PL85749B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do przenosze¬ nia energii za posrednictwem pompy i turbiny.Znane jest urzadzenie typu Isogyre polaczone z turbina hydrauliczna i z pompa w postaci zwartej jednostki maja¬ cej pojedynczy spiralny zbiornik. Kola turbiny i pompy sa 5 zaklinowane na tym samym wale z zasysaczami skierowa¬ nymi przeciwnie. Zarys lopatek tych kól jest ustalony dla tego samego kierunku obrotów turbiny i pompy. Jeden kierunek obrotów takiego urzadzenia jest mozliwy do osiagniecia mimo istnienia tylko jednego zbiornika, dzieki 10 odchyleniu kierunku skladowej stycznej przeplywu wody w tym zbiorniku. Odchylenie jest spowodowane badz mie¬ dzy zbiornikiem i kolem turbiny, badz miedzy kolem pompy i zbiornikiem.To znane urzadzenie zawiera ponadto zespól na przy¬ klad zawór umozliwiajacy oddzielenie wewnetrznej prze¬ strzeni zbiornika od przestrzeni, w której obraca sie kolo pompy, odpowiednio od przestrzeni, w której obraca sie kolo turbiny. Jest takze mozliwe wynurzenie pompy pod¬ czas pracy turbiny i wynurzenie turbiny podczas prac pompy w celu unikniecia strat energii podczas mieszania.W tym znanym urzadzeniu kola pompy i sasiedniej turbiny sa rozmieszczone symetrycznie wzgledem plasz¬ czyzny srodkowej zbiornika i umieszczone mozliwie naj¬ blizej tej plaszczyzny. Przewody hydrauliczne laczace z jednej strony zbiornik z kolem turbiny a z drugiej strony kolo pompy ze zbiornikiem, sa umieszczone w przestrzeni pierscieniowej ograniczonej obwodem tych kól i wewne¬ trzna powierzchnia cylindryczna zbiornika. Odczylenie kierunku skladowej stycznej przeplywu wody w zbiorniku 30 jest spowodowane w tej pierscieniowej przestrzeni badz przez zagiecie rozporek z przodu rozdzielacza turbiny, badzprzezzakrzewienie przewodów wylotowychdyfuzora pompy.Celem wynalazku jest wykonanie urzadzenia hydrauli¬ cznego zawierajacego turbine i pompe obracajace sie w tym samym kierunku, koloturbinyi kolo pompyzaklino¬ wane na wspólnym wale, ze skierowanymi przeciwnie zasysaczami, pojedynczy spiralny zbiornik, do którego dolaczony jest z jednej strony rozdzielacz turbiny, a z dru¬ giej strony dyfuzor pompy, oraz srodki umozliwiajace oddzielenie przestrzeni wewnetrznej zbiornika od prze¬ strzeni, w której obraca sie turbina, odpowiednio od prze¬ strzeni, w której obraca sie pompa.Istota wynalazku polega na tym, ze kolo turbiny i kolo pompy sazmontowane w oddaleniu od siebiena wspólnym wale, przy czym jedno z kól jest umieszczone w przyblize¬ niu, w plaszczyznie srodkowej zbiornika, który jest pola¬ czony z innym kolem przewodami odchylajacymi kierunek skladowej stycznej wyplywu wody miedzy zbiornikiem i innym kolem.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urzadzenie hydrauliczne w przekroju podluznym, fig. 2 - urzadzenie w przekrojach poprzecznych, odpowiednio wzdluz linii II—II, III—III, IV-IV oznaczonych na fig. 1, fig. 3 - pierwszy przyklad wykonania urzadzenia hydrauliczne¬ go, w przekroju podluznym, fig. 4- drugi przyklad wyko¬ nania urzadzenia hydraulicznego, w przekroju podluznym, fig. 5 - urzadzenie w przekroju wzdluz linii V-Voznaczo- 85749s 3 nej na fig. 4, fig. 6- trzeci przyklad wykonania urzadzenia hydraulicznego, w przekroju jak na fig. 5.Urzadzenie przedstawione na fig. 1 zawiera pojedynczy zbiornik spiralny 12, turbine jednostopniowa i pompe jednostopniowa. Kolo 15 turbiny i kolo 23 pompy, wraz z usytuowanymi przeciwniezasysaczami 14,24,sa osadzo¬ ne na klinach na pionowym wspólnym wale 13. Lopatki tych kól sa ustawione tak, abykolamialyten samkierunek obrotu.Kolo 15 turbiny jest usytuowane, w przyblizeniu, w srodkowej plaszczyznie zbiornika 12. Hydrauliczny przewód zasilajacy kolo 15 turbiny jest umieszczony w przestrzeni pierscieniowej ograniczonej obwodem tego kola i wewnetrzna cylindryczna powierzchnia zbiornika.Styczny kierunek przeplywuwody w zbiorniku jest utrzy¬ many bez zmiany na calej dlugosci tego przewodu (patrz fig. 2, przekrój II—II).Rozporki rozdzielacza 4 turbiny sa usytuowanezgodnie z kryteriami stosowanymi w turbinach typu Francisa.Podobne jest ustawienie kierunkowych lopatek 5 tworza¬ cych w calosci zespól ruchomego rozdzielacza turbiny.Rozdzielacz ten jest sterowany zwyklym mechanizmem utworzonym przez kolo zabierajace 11 dzialajace za po¬ srednictwem ukladu dzwigni 1 na czop 2 kierunkowych lopatek 5.. Zawieradlo w postaci zaworu tulejowego 3 umozliwia oddzielenie przestrzeni wewnetrznej zbiornika 12 od prze¬ strzeni wewnetrznej, w której obraca sie kolo 15 turbiny.Ruchome kierunkowe lopatki 5 rozdzielacza moglyby oczywiscie spelnic te sama role. Zawór tulejowy 3 jest umieszczony wewnatrz miedzy rozdzielaczem 4 i lopatka¬ mi 5, móglby byc on równiez umieszczony mieczylopatka¬ mi 5 i kolem 15 turbiny.Kolo 23 pompy, usytuowane w poblizu kola turbiny 15 jest przesuniete osiowo wstosunku do plaszczyzny srodko¬ wej zbiornika 12. Staly element 16 obudowy, podtrzymuja¬ cy lozysko 19 walu 13, jest umieszczony miedzy kolami 15 i 23. Przewody odchylajace 7 zapewniajace polaczenie hydrauliczne miedzy kolem 23 i zbiornikiem 12 sa rozmie¬ szczone na obwodzie stalego elementu 16. Rozporki 8 elementu 16 tworza scianki boczne przewodów 7 (fig. 2).Komory pierscieniowe 17, 20 otaczajace wal sa umiesz¬ czone w stalych elementach 16 z jednej i drugiej strony lozyska, i sa polaczone z atmosfera kanalami 18,21 prze¬ chodzacymi wewnatrz rozporki 8. Zespól komór 17, 20 spelnia rózne funkcje na przyklad ukladu smarowania lozyska, usuwania przecieku plynów miedzy laczeniami kól, wentylacji, chlodzenia lub osuszania.Kolo 23 jest zmontowane we wsporniku na koncu walu 13. Zasysacz 24 kola 23 ma otwarty wylot i jest zasilany w najkorzystniejszych warunkach hydraulicznych.Staly dyfuzor 9 pompy, którym moze byc urzadzenie lopatkowe (fig. 2, przekrój III—III), jest usytuowany na obwodzie kola pompy. Tendyfuzor nie poprawia kierunku skladowej stycznej wyplywu wody wyplywajacej z kola 23.Jego zarys i jego polaczenie z przewodami 7 jest wzorowa¬ ne na rozwiazaniach technicznych stosowanych w przewo¬ dach odchylajacych pomp wielostopniowych.Przewody 7, w których umieszczonyjest wylot dyfuzora 9 pompy, zapewniaja polaczenie hydrauliczne i progre¬ sywna zmiane kierunku skladowej stycznej wyplywuwody miedzy obwodem kola 23 i zbiornikiem 12. Wylot 6 prze¬ wodów 7 jest usytuowany pod katem wyznaczonym prze¬ plywem wody wyplywajacej z przewodów 7 do zbiornika (fig. 2, przekrój IV-IV). i749 4 Zawieradlo 10 w postaci zaworutulejowego, umieszczo¬ nemiedzy obwodem kola 23 ijego dyfuzorem 9, umozliwia oddzielenie przestrzeni wewnetrznej zbiornika 12 od prze¬ strzeni, w której obraca sie kolo 23.W przykladzie wykonania przedstawionym na fig. 3, wylot przewodów odchylajacych jest usytuowany na innej czesci powierzchni zewnetrznej scianki zbiornika 12. Te przewody odchylajace moga byc utworzone przez kilka oddzielnych przewodów 22. W tym przypadku, kanaly 18, 21 zajmuja polozenie lepiej skojarzone z elementem 16,dla którego rozporki nie stanowiajuz konieczniescianekbocz¬ nych przewodów odchylajacych.W przykladzie wykonania przedstawionym na fig. 4, przewody odchylajace sa utworzone przez kilka oddziel- nych przewodów 22, umieszczonych nazewnatrzelementu 16, z którym nie sa bezposrednio polaczone.Przewody 22 maja wylot 6 skierowany na zewnatrzna powierzchnie obwodu zbiornika 12, pod katem wyznaczo¬ nym przeplywem wody, o kierunkuzblizonym dokierunku przeplywu w zbiorniku. Rury te mo$yby miec takze wylot na innej powierzchni zewnetrznej scianki zbiornika.Na fig. 5 przedstawionow przekrojachtoryhydrauliczne pompy i turbiny.Na lewej czesci tej figury pokazane sa czesci zwojów 25 rozmieszczonych *na obwodzie kola 23 i przedluzonych przez rozbiezny króciec 26 tworzacy dyfuzor i zasilajacy przewód odchylajacy 22.W przykladzie przeststawionym na fig. 6czesciowezwo¬ je 25 sa rozmieszczone na obwodzie dyfuzora 9 ze stalymi lopatkami. Krócce 26 moga miec równiez staly przekrój.Zawieradlo 10 moze byc zastapione przez pojedynczy za¬ wór umieszczony w kazdej z oddzielnych rur wymienio¬ nych w obydwóch przykladach. Wal urzadzenia moze byc pionowy, poziomy lub nachylony. Kola 15,23turbiny i/lub pompy moga byc promieniowe, ukosne lub osiowe.Pompa moze byc dwustopniowa, z podpartymna wspor¬ niku walem i turbina jedno lub dwustopniowa. Wal moze byc typu przechodzacego (na wzór podwójnego walu typu Francis), zas turbina i pompa moga bycjedno lubwielosto- 40 pniowe.Pompa moze byc wyposazona w nastawiane dyfuzory.Odpowiednie polozenie kól turbiny i lezacej najblizej pompy, wzgledem srodkowej plaszczyzny zbiornika, moga byc zgodne z powyzszym opisem, ale moga byc równiez 45 -przestawione.Przedstawione urzadzenie hydraulicznepompa-turbina posiada wiele zalet technicznych i ekonomicznych.Odchylenie kierunku skladowej stycznej wyplywu wody nastepuje w sposób progresywny i wywoluje male straty 50 w przewodach odchylajacych. Ten proces moze z tego powodu nastepowac miedzy wylotem dyfuzora pompy i zbiornikiem. Bylo to wykluczone w znanych urzadze¬ niach typu Isogyre. Niezaleznie od ksztaltu nadawanego zakrzywionym dyfuzorom, powtórne przeplywy wywoly- 55 waneprzezkrzywastrumieni cieczyprzecinalyby zwolnio¬ ny przeplyw, powodujac znaczne straty energii.Wszystkie elementy turbiny umieszczonej w urzadzeniu hydraulicznym maja wyznaczony ksztalt i dzialaja jak elementy znanej odpowiedniej turbiny. Dodatkowe straty 60 powstajace w znanych urzadzeniach z powodu zakrzywio¬ nych rozporek turbiny sa usuniete, zas wydajnosc turbiny jest polepszona bez zmniejszenia wydajnosci, ukladu pompowego. .W znanych urzadzeniach typu Isogyre dodatkowe straty 65 przypisywane powtórnym przplywom powstajacym w za-85749 krzywionych rozporkach turbinybylyutrzymywane w wy¬ znaczonych granicach jednakze po ich przekroczeniu na¬ stepuje przyspieszenie, znaczneprzewymiarowanie zbior¬ nika. Natomiast, w urzadzeniu wedlug wynalazku, tor rozporek jest zgodny z wymaganiami stawianymi zwykle turbinom typu Francis'a, umozliwia to wykorzystaniena¬ bytych doswiadczen dla osiagniecia minimum strat ener¬ gii, przy zastosowaniu mniejszego zbiornika.Zapewnione jest otrzymanie optymalnych wydajnosci przy zachowaniu oszczednosci materialu i zmniejszeniu gabarytów zespolów powodujacych zmniejszenie wymia¬ rów stanowiska i kosztów ogólnych.W przypadkach wyjatkowych, dla których wazniejsza jest wydajnoscpompowania niz wydajnoscturbiny,mozli¬ we jest zwiekszenie wydajnosci pompy (przy niewielkim zmniejszeniu wydajnosci turbiny), przestawiajac odpo¬ wiednio kola pompy i turbiny wzgledem srodkowej plasz¬ czyzny zbiornika. Wylot dyfuzorów pompy jest wówczas umieszczony bezposredniowspiralnymzbiorniku, zastory dyfuzorów sa wyznaczone przy wykorzystaniu doswiad¬ czen nabytych dlaosiagniecia optymalnej charakterystyki.Progresywne odchylenie skladowej stycznej przeplywu' wody jest wówczas zapewnione przewodami odchylajacy¬ mi, laczacymi zbiornik z rozdzielaczem turbiny.Umieszczenie lozysk prowadzacych, miedzy wirnikami turbiny i pompy daje oczywiste zalety konstrukcyjne i po¬ woduje korzystny efekthydrauliczny.Liczbyobrotów kry¬ tycznych walu sa latwe do unikniecia bez koniecznosci zwiekszenia jego srednicy powyzej wartosci wyznaczo¬ nych dla przenoszonego momentu, powoduje to mniejszy koszt walu. Luzy miedzy polaczeniamihydraulicznymi kól moga byc zmniejszone, zmniejsza sierówniezbicie kóloraz przecieki na korzysc zwiekszenia wydajnosci.Wspornik wirnika pompy uwalnia zasysacze pompy od kawitacji, a kolo pompy od drgan. Erozja wywolana kawi¬ tacja jest równiez zmniejszona. Zmniejsza sie równiez mozliwosc erozji przy obnizonym obciazeniu urzadzenia.Zmniejszone sa koszty eksploatacji oraz koszty ogólne.W znanych urzadzeniach typu Isogyre wspólna zlaczka hydrauliczna umieszczona miedzy kolami turbiny i pompy niepozwalana osiagniecie optimum naporówosiowych dla wszystkich parametrów dzialania urzadzenia. W urzadze¬ niu wedlug wynalazku odpowiadajace zlaczki moga byc zwymiarowane pojedynczo dla kazdego z kól a napory osiowe moga byc utrzymane w duzo nizszych granicach.Usuwanie przecieków wody przeplywajacej przez pola¬ czenie hydrauliczne kól dokonywane bylo dotychczas za pomoca kanalów wykonanych w plycie umieszczonej mie¬ dzy kolami pompy i sasiednimi kolami turbiny. Tekanaly przechodzily nastepnieprzez rozporki zbiornika. Wykona¬ nie tych kanalów bylo utrudnione i uciazliwe ze wzgledu na obróbke. W urzadzeniu wedlug wynalazku komory zbiorcze tych przecieków, wykonane we wsporniku lozy¬ ska i kanaly do usuwania tych przecieków sa wytwarzane oszczedniej. Ponadto, tekanaly sa prostsze i krótsze a przez to usuwanie przecieków jest ulatwione. 6 PL PL PL

Claims (10)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie hydrauliczne do przenoszenia energii, zawierajace turbine i pompe obracajace sie w tym samym 5 kierunku, kolo turbiny i kolo pompy zaklinowane na wspólnym wale, ze skierowanymi*przeciwnie zasysaczami, . pojedynczy spiralny zbiornik, do którego dolaczony jest z jednej strony rozdzielacz turbiny, a z drugiej strony • dyfuzor pompy, oraz srodki umozliwiajace oddzielenie 10 przestrzeni wewnetrznej zbiornika od przestrzeni, w której * obraca sie pompa, znamienne tym, ze kolo (15) turbiny obraca sie pompa, znamienne tym, ze kolo (15), turbiny i kolo (23) pompy sa zmontowane w oddaleniu od siebie na , wspólnym wale (13), przy czym jedno z kól (15, 23) jest 15 umieszczone w przyblizeniu w plaszczyznie srodkowej zbiornika (12), któryjestpolaczony zinnym kolem przewo¬ dami (7, 22) odchylajacymi kierunek skladowej stycznej wyplywu wody miedzy zbiornikiem (12) i innym kolem.

2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze ele- 20 ment staly (16) obudowy podtrzymujacy lozysko (19)walu (13) jest umieszczony miedzy kolami (15, 23) turbiny i pompy.

3. Urzadzenie wedlugzastrz. 2, znamiennetym, zerózne komory pierscieniowe (17, 20) otaczajace wal sa umiesz- 25 czone w elemencie stalym (16) i sa polaczone z atmosfera kanalami (18, 21).

4. Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamiennetym, zeprze¬ wody odchylajace (7) sa utworzone przez scianki komory pierscieniowej elementu stalego (16) i sa przylaczone do 30 zbiornika.

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamiennetym,ze prze¬ wody odchylajace (22) sa utworzone, co najmniej czescio¬ wo przez oddzielne rury polaczone ze zbiornikiem.

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, znamienne tym, ze za- 35 wory sa umieszczone na kazdej oddzielnej rurzezasilajacej przewody odchylajace (22).

7. Urzadzenie wedlug zastrz. 6, znamienne tym, ze kolo (15) turbiny jest usytuowane w przyblizeniu w plaszczyz¬ nie srodkowej zbiornika (12) a kolo(23) pompyjest usytuo- 40 wane w oddaleniu osiowym od tej plaszczyzny, przy czym zbiornik (12) jest polaczony przewodami (7,22) z wylotem dyfuzorów (9, 26) pompy.

8. Urzadzenie wedlug zastrz. 6, znamienne tym, ze kolo (23) pompy jest umieszczone w przyblizeniu, w plaszczyz- 45 nie srodkowej zbiornika (12) a kolo (15) turbiny jestusytu¬ owanew oddaleniu osiowym od tej plaszczyzny, przyczym zbiornik (12)jest polaczony przewodami(7,22) zrozdziela¬ czem (5) turbiny.

9. Urzadzenie wedlug zastrz. 8, znamienne tym, ze 50 wspólny wal (13) kól (15,23) jest usytuowany poprzecznie, zas kolo (23) pompy jest zaklinowane na wsporniku, na jednym jego koncu, przy czym zasysacz kola (23) ma wylot otwarty.

10. Urzadzenie wedlug zastrz. 1 lub 2 lub 3 lub 4 lub 5 55 lub 6 lub 7 lub 8 lub 9, znamienne tym, ze pompa i/lub , turbina sa wielostopniowe.8574985 749 PL PL PL