CZ304669B6

CZ304669B6 - Peltonova turbína s přívodním systémem

Info

Publication number: CZ304669B6
Application number: CZ2008-830A
Authority: CZ
Inventors: Josef Erlach; Thomas Staubli
Original assignee: Erlach Consult Jec
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2014-08-27
Also published as: ES2373993T3; NO20090189L; RU2435066C2; RU2009103309A; BRPI0713346A2; NO338298B1; CZ2008830A3; EP2035689A1; DE202006010272U1; ATE525566T1; CN101484690B; WO2008003390A1; EP2035689B1; CN101484690A

Abstract

Peltonova turbína s přívodním systémem pro tři až šest trysek má tlakové potrubí (1) s rozdělovacím prvkem (2), ze kterého odbočují přívodní vedení (3) do jednotlivých trysek (18, 18a), které stříkají volný paprsek (9) na lopatky (10) oběžného kola (8). Rozdělovací prvek sestává z centrálního rozdělovacího potrubí (4) s kruhovými příčnými řezy, s osou (5) a s uzavíracím dnem (6). Přívodní vedení (3) v pohledu v osovém směru rozmístěná po obvodu rozdělovacího potrubí vedou vždy tangenciálně a/nebo radiálně směrem ven. Přívodní vedení (3) ční do rozdělovacího potrubí (4) proti směru proudění v rozdělovacím potrubí (4) výstupkem (19) do vzdálenosti (a), která odpovídá alespoň 15 % průměru (d) trubice přívodního vedení (3).

Description

Peltonova turbína s přívodním systémem

Oblast techniky

Vynález se týká Peltonovy turbíny s přívodním systémem pro tři až šest trysek, která má tlakové potrubí s rozdělovacím prvkem, ze kterého odbočují přívodní vedení do jednotlivých trysek, které stříkají volný paprsek na lopatky oběžného kola, přičemž rozdělovači prvek sestává z centrálního rozdělovacího potrubí s kruhovými příčnými řezy, s osou a s uzavíracím dnem, a přívodní vedení v pohledu v osovém směru rozmístěná po obvodu rozdělovacího potrubí vedou vždy tangenciálně a/nebo radiálně směrem ven.

Dosavadní stav techniky

U vícetryskových horizontálních Peltonových turbín byl dosud problémem odvod vody. V patentové přihlášce PCT/EP2005/012783 jsou uvedena řešení odvodu vody, která jsou postačující rovněž pro tři až šest trysek u horizontálního uspořádání osy turbíny. Využití oběžného kola se třemi až šesti tryskami je přirozeně podstatně výhodnější, protože je při stejném výkonu menší. Více trysek znamená ale také více nákladů na trysky, přívodní vedení a rozdělovači prvky. Japonský patentový spis JP 8218999 uvádí tuto problematiku pro horizontální turbíny se dvěma až čtyřmi tryskami.

U přechodu z tlakového potrubí na rozdělovači prvek a tři a více přívodních potrubí se dosud u vertikálních konstrukcí předpokládaly nákladné spirálové konstrukce z ohýbaných a svařovaných plášťových dílců, aby se dosáhlo šetrného a pokud možno netočeného urychlení až do volného paprsku.

V patentovém spise DE326404 je popsána vertikální turbína s volným paprskem. Rozdělovači prvek ve formě dutého anuloidu je napájen po obvodu ve směru osy z tlakového potrubí, přičemž proudění vstupuje do anuloidu se zlomem 90°. Ve volném vnitřním prostoru anuloidu jsou uloženy hřídel oběžného kola a ložisko turbíny. Čtyři rozdělovači potrubí se oddělují od anuloidu směrem ven v radiálním směru a vedou vždy se dvěma 90° zakřiveními k příslušným tryskám v horizontálách. Na rozdělovačích potrubích je současně uložen podklad pro potrubní systém a mechaniku, které simultánně přestavují trysky pomocí řetězového převodu. Za účelem tohoto uspořádání je centrální uložení a upevnění ložiska hřídele turbíny a zachycení vznikajících tangenciálních sil na oběžné kolo realizováno na opěrných sloupech rozdělovačích potrubí. Tyto mechanické výhody vedou k nevýhodnému, ztrátovému vedení proudění, protože vstup do anuloidu probíhá nejprve s 90° zakřivením z tlakového potrubí dovnitř, zatímco bezprostředně sousedící rozdělovači potrubí vystupují radiálně ven pod ostrým úhlem vzhledem k tomuto proudění.

Horizontální třítryskové zařízení tehdejší firmy Sulzer Eschewyss (Ravensburg, Německo) stojí například v Kostarice pod jménem „Don Pedro“. Horizontální dvoutryskové zařízení formy Voith AG (Heidenheim, Německo) stojí například v Kaunertalzu v Tyrolsku v Rakousku pod jménem „Prutz“. Větší počty trysek nejsou pro horizontální zařízení v oblasti výkonu přes lOOkW obvyklé. U vertikálních konstrukcí například pro šestitrysková zařízení, jak jsou vyráběna firmou Voith AG nebo popsána firmou Fuji Electric Co. Ltd. v japonském patentovém spisu JP 5005478, vycházejí přívodní potrubí ze spirálovitého, zužujícího se rozdělovacího potrubí.

Podstata vynálezu

Úkolem tohoto vynálezu je vytvořit levný přívodní systém pro Peltonovy turbíny se třemi až šesti tryskami. Tento úkol je vyřešen Peltonovou turbínou s přívodním systémem pro tři až šest trysek, která má tlakové potrubí s rozdělovacím prvkem, ze kterého odbočují přívodní vedení do jednot- 1 CZ 304669 B6 livých trysek, které stříkají volný paprsek na lopatky oběžného kola, přičemž rozdělovači prvek sestává z centrálního rozdělovacího potrubí s kruhovými příčnými řezy s osou a s uzavíracím dnem a přívodní vedení v pohledu v osovém směru rozmístěná po obvodu rozdělovacího potrubí vedou vždy tangenciálně a/nebo radiálně směrem ven. Podle vynálezu přívodní vedení ční do rozdělovacího potrubí proti směru proudění v rozdělovacím potrubí výstupkem do vzdálenosti a, která odpovídá alespoň 15 % průměru d trubice přívodního vedení.

Uspořádání podle vynálezu má tu výhodu, že proudění ke každé ze tří nebo více trysek je stejné, když jsou všechny trysky v provozu, a že uzavření jedné trysky jen nepodstatně ovlivní proudění v ostatních tryskách. Další výhoda spočívá v tom, že prakticky všechny díly centrálního rozdělovacího potrubí a přívodních vedení jsou sestavitelné ze standardních dílců, které jsou obvyklé v konstrukcích potrubí a kotlářství. V porovnání s rozdělovacím prvkem ve formě vnější spirály dochází k úspoře hmotnosti a značné redukci délky svarů v přívodním potrubí. Závislé nároky 2 až 18 představují další výhodná provedení vynálezu.

Kónické rozšíření rozdělovacího potrubí způsobuje zpomalení proudění, které brání tomu, aby se u vtoku do přívodních vedení objevovaly vyšší rychlost než například v tlakovém vedení. Současně v této oblasti pomalejšího proudění dochází s pouze malými ztrátami k vyvážení proudění, když jsou jednotlivé trysky uzavírány.

Když je osa centrálního rozdělovacího potrubí shodná s osou oběžného kola a přívodní vedení jsou uspořádána symetricky vzhledem k této ose tak, že otáčením kolem této osy se rozestupují, lze na těchto tryskách dosáhnout identických podmínek proudění. Současně vznikají podle počtu trysek identická přívodní vedení, což zjednodušuje výrobu.

Další velká výhoda se získá přizpůsobením pro různé výšky spádu a počty otáček, což je často využíváno již při plánovaném zvyšování výkonu tak, že se jímání vody přemístí na geodeticky výše ležící místo. V takovém případě se změní průměr oběžného kola a případně i počet otáček. U běžných vícetryskových zařízení má toto za následek úplnou obnovu rozdělovacího vedení a z něho vystupujících přívodních vedení až po trysky, zatímco u systému podle vynálezu centrální rozdělovači potrubí zůstává nezměněno a pouze přívodní potrubí jsou jen mírně korigována z hlediska jejich tangenciálního úhlu a délky v rovině oběžného kola, aby se trysky dostaly do předepsané polohy vzhledem k novému oběžnému kolu.

Pro Peltonovy turbíny, u kterých jsou trysky rovnoměrně rozloženy po obvodě oběžného kola, vzniká také rovnoměrné rozložení přívodních vedení kolem centrálního potrubí, ať už jsou vedena skrz uzavírací dno nebo skrz plášť centrálního rozdělovacího potrubí. To vede k obzvlášť výhodnému využití vnitřního průřezu centrálního rozdělovacího potrubí.

K dalšímu zlepšení proudění dojde, když přívodní vedení ční do proudu v centrálním rozdělovacím potrubí ve formě potrubního oblouku. Odklon od osy rozdělovacího potrubí se pak uskutečňuje již v obloukové trubce při zrychleném proudění.

Tento odklon je podpořen otvory například ve formě příčných štěrbin na vtoku do těchto obloukových trubek. Protože přívodní potrubí musí mít vzhledem k vysokým tlakům u Peltonových turbín relativně velkou minimální tloušťku S stěny, může být tvar otvorů nebo štěrbin na vstupu do potrubních oblouků současně využit k vedení proudění vody, která jimi proudí. Následující parametry byly zcela všeobecně zjištěny při pokusech jakožto podstatné pro „vyložení“ mezní vrstvy v potrubí nebo potrubním oblouku čnícím do rozdělovacího potrubí. Tyto parametry vedou ke snížení ztrát na vtoku a k zamezení točení na vtoku, které by mohlo pokračovat až do volného proudu:

- vtoková hrana by měla mít sklon směrem k vnitřní straně,

- otvory nebo štěrbiny by měly mít také sklon pod úhlem β 30 až 60° vzhledem k linii pláště přívodního vedení v podélném směru,

-2CZ 304669 B6

- otvory nebo štěrbiny by měly vždy ležet v řadě na obvodové linii a zabírat tam 60 až 80 % obvodu,

- dvě nebo více řad může ležet ve směru proudění blízko za sebou,

- šířka B štěrbin nebo otvorů, měřená příčně vzhledem k naklonění, by měla být 20 % až 60 % tloušťky S stěny potrubí, s výhodou 40 %,

- u štěrbin je vhodná na obvodu délka L, která je desetinásobkem až dvacetinásobkem šířky B,

- vzdálenost A mezi otvory sousedních řad by měla odpovídat přibližně tloušťce S stěny,

- stěny mezi otvory nebo příčnými štěrbinami sousedních řad by měly mít na vtokové straně symetrické zkosení vzhledem kjejich naklonění.

Součinitel odporu ζ (zeta) pro vtok je tak mnohem výhodnější (například ζ = 0,25, když průměr potrubí je 140 mm, tloušťka stěny 5 mm, jsou dány tři řady s příčnými štěrbinami a střední rychlost vody je 3,5 m/s; v případě přídavného zaoblení / zkosení vstupních hran u štěrbin je ζ = 0,2, bez opatření je ζ = 0,6).

Tyto výsledky platí zcela všeobecně, tedy také pro rovné výtokové trubky z rozdělovacího potrubí, když ční do rozdělovacího potrubí do vzdálenosti a, která je alespoň 20 % průměru d potrubí přívodního vedení, a mají zde uvedené parametry.

Tím, že přívodní potrubí již při průniku vnějším obvodem centrálního rozdělovacího potrubí tvoří úhel 20° < α < 70° s osou centrálního rozdělovacího potrubí, mohou být přívodní vedení bez velkých oklik přivedena do větší vzdálenosti b od osy oběžného kola a vést v ohybu trysek s urychleným prouděním do roviny oběžného kola, přičemž součet přesměrování vně centrálního rozdělovacího potrubí odpovídá úhlu podstatně menšímu než 180°.

Uspořádání s přívodními vedeními uloženými rovnoměrně po obvodu rozdělovacího potrubí a s trubkovými oblouky zanořenými do rozdělovacího potrubí má za následek pro tří až šesti trysková zařízení zvlášť dobré využití příčného průřezu rozdělovacího potrubí ve výši vtoku do trubkových oblouků. Jinými slovy: Rozdělovači potrubí musí mít průměr na vstupu do přívodního potrubí větší pouze o faktor 1,25 než tlakové vedení, když jsou střední rychlosti v přívodních vedeních a v tlakovém vedení stejně velké.

Když se pro zjednodušení předpokládá, že se jedná o kruhy, které se ve výši vtoku do obloukové trubky dotýkají, a přiřadí se rozdělovacímu potrubí rádius R₂, tlakovému potrubí rádius Ri a přívodnímu vedení rádius r, získají se pro n přívodních vedení následující obecné vzájemné závislosti

—— = cos(90^o - 360° / 2n) které jsou na obr. 7 znázorněny pro geometrii se třemi přívodními vedeními. Pokud se tento vztah řeší podle R₂, získá se následující tabulka:

n=	2	3	4	5	6	7
^R2/^R1 -	1,414	1,244	1,207	1,208	1,224	1,249

Pro zaručení dostatečného místa pro navařování obloukových trubek do uzavíracího dna je nutno k průměru plášťové plochy přidat 10 % až 40 %.

-3CZ 304669 B6

Pro tři až šest přívodních vedení se získá optimální využití rozdělovacího potrubí. Pro sedm přívodních vedení by bylo využití R₂ / Ri také ještě dobré, pokud by to umožňovaly podmínky proudění na oběžném kole. Pro dvě přívodní vedení je využití špatné.

Následující tabulka ukazuje, že krátké rozdělovači potrubí ze standardních prvků a s počtem trysek v rozmezí tři až šest tvoří výhodné řešení se stoupajícím počtem trysek pro úsporu hmotnosti na přívodních potrubích. Pro stejné vedení trasy se při přechodu ze dvou na šest přívodních vedení získá poměr průměrů 81/47, který kvadraticky ovlivňuje minimální tloušťky stěny a vede k úspoře materiálu o 30 až 40 %.

n =	2	3	4	5	6	7
Tlakové potrubí D1=	100	100	100	100	100	100
Rozdělovači potrubí D2 =	196	171	163	160	160	161
Přívodní potrubí D3 =	81	66	57	51	47	43

Zařízení se šesti tryskami mohou být používána podle PCT/EP2005/012783 vertikálně a nově také horizontálně bez ztrát. Výhody z toho vyplývajícího malého oběžného kola s malým generátorem, který může být za určitých okolností namontován také letmo na hřídeli generátoru, jsou ještě zlepšeny předloženou přihláškou s úsporným přívodním systémem. Pro možné úspory trysek a příslušných uzavíracích ústrojí u vícetryskových zařízení byla podána paralelní přihláška vynálezu, takže je těmito třemi vynálezy dán návrh úsporného kompaktního zařízení. Pro menší zařízení, která jsou zapotřebí například pro „izolovaná řešení“ dodávky proudu pro horské vesnice, je možné namontovat generátor, Peltonovou turbínu a přívodní systém na jediný základní rám. Tak se kompaktní jednotka do 3 MW umístí do jediného kontejneru (cotainer sized systém) a transportuje se přímo na místo určení, kde se instaluje a uvede do provozu.

Příležitostně se do tlakových potrubí a rozdělovačích vedení dostane písek a malé kameny a poškozují a narušují další části, například hubici trysky, jehlu trysky nebo lopatky oběžného kola. Kvůli větší specifické hmotnosti oproti vodě jsou částice písku unášeny v oblasti dna potrubí a při vyšších rychlostech po vnějších drahách zakřivení. Ze zkušeností se zjistilo, že u běžných Peltonových turbín bez odlučovače písku se písek dostává

- u jednotryskových turbín přímo do trysky,

- u dvou a tří tryskových horizontálních turbín s proudem shora převážně do první trysky,

- u dvou a tří tryskových horizontálních turbín s proudem zdola převážně do poslední trysky a

- u tří až šesti tryskových vertikálních turbín převážně do poslední trysky.

V předloženém vynálezu je proto pro horizontální turbíny výhodné, když na konci kónického rozšíření rozdělovacího potrubí, které zpomaluje proudění a podporuje klesání písku na dno, se uspořádá odlučovač písku. Ten může například sestávat z navařené slepé trubice, na jejímž konci je uspořádáno proplachovací zařízení ve formě kulového ventilu. Občasným otevřením kulového ventilu lze odvést písek spolu s vodou. Hráblo, které je navařeno ve výši plášťové plochy kónického rozšíření, podporuje odlučování písku tím, že potlačuje tvorbu víru ve slepé trubici, protože v každé, příčně ke směru proudění ležící štěrbině má přibližně stejný dynamický tlak. Současně tvoří mechanické zesílení v přerušené plášťové ploše kónického rozšíření.

-4CZ 304669 B6

Další vylepšení Peltonovy turbíny s výše popsaným přívodním systémem se získá, když jsou trysky na pevno spojené s přívodními vedeními přestavitelné v rovině oběžného kola v malém úhlovém rozpětí maximálně 8° pomocí rozebíratelných kloubových spojů, aby se mohl měnit kruhový průměr di volných paprsků dopadajících na lopatky. Pro kompenzaci sezónních odchylek výšky H spádu od optimální výšky tak, aby byla zase optimální, běžně stačí přestavování o plus/mínus 2°, které ovlivňuje horizontální posuv charakteristiky účinnosti. To znamená, že při sezónním zvětšení výšky H spádu se kruhový průměr di paprsku kvůli vyšší výstupní rychlosti koriguje na vyšší hodnotu di_max s odpovídající obvodovou rychlostí, aby se dalo pokračovat v optimálních podmínkách; a naopak při sezónním snížení výšky spádu se kruhový průměr paprsku zmenší na d_Imin.

Konstrukčně je přestavitelnost řešena tak, že se jednak tryska jako zafixovatelný první kulový kloub s kulovým vnějším obrysem uložena v kuželovitém trychtýři pevných prvků turbíny, přičemž těmito prvky mohou být plášťový prstenec nebo rozstřikovací prstenec popsaný v W02006/066691, a jednak přívodní vedení samotné tvoří druhý zafixovatelný kulový kloub.

Spojnice středů Mi a M₂ z hlediska směru x a y je myšlenou osou otáčení. Čím více je spojnice těchto středů M_t a M₂ rovnoběžná s osou oběžného kola, tím přesněji probíhá přestavování volného paprsku v rovině oběžného kola. Pokud z konstrukčních důvodů vznikne odchylka ve směru x, může se kompenzovat korekcí ve směru y.

Kulové klouby se vždy upevňují pomocí táhel mezi protilehlými přírubami. Přitom nejsou pro první kulový kloub nutné žádné těsnicí prvky na trysce, zatímco druhý kulový kloub musí mít v přívodním vedení těsnicí prvky na kulové ploše, které musí vyhovovat všem provozním podmínkám.

Pro uskutečnění sezónního přestavování, které je například 2°, mohou být například dány opěrné prvky pro přívodní vedení ve vzdálenosti c od společné osy otáčení obou kulových kloubů, které různým podložením dosedací oblasti vedou k plánované změně úhlu ε volného paprsku. Fixace na dosedacích bodech je také vhodná pro zachycování sil vyplývajících z přesměrovávání paprsku a sil reakce od volného paprsku a pro odlehčení kulových kloubů.

Následně bude vynález popsán pomocí příkladných provedení. Jsou schematicky znázorněny: na obr. 1 podélný řez přívodního systému podle vynálezu, na obr. 2 příčný řez systému z obr. 1 ve výši roviny oběžného kola, na obr. 3 příčný řez systému z obr. 1 ve výši vstupu do přívodních vedení, na obr. 4 zvětšený výřez z obr. 1 s obloukovou trubkou přívodního vedení vyčnívající do rozdělovacího potrubí, na obr. 5 rozdělovači potrubí, u kterého přívodní potrubí prostupují plášťovou plochu, na obr. 6 silně zvětšený výřez z uzavíracího dna rozdělovacího potrubí, do kterého vyčnívá přívodní potrubí, které má parametry pro „vyložení“ mezní vrstvy v oblasti vtoku, na obr. 7 geometrickou situaci v příčném řezu rozdělovacího potrubí se třemi, popřípadě šesti přívodními vedeními ve formě dovnitř čnících obloukových trubek, na obr. 8 vestavbu oddělovače písku v rozdělovacím potrubí s kónickým rozšířením pro horizontální Peltonovy turbíny, na obr. 9 řez v rovině oběžného kola, který zviditelňuje změnu průměru kruhu paprsku, na obr. 10 pohled z obr. 9 ve směru X a se zvětšeným prvním a druhým upevnitelným kulovým kloubem a na obr. 11 charakteristiky účinnosti Peltonovy turbíny v závislosti na výšce H spádu dvou různých průměrů kruhu paprsku.

-5CZ 304669 B6

Na obrázcích jsou pro stejné funkce použity stejné vztahové značky.

Na obr. 1, 2, 3 a 4 je znázorněna horizontální Peltonova turbína se šesti tryskami 18, 18a, s příslušným přívodním systémem a s generátorem 27. Jedna tryska 18a je zakreslena větší a delší než ostatní, protože má být regulovatelnou jehlovou tryskou, zatímco pět ostatních trysek mají pouze integrovaná uzavírací ústrojí. Trysky 18, 18a jsou upevněny a vyrovnány na opěrném kroužku, který současně bočně odvádí stříkající vodu a přes patu 30 je podchycen na podkladu nebo základnímu rámu. To umožňuje relativně snadno zkonstruovat plášť 26 z několika dílů, když je oběžné kolo 8, které nese lopatky 10, svými ložisky rovněž přímo uchyceno na podkladu nebo základním rámu.

Voda proudí z tlakového potrubí I, skrz integrované uzavírací ústrojí 23 a dostává se do centrálního rozdělovacího potrubí 4, které přes kónické rozšíření 24 přechází do uzavíracího dna 6, které odpovídá košíkovému dnu z kotlářství. Osa 5 centrálního rozdělovacího potrubí 4 a osa 7 Peltonovy turbíny spolu lícují. Trysky 18, 18a jsou rovnoměrně rozděleny po obvodě oběžného kola. Rovněž přívodní vedení 3 jsou rovnoměrně rozložena kolem osy 5, takže otáčením kolem osy 5, takže otáčením kolem osy 5 se rozestupují. Přívodní vedení 3 vystupují od rozdělovacího potrubí 4 pod úhlem a, ve vzdálenosti b přecházejí do horizontály a přes 90° tryskový oblouk 16 se zrychleným prouděním do roviny oběžného kola k tryskám, které vytvářejí volný paprsek 9. Přívodní vedení 3 jsou přerušena přírubovými spoji 25 a ční vždy obloukovou trubkou 13 do centrálního rozdělovacího potrubí 4, přičemž oblouková trubka 13 má zakřivení, jako by měla ústit proti proudu rovnoběžně s osou 5.

Mezi ústícími trubkovými dílci a proti nim a předsazeně vzhledem k nim je uspořádáno kuželovité výtlačné těleso 20. Obloukovité trubky 13 jsou navařeny v otvorech 13 uzavíracího dna 6 a výstupkem 19 ční do centrálního rozdělovacího potrubí. Uvnitř výstupku jsou uspořádány dvě řady po obvodě rozložených příčných štěrbin 14, jejichž geometrie bude popsána v příslušném popisu k obr. 6.

Obr. 5 odpovídá vyobrazení centrálního rozdělovacího potrubí 4 z obr. 1. Na rozdíl od obr. 1 ale navazuje na kónické rozšíření 24 další válcovitý trubkový dílec 31, na jehož plášťové ploše jsou uspořádány otvory 11 pro přívodní vedení 3, která rovněž tvoří výstupek navařenou obloukovou trubkou 13.. Jsou dány tři řady po obvodu rozložených příčných štěrbin 14. Výtlačné těleso 20 vystupující uprostřed za vtok přívodních potrubí 3 je kuželovité. Jeho příčný řez může být kruhový. Může být ale také sestaveno z konkávních plášťových ploch, aby se lépe přizpůsobilo sousedním obloukovým trubkám 13.

Na obr. 6 jsou znázorněny parametry vhodné pro zlepšení proudění 28 na vtoku do přívodního vedení 3. Přívodní vedení 3 zasahuje výstupkem 19 do vzdálenosti a do centrálního rozdělovacího potrubí 4, přičemž je navařeno do uzavíracího dna 6. Má vnitřní průměr d a tloušťku S stěny. Ve výstupku 19 jsou uspořádány tři řady 17 po obvodu uspořádaných příčných štěrbin 14, přičemž sousední řady 17 mají příčné štěrbiny 14, měřeno kolmo k náklonu 22, středovou vzdálenost A řádově odpovídající velikosti tloušťky S stěny. Příčné štěrbiny mají délku L, která je několikanásobkem šířky B štěrbin. Šířka B štěrbiny je menší než tloušťka S stěny, aby se proudění ve štěrbině vedlo. Štěrbiny jsou uspořádány šikmo směrem dovnitř pod úhlem β sklonu o velikosti přibližně 45° a nad sebou, aby mezilehlé stěny vytvořily proudovou mřížku. Na vnější vstupní straně jsou stěny mezi štěrbinami opatřeny symetricky vzhledem ke sklonu 22 zkosením 2i a zaoblením. Vtoková hrana přívodního vedení je rovněž zkosena směrem dovnitř se sklonem 22.

Vyobrazení z obr. 7 již bylo rozebráno výše ve všeobecné části. Využití centrálního rozdělovacího potrubí je geometricky a pomocí vzorců znázorněno na příkladech pro n = 3, popřípadě n = 6 přívodních vedení. Úhel γ, jehož cosinus odpovídá vztahu r / (R₂ - r), je:

γ = 90° - 360°/2n = 30°, popřípadě 60°

-6CZ 304669 B6

Na obr. 8 je centrální rozdělovači potrubí 4 jako v příkladu z obr. 1. V plášťové ploše 12 kónického rozšíření 24 je v téměř nejhlubším bodě navařena slepá trubice 32 pro zachycování částic písku, které jsou unášeny po dně, pomocí gravitační síly. Ktomu tvoří slepá trubice 32 s ukončovací přírubou 34 uzavřenou kapsu, v níž jsou odlučovány částice písku. Aby v této kapse nevznikal působením okolního proudění vír, který by mohl částice písku znovu uvádět do vznosu, je otvor 37 do plášťové plochy 12 opatřen hrablem 33 orientovaným příčně ke směru proudění. Podstatné na tomto hrable jsou příčně k proudění vystupující podélné profily, které tvoří štěrbiny 36 se stojící vodou, do kterých mohou klesat částice písku. Rozdělení průřezu slepé trubice 32 v této oblasti na příčné štěrbiny 36 způsobuje, že místo jednoho velkého víru ve slepé trubici mohou vznikat nanejvýš zárodky malých vírů uvnitř jednotlivých štěrbin.

V napojovací přírubě 34 je vestavěn kulový ventil 35, který je otevírán sporadicky, aby se spolu s vodou vyplavil nashromážděný písek.

Na obr. 9 a 10 je znázorněno přívodní vedení 3 s tryskou 18, které stříká volný paprsek 9 na kruhovém průměru paprsku tangenciálně na lopatky 10 oběžného kola. Tato tryska 18 má kulovitou vnější plochu, kterou se opírá o kuželovitou vnitřní plochu plášťového prstence 38 a tím tvoří první kulový kloub 41 se středem Mj_. Tryska 18 je vně rozšířena do příruby, která je zafixována přes táhlo 43 k plášťovému prstenci 38 a drží trysku v předem stanovené poloze. Současně se zde také zachycují síly, které vznikají odkláněním vody v přívodním vedení 3, a síla reakce od volného paprsku 9.

Druhý kulový kloub 46 v přírubovém spoji 25 přívodního vedení 3 je svým středem M₂ uspořádán tak, že spojovací přímka procházející od středu M₂ do středu Mi tvoří osu 40 otáčení, která je orientována rovnoběžně nebo přibližně rovnoběžné s osou 7 oběžného kola, aby se volný paprsek 9 pokud možno udržel v rovině 39 oběžného kola. To znamená, že přívodního vedení je vedeno tak, že je možná příslušná osa 40 otáčení. Přívodní vedení 3 dosedá na opěrný bod 44, který je uspořádán ve vzdálenosti c od spojovací přímky 40. Přírubový spoj 25 pro kulový kloub 46 je rovněž držen pohromadě pomocí táhel 47, která vyrovnávají relativně malé změny úhlů u kulovitých opěrných ploch a odpovídajících protiploch na podložkách 48. Ve druhém kulovém kloubu 46 je mezi kulovitými přestavnými plochami uspořádáno těsnění 42, které u ukotvených přírub 25 zachycuje tlakové rázy přívodního vedení.

Pro přestavení kruhového průměru di paprsku, například o 2°, se spoje táhel 43, 47 uvolní a uložení 45 na opěrném bodě 44 se podle vzdálenosti c změní tak, že vznikne změna úhlu o 2°, načež se táhla znovu utáhnou. Táhla 47 na přírubovém spoji 25 mohou být šrouby a matice, které kulovými dosedacími plochami dosedají na kulové protiplochy podložek 48. Průchozí otvory pro šrouby umožňují požadovanou šikmou polohu. Rovněž vzdálenost mezi vlastními přírubami je tak velká, že vykývnutí o stanovený úhel ε je možné. Úhlové přestavení až o plus / mínus 4° z nulové polohy, v níž příruby leží navzájem rovnoběžné, lze podchytit třením podložek 48 na přírubách. Protože táhla 47, 43 jsou rozložena po obvodě příruby, vznikají při vykyvování po obvodě přírub různé rozestupy, v nichž se uskutečňuje zafixování kulového kloubu.

Na obr. 9 je na kruhovém průměru di paprsku naznačeno, jak vykývnutí o úhel plus/mínus ε vede ke zmenšení na d_lmin, respektive zvětšení na d_)max kruhového průměru paprsku. Na obr. 11 je pro určité provedení znázorněna charakteristika účinnosti η v závislosti na výšce H spádu. V optimálním provozním bodě určuje výška H spádu výstupní rychlost volného paprsku a na kruhovém průměru paprsku obvodovou rychlost oběžného kola pro stanovený počet otáček. Když se vstupní tlak (výška H spádu) zmenší, musí se pro optimální využití vzít v úvahu buďto menší počet otáček, což není vhodné u synchronně poháněného generátoru, nebo se musí zmenšit kruhový průměr paprsku na menší hodnotu d_lmin, která při stejném počtu otáček odpovídá příslušné obvodové rychlosti. Naopak, pokud je vzhledem k sezóně výška spádu větší, posune se charakteristika účinnosti s větším kruhovým průměrem di_max doprava (přerušovaná čára).

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Peltonova turbína s přívodním systémem pro tři až šest trysek, která má tlakové potrubí (1) s rozdělovacím prvkem (2), ze kterého odbočují přívodní vedení (3) do jednotlivých trysek (18, 18a), které stříkají volný paprsek (9) na lopatky (10) oběžného kola (8), přičemž rozdělovači prvek sestává z centrálního rozdělovacího potrubí (4) s kruhovými příčnými řezy, s osou (5) a s uzavíracím dnem (6), a přívodní vedení (3) v pohledu v osovém směru rozmístěná po obvodu rozdělovacího potrubí vedou vždy tangenciálně a/nebo radiálně směrem ven, vyznačující se tím, že přívodní vedení (3) ční do rozdělovacího potrubí (4) proti směru proudění v rozdělovacím potrubí (4) výstupkem (19) do vzdálenosti (a), která odpovídá alespoň 15 % průměru (d) trubice přívodního vedení (3).
2. Peltonova turbína s přívodním systémem podle nároku 1, vyznačující se tím, že přívodní vedení (3) ční do rozdělovacího potrubí (4) výstupky (19) ve formě obloukové trubky (13), která je zakřivena proti směru proudu ve směru osy (5) rozdělovacího potrubí.
3. Peltonova turbína s přívodním systémem podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výstupky (19) mají alespoň jednu řadu (17) otvorů (15) nebo příčných štěrbin (14), které leží na obvodové linii a zabírají více než 50 % obvodové linie, nejlépe 60 až 80 %.
4. Peltonova turbína s přívodním systémem podle nároku 3, vyznačující se tím, že otvory (15) nebo štěrbiny (14) mají sklon vzhledem k linii pláště v podélném směru pod úhlem B 30 až 60°, nejlépe 45°.
5. Peltonova turbína s přívodním systémem podle jednoho z nároků 3 nebo 4, vyznačující se tím, že otvory (15) nebo štěrbiny (14) mají šířku B o velikosti 30 až 60 %, zejména 50 % tloušťky S stěny přívodního vedení (3), měřeno příčně ke sklonu.
6. Peltonova turbína s přívodním systémem podle jednoho z nároků 3až5, vyznačující se tím, že v podélném směru leží alespoň dvě řady (17) otvorů nebo štěrbin za sebou, přičemž vzdálenost A mezi řadami přibližně odpovídá tloušťce S stěny přívodního vedení.
7. Peltonova turbína s přívodním systémem podle jednoho z nároků laž6, vyznačující se tím, že centrální rozdělovači potrubí (4) se kónicky rozšiřuje směrem kuzavíracímu dnu (6).
8. Peltonova turbína s přívodním systémem podle jednoho z nároků laž7, vyznačující se tím, že osa (5) centrálního rozdělovacího potrubí (4) lícuje s osou (7) oběžného kola (8).
9. Peltonova turbína s přívodním systémem podle nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že otvory (11) pro přívodní vedení (3) jsou uspořádány v uzavíracím dně (6).
10. Peltonova turbína s přívodním systémem podle nároků laž8, vyznačující se tím, že otvory (11) pro přívodní vedení jsou uspořádány v plášťové ploše (12) centrálního rozdělovacího potrubí (4).
11. Peltonova turbína s přívodním systémem podle nároků lažlO, vyznačující se tím, že přívodní vedení (3) vystupují z rozdělovacího potrubí nebo uzavíracího dna ve směru k oběžnému kolu (8) pod úhlem 90° > α > 0° vzhledem k ose (5) centrálního rozdělovacího potrubí (4).
12. Peltonova turbína s přívodním systémem podle nároku 11, vyznačující se tím, že úhel aje v rozmezí 70° až 20°.

-8CZ 304669 B6
13. Peltonova turbína s přívodním systémem podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že přívodní vedení (3) se otáčením kolem osy (5) centrálního rozdělovacího potrubí (4) rozestupují.
14. Peltonova turbína s přívodním systémem podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že přívodní vedení (3) vedou z centrálního rozdělovacího potrubí (4) pryč na větší vzdálenost b a otáčejí se v tryskovém ohybu (16), který se v příčném řezu zužuje a urychluje proudění, do střední roviny oběžného kola.
15. Peltonova turbína s přívodním systémem podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že přívodní vedení (3) jsou rozložena po obvodě centrálního rozdělovacího potrubí (4) se stejnými rozestupy.
16. Peltonova turbína s přívodním systémem podle jednoho z předcházejících nároků, yznačující se tím, že před přívodní vedení (3) je v centrálním rozdělovacím potrubí (4) předsazeno středově uspořádané kuželovité výtlačné těleso (20).
17. Peltonova turbína s přívodním systémem podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že na výstupu z centrálního rozdělovacího potrubí (4) součet průřezů přívodních vedení (3) odpovídá průřezu tlakového potrubí (1).
18. Peltonova turbína s přívodním systémem podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že pro horizontální uspořádání před přechodem centrálního rozdělovacího potrubí (4) do přívodních vedení (3) je v nejnižší oblasti plášťové plochy (12) rozdělovacího potrubí otvor (37) do odlučovače (32) písku.
19. Peltonova turbína s přívodním systémem podle nároku 18, vyznačující se tím, že v otvoru (37) je vestavěno hráblo (33) s příčně ke směru proudění uspořádanými podélnými profily a štěrbinami (36).
20. Peltonova turbína podle jednoho z nároků lažl9, vyznačující se tím, že se jednak trysky (18) opírají o plášťový prstenec (38) s prvním zafixovatelným kulovým kloubem (41) se středem M_b a jednak že přívodní vedení (3) je vždy opatřeno přírubovým spojem (25) s druhým kulovým kloubem (46) se středem M₂, přičemž spojovací přímka (40) spojující středy Mi, M₂ tvoří osu otáčení pro trubkový dílec mezi tryskou (18) a přírubovým spojem (25) a tato osa otáčení (40) je uspořádána rovnoběžně nebo téměř rovnoběžně s osou (7) oběžného kola pro provádění vykyvování volného paprsku (9) v rovině (39) oběžného kola o úhel ε o velikosti plus/mínus 4°.
21. Peltonova turbína podle nároku 20, vyznačující se tím, že trubkové dílce mezi prvním a druhým kulovým kloubem (41, 46) jsou opatřeny opěrným bodem (44) ve vzdálenosti c od osy (40) otáčení pro umožnění nastavování volného paprsku (9) o předem stanovený úhel ε pomocí různých podložek (45).