Przedmiotem wynalazku jest maszyna hydrauliczna, laczaca turbine i pompe majace ten sam kierunek obrotów, i posiadajaca jedna obudowe polaczona z przewodem cisnieniowym, przy czym pomiedzy wirnikiem turbiny i wirnikiem pompy sa umieszczone zawory zasuwowe. Turbina i pompa sa umieszczone na jednym wspólnym wale w pewnej odleglosci od siebie, a ich zasysacze sa skierowane przeciwnie.Wynalazek dotyczy zwlaszcza maszyny hydraulicznej typu znanego pod nazwa ISOGYRE chronionej znakiem towarowym, przezanczonej do przeksztalcania energii przez pompowanie- turbinowanie.W maszynach tego typu, zawory zasuwowe sa umieszczone miedzy oslona a kazdym z dwóch wirników. Urzadzenia do spuszczania wody umozliwiaja opróznienie,a nastepnie ponowne zalanie jednego lub drugiego wirnika po zamknieciu odpowiedniego zaworu.Turbopompy tego rodzaju ruszaja zawsze w rezimie turbinowania. Po wlaczeniu ich silnika pradu przemiennego do sieci elektrycznej, dalsze zmiany stanu pracy odbywaja sie wylacznie przez manipulowanie zaworami i urzadzeniami do spuszczania wody.Jeden kierunek obrotu takiej maszyny jest mozliwy pomimo istnienia tylko jednej woluty, dzieki zastosowaniu kanalów nawrotnych, których rola polega na zmienianiu kierunku stycznej skladowej wyplywu miedzy woluta a jednym lub drugim wirnikiem. Mozna zastosowac badz nawrotnice turbiny, umieszczona miedzy woluta i wirnikiem turbiny, badz nawrotnice pompy, umieszczona miedzy wirnikiem pompy i woluta.Obecnie rozwój tych turbopomp ISOGYRE doprowadzil dadwóch generacji róznych wyro¬ bów przemyslowych, rózniacych sie miedzy soba glównie umiejscowieniem i rozwiazaniem kons¬ trukcyjnym nawrotnic.W maszynach ISOGYRE pierwszej generacji wirniki turbiny i pompy przylegaja do siebie i maja wspólne uszczelnienie srodkowe, a ich nawrotnica jest umieszczona wewnatrz przestrzeni zawartej miedzy obwodem obu wirników i woluta otaczajaca te ostatnie.W tej niewielkiej przestrzeni, zwolniony przeplyw plynu przez nawrotnice utworzona przez rozporki, z koniecznosci zbytnio wygiete ze wzgledu na brak miejsca, powoduje zjawiska odrywa¬ nia sie strug i przeciwpradu, powodujace niedopuszczalne straty energii. Towlasnie jest przyczyna, dla której stosowanie nawrotnicy turbiny utworzonej z wygietych rozporek, przez które przepylwa2 119 714 plyn ze zwiekszona predkoscia, stalo sie konieczne dla maszyn typu ISOGYREStej generacji,a nie stosowanie nawrotnicy pompy.Uznana koniecznosc jak najwiekszego polepszenia sprawnosci turbiny, przy równoczesnym unikaniu stosowania nawrotnicy turbiny, doprowadzila do rozwoju maszyn typu ISOGYRES drugiej generacji.W tych ostatnich, wirniki turbiny i pompy sa odsuniete od siebie w kierunku osiowym w celu uzyskania miejsca potrzebnego na prostoliniowe dyfuzory pompy oraz na nawrotnice, pompy, której ksztalt jest taki, aby uniknac strat energii stwierdzonych uprzednio.Ponadto, rozwiazanie to posiada jeszcze inne zalety. Umozliwia ono zmniejszenie naporów osiowych zezwalajac na indywidualne wymiarowanie uszczelnien srodkowych obu wirników.Usuwanie nieszczelnosci tych uszczelnien jest ulatwione. Pomiedzy dwoma wirnikami mozna umiescic lozysko poprzeczne walu pionowego.Glówna cecha maszyn typu ISOGYRE drugiej generacji polega na tym, ze dyfuzory pompy, jak równiez znaczna czesc nawrotnicy pompy, sa umieszczone poza przestrzenia ograniczona przez obwód wirnika turbiny i zewnetrzna sciane wspólnej woluty otaczajacej wspomniany wirnik.Pomimo niewatpliwego postepu Wniesionego przez maszyny typu ISOGYRE drugiej genera¬ cji, maszyny te posiadaja jeszcze rózne niedogodnosci, niezaleznie od ksztaltu ich wykonania.W pierwszym rozwiazaniu nawrotnica pompy jest utworzona przez odpowiednie przegrodze¬ nie glównego korpusu maszyny. Wymagania konstrukcyjne narzucone przez duze obciazenie mechaniczne, którym jest poddawana ta czesc maszyny doprowadzily w rezultacie do przyjecia kanalów nawrotnych zbyt ciasnych i kretych tak, ze zalety, których sie spodziewano po tym rozwiazaniu zostaly czesciowo zmniejszone. Ponadto taka nawrotnica pompy jest ciezka i bardzo kosztowna w produkcji.W innym rozwiazaniu wirnik pompy przesyla plyn do licznych wolut czesciowych,przedluzo¬ nych przez dyfuzory i odrebne przewody stanowiace nawrotnice. Przewody te lacza sie ukosnie ze sciana woluty wspólnej. Pomimo, ze znacznie mniej krete, nawrotnice takie sa jeszcze zbyt dlugie, a strata w nich energii przez tarcie pozostaje duza. Ponadto nawrotnice oslabiaja bardzo obciazona sciane wspólnej woluty, zawierajaca, ze wzgledu na ich obecnosc, kilka otworów eliptycznych.Dodanie zeber wzmacniajacych jest konieczne, aby zlagodzic te wade, zebra te jednak sa kosz¬ towne. Pochylenie polaczen tych prostek moze byc zmniejszone, a to powoduje niedogodnosc zwiekszenia straty energii spowodowanej przez nawrotnice.Celem wynalazku jest zapobiezenie tym niedogodnosciom, dzieki nowemu umiejscowieniu nawrotnicy pompy, zmniejszajacym trudnosci wykonawcze i podwyzszajacym jej sprawnosci.W tym celu maszyna hyrdauliczna laczaca turbine i pompe obracajace sie w tym samym kierunku, zawierajaca jedna obudowe polaczona z przewodem cisnieniowym, zgodnie z wynalaz¬ kiem zawiera nawrotnice pompy umieszczona co najmniej czesciowo wewnatrz obudowy, która jest wyposazona w wewnetrzna sciane, dzielaca ja na dwie komory, z których jedna stanowi wolute turbiny, do której dochodzi nawrotnica pompy.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia maszyne hydrauliczna czesciowo w przekroju wzdluz linii I-I oznaczonej na fig. 2, a czesciowo w widoku z góry, fig. 2—przekroje wzdluz linii IIa-IIa, IIb-IIb i IIc-IIc oznaczonych na fig. 1, fig.3A do 3D przedstawiaja przekroje wzdluz linii IIIa-IIIa, IIIb-IIIb, IIIc-HIc i IHd-IIId oznaczonych na fig. 2, fig. 4—przekrój wzdluz linii IV-IVoznaczonej na fig. 5 uwidaczniajacy pierwszy przyklad wykonania, fig. 5 — przekrój wzdluz linii Va-Vai Vb-Vb ozna¬ czonych na fig. 4, fig. 6 — pierwszy przyklad wykonania maszyny hydraulicznej zastosowanej do pompy diagonalnej, w przekroju podluznym, fig. 7—drugi przyklad wykonania czesciowo w przekroju wzdluz linii VII-VII oznaczonej na fig. 8, a czesciowo w widoku z góry, fig. 8 —przekroje wzdluz linii VHIa-VIIIa, VHIb-VIIIb i VIIIc-VIIIc, oznaczonych na fig. 7, fig.9A do 9D — przekroje wzdluz linii IXA-IXA, IXb-IXb, IXc-IXc i IXry-IXD, oznaczonych na fig. 8.Maszyna (fig. 1, 2 i 3) zawiera wal 1 pionowy w przedstawionym przykladzie, lecz który móglby miec równiez inne polozenie np. poziome.Wirnik 2 turbiny i wirnik 3 pompy obracaja sie w tym samym kierunku i sa zmontowane w pewnej odleglosci od siebie na wspólnym wale 1. Lozysko poprzeczne 4 walu pionowego oparte o srodkowy koprus 5 maszyny, jest umieszczone miedzy dwoma wirnikami 2 i 3. Wirnik 3pompyjest119 714 3 zmontowany jako element osadzony nawale 1. Tenwal móglby równiez przechodzic przez wirnik i byc prowadzony w lozyskach umieszczonych po zewnetrznej stronie wirników maszyny.Zasysacz 6 turbiny i kolano zasysajace 7 pompy sa skierowane przeciwnie.Rozporki 8 turbiny oraz ukierunkowywane lopatki kierujace 9 sa typowe dla maszyn tego rodzaju. Zawór cylindryczny 10 umozliwia zamkniecie zasilania wirnika 2 turbiny.Zawór cylindryczny 10 jest umieszczony miedzy obwodem wirnika 2 a lopatkami kierujacymi 9. Zawór ten moze równiez byc umieszczony miedzy lopatkami kierujacymi 9 a rozporkami 8.Zawór ten móglby nawet byc zlikwidowany w przypadku, gdyby rozdzielacz zapewnial idealnie szczelne zamkniecie.Zawór cylindryczny 11 jest umieszczony na obwodzie wirnika 3 pompy, miedzy tym ostatnim a rozporkami 12 pompy. Maszyna moze równiez zawierac ukierunkowany dyfuzor pompy. Efekt dyfuzorowy jest glównie zapewniony przez rozporki 12 pompy, w przyblizeniu prostoliniowy, co najmniej w poblizu wirnika.Rozporki 8 turbiny sa wstawione miedzy zewnetrznym pierscieniem rozpórkowym 13 turbiny, a wewnetrznym pierscieniem rozpórkowym 14 turbiny. Równiez rozporki 12 pompy sa wstawione miedzy zewnetrznym pierscieniem rozpórkowym 15 pompy, a wewnetrznym pierscieniem rozpór¬ kowym 16 pompy. Terózne pierscienie rozpórkowemoga posiadac rózne ksztalty i rózne srednice.Kanaly 17 przechodza przez rozporki 12 pompy oraz przez ich pierscienie zewnetrzny 15 i wewnetrzny 16. Kanaly te zapewniaja odplyw wody z nieszczelnosci wewnetrznych uszczelnien hydraulicznych obu wirników oraz spelniaja rózne inne funkcje.Dookola maszyny jest umieszczona obudowa 18. Na pierwszy rzut oka mozna by wziac ja za zwykla spiralna obudowe turbiny. Otóz rózni sie ona od tej ostatniej szeregiem róznych istotnych cech.Obudowa 18 zawiera sciane zewnetrzna, utworzona przez pasy 19 zespawane ze soba, które lacza zewnetrzny pierscien rozpórkowy 13 turbiny z zewnetrznym pierscieniem rozpórkowym 15 pompy, oraz ma sciane wewnetrzna 20, która laczy wewnetrzny pierscien rozpórkowy 14 turbiny z wewnetrznym pierscieniem rozpórkowym 16 pompy.Pasy 19 zewnetrznej sciany obudowy maja ksztalt wycinka kola. Sa one symetryczne poniewaz pierscienie rozpórkowe, z którymi pasy sa polaczone maja te sama srednice. Jednakze bylyby te pasy pokrzywione, gdyby byly polaczone z zewnetrznymi pierscieniami rozpórkowymi o róznych srednicach.Pasy 19 zewnetrznej sciany obudowy 18 sa nawiniete w ksztalcie spirali tylko na czesci obwodu maszyny. Poza pewna granica, wszystkie pasy 19a (fig. 2), sa identyczne. Wówczas tworza one vielobok wpisany w kolo, którego srodek pokrywa sie z osia maszyny.Jezeli identyczne pasy 19a tworza wycinki kola o wysokosci zbyt malej, to nalezy zmodyfiko¬ wac ich ksztalt przez zaokraglenie ich obrzezy w poblizu ich polaczen z pierscieniami rozporek, w celu zmniejszenia sil mechanicznych wywolanych obciazeniem, zgodnie z technologia stosowana do wykonywania den kotlów.Pas wlotowy 19b (fig. 2), najwiekszy ze wszystkich, polaczony jest z prostka wlotowa 21 zbiornika. Identyczne pasy 19a tworza czesc obudowy 18 o mniejszym przekroju.Granica miedzy pasami zwinietymi w spirale, a pasami tworzacymi kolo jest ustalona przez rozwazania energetyczne. W istocie bowiem, pasy o malym przekroju tworza, ze wzgledu na rozstawienie pierscieni 13 i 15, z którymi sa polaczone, bardzo plaskie wycinki kola (fig.3D), których promien hydrauliczny jest niekorzystny, a zatem obniza sprawnosc maszyny. Polozenie tej granicy miesci sie wiec miedzy dwoma przypadkami skrajnymi, równiez mozliwymi, w których badz wszystkie pasy sa zwiniete w spirale, badz wszystkie tworza kolo.Wewnetrzna sciana 20 obudowy jest utworzona przez cylinder polaczony koncami z wewne¬ trznymi pierscieniami rozporek turbiny 14 i pompy 16. Sciana ta moze miec równiez ksztalt stozka.Moze ona byc równiez utworzona przez pasy zespawane ze soba, w ksztalcie wycinków kola lub o innym dowolnym ksztalcie dostosowanym do sil mechanicznych dzialajacych w wyniku obciazenia maszyny.Wewnatrz obudowy sa umieszczone rózne sciany prowadzace. Sciana 22, zwana sciana dzielaca, ogranicza przestrzen zajeta przez nawrotnice 23 pompy, przy czym przestrzen 24 stanowi wlasciwa wolute maszyny. Sciana 25 zwana sciana ciagla (fig. 3D) jest umieszczona tylko w strefie4 119 714 obudowy 18 i jest utworzona przez male identyczne pasy 19a o stalej powierzchni. Zadaniem sciany ciaglej 25 jest oddzielanie przestrzeni zajetej przez wolute 24 od przestrzeni szkodliwej, która stanowi pozostala czesc przekroju obudowy i zapewnienie tym samym ciaglosci ewolucji prawa przekroju woluty, wymaganego do prawidlowego zasilania wirnika turbiny, a wiec do dobrego dzialania maszyny.Sciana dzielaca 22 zapobiega miejscowym nieciaglosciom ksztaltu lub przekroju, które mog¬ lyby wynikac z faktu, ze nawrotnica pompy jest umieszczona wewnatrz obudowy 18.Scianom dzielacej 22 i ciaglej 25 mozna nadawac bardzo rózne ksztalty, uwidocznione na rysunku tytulem przykladów nie ograniczajacych.Otwory wyrównowazaj ace, nie pokazane, sa wykonane w scianie ciaglej 25. Zapewniaja one, w celach dynamicznych, równosci cisnien po obu jej stronach. Do wykonania scian 22 i 25 mozna uzyc blach cienkich, latwych do spawania.Nawrotnica 23 pompy jest calkowicie umieszczona wewnatrz obudowy 18. Nawrotnica ta wychwytuje plyn wyplywajacy z rozporek 12 pompy, w celu jego dalszego przeslania do oslony 24.W przykladzie wykonania opisanym i przedstawionym na rysunku, nawrotnica 23 pompy zawiera sciany utworzone z wienca zakrzywionych lopatek 25 wirnika (fig. 2), przyspawanych do zewnetrznej strony wewnetrznej sciany 20 obudowy. A wiec ta sciana wewnetrzna 20 stanowi miejscowo jedna ze scian kanalów nawrotnicy 23. Sciana przeciwna jest utworzona przez pierscien 26 z blachy sztywno polaczony ze sciana dzielaca 22. Miejsce bedace do dyspozycji jest wystarcza¬ jace do umozliwienia tego, aby ksztalt lopatek 25 oraz ksztalt pierscienia 26 byly okreslone wylacznie z punktu widzenia zapewnienia przepylwu plynu bez strat energii. Wykonanie tej nawrotnicy z blachy cienkiej, narazonej na dzialanie niewielkich sil mechanicznych, nie jest uciazliwe.Mozna równiez rozdzielic wieniec lopatek 25 opisanej nawrotnicy na dwa kolejne wience.Pierwszy z nich, najblizszy rozporek 12 pompy, zlikwidowalby niepozadana styczna skladowa wyplywu, podczas gdy drugi, najblizszy miejsca polaczenia nawrotnicy 23 z oslona 24, powodo¬ walby powstawanie zadanej stycznej skladowej. Miedzy tymi dwoma wiencami, osiowy przeplyw plynu bylby sterowany przez sciane wewnetrzna 20 obudowy 18 oraz przez wspólosiowa sciane dzielaca. Ten element kanalu pierscieniowego nawrotnicy moze byc stopniowo rozszerzony, stanowiac tym samym dodatkowy dyfuzor w konstrukcji takiej nawrotnicy pompy.Liczne przyklady wykonania rozwiazania opisanego i przedstawionego na fig. 1, 2 i 3 moga byc dodatkowo rozpatrywane.Na figurach 4 i 5 przedstawiono rozwiazanie, w którym kolo 27z rozporkami jest przedluzone do wnetrza obudowy 28, przez kilka oddzielnych rur 29. Rury te tworza najpierw prostoliniowy dyfuzor, a nastepnie sa zakrzywione dochodzac do oslony 30 i nadajac plynowi zadana styczna skladowa.Na figurze 6 uwidoczniono zastosowanie tego samego rozwiazania w przypadku pompy diagonalnej.Nalezy zwrócic uwage, ze rózne rozwiazania moga byc laczone ze soba. W szczególnosci oddzielne przewody moga byc przedluzone przez kanal pierscieniowy, wspólosiowy z wewnetrzna sciana obudowy.Mozna równiez utworzyc taki sam zespól geometryczny rur przez umieszczenie ich wewnatrz odlanego elementu obrotowego, w którym rury nie bylyby oddzielane, lub bylyby oddzielane tylko czesciowo.W przykladzie wykonania przedstawionym na fig. 7, 8 i 9, dyfuzory kola rozpórkowego 31 pompy sa uzupelniane przez przedluzenie 32 dyfuzorów. Wspomniana czesc dyfuzorów jest umieszczana we wnetrzu obudowy 33 pomiedzy zewnetrznym pierscieniem rozpórkowym 34 pompy, a pierscieniowa sciana dzielaca 35.Przedluzenie 32 dyfuzorów dochodzi do wienca lopatek nawrotnicy 36 wstawionych miedzy takie same elementy 34 i 35.Lopatki o znacznej grubosci wymagane do nawrotnicy tego typu umozliwiaja umieszczenie w nich kanalów 37 umozliwiajacych odprowadzanie przecieków z nieszczelnosci oraz inne funkcje.Przedluzenie 32 dyfuzorów i lopatki wienca nawrotnicy 36 moga byc równiez przyspawane do zewnetrznej sciany 38 obudowy 33.119 714 5 Strefa obudowy 33 tworzaca kolo jest w tym przykladzie wykonania wieksza anizeli w przykladach poprzednich (fig. 2 i 3). W istocie bowiem, poza pewnym spalszczeniem, pasy sciany zewnetrznej 38 tej obudowy zaklócaja wyplyw plynu wyplywajacego z wienca nawrotnicy36.W strefie obudowy tworzacej kolo, sciana ciagla 39 podnosi sie stopniowo, przy czym jej ksztalt jest spiralny. Nawrotnica 36 pompy wymaga w tej okolicy, obecnosci kanalu przedluzaja¬ cego 40 (fig. 9D) usytuowanego za wiencem nawrotnicy 36. Sciana zewnetrzna 38 zbiornika stanowi miejscowo zewnetrzna sciane kanalu przedluzajacego. Jego sciana wewnetrzna 41 jest utworzona z pasów cienkiej blachy, wspólsrodkowych z pierwszymi. Prowadnice 42 wody, nachy¬ lone celem nadania wodzie wyplywajacej z wienca nawrotnicy 56 korzystnego kierunku nadanego przez te ostatnia, zapewniaja sztywnosc calej konstrukcji.Mozna by rozdzielic wieniec nawrotnicy 36 na dwa wience kolejne, tak jak to zostal juz zrobione uprzednio.Dla jednostek o bardzo duzych wymiarach, jest rzecza mozliwa rozdzielenie scian i pierscieni rozporek obudowy na kilka elementów laczonych na miejscu za pomoca kolnierzy, lub w inny dowolny sposób.Wirniki turbiny lub pompy, uzywane w takiej maszynie, moga byc typu promieniowego diagonalnego lub osiowego.Pompa moze zawierac dwa stopnie a turbina tylko jeden, wzglednie i pompa i turbina moga byc wielostopniowe.Glówne zalety techniczne i ekonomiczne niniejszego rozwiazania konstrukcyjnego w stosunku do turbopomp znanych dotychczas moga byc podsumowane jak nastepuje: Wynalazek umozliwia wykorzystanie zalet nawrotnic pomp oraz calego postepu technicznego osiagnietego przez turbopompy drugiej generacji w stosunku do turbopomp pierwszej generacji.Nawrotnice pomp mozliwe do zaprojektowania moga byc bardzo róznych typów, w których nie wystepuja duze obciazenia, którym sa poddawane znane dotychczas nawrotnice. Wytwarzanie ich z cienkiej blachy, nie jest uciazliwe.Brak naprezen mechanicznych i dysponowanie wystarczajaco duza przestrzenia dla nawrot¬ nicy pompy, umozwiaja projektowanie tych nawrotnic, bez kompromisów oraz stosowanie takich ksztaltów, które powoduja jak najmniejsze straty energii. Sprawnosci pompowania sa znacznie podwyzszone.Centralny korpus przegrodzony sciankami, bedacy elementem przestrzennym i kosztownym turbopom drugiej generacji, jest zlikwidowany, równiez sa zlikwidowane otwory oslabiajace wytrzymalosc spiralnej obudowy tych maszyn dotychczasowych. W wyniku uzyskuje sie duze oszczednosci produkcyjne.Zastrzezenia patentowe 1. Maszyna hydrauliczna laczaca turbine i pompe obracajace sie w tym samym kierunku, zawierajacajedna obudowe polaczona zprzewodem cisnieniowym, zawory zasuwowe umieszczone miedzy obudowa a wirnikami turbiny i pompy, które sa zmontowane w pewnej odleglosci jeden od drugiego, na wspólnym wale, a ich zasysacze sa skierowane przeciwnie, znamienna tym, ze zawiera nawrotnice (23) pompy umieszczona co najmniej czesciowo wewnatrz obudowy (18), która jest wyposazona w wewnetrzna sciane (22) dzielaca ja na dwie komory, z którychjedna stanowi wolute (24) turbiny, z która jest polaczona nawrotnica (23) pompy. 2. Maszyna wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze obudowa (18) jest utworzona ze sciany zewnetrznej (19) usytuowanej od zewnetrznego pierscienia (13) rozporek turbiny do wewnetrznego pierscienia (15) rozporek pompy, oraz ze sciany wewnetrznej (20) usytuowanej od wewnetrznego pierscienia (14) rozporek turbiny do wewnetrznego pierscienia (16) rozporek pompy. 3. Maszyna wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze wewnetrzna sciana (22) zawiera sciane ciagla (25) umieszczona w strefie obudowy o stalym przekroju, tworzac wolute (24). 4. Maszyna wedlug zastrz. 2, znamienna tym, ze sciana wewnetrzna (20) lub zewnetrzna (19) obudowy tworza miejscowo jedna z powierzchni kanalów nawrotnicy (23) pompy i jedna z powierzchni przewodu dzialajacego jako dyfuzor, lub tylko jedna z powierzchni przewodu dziala¬ jacego jako dyfuzor.6 119 714 5. Maszyna wedlug zastrz. 2, znamienna tym, ze jedna z czesci dyfuzorów przedluzajaca rozporki (15, 16) pompy i kanaly nawrotnicy (23), sa utworzone przez rury (29), calkowicie lub czesciowo niezalezne od siebie."He ,Sb — FIG 2 lvi, V*A ~19fe ._r119 714 i o* C 2Z - /V* ? 11 :? * 2W FIG. 3A 20 O.FIG. 3c ¦n »» n FIG. 4 FIG 6 28.119 714 FIG 5 FIG. 7 i119 714 S»c-& v»l ?_._ $w&-yu»i FIG 8 YL»A-V-iDA i?d i—: FIG. 9A FIG. 9f TZ ¦* » '3W FIG. 9r PL PL PL PL PL PL PL