škrticím ventilem pro regulaci hladiny v savce vyznačené tím, že skříň (28) turbiny je opatřena propojovacím kanálem (5), spojujícím odtokový prostor (6) skříně (28) turbiny se zavzdušňovacími otvory (8) pod prahem (4) naváděcí spirály (3), do kterého je zaústěn alespoň jeden přívod (26) vzduchu z okolní atmosféry.
2. 2. Zařízení podle bodu 1 vyznačující se tím, že v boční stěně skříně (28).turbiny je vytvořena dutina (19), propojená s přívodem (24) vzduchu, opatřeným škrtícím ventilem (14).
3. 3. Zařízení podle< bodů 1 a 2 vyznačující se tím, že v obou bočnicích (21) oběžného

   VYNÁLEZU kola (lj, umístěného ve skříni (28) turbiny, jsou vytvořeny radiální otvory (20).
4. 4. Zařízení podle bodů 1 až 3 vyznačené tím, že skříň (28) turbiny je mezi prahem (4) naváděcí spirály (3) a zlomem (7) na vstupu do savky (10) opatřena válcovou stěnou (27), souosou s oběžným kolem (1), jejíž šířka je dvakrát až třikrát větší, než je rozteč lopatek (9) na obvodu oběžného kola (lj, přičemž zavzdušňovací otvory (8) jsou vyústěny mezi středem válcové stěny (27) a prahem (4).
5. 5. Zařízení podle bodů 3 a 4 vyznačující se tím, že radiální otvory (20) v bočnicích (21) oběžného kola (1) jsou na své vnější straně opatřeny lopatkovými zakřiveními (23), orientovanými proti směru otáčení oběžného kola (1).