PL186359B1 - Łopatka wirnika turbiny wodnej o przepływie osiowym - Google Patents

Abstract

1. Łopatka wirnika turbiny wodnej o przepływie osiowym, posiadająca krawędź natarcia i krawędź spływu oraz łukowe krawędzie wewnętrzną i zewnętrzną, znamienna tym, że podciśnieniowa, wypukła powierzchnia łopatki wykonana jest z płyty o stałej grubości i posiada kształt wycinka powierzchni cylindra, w przybliżeniu eliptycznego.

Description

Przedmiotem wynalazku jest łopatka wirnika turbiny Kapłana o przepływie osiowym.

Łopatka wirnika znanej turbiny Kapłana, osadzona obrotowo na piaście wirnika dla uzyskania dużej sprawności hydrodynamicznej posiada profile cylindryczne zmieniające się wraz z odległością od osi obrotu wirnika. Jest to szczególnie istotne w przypadku małych spadów i dużej szybkobieżności turbiny i wymaga zastosowania wysokosprawnych profili hydrodynamicznych. Takie łopatki są odlewane ze stopów kolorowych lub staliwa stopowego z następną obróbką maszynową. Wysokie koszty łopatek określają cenę turbozespołu i ograniczają opłacalne instalowanie turbin na rzekach nizinnych, przy małych spadach.

Łopatka według wynalazku charakteryzuje się tym, że podciśnieniowa, wypukła powierzchnia łopatki posiada kształt wycinka powierzchnia cylindra, w przybliżeniu, eliptycznego. Promienie gięcia R„ R₂, R₃, orientacja tworzących, wymiar „a”, położenie osi obrotu łopatki, kąt „a”, kształt krawędzi natarcia i spływu oraz stosunek promienia R_w do R_z, zależy od żądanej charakterystyki turbiny. Kształt powierzchni nadciśnieniowej odpowiada żądanym profilom hydrodynamicznym. Promienie R_wi R_zsą promieniami powierzchni kulowych zatoczonych z punktu „O” przecięcia się osi obrotu łopatki i osi obrotu turbiny.

Konstrukcja łopatki według wynalazku wpisuje się w wyżej przytoczoną geometrię. Podciśnieniowa, wypukła powierzchnia posiada budowę dwuwarstwową Zewnętrzna blacha o grubości około 2 mm, wykonana ze stali austenitycznej HI8N9, przyspawana jest do blachy ze stali węglowej, konstrukcyjnej. Grubość blachy określają względy wytrzymałościowe.

Powierzchnia nadciśnieniowa łopatki wykonana jest z poliuretanu, który wypełnia przestrzeń pomiędzy blachami stalowymi i wyżej wymienioną zewnętrzną powierzchnią nadciśnieniowa. Kształt tej powierzchni i gładkość określa forma odlewnicza. Temperatura obróbki termicznej poliuretanu dopuszcza stosowanie formy wykonanej z laminatu szklanego na bazie taniej żywicy poliestrowej. Znana jest wysoka odporność poliuretanowa na erozję piaskową

Przedmiot wynalazku jest pokazany na przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 pokazuje widok na łopatkę od strony powierzchni nadciśnieniowej, fig. 2 pokazuje przekrój A-A określający prostokreślną, wypukła powierzchnię podciśnieniowa, fig. 3 poka186 359 zuje przekrój cylindryczny B-B łopatki, czyli jej profil hydrodynamiczny. Na rysunkach fig. 3 i fig. 4 llmą przerwaną, pokiazmo formę odlewniccą.

Gabaryt blachy austenitycznej 1 o grubości 2 mm określony jest przez: krawędź spływu 2, wewnętrzną krawędź łukową 3i zakreśloną promieniem kulii R, zewnętrzną krawędź łukową 4, zakreśloną promieniem kuli R oraz krawędź natarcia 5, określoną promieniem r zagięcia blachy 1.

Gabaryt grubej, nośnej blachy stalowej 6 określony jest przez wewnętrzną krawędź łukową 3 (jak wyżej), zewnętrzną krawędź łukową 7, określoną promieniem kuli R, krawędzią B, określoną środkiem promienia r noska profilu oraz krawędzią 9. Minimalna grubość warstwy poliuretanu nad blachą 6 wynosi 3 mm. Warunek ten określa położenie krawędzi 9. Promień R jest mniejszy od promienia R o 20 mm. Blacha przyspawana jest do blachy 6 spoiną pachwinową wzdłuż krawędzi 7, 8, 9. W przestrzeni 10, wypełnionej poliuretanem osadzony jest przewód 11 doprowadzający powietrze od ujęcia w piaście wirnika do przestrzeni szczelinowej, pomiędzy łopatką i obudową wirnika. W obszarze tym może wystąpić szczelinowa kawitacja i związana z nią erozja kawitacyjna. Swobodne odcinki blachy 1 krawędzi spływu 2 są wzmocnione przy pomocy lokalnych zastrzałów 12.

186 359

186 359

Fig.4

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia paten to we

   1. Łopatka wirnika turbiny wodnej o przepływie osiowym, posiadająca krawędź natarcia i krawędź spływu oraz łukowe krawędzie wewnętrzną i zewnętrzną, znamienna tym, że podciśnieniowa, wypukła powierzchnia łopatki wykonana jest z płyty o stałej grubości i posiada kształt wycinka powierzchni cylindra, w przybliżeniu eliptycznego.
2. 2. Łopatka, według zastrz. 1, znamienna tym, że wymieniona płyta posiada dwie warstwy, przy czym zewnętrzna warstwa, wykonana z blachy (1) ze stali nierdzewnej, o grubości od 1,5 do 5 mm, przyspawana jest do blachy (6) ze stali węglowej, o grubości określonej względami wytrzymałościowymi.
3. 3. Łopatka według zastrz. 1 lub 2, znamienna tym, że na krawędzi natarcia (5) blacha (1) jest zagięta promieniem r, odpowiednio do profilu miejscowego łopatki, natomiast odcinek blachy (1) pomiędzy krawędzią (9) blachy (6) i krawędzią spływu (2) posiada wzmocnienia w postaci zastrzałów (12).
4. 4. Łopatka według zastrz, 2 lub 3, znamienna tym, że przestrzeń (10) pomiędzy zadaną powierzchnią nadciśnieniową łopatki i blachami (1) oraz (6) wypełniona jest utwardzalnym materiałem.
5. 5. Łopatka według zastrz. 4, znamienna tym, że materiałem wypełniającym przestrzeń (10) jest poliuretan.