RU2019729C1

RU2019729C1 - Hydraulic reaction turbine

Info

Publication number: RU2019729C1
Application number: SU894753942A
Authority: RU
Inventors: Василий Савельевич Стасов
Original assignee: Василий Савельевич Стасов
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: hydraulic engineering. SUBSTANCE: runner is made in the form of boss with blades, enveloped by lower band, and with outlet channel. Runner is provided with additional lower band and additional outlet channels. Located in stator flow passage are deflectors; bands have through ports. Stator flow passage is arranged coaxially between bands. Outlet channels are oriented by outlet ports facing deflectors in direction opposite to direction of turbine rotation and are connected in horizontal plane by crosspieces, forming closed system between deflectors and solid section of bands. EFFECT: enhanced reliability of operation. 7 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при проектировании гидротурбин. The invention relates to hydraulic engineering and can be used in the design of hydraulic turbines.

Известна радиально-осевая гидротурбина, используемая при низких напорах, которая состоит из статора, выполненного из верхнего и нижнего кольцевых поясов, соединенных колоннами, направляющего аппарата, выполненного в виде лопаток, установленных между кольцами с возможностью поворота, рабочего колеса, состоящего из конической ступицы, нижнего обода и лопастей, закрепленных между ними. Known radial-axial hydraulic turbine used at low heads, which consists of a stator made of upper and lower annular zones connected by columns, a guide apparatus made in the form of blades mounted between the rings with the possibility of rotation, the impeller, consisting of a conical hub, lower rim and blades fixed between them.

Недостатком турбины является низкая эффективность использования энергии воды. The disadvantage of the turbine is the low efficiency of water energy use.

Известно рабочее колесо радиально-осевой гидромашины, содержащее верхнее и нижнее ободья, между которыми размещены лопасти, а в них выполнены полости, соответствующие по профилю контуру периферийной части лопасти, а в обоих ободьях выполнены пазы, для установки в них при радиальном перемещении периферийной части лопасти. The impeller of a radial-axial hydraulic machine is known, containing upper and lower rims, between which the blades are placed, and cavities are made in them, corresponding to the profile of the contour of the peripheral part of the blade, and grooves are made in both rims for installation in them when the peripheral part of the blade is radially moved .

Недостатком устройства является низкая надежность подвижной конструкции. The disadvantage of this device is the low reliability of the movable structure.

Наиболее близкой по своим конструктивным признакам является радиально-осевая гидротурбина, содержащая спиральную камеру, лопаточный направляющий аппарат, рабочее колесо, снабженное ступицей с лопастями и ободом и жестко соединенной с ней с образованием перепускного канала лжеступицей и подвижный кольцевой затвор с отверстиями, сообщающими спиральную камеру с перепускным каналом при закрытом положении затвора. Устройство предназначено для аварийного сброса потока воды мимо лопастей по перепускному каналу, а при нормальной эксплуатации для него характерны низкие кавитационные свойства низкая эффективность использования энергии воды, в частности, не используется кинетическая энергия потока, увеличивающаяся при падении под влиянием силы тяжести воды. The closest in its design features is a radial-axis hydraulic turbine containing a spiral chamber, a blade guide apparatus, an impeller equipped with a hub with blades and a rim and rigidly connected to it with the formation of a bypass channel with a false hub and a movable annular shutter with holes communicating with the spiral chamber with bypass channel with the shutter closed. The device is designed for emergency discharge of the water flow past the blades along the bypass channel, and during normal operation it is characterized by low cavitation properties, low efficiency of water energy use, in particular, the kinetic energy of the stream, which increases when falling under the influence of gravity of water, is not used.

Целью изобретения является повышение эффективности использования энергии воды и улучшение кавитационных свойств турбины. The aim of the invention is to increase the efficiency of energy use of water and improve the cavitation properties of the turbine.

Поставленная цель достигается тем, то в известной гидравлической турбине, содержащей лопаточный направляющий аппарат, статор, рабочее колесо, выполненное в виде ступицы с каналом, с лопастями и нижним ободом, охватывающим их, рабочее колесо снабжено дополнительным нижним ободом, а нижняя проточная часть статора-отражателями и коаксиально размещена между нижними ободьями, которые имеют сквозные окна для выхода отработавшей воды, а перепускные каналы выполнены от каждой поверхности лопасти и ориентированы своим выходным отверстием к отражателям статора в обратном входу направлении и сопряжены с полостями между отражателями, при этом замкнутая система состоит из двух частей: неподвижной-отражатели статора и подвижной, состоящей из ободьев, горизонтальных перемычек между каналами. This goal is achieved by the fact that in a known hydraulic turbine containing a blade guide apparatus, a stator, an impeller made in the form of a hub with a channel, with blades and a lower rim covering them, the impeller is equipped with an additional lower rim, and the lower flow part of the stator reflectors and coaxially placed between the lower rims, which have through windows for the outlet of the spent water, and the bypass channels are made from each surface of the blade and are oriented with their outlet to the the stator holders in the opposite direction and are interfaced with the cavities between the reflectors, while the closed system consists of two parts: a fixed stator-reflector and a movable one consisting of rims, horizontal jumpers between the channels.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом, позволяет сделать выводы о соответствии его критерию "новизна", т.к. предлагаемое устройство характеризуется наличием новых элементов - дополнительный обод со сквозными окнами и отражатели, закрытые сверху перемычками и сопряженные полостями между ними с каналами. Наличие новых элементов обуславливает и новые связи. Comparison of the claimed device with the prototype, allows to draw conclusions about the compliance with its criterion of "novelty", because the proposed device is characterized by the presence of new elements - an additional rim with through windows and reflectors, closed at the top with jumpers and paired with cavities between them with channels. The presence of new elements leads to new connections.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и другими техническими решениями в данной и смежной областях техники не позволило выявить техническое решение, содержащее признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого объекта. Поэтому можно сделать вывод о соответствии его критерию "существенные отличия". Comparison of the claimed technical solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this and related fields of technology did not allow us to identify a technical solution containing features similar to the distinguishing features of the claimed object. Therefore, we can conclude that its criterion of "significant differences".

Сущность решения заключается в том, что в заявляемом решении поток воды с рабочих лопастей попадает в канал, изменяя направление движения по каналу на обратное входу на лопасти рабочего колеса, и создавая давление на них, от которого возникает крутящий момент. При наталкивании потока воды на отражатели статора скорость его понижается до нуля, а кинетическая энергия потока преобразуется в силу реакции, которая на валу рабочего колеса тоже образует крутящий момент, направленный в ту же сторону, что и первый. От воздействия силы потока на рабочие лопасти и от силы реакции рабочее колесо с каналами приходит в движение и движется со скоростью, равной скорости движения потока внутри канала, но в обратном направлении. The essence of the solution lies in the fact that in the claimed solution, the flow of water from the working blades enters the channel, changing the direction of movement along the channel to the opposite entrance to the blades of the impeller, and creating pressure on them, from which torque occurs. When a water stream encounters a stator reflector, its speed decreases to zero, and the kinetic energy of the stream is converted by the reaction, which also generates torque on the impeller shaft directed in the same direction as the first one. From the influence of the flow force on the impellers and from the reaction force, the impeller with channels comes into motion and moves at a speed equal to the speed of the flow inside the channel, but in the opposite direction.

В процессе движения рабочего колеса, ободья перемещаются и окна в них подходят к лопастям между отражателями статора, оттуда отработавшая вода, находившаяся в замкнутой системе, выходит из турбины. During the movement of the impeller, the rims move and the windows in them approach the blades between the stator reflectors, from there the spent water, which was in a closed system, leaves the turbine.

На фиг.1 схематично изображен общий вид с разрезами по осям каналов, на фиг. 2 - вид сверху; на фиг.3 - развертка канала и нижней части статора с ободьями рабочего колеса; на фиг.4 - вид сверху развертки статора; на фиг.5 - разрез статора и ободьев по окнам; на фиг.6 - разрез статора и ободьев по глухой части ободьев; на фиг.7 - разновидность исполнения отражателей. In Fig.1 schematically shows a General view with cuts along the axes of the channels, in Fig. 2 - top view; figure 3 - scan channel and the lower part of the stator with rims of the impeller; figure 4 is a top view of a sweep of the stator; figure 5 is a section of the stator and rims in the windows; figure 6 is a section of the stator and rims along the blind part of the rims; Fig.7 is a version of the performance of the reflectors.

Реактивная гидравлическая турбина состоит из направляющего аппарата, выполненного в виде поворотных лопаток 1, установленных между кольцами 2, 3, рабочего колеса, выполненного в виде ступицы 4, насаженной на валу 5, с лопастями 6, переходящими в каналы 7 от отверстий 8 в поверхности лопасти, статора с проточной частью 9, на которой выполнены радиальные отражатели 10, полости между которыми сопряжены с подвижными каналами 7 ступицы. Неподвижные отражатели 10 статора 9 коаксиально размещены между наружным ободом 11 и дополнительным (внутренним) ободом 12, в которых выполнены сквозные окна 13, а в горизонтальной плоскости ободья 11, 12 соединены вместе с каналами 7 перемычками 14, перекрывающими полости между отражателями и образующие вместе с глухой частью ободьев и с отражателями замкнутую систему, при этом элементы статора - неподвижная часть системы, а элементы рабочего колеса (ободья, перемычки) - подвижная часть замкнутой системы. A hydraulic jet turbine consists of a guide apparatus made in the form of rotary blades 1 mounted between rings 2, 3, an impeller made in the form of a hub 4 mounted on a shaft 5, with blades 6 passing into channels 7 from holes 8 in the surface of the blade , a stator with a flow part 9, on which radial reflectors 10 are made, cavities between which are coupled to the movable channels 7 of the hub. The fixed reflectors 10 of the stator 9 are coaxially placed between the outer rim 11 and the additional (inner) rim 12, in which the through-holes 13 are made, and in the horizontal plane, the rims 11, 12 are connected together with the channels 7 by jumpers 14, overlapping the cavities between the reflectors and forming together with the blind part of the rims and with reflectors is a closed system, while the stator elements are the fixed part of the system, and the elements of the impeller (rims, jumpers) are the moving part of the closed system.

Реактивная гидравлическая турбина действует следующим образом. Reactive hydraulic turbine operates as follows.

Вода, проходя между направляющими лопатками 1, поступает на рабочие лопасти 6 и далее в каналы 7, которые изогнуты в обратном направлении относительно входа воды на лопасти. Изменяя таким образом направление движения, вода при повороте оказывает давление на рабочие лопасти 6, от которого возникает крутящий момент на валу 5. В каналах 7 под влиянием остаточного напора потока и силы тяжести скорость потока увеличивается, а вместе с этим увеличивается кинетическая энергия этого потока. На выходе из каналов 7 рабочего колеса поток наталкивается на отражатели 10 статора 9, где скорость его понижается до нуля и кинетическая энергия преобразуется в силу реакции, которая на валу 5 рабочего колеса образует дополнительный крутящий момент. При вращении рабочего колеса подвижная часть замкнутой системы перемещается и к отражателям 10, находившимся в замкнутой системе подходят окна 13 и отработавшая вода выходит из турбины. Water passing between the guide vanes 1, enters the working blades 6 and then into the channels 7, which are curved in the opposite direction relative to the water inlet to the blades. Thus changing the direction of movement, during rotation, the water exerts pressure on the working blades 6, from which there is a torque on the shaft 5. In the channels 7, under the influence of the residual pressure of the flow and gravity, the flow velocity increases, and with it the kinetic energy of this flow increases. At the exit of the impeller channels 7, the flow hits the reflectors 10 of the stator 9, where its speed decreases to zero and the kinetic energy is converted by the reaction force, which forms additional torque on the impeller shaft 5. When the impeller rotates, the movable part of the closed system moves and windows 13 approach the reflectors 10 located in the closed system and the spent water exits the turbine.

Таким образом, посредством окон в ободьях осуществляется связь каналов между отражателями в замкнутой системе, с атмосферой, обеспечивающая свободный выход работавшей воды из турбины. Наличие изогнутых каналов от каждой лопасти и их связь с отражателями статора посредством ободьев с окнами позволяют эффективнее использовать энергию потока воды, обеспечивается возможность для получения максимального количества работы от силы, создающейся в процессе перехода потока воды с рабочих лопастей в каналы рабочего колеса и от кинетической энергии скорости потока воды, преобразованной на отражателях статора в замкнутой системе в силу реакции. Одновременно с этим, организация индивидуального протока воды от каждой лопасти, выход потока воды с меньшей энергией улучшают кавитационные свойства турбины и срок ее службы. Thus, through the windows in the rims, the channels are connected between the reflectors in a closed system, with the atmosphere, providing a free exit of working water from the turbine. The presence of curved channels from each blade and their connection with the stator reflectors by means of rims with windows allow more efficient use of the energy of the water flow, it is possible to obtain the maximum amount of work from the force created during the transition of the water flow from the working blades to the channels of the impeller and from kinetic energy the flow rate of water converted to stator reflectors in a closed system due to the reaction. At the same time, the organization of an individual water flow from each blade, the output of a stream of water with less energy improve the cavitation properties of the turbine and its service life.

Claims

A REACTIVE HYDRAULIC TURBINE, comprising a blade apparatus, a stator, an impeller made in the form of a hub with a lower rim covering the blades and a discharge channel, characterized in that, in order to improve cavitation qualities, the impeller is equipped with an additional lower rim and additional discharge channels in the flow channel the stator parts are made of reflectors, and the rims have through windows, while the flow part of the stator is placed coaxially between the rims, and the outlet channels are oriented by the outlet openings to the residents in the direction opposite to the direction of rotation of the turbine, and are connected in the horizontal plane by jumpers, forming a closed system between the reflectors and the blind part of the rims.