RU2020263C1

RU2020263C1 - Uniflow hydraulic unit

Info

Publication number: RU2020263C1
Application number: SU934948052A
Authority: RU
Inventors: Александр Вячеславович Суровин; Максим Михайлович Филимонов; Евгений Вячеславович Суровин; Михаил Зосимович Филимонов; Вячеслав Константинович Суровин
Original assignee: Александр Вячеславович Суровин; Максим Михайлович Филимонов; Евгений Вячеславович Суровин; Михаил Зосимович Филимонов; Вячеслав Константинович Суровин
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: low power hydroelectric stations. SUBSTANCE: chamber accommodates turbine impeller comprised of blades and a rim. The rim is of a parallelogram cross-section with T-shaped projection for fastening of a rotor. Side flanges of the rotor are provided with slots. The rim is installed between seals with gap filled with working medium. Pressure in the gap at the flow inlet is higher than it is at the outlet. The chamber has a positive buoyancy and is provided with weighting plate, wind mill and vertical cylindrical pontoons, each provided with a piston compressor. The pontoons are interconnected by the weighting plate at the bottom and wind mill at the top. The gap between the rim and seal is filled with fluid under pressure. EFFECT: improved design. 5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к прямоточным гидроагрегатам в виде погруженной гидросиловой установки, и может быть использовано в качестве гидроагрегата малой гидростанции. The invention relates to hydropower, in particular to direct-flow hydraulic units in the form of a submerged hydraulic power plant, and can be used as a hydraulic unit of a small hydroelectric power station.

Известен прямоточный агрегат с осевой турбиной, к периферийным кромкам лопастей рабочего колеса которой крепится ротор генератора, получивший название страфло [1]. Known direct-flow unit with an axial turbine, to the peripheral edges of the blades of the impeller which is attached to the rotor of the generator, called straflo [1].

Недостатком прямоточного агрегата типа страфло является ненадежное гидравлическое уплотнение, защищающее генератор от попадания влаги. The disadvantage of a straight-through unit like Strafflo is an unreliable hydraulic seal that protects the generator from moisture.

Известен прямоточный гидроагрегат, содержащий ротор, корпус статора с боковыми фланцами и гидравлическими уплотнениями, камеру, в которой установлено колесо турбины с ободом и лопастями ротора, укрепленного на ободе и расположенного в корпусе статора [2]. Known direct-flow hydraulic unit containing a rotor, a stator housing with side flanges and hydraulic seals, a chamber in which a turbine wheel with a rim and rotor blades mounted on the rim and located in the stator housing is installed [2].

Недостатком этого гидроагрегата является низкая надежность гидравлического уплотнения, которое допускает проникновение влаги в корпус статора генератора. The disadvantage of this hydraulic unit is the low reliability of the hydraulic seal, which allows moisture to enter the generator stator housing.

Цель изобретения - повышение надежности гидравлических уплотнений с принудительной аэрацией потока. The purpose of the invention is to increase the reliability of hydraulic seals with forced flow aeration.

Для этого обод расположен между гидравлическими уплотнениями в пазах боковых фланцев статора, зазор между поверхностями взаимодействия обода и гидравлических уплотнений заполнен сжатым газом, например воздухом, давление которого в зазоре со стороны входа потока выше давления в зазоре со стороны выхода потока, при этом обод выполнен с Т-образным выступом внутреннего диаметра с укрепленным ротором и Т-образным выступом наружного диаметра в виде лопастей. For this, the rim is located between the hydraulic seals in the grooves of the side flanges of the stator, the gap between the surfaces of the interaction of the rim and the hydraulic seals is filled with compressed gas, for example, air whose pressure in the gap on the flow inlet side is higher than the pressure in the gap on the flow outlet side, while the rim is made with T-shaped protrusion of the inner diameter with a reinforced rotor and a T-shaped protrusion of the outer diameter in the form of blades.

Т-образный роторный выступ обода содержит зубья и кинематически связан со стандартными обратимыми генератором и компрессором. Камера гидроагрегата обладает положительной плавучестью и укреплена на вертикальных цилиндрических понтонах, каждый из которых в нижней погружной части содержит поршневой компрессор, причем понтоны скреплены в нижней части грузовой пластиной, а в верхней части соединены между собой корпусом ветроагрегата, зазор между поверхностями взаимодействия обода и гидравлических уплотнений заполнен жидкостью под давлением, например водой. The T-shaped rotor protrusion of the rim contains teeth and is kinematically connected with standard reversible generator and compressor. The chamber of the hydraulic unit has positive buoyancy and is mounted on vertical cylindrical pontoons, each of which contains a piston compressor in the lower immersion part, and the pontoons are fastened in the lower part of the cargo plate, and in the upper part are interconnected by the wind turbine body, the gap between the surfaces of the interaction of the rim and hydraulic seals filled with liquid under pressure, such as water.

На фиг. 1 изображен прямоточный гидроагрегат на вертикальных цилиндрических понтонах с грузовой пластиной и ветроагрегатом; на фиг.2 - узел I на фиг. 1; на фиг.3 - узел II на фиг.1; на фиг.4 - гидроагрегат с наружным расположением лопастей рабочего колеса турбины; на фиг.5 - гидроагрегат, оснащенный обратимыми генератором и компрессором. In FIG. 1 shows a once-through hydraulic unit on vertical cylindrical pontoons with a cargo plate and a wind unit; in Fig.2 - node I in Fig. 1; figure 3 - node II in figure 1; figure 4 - hydraulic unit with an external arrangement of the blades of the impeller of the turbine; figure 5 - hydraulic unit equipped with a reversible generator and compressor.

Прямоточный гидроагрегат состоит из ротора 1, корпуса статора 2, боковых фланцев 3 и 4 с пазами 5, гидравлических уплотнений 6, полых болтов 7, зазора 8, камеры 9, рабочего колеса турбины 10 с лопастями 11 внутреннего диаметра, обода 12 с Т-образным выступом 13, пневмопровода 14, направляющих решеток 15 и 16, грузовой пластины 17, ветроагрегата 18 с лопастями 19 наружного диаметра обода 20 с Т-образным выступом 21 с зубьями 22, корпуса 23, боковых фланцев 24 и 25 с пазами 5, гидропровода 26, обратимого генератора 27 с шестерней 28, обратимого компрессора 29 с шестерней 30, вертикальных цилиндрических понтонов 31 с поршневым компрессором 32, трубой 33 с отверстием 34. The direct-flow hydraulic unit consists of a rotor 1, a stator housing 2, side flanges 3 and 4 with grooves 5, hydraulic seals 6, hollow bolts 7, a clearance 8, a chamber 9, a turbine impeller 10 with blades 11 of an inner diameter, a rim 12 with a T-shaped the protrusion 13, the pneumatic pipe 14, the guide grids 15 and 16, the cargo plate 17, the wind turbine 18 with the blades 19 of the outer diameter of the rim 20 with the T-shaped protrusion 21 with the teeth 22, the housing 23, the side flanges 24 and 25 with the grooves 5, the hydraulic pipe 26, reversible generator 27 with gear 28, reversible compressor 29 with gear 30, vertical cylindrical pontoons 31 with a piston compressor 32, a pipe 33 with a hole 34.

На фиг.4 представлен гидроагрегат, состоящий из ротора 35, корпуса статора 36, боковых фланцев 37 и 38 с пазами 5, гидравлических уплотнений 6, полых болтов 7, зазора 8, камеры 39, рабочего колеса турбины 40 с лопастями 41 наружного диаметра обода 42 с Т-образным выступом 43, пневмопровода 14, направляющих решеток 44 и 45, опор 46 и 47 крепления капсулы гидротурбины, монтажных крышек 48. Figure 4 presents the hydraulic unit, consisting of a rotor 35, a stator housing 36, side flanges 37 and 38 with grooves 5, hydraulic seals 6, hollow bolts 7, clearance 8, chamber 39, impeller of turbine 40 with blades 41 of outer diameter of rim 42 with a T-shaped protrusion 43, a pneumatic conduit 14, guide rails 44 and 45, supports 46 and 47 of a hydraulic turbine capsule mounting, mounting covers 48.

На фиг. 5 представлен гидроагрегат, состоящий из корпуса 49, боковых фланцев 3 и 4 с пазами 5, гидравлических уплотнений 6, полых болтов 7, зазора 8, камеры 9, рабочего колеса турбины 10 с лопастями 11 внутреннего диаметра обода 12 с Т-образным выступом 50 с зубьями 51, пневмопровода 14, направляющих решеток 15 и 16, обратимого генератора 52 с шестерней 53, обратимого компрессора 54 с шестерней 55. In FIG. 5 shows a hydraulic unit consisting of a housing 49, side flanges 3 and 4 with grooves 5, hydraulic seals 6, hollow bolts 7, clearance 8, chamber 9, turbine impeller 10 with blades 11 of the inner diameter of the rim 12 with a T-shaped protrusion of 50 s teeth 51, pneumatic duct 14, guide grids 15 and 16, reversible generator 52 with gear 53, reversible compressor 54 with gear 55.

Прямоточный гидроагрегат (фиг.1) работает следующим образом. Direct-flow hydraulic unit (figure 1) works as follows.

Камера 9 укреплена на вертикальных понтонах 31, содержащих трубы 33 забора воздуха и поршневые компрессоры 32 в нижней части. Штоки поршней компрессоров 32 шарнирно скреплены с грузовой пластиной 17, а трубы 33 - с ветроагрегатом 18. Устройство обладает положительной плавучестью, что позволяет разместить камеру 9 с турбиной и генератором и поршневые компрессоры 32 с грузовой пластиной 17 в потоке реки, а ветроагрегат 18 - над поверхностью потока. The chamber 9 is mounted on vertical pontoons 31, containing air intake pipes 33 and reciprocating compressors 32 at the bottom. The piston rods of the compressors 32 are pivotally attached to the cargo plate 17, and the pipes 33 to the wind turbine 18. The device has positive buoyancy, which allows the chamber 9 with the turbine and generator and piston compressors 32 with the cargo plate 17 to be placed in the river flow, and the wind turbine 18 is above flow surface.

Поток вращает рабочее колесо турбины 10, лопасти 11 которого по наружному диаметру прикреплены к ободу 12, выполненному в сечении в форме параллелограмма и содержащему Т-образный выступ 13 по наружному диаметру. Обод 12 размещен и вращается между гидравлическими уплотнениями 6, укрепленными в пазах 5 боковых фланцев 3 и 4 полыми болтами 7, через которые пневмопроводом 14 подается сжатый воздух из герметичных полостей понтонов 31 в зазор 8, создавая между поверхностями взаимодействия обода 12 и гидравлическими уплотнениями 6 воздушную подушку, причем большее количество воздуха (давление выше) подается в зазор между поверхностями, воспринимающими осевую нагрузку потока. The flow rotates the impeller of the turbine 10, the blades 11 of which are outwardly attached to the rim 12, made in cross section in the form of a parallelogram and containing a T-shaped protrusion 13 on the outer diameter. The rim 12 is placed and rotates between the hydraulic seals 6, fastened in the grooves 5 of the side flanges 3 and 4 with hollow bolts 7, through which the compressed air from the sealed cavities of the pontoons 31 is fed into the gap 8 by the pneumatic conduit 14, creating an air between the interaction surfaces of the rim 12 and the hydraulic seals 6 a pillow, with a greater amount of air (pressure above) being fed into the gap between the surfaces perceiving the axial flow load.

На Т-образном выступе 13 обода 12 укреплен ротор 1, который взаимодействует при вращении с обмоткой в корпусе статора 2, реализуя генератор. К корпусу статора 2 крепятся боковые фланцы 3 и 4. К боковому фланцу 3 крепится конфузор, совмещенный с направляющей решеткой 15, а к боковому фланцу 4 - диффузор. Конструкция вставляется в обечайку и закрепляется фланцем решетки 15 и соответственно фланцем с зубом решетки 16, реализуя тем самым герметичный объем камеры 9. При этом гидравлические уплотнения 6 выполнены из износостойкого материала, например витона, в виде V-образного профиля, что позволяет в сочетании с ободом 12 в сечении в форме параллелограмма реализовать опору скольжения гидроагрегата на воздушной подушке, отработанный воздух которой частично сбрасывается в речной поток, а частично заполняет герметичный объем камеры 9, создавая в ней избыточное давление, и через редукционный клапан (не показан) также сбрасывается в поток. Такое сочетание позволяет надежно защитить внутренний объем камеры 9, в которой размещен генератор в виде ротора 1 и обмотки в корпусе статора 2, от проникновения влаги при работе. При остановке гидроагрегата и прекращении подачи сжатого воздуха в зазор 8 края гидравлических уплотнений 6 прижимаются к граням обода 12 за счет упругих свойств материала и внешнего давления среды, что в сочетании с избыточным давлением в камере 9 также исключает возможность попадания влаги в генератор. A rotor 1 is mounted on the T-shaped protrusion 13 of the rim 12, which interacts with rotation with a winding in the stator housing 2, realizing a generator. Side flanges 3 and 4 are attached to the stator housing 2. A confuser is mounted to the side flange 3, combined with the guide grid 15, and a diffuser is attached to the side flange 4. The design is inserted into the shell and secured by the flange of the grill 15 and, respectively, by the flange with the tooth of the grill 16, thereby realizing the hermetic volume of the chamber 9. Moreover, the hydraulic seals 6 are made of wear-resistant material, for example, Viton, in the form of a V-shaped profile, which allows in combination with the rim 12 in the shape of a parallelogram to realize the sliding support of the hydraulic unit on an air cushion, the exhaust air of which is partially discharged into the river stream, and partially fills the sealed volume of the chamber 9, creating in th positive pressure and via a pressure reducing valve (not shown) is also reset to the stream. This combination allows you to reliably protect the internal volume of the chamber 9, in which the generator is placed in the form of a rotor 1 and a winding in the housing of the stator 2, from moisture penetration during operation. When the hydraulic unit stops and the supply of compressed air to the gap 8 is stopped, the edges of the hydraulic seals 6 are pressed against the faces of the rim 12 due to the elastic properties of the material and the external pressure of the medium, which in combination with overpressure in the chamber 9 also eliminates the possibility of moisture entering the generator.

Сжатый воздух для опоры скольжения на воздушной подушке качают поршневые компрессоры 32 в герметичные объемы понтонов 31, а забор воздуха производится трубой 33 с отверстием 34. При этом поршни компрессоров 32, связанные с грузовой пластиной 17, утилизируют энергию волн в сжатый воздух известным способом (возвратные пружины и амортизаторы компрессора 32 не показаны). Compressed air to support sliding on an air cushion pumps piston compressors 32 into the sealed volumes of pontoons 31, and air is taken in by a pipe 33 with a hole 34. In this case, the pistons of the compressors 32 connected to the cargo plate 17 utilize the wave energy into the compressed air in a known manner (return springs and shock absorbers of compressor 32 are not shown).

Ветроагрегат 18, укрепленный на концах труб 33 понтонов 31, имеет рабочее колесо в виде ротора Дарье. Воздушный поток вращает рабочее колесо, лопасти 19 которого по внутреннему диаметру прикреплены к ободу 20, выполненному в сечении в форме параллелограмма и содержащему Т-образный выступ 21 по внутреннему диаметру с зубьями 22. Обод 20 размещен и вращается между гидравлическими уплотнениями 6, укрепленными в пазах 5 боковых фланцев 24 и 25 полыми болтами 7, через которые по гидропроводу 26 подается гидронасосом (не показан) вода под давлением в зазор 8, создавая между поверхностями взаимодействия обода 20 и гидравлическими уплотнениями 6 гидравлическую подушку, причем большее количество воды (давление выше) подается в зазор, воспринимающей силу тяжести рабочего колеса. The windmill 18, mounted at the ends of the pipes 33 of the pontoons 31, has an impeller in the form of a Darier rotor. The air flow rotates the impeller, the blades 19 of which are mounted on the inner diameter of the rim 20, made in cross section in the form of a parallelogram and containing a T-shaped protrusion 21 on the inner diameter of the teeth 22. The rim 20 is placed and rotates between hydraulic seals 6, mounted in grooves 5 lateral flanges 24 and 25 with hollow bolts 7, through which a hydraulic pump (not shown) is supplied with hydraulic pump (not shown) to the gap 8 under pressure, creating between the surfaces of the interaction of the rim 20 and hydraulic seals 6 hydraulic cushion, and more water (pressure higher) is fed into the gap, perceiving the gravity of the impeller.

Боковые фланцы 24 и 25 скреплены с корпусом 23 и образуют жесткую конструкцию с полостью, в которой размещается Т-образный выступ 21 обода 20 с зубьями 22, с которыми взаимодействует шестерня 30 обратимого компрессора 29 и шестерня 28 обратимого генератора 27, укрепленных на боковых фланцах 24 и 25. Причем компрессор поставляет сжатый воздух в объем понтонов 31, а обратимость агрегатов необходима для трогания рабочего колеса с места. The lateral flanges 24 and 25 are fastened to the housing 23 and form a rigid structure with a cavity in which a T-shaped protrusion 21 of the rim 20 with teeth 22 is located, with which the gear 30 of the reversible compressor 29 and the gear 28 of the reversible generator 27 mounted on the side flanges 24 and 25. Moreover, the compressor supplies compressed air to the volume of the pontoons 31, and the reversibility of the units is necessary to move the impeller.

Прямоточный гидроагрегат (фиг.4) работает следующим образом. Direct-flow hydraulic unit (figure 4) works as follows.

Камера 39 укреплена на понтонах 31 и погружена в поток реки или может быть поставлена стационарно в низконапорное гидротехническое сооружение. The chamber 39 is mounted on pontoons 31 and immersed in a river stream or can be installed stationary in a low-pressure hydraulic structure.

Поток вращает рабочее колесо турбины 40 с лопастями 41 наружного диаметра обода 42 с Т-образным выступом 43, на котором укреплен ротор 35. Обод 42 размещен и вращается между гидравлическими уплотнениями 6, укрепленными в пазах 5 боковых фланцев 37 и 38 полыми болтами 7, через которые пневмопроводом 14 подается сжатый воздух в зазор 8, реализуя опору скольжения на воздушной подушке. The stream rotates the impeller of the turbine 40 with blades 41 of the outer diameter of the rim 42 with a T-shaped protrusion 43, on which the rotor 35 is mounted. The rim 42 is placed and rotates between the hydraulic seals 6, mounted in the grooves 5 of the side flanges 37 and 38 with hollow bolts 7, through which pneumatic conduit 14 delivers compressed air into the gap 8, realizing the sliding support on an air cushion.

Ротор 35, укрепленный на ободе 42, при вращении взаимодействует с обмоткой в корпусе статора 36, реализуя генератор. К корпусу статора 36 крепятся боковые фланцы 37 и 38. К фланцу 37 крепится передний обтекатель с опорой 46, а к фланцу 38 - задний обтекатель с опорой 47, образуя герметичный объем капсулы генератора. Полые опоры 46 и 47 (монтажный проем) закрыты крышками 48 и укреплены в направляющих решетках 44 и 45, ребра которых имеют продольные полости для прокладки коммуникаций. Конструкция вставляется в обечайку камеры 39 и закрепляется фланцами решеток 44 и 45. The rotor 35, mounted on the rim 42, during rotation interacts with the winding in the stator housing 36, realizing a generator. Side flanges 37 and 38 are attached to the stator housing 36. A front cowl with a support 46 is attached to a flange 37, and a rear cowl with a support 47 is attached to the flange 38, forming a sealed volume of the generator capsule. The hollow supports 46 and 47 (mounting aperture) are closed by covers 48 and fixed in the guide grids 44 and 45, the ribs of which have longitudinal cavities for laying communications. The design is inserted into the shell of the chamber 39 and secured by the flanges of the gratings 44 and 45.

Гидравлические уплотнения 6 и обод 42 в сочетании со сжатым воздухом реализуют опору скольжения гидроагрегата на воздушной подушке, отработанный воздух которой частично сбрасывается в поток, а частично заполняет герметичный объем капсулы генератора и через редукционный клапан также сбрасывается в поток. Такое сочетание позволяет надежно защитить внутренний объем капсулы с генератором от попадания влаги. Hydraulic seals 6 and rim 42 in combination with compressed air provide a sliding support for the hydraulic unit on an air cushion, the exhaust air of which is partially discharged into the stream and partially fills the sealed volume of the generator capsule and is also discharged into the stream through the pressure reducing valve. This combination allows you to reliably protect the internal volume of the capsule with the generator from moisture.

Гидроагрегат (фиг.5) работает следующим образом. The hydraulic unit (figure 5) works as follows.

Камера 9 укреплена на понтонах 31 и погружена в поток реки. Поток вращает рабочее колесо турбины 10, лопасти 11 которого по наружному диаметру прикреплены к ободу 12 с Т-образным выступом 50 с зубьями 51. Обод 12 размещен и вращается между гидравлическими уплотнениями 6, укрепленными в пазах 5 боковых фланцев 3 и 4 полыми болтами 7, через которые пневмопроводом 14 подается сжатый воздух в зазор 8, реализуя опору скольжения на воздушной подушке. Chamber 9 is mounted on pontoons 31 and immersed in the stream of the river. The stream rotates the impeller of the turbine 10, the blades 11 of which are outwardly attached to the rim 12 with a T-shaped protrusion 50 with teeth 51. The rim 12 is placed and rotates between the hydraulic seals 6, mounted in the grooves 5 of the side flanges 3 and 4 with hollow bolts 7, through which compressed air is supplied by pneumatic conduit 14 to the gap 8, realizing the sliding support on an air cushion.

Боковые фланцы 3 и 4 скреплены с корпусом 49 и образуют жесткую конструкцию с полостью, в которой размещается Т-образный выступ 5 с зубьями 51, с которыми взаимодействует шестерня 53 обратимого генератора 52 и шестерня 55 обратимого компрессора 54. Компрессор 54 качает сжатый воздух в объем понтонов 31, а обратимость агрегатов необходима для трогания рабочего колеса с места при работе в режиме насоса. The lateral flanges 3 and 4 are fastened to the housing 49 and form a rigid structure with a cavity in which a T-shaped protrusion 5 with teeth 51 is placed, with which the gear 53 of the reversible generator 52 and the gear 55 of the reversible compressor 54 interact. The compressor 54 pumps the compressed air into the volume pontoons 31, and the reversibility of the units is necessary to move the impeller from its place when working in pump mode.

Claims

1. A direct-flow hydraulic unit comprising a rotor, a stator housing with side flanges and hydraulic seals, a chamber, a turbine impeller installed therein, having blades and a rim, the rotor being mounted on the rim and located in the stator housing, characterized in that the cross-section of the rim is made mainly in the form of a parallelogram with a T-shaped protrusion and the rotor is fixed on the protrusion, grooves are made in the side flanges of the stator, hydraulic seals are placed in the grooves, the rim is located between the seals with a gap and the last one is filled N medium, the pressure in the gap by the higher pressure upstream in the gap by the flow exit.

2. The hydraulic unit according to claim 1, characterized in that the T-shaped protrusion is made on the outer diameter of the rim, the inner diameter of which is connected to the peripheral part of the blades of the turbine impeller.

3. The hydraulic unit according to claim 1, characterized in that the T-shaped protrusion is made on the inner diameter of the rim, the outer diameter of which is connected to the blades of the turbine impeller.

4. The hydraulic unit according to claims 1 to 3, characterized in that the T-shaped protrusion is equipped with teeth and is kinematically connected with a reversible generator and compressor, while the gap between the rim and seals is filled with compressed gas, for example air.

5. The hydraulic unit according to paragraphs. 1 to 4, characterized in that the chamber has positive buoyancy and is equipped with a cargo plate, a wind turbine and vertical cylindrical pontoons, each of which is equipped with a piston compressor, the pontoons being connected at the bottom of the cargo plate, in the upper part - a wind turbine and the gap between the rim and the seal filled with liquid under pressure, such as water.