CZ303525B6 - Turbínový kanál pro uložení vodní turbíny nebo turbosoustrojí - Google Patents

Abstract

Rešení se týká turbínového kanálu pro uložení vodní turbíny nebo turbosoustrojí, kde turbínový kanál je vytvoren v savkovém usporádání a obsahuje pouzdro s turbínou nebo s turbosoustrojím. Turbínový kanál (3), který je jen zcásti zabetonován, obsahuje alespon jednu horní cást (31), vytvorenou nad osou turbínového kanálu (3) a/nebo alespon jednu strední cást (33), která je pripojena odnímatelne a jejíž šírka odpovídá alespon šírce turbíny (11) nebo turbosoustrojí (1).

Description

Turbínový kanál pro uložení vodní turbíny nebo turbosoustrojí

Oblast techniky

Vynález se týká vodních turbín nebo turbosoustrojí a jejich uložení ve vodním díle. Především jde o turbíny v savkovém uspořádání, a to s turbínovým kanálem s celkovým tvarem kolena, jehož vrchol je v blízkosti hladiny, nebo v relativně malé hloubce pod hladinou, kde takové kanály se využijí většinou na jezech a kde se tak nesnižuje průtok vody, ale zpravidla se naopak zvyio šuje průtok vody u jezu jako celku.

Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou známy vodní turbíny mnoha typů, kde určité typy jsou vhodné pro určitá průtoková množství v kombinaci s určitými velikostmi spádů. Pro vodní díla typu jezů na říčních tocích se často používají Kaplanovy turbíny, kde lze v poměrně širokém rozsahu měnit přizpůsobení turbíny měnícímu se spádu a průtočnému množství. Takové přizpůsobení se děje změnou nastavení úhlu náběhu lopatek oběžného, případně i rozváděcího kola, uloženého v kanále před oběžným kolem. V současných uspořádáních takových turbín pak jsou známy konstrukce, kde turbína je uložena v kanále ocelové konstrukce, který je zabetonován do stavby jezu a ve kterém jsou také uloženy rozváděči lopatky, přičemž z této konstrukce bývá jednak vyveden hřídel turbíny, jednak na vnější straně ocelového kanálu bývá uspořádán mechanismus ovládání statorových rozváděčích lopatek, takže je třeba ve stavební části vodního díla vytvořit příslušné dutiny, a sice jednak pro elektrický generátor, jednak pro vnější mechanismus ovládání rozváděčích lopatek. Takové uspořádání vyžaduje ovšem poměrně komplikovanou konstrukci stavební části vodního díla a navíc při opravách či výměně turbíny je nutná složitá demontáž prakticky celého soustrojí a zpravidla jsou nutné i bourací práce po vyjmutí celé turbíny. Jsou sice známa také provedení, kde podstatné části turbosoustrojí jsou uloženy v pouzdře, obtékaném vodou, a to dokonce i v kombinaci se savkovým uspořádáním celého turbínového kanálu, ale i u těchto provedení je vytvořen celý turbínový kanál v principu z prstencových dílů, které jsou postupně přírubově spojovány. Takové uspořádání umožňuje sice relativně snadnou výrobu a vykazuje snadno zhotovitelné a relativně snadno vzájemně utěsnitelné spoje, ale na druhé straně stále neřeší zásadním způsobem problém přístupnosti turbíny či turbosoustrojí, je-li třeba tuto turbínu či toto turbosoustrojí měnit nebo opravovat. Vedle toho turbosoustrojí, uložená jako celek v pouzdře, bud nejsou kombinována s rozváděcími koly, nebo se i kombinují s rozváděči mi koly, ale pouze v uspořádání, kde lopatky rozváděčích kol jsou buď pevně nastaveny, což snižuje rozsah možností optimálního přizpůsobení různým průtokům, nebo jsou rozváděči kola Fixována v plášti turbínového kanálu, což zase vyvolává komplikace v konstrukci takového kanálu, jak bylo již výše zmíněno.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody se zásadním způsobem redukují a soustava turbosoustrojí s dobrou přizpůso45 bivostí různým průtokům a současně s turbínovým kanálem, umožňujícím snadnou demontáž a vyjmutí turbíny nebo turbosoustrojí z turbínového kanálu, se získává při použití turbínového kanálu pro uložení vodní turbíny nebo turbosoustrojí, podle předkládaného vynálezu, kde turbínový kanál, v savkovém uspořádání, obsahuje pouzdro s turbínou nebo s turbosoustrojím, a kde podstata spočívá v tom, že turbínový kanál, který je nejvýše jen zčásti zabetonován, obsahuje alespoň jednu horní část, vytvořenou nad osou turbínového kanálu a/nebo alespoň jednu střední část, která je připojena odnímatelně a jejíž šířka odpovídá alespoň šířce turbíny nebo turbosoustrojí. Výhodné je, jestliže odnímatelná část má délku, odpovídající alespoň délce turbíny nebo turbosoustrojí, uloženého v turbínovém kanálu, a současně dosedací rovina odnímatelně Části v podélném směru leží v ose turbínového kanálu. Zejména je výhodné, jestliže turbínový kanál obsa55 huje střední část, obsahující alespoň vodní turbínu, kde střední část je vložena mezi vstupní část

- 1 CZ 303525 B6 a odpadní část turbínového kanálu a kde tato střední část je mezi vstupní část a odpadní Část upevněna utěsněné a odnímáte!ně, přičemž vstupní připojovací rovina svírá s výstupní připojovací rovinou úhel od 5 do 90 úhlových stupňů. Výhodné je dále, jestliže turbína, uložená v turbínovém kanále, sestává alespoň z jednoho oběžného kola a je napojena na uzavřené vodotěsné pouz5 dro, které obsahuje alespoň regulační ústrojí nastavení úhlu lopatek oběžného kola. S výhodou je vytvořeno provedení, kde, vedle oběžného kola, je zařazeno alespoň jedno rozváděči kolo, které je uloženo pouze na pouzdře s turbínou nebo s turbosoustrojím. Zvláště výhodné je potom, jestliže alespoň jedno rozváděči kolo je vytvořeno, vůči turbínovému kolu, jako protiběžně otočné, je uloženo na hřídeli souběžným s hřídelem oběžného kola a je propojeno buď převody s pomoclo ným elektrickým generátorem, následně elektricky spraženým s elektrickým výstupem hlavního elektrického generátoru, poháněného oběžným kolem, nebo je toto rozváděči kolo přímo spřaženo mechanicky, přes planetovou převodovku, s oběžným kolem. Optimální řešení, technicky i ekonomicky, pak představuje taková konstrukce s proti běžným i rozváděcími koly, kde jako protiběžně otočná a elektricky nebo mechanicky svázaná s oběžným kolem turbíny jsou vytvořena dvě rozváděči kola, z nichž jedno je umístěno před oběžným kolem a druhé je umístěno za oběžným kolem. V takovémto uspořádání může být pak výhodou, jestliže v odnímatelné horní části turbínového kanálu jsou vytvořeny nad každým rozváděcím kolem a nad oběžným kolem turbíny odnímatelné kryty, kryjící otvory typy průlezů. Takové kryty po odejmutí umožní přístup k příslušným kolům, zejména pro jejich čištění od předmětů, které po projití ěeslemi na vstupu k tur20 bíně se zachytily na některém z kol turbíny. Výhodou je zejména, jestliže uzavřené vodotěsné pouzdro obsahuje ještě elektrický generátor. Alternativní uspořádání může s výhodou být provedeno tak, že uzavřené vodotěsné pouzdro je opatřeno utěsněným vývodem, směrujícím vzhůru, nad turbínový kanál a nad nejvyšší hladinu vody, kde tímto vývodem je vyveden hřídel, napojený dole na turbínu a nahoře na elektrický generátor. S výhodou v turbínovém kanále je uspořádána uzavírací klapka, a to před odnímatelnou částí turbínového kanálu, nebo před částí turbínového kanálu s odnímatelnou částí. Výhodné je, jestliže uzavírací klapkaje tvarována tak, že její podélná osa, posuzováno v otevřeném stavu uzavírací klapky, je zakřivena shodně se zakřivením podélné osy turbínového kanálu v tomtéž úseku.

Takto se dosáhne vytvoření soustavy s vodní turbínou, kde především uspořádání pouzdra s turbínou a jeho konstrukce umožní snadnou demontáž a vyjmutí vodní turbíny, nebo i celého turbosoustrojí, pokud je třeba provádět revizi, údržbu ěi opravu. Snadné vyjmutí je právě umožněno konstrukcí turbínového kanálu s vrchním krytem, uspořádaným nad vodní turbínou nebo nad turbosoustrojím, nebo dokonce konstrukcí s celou vyjímatelnou částí turbínového potrubí. Přitom rozměr pouzdra, pokrývající šířku i délku turbíny by nebyl sice nutný, neboť těleso turbíny by bylo možno vyzdvihovat i šikmo, ale s ohledem na velké rozměry a hmotnost takových těles ěi soustrojí je výhodné, aby rozměr krytu, zejména na délku, odpovídal alespoň délce turbíny ěi soustrojí. Provedení s vyjímatelnou celou střední částí turbínového kanálu pak má sice nevýhodu zdvihání větší hmotnosti a i obtížnějšího přístupu k připojovacím plochám, ale zase není třeba v zabudovaném stavu odmontovávat v kanále zavěšení utěsněného pouzdra. Tuto základní výhodu pak vykazuje jak provedení s celým turbosoustrojím uloženým v pouzdře v proudu vody, tak i provedení, kde v pouzdře v proudu vody je uložena jen vodní turbína a elektrický generátor je uložen ve stavbě či v pouzdře nad hladinou a je propojen s vodní turbínou svislým nebo šikmým hřídelem. Zejména je výhodné kombinovat úpravu pro snadné vyjímání turbosoustrojí z turbíno45 vého kanálu s konstrukcí turbosoustrojí, kde jsou rozváděči kola nejen montována na pouzdro, uložené v proudu vody, ale kde navíc jsou rozváděči kolo nebo kola uložena rotačně, s regulovatelným, nebo i s pevným, ale protiběžně převodovým spřažením s oběžným kolem, což, právě jako celek, při široké přizpůsobivosti soustrojí různým průtokům, současně ještě umožní zachovat jednoduchost konstrukce turbínového kanálu a tak i jednoduchost vyjímání turbosoustrojí pro údržbu, opravy nebo pro výměnu celého agregátu.

- 2 CZ 303525 B6

Přehled obrázků na výkresech

Předkládaný vynález je dále podrobněji popsán a vysvětlen na příkladném provedení, též s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je celková situace s pouzdrem turbosoustrojí znázorněna v částečném svislém podélném řezu, na obr. 2 je pak tatáž situace, znázorněná v půdoryse, načež na obr. 3 je ještě, zde opět v částečném a zjednodušeném podélném svislém řezu, znázorněna obdobná varianta, tentokrát s elektrickým generátorem, uloženým nad hladinou vody.

Příklady provedení vynálezu

Turbosoustrojí 1, s pouzdrem 2 pro uložení vodní turbíny U. i generátoru j2, ^ve shodě s předkládaným vynálezem, je znázorněno na obr. 1 a obr. 2. Vodní turbína 11 s elektrickým generátorem 12, vytvářejícími turbosoustrojí 1, jsou uloženy v utěsněném pouzdře 2, kteréje upevněno v turbínovém kanálu 3.Turbínový kanál 3, v savkovém uspořádání, obsahující tedy pouzdro 2 s turbosoustrojím 1, je zde zčásti zabetonován do tělesa 30 vodního díla, zde jako celek neznázoměného, a obsahuje jednu odnímáte lnou horní část 31, vytvořenou nad osou turbínového kanálu 3, jejíž šířka je poněkud větší, než je šířka, resp. průměr turbosoustrojí L Odnímatelná horní část 3J má zde délku poněkud přesahující délku turbosoustrojí I, uloženého v turbínovém kanálu 3. Současně zde dosedací rovina 311 odnímatelné horní části 31 v podélném směru leží v ose turbínového kanálu 3. Co se týče provedení odnímátelných částí turbínového kanálu 3, pak alternativní provedení s odnímatelnou celou střední částí 33 je znázorněno na obr. 3. Zde je pak ještě patrné, jak v posledně jmenované variantě, kde turbínový kanál 3 obsahuje odnímatelnou střední část 33, obsahující vodní turbínu JT, je střední část 33 vložena mezi vstupní část 32 a odpadní část 34 turbínového kanálu 3 a kde tato střední část 33 je mezi vstupní část 32 a odpadní část 34 upevněna utěsněné a odnímatelné, přičemž vstupní připojovací rovina 331 svírá zde s výstupní připojovací rovinou 332 úhel 30 úhlových stupňů. Výhodné je obecně, jestliže turbína 11, uložená v turbínovém kanále 3, sestává alespoň z jednoho oběžného kola 111 aje napojena na uzavřené vodotěsné pouzdro 2, které obsahuje regulační ústrojí 22 nastavení úhlu lopatek 1110 oběžného kola 111. Na obr. 1, 2 a 3 je ovšem patrné výhodnější provedení, kde, vedle oběžného kola 111, jsou zařazena dvě rozváděči kola 112, 113, která jsou uložena pouze na pouzdře 2 s turbosoustrojím 1. Přitom zde rozváděči kola 112, 113 jsou vytvořena, vůči oběžnému kolu 111, jako protiběžně otočná, jsou uložena na hřídeli souběžném s hřídelem oběžného kola 111 a jsou přímo spřažena mechanicky, pres planetovou převodovku, s oběžným kolem 111. Alternativně lze ovšem spřažení provést na elektrickém principu, a to tak, že spřažení rozváděčích kol 112, 113 s oběžným kolem 111, protiběžně otočným, je provedeno přes převody s pomocným elektrickým generátorem, následně elektricky spřaženým s elektrickým výstupem hlavního elektrického generátoru 12, poháněného právě oběžným kolem 111. Toto provedení zde není znázorněno, ale jedná se v zásadě o náhradu mechanického převodu převodem elektrickým. Jako optimální řešení, technicky i ekonomicky, se jeví právě zde znázorněná konstrukce s protiběžnými rozváděcími koly 112, 113, kde jako protiběžně otočná a mechanicky svázaná s oběžným kolem 111 turbíny 11 jsou vytvořena právě dvě rozváděči kola 112, 113, z nichž první rozváděči kolo 112 je umístěno před oběžným kolem 111 a druhé rozváděči kolo 113 je umístěno za oběžným kolem 111. V odnímatelné horní části 3J_ turbínového kanálu 3, resp. i ve střední Části 33, jsou pak ještě vytvořeny nad každým rozváděcím kolem 112, 113 a nad oběžným kolem 111 turbíny H. odnímatelné kryty 3101, kryjící pod nimi vytvořené otvory 310 typu průlezů. Toto provedení s kryty je patrné jak ve variantě na obr. 1 a 2, tak i ve variantě na obr. 3. Odnímatelné kryty 3101 po odejmutí umožní přístup k příslušným kolům 111, 112, 113. a to zejména pro jejich čištění od předmětů, které po projití česlemi, umístěnými na vstupu vody k turbíně H, se zachytily na některém z kol 111, 112, ΐ 13 turbíny ]_L Provedení, resp. varianta na obr. 1 a 2 je výhodná zejména v tom, že uzavřené vodotěsné pouzdro 2 obsahuje vedle turbíny JJ. ještě hlavní elektrický generátor J2, čímž odpadá nutnost instalovat mimo toto pouzdro 2 jakékoliv ústrojí, mimo ústrojí elektrické regulace, které může být od turbosoustrojí I relativně daleko a tím je jednak bezpečně uloženo vůči vlivu vody, jednak je snadno přístupné na břehu, mimo vodní dílo. Alter- 3 CZ 303525 B6 nativní uspořádání, patrné na obr. 3, může zase být provedeno tak, Že uzavřené vodotěsné pouzdro 2 je opatřeno utěsněným vývodem 21. směřujícím vzhůru, nad turbínový kanál 3 a nad nejvyšší hladinu vody, kde tímto vývodem 21 je vyveden hřídel 121. napojený dole na turbínu 11 a nahoře na elektrický generátor 12. V turbínovém kanále 3 je zde pak ještě uspořádána uzavírací klapka 35, a to před odnímatelnou částí 33 turbínového kanálu 3, nebo před částí turbínového kanálu 3 s odnímatelnou horní Částí 31. Uzavírací klapka 35 je ve zde znázorněných variantách tvarována tak, že její podélná osa, posuzováno v otevřeném stavu uzavírací klapky 35, je zakřivena shodně se zakřivením podélné osy turbínového kanálu 3 v tomtéž úseku.

ío Funkce zařízení je následující. Především turbína, resp. turbosoustrojí, uložené v turbínovém kanálu, pracuje samo o sobě, z širšího pohledu, známým způsobem, a sice tak, že proudem vody v turbínovém kanálu, usměrňovaném rozváděcím kolem nebo koly, se roztáčí oběžné kolo, které pohání hlavní elektrický generátor, který vyrábí elektrický proud. Zde se dosahuje určité výhody v tom, že na změny v průtočném množství vody lze reagovat nikoli natáčením rozváděčích lopa15 tek, ale buď pouze změnou nastavení lopatek oběžného kola, spraženého pevnými převody s rozváděcími koly, nebo lze seřizovat i převodový poměr mezi otáčením rozváděčích kol a otáčením oběžného kola, je-li volen mezi těmito koly elektrický převod. Tak potom odpadá nutnost zabudovávat nastavovací mechanismus lopatek rozváděčích kol, čímž se zjednodušuje zástavba turbínového kanálu do vodního díla. Při revizi a čištění lopatek rozváděčích kol a oběžného kola se použijí pouze odnímatelné kryty odnímatelné horní části nebo odnímatelné části turbínového kanálu, zatímco zejména pro opravu nebo výměnu turbíny nebo celého turbosoustrojí se vyjme příslušný agregát tak, že se buď odšroubuje a odejme odnímatelná horní část turbínového kanálu a následně se uvolní a vyzdvihne i turbína či turbosoustrojí, nebo se odšroubuje a vyjme odnímatelná střední část turbínového kanálu i s turbínou či s turbosoustrojím. Pokud se pracuje na variantě s hlavním elektrickým generátorem, uloženým mimo turbínový kanál, pak se nejprve odejme generátorové pouzdro s hlavním generátorem a následně se vyjímá příslušný díl turbínového kanálu. Snadné vyjmutí je právě umožněno konstrukcí turbínového kanálu svrchním krytem, uspořádaným nad vodní turbínou nebo nad turbosoustrojím, nebo dokonce s konstrukcí s celou vyjímatelnou střední Částí turbínového potrubí. Přitom rozměr pouzdra, pokrývající šířku i délku turbíny by nebyl sice nutný, neboť těleso turbíny by bylo možno vyzdvihovat i šikmo, ale s ohledem na velké rozměry a hmotnost takových těles či soustrojí je výhodné, aby rozměr krytu, zejména na délku, odpovídal alespoň délce turbíny či soustrojí. Zejména je výhodné kombinovat úpravu pro snadné vyjímání turbosoustrojí z turbínového kanálu s konstrukcí turbosoustrojí, kde jsou rozváděči kola nejen montována na pouzdro, uložené v proudu vody, ale kde navíc jsou roz35 váděcí kolo nebo kola uložena rotačně, s regulovatelným, nebo i s pevným, ale protiběžně převodovým spřažením s oběžným kolem, což, právě jako celek, při široké přizpůsobivosti soustrojí různým průtokům stále současně ještě umožní zachovat jednoduchost konstrukce turbínového kanálu a tak i jednoduchost vyjímání turbosoustrojí pro údržbu, opravy nebo pro výměnu celého agregátu.

Hospodářská využitelnost

Zařízení, podle předkládaného vynálezu, je využitelné jako turbínový kanál, především pro vodní elektrárny na vodních tocích s menším spádem, kde turbínový kanál se umísťuje na vodní dílo typu jezu, a to na horní část stavby,a to s tvarováním kanálu přednostně do tzv. savkového uspořádání.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Turbínový kanál pro uložení vodní turbíny nebo turbosoustrojí, kde turbínový kanál je vytvořen v savkovém uspořádání a obsahuje pouzdro s turbínou nebo s turbosoustrojím, vyznačený tím, že turbínový kanál (3), který je nejvýše jen zčásti zabetonován, obsahuje alespoň jednu horní část (31), vytvořenou nad osou turbínového kanálu (3) a/nebo alespoň jednu střední část (33), která je připojena odnímatelně a jejíž šířka odpovídá alespoň šířce turbíny (11) nebo turbosoustroj í (1).
2. 2. Turbínový kanál, podle nároku 1, vyznačený tím, že odnímatelná horní část (31) má délku, odpovídající alespoň délce turbíny (11) nebo turbosoustrojí (1), uloženého v turbínovém kanálu (3), a současně dosedací rovina (311) odnímáte lne horní části (31) v podélném směru leží v ose turbínového kanálu (3).
3. 3. Turbínový kanál, podle nároků 1 a 2, vyznačený tím, že turbínový kanál (3) obsahuje střední část (33), obsahující alespoň vodní turbínu (11), kde střední část (33) je vložena mezi vstupní část (32) a odpadní část (34) turbínového kanálu (3) a kde tato střední část (33) je mezi vstupní část (32) a odpadní část (34) upevněna utěsněné a odnímatelně, přičemž vstupní připojovací rovina (331) střední části (33) svírá s výstupní připojovací rovinou (332) střední části (33) úhel od 5 do 90 úhlových stupňů,
4. 4. Turbínový kanál, podle nároků laž3, vyznačený tím, že turbína (11), uložená v turbínovém kanále (3), sestává alespoň zjednoho oběžného kola (111) aje napojena na uzavřené vodotěsné pouzdro (2), které obsahuje alespoň regulační ústrojí (22) nastavení úhlu lopatek (1110) oběžného kola (111).
5. 5. Turbínový kanál, podle nároků laž4, vyznačený tím, že vedle oběžného kola (111) je zařazeno alespoň jedno rozváděči kolo (112, 113), které je uloženo pouze na pouzdře (2) s turbínou (11) nebo s turbosoustrojím (1).
6. 6. Turbínový kanál, podle nároků laž5, vyznačený tím, že alespoň jedno rozváděči kolo (112, 113) je vytvořeno, vůči oběžnému kolu (111), jako protiběžně otočné, je uloženo na hřídeli souběžném shřídelem oběžného kola (111) aje propojeno buď převody spomocným elektrickým generátorem, následně elektricky spřaženým s elektrickým výstupem hlavního elektrického generátoru, poháněného oběžným kolem (111), neboje toto rozváděči kolo (112, 113) přímo spřaženo mechanicky, přes planetovou převodovku, s oběžným kolem (111).
7. 7. Turbínový kanál, podle nároku 6, vyznačený tím, že jako protiběžně otočná a elektricky nebo mechanicky svázaná s oběžným kolem (111) turbíny (11) jsou vytvořena dvě rozváděči kola (112, 113), z nichž první rozváděči kolo (112) je umístěno před oběžným kolem (111) a druhé rozváděči kolo (113) je umístěno za oběžným kolem (lil).
8. 8. Turbínový kanál, podle nároků 6a 7, vyznačený tím, že v odnímatelné horní části (31) nebo v odnímatelné střední části (33) turbínového kanálu (3) jsou vytvořeny nad každým rozváděcím kolem (112, 113) a nad oběžným kolem (111) turbíny (11) odnímatelné kryty (3101), kryjící otvory (310) typu průlezů, vedoucích k těmto kolům (111, 112, 113).
9. 9. Turbínový kanál, podle nároků 1 až 8, vyznačený tím, že uzavřené vodotěsné pouzdro (2) obsahuje ještě elektrický generátor (12),

   - 5 CZ 303525 B6
10. 10. Turbínový kanál, podle nároků 1 až8, vyznačený tím, že uzavřené vodotěsné pouzdro (2) je opatřeno utěsněným vývodem (21), směřujícím vzhůru, nad turbínový kanál (3) a nad nejvyšší hladinu vody, kde tímto vývodem (21) je vyveden hřídel (121), napojený dole na turbínu

    5 (11) a nahoře na elektrický generátor (12).
11. 11. Turbínový kanál, podle nároků lažlO, vyznačený tím, že v turbínovém kanále (3) je uspořádána uzavírací klapka (35), a to před odnímatelnou střední částí (33) turbínového kanálu (3), nebo před částí turbínového kanálu s odnímatelnou horní částí (31).

    io
12. 12. Turbínový kanál, podle nároku 11, vyznačený tím, že uzavírací klapka (35) je tvarována tak, že její podélná osa, posuzováno v otevřeném stavu uzavírací klapky (35), je zakřivena shodně se zakřivením podélné osy turbínového kanálu (3) v tomtéž úseku.