RU226876U1 - Осевая гидротурбина - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к малой гидроэнергетике и может быть использована для преобразования энергии малых потоков воды с небольшими постоянными расходами и напорами в электроэнергию для электроснабжения предприятий сельского хозяйства, рыбоводства и малого бизнеса, расположенных в труднодоступных и удаленных районах. Технический результат - повышение КПД и снижение затрат на изготовление и эксплуатацию. Осевая гидротурбина содержит направляющий аппарат, камеру с рабочим колесом, соединенным валом через мультипликатор с электрогенератором, и струевыравнивающую часть. Исходя из назначения использования гидротурбины с небольшими постоянными расходами и напорами лопатки и лопасти в целях упрощения выполнены неповоротными. Лопасти струевыравнивающей части выполнены составными из передней жесткой части, направленной параллельно суммарному вектору скорости потока воды, поступающей из камеры рабочего колеса и задней части, направленной параллельно валу турбины и выполненной из гибкого упругого материала. Обеспечивается безударный выход потока воды из камеры рабочего колеса без его закручивания и образования вредных завихрений, увеличивающих гидравлическое сопротивление.

Description

Полезная модель относится к малой гидроэнергетике и может быть использована для преобразования энергии малых потоков воды с небольшими постоянными расходами и напорами в электроэнергию для электроснабжения предприятий сельского хозяйства, рыбоводства и малого бизнеса, расположенных в труднодоступных и удаленных районах.

Известна осевая гидротурбина, содержащая направляющий аппарат, выполненный из соосно расположенных внешнего и внутреннего корпусов и лопаток изогнутой формы, развернутых по направлению вращения рабочего колеса под углом установки лопаток направляющего аппарата рабочего колеса, одними концами закрепленных на внутреннем корпусе, а другими - соединенных с внешним корпусом, рабочее колесо, размещенное в камере, с лопастями криволинейной формы, закрепленными на корпусе под расчетным углом установки, причем камера рабочего колеса соединена одним из торцов с внешним корпусом направляющего аппарата, присоединенного к водоподводящей части, а корпус рабочего колеса соединен с внутренним корпусом направляющего аппарата, установленным на валу, который размещен посредством подшипниковых узлов на опорах, закрепленных на раме и соединен с электрогенератором, а также водоотводящую часть (патент RU 2 371 602 F03B 3/00, F03B 13/00).

Недостатком известной гидротурбины является низкий КПД, обусловленный повышенными гидравлическими потерями вследствие наличия закрученного вихревого шнура на выходе потока воды из камеры рабочего колеса, вызывающего вибрацию.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели и принятая заявителем в качестве прототипа является осевая гидротурбина, содержащая направляющий аппарат, выполненный из соосно расположенных внешнего и внутреннего корпусов и лопаток изогнутой формы, развернутых по направлению вращения рабочего колеса под углом установки лопаток направляющего аппарата рабочего колеса, одними концами закрепленных на внутреннем корпусе, а другими -соединенных с внешним корпусом, рабочее колесо, размещенное в камере, с лопастями криволинейной формы, закрепленными на корпусе под расчетным углом установки, причем камера рабочего колеса соединена одним из торцов с внешним корпусом направляющего аппарата, присоединенного к водоподводящей части, а корпус рабочего колеса соединен с внутренним корпусом направляющего аппарата, установленным на валу, который размещен посредством подшипниковых узлов на опорах, закрепленных на раме, а также водоотводящую струевыравнивающую часть выполненную из внешнего и внутреннего в виде втулки корпусов и лопаток изогнутой формы, одними концами закрепленных на внутреннем корпусе, а другими соединенных с внешним корпусом, при этом передние части лопаток направлены против вращения рабочего колеса, а задние части расположены параллельно оси вала, причем струевыравнивающая часть одним торцом внешнего корпуса соединена с камерой рабочего колеса и другим торцом - с водоотводящей частью, а за внутренним ее корпусом размещена одним концом втулка с жестко закрепленным на другом конце обтекателем каплевидной формы, (патент RU 2 587 396 F03B 3/00, F03B 13/00).

Вторая известная гидротурбина, в отличие от первой, содержит водоотводящую струевыравнивающую часть выполненную из внешнего и внутреннего в виде втулки корпусов и лопаток изогнутой формы одними концами закрепленных на внутреннем корпусе, а другими - соединенных с внешним корпусом, при этом передние части лопаток направлены против вращения рабочего колеса, а задние части расположены параллельно оси вала, причем струевыравнивающая часть одним торцом внешнего корпуса соединена с камерой рабочего колеса, а другим торцом внешнего корпуса соединена с водоподводящей частью. Струевыравнивающая часть частично снижает закручивание потока воды на выходе из камеры рабочего колеса и позволяет уменьшить гидравлические потери. Однако величина этого уменьшения является весьма малой, поскольку значительная часть потока воды выходящей из камеры рабочего колеса проходит между лопатками струевыравнивающей части, а части потока попадающие на жесткие лопатки частично закручиваются и создают завихрения при выходе с жестких задних частей лопаток. Это увеличивает гидравлическое сопротивление и потери энергии на трение, что существенно снижает возможность повышения КПД. Кроме того, известные гидротурбины имеют довольно сложное устройство. Это обусловлено использованием лопаток направляющего аппарата, рабочего колеса и струевыравнивающей части, выполненных с возможностью изменения угла установки.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в снижении величины гидравлических потерь на трение при движении потока воды, выходящего из рабочей камеры, а также в упрощении устройства гидротурбины. Технический результат - снижение затрат энергии на трение при движении потока воды и повышение КПД. Решение поставленной технической задачи и достижение технического результата обеспечивается тем что, осевая гидротурбина, содержащая направляющий аппарат, выполненный из соосно расположенных внешнего и внутреннего корпусов и лопаток изогнутой формы, развернутых по направлению вращения рабочего колеса под углом установки лопаток направляющего аппарата рабочего колеса, одними концами закрепленных на внутреннем корпусе, а другими концами соединенных с внешним корпусом, рабочее колесо, размещенное в камере, с лопастями криволинейной формы, закрепленными на корпусе под расчетным углом установки, причем камера рабочего колеса соединена одним из торцов с внешним корпусом направляющего аппарата, присоединенного к водоподводящей части, а корпус рабочего колеса соединен с внутренним корпусом направляющего аппарата, установленным на валу, который размещен посредством подшипниковых узлов на опорах, закрепленных на раме, а также водоотводящую струевыравнивающую часть выполненную из внешнего и внутреннего в виде втулки корпусов и лопаток изогнутой формы, одними концами закрепленных на внутреннем корпусе, а другими - соединенных с внешним корпусом, при этом передние части лопаток направлены против вращения рабочего колеса, а задние части расположены параллельно оси вала, причем струевыравнивающая часть одним торцом внешнего корпуса соединена с камерой рабочего колеса, и другим торцом - с водоотводящей частью, а за внутренним ее корпусом размещена одним концом втулка с жестко закрепленным на другом конце обтекателем каплевидной формы, снабжена мультипликатором, соединенным входным валом через муфту с валом рабочего колеса и выходным валом - через вторую муфту с электрогенератором.

Лопатки направляющего аппарата, рабочего колеса и струевыравнивающей части выполнены неповоротными с неподвижным соединением под соответствующими расчетными углами установки.

Лопатки струевыравнивающей части составные из двух частей, из которых передние части, направлены параллельно суммарному вектору скорости потока воды, выполнены жесткими с заостренными кромками, а задние части, направлены по оси вала, выполнены с клиновидным сечением из гибкого упругого материала с закругленными кромками и углами и с шириной d не менее b/tgF, где b - расстояние между лопатками по внешнему корпусу, а F - расчетный угол установки лопастей рабочего колеса.

Предлагаемая осевая гидротурбина отличается от прототипа совокупностью отличительных признаков, приведенных в отличительной части формулы полезной модели. Так в соответствии с областью использования на малых потоках воды с небольшими постоянными расходами и напорами лопатки гидротурбины выполнены неподвижными, что упрощает устройство. Лопатки струевыравнивающей части выполнены составными и задние их части имеют клиновидную форму, изготавливаются из гибкого упругого материала с закругленными кромками и углами, что предотвращает закручивание потока и способствует стабилизации формы и характера движения потока воды выходящего из камеры рабочего колеса.

На фиг. 1 изображена осевая гидротурбина, вид сбоку; на фиг. 2 - струевыравнивающая часть осевой гидротурбины, разрез А-А; на фиг. 3 - лопатка струевыравнивающей части осевой гидротурбины; на фиг. 4 - осевая гидротурбина с вертикальным валом.

Кроме того, на фиг. 3 изображено:

F - угол установки лопастей рабочего колеса;

d - ширина задней части лопатки струевыравнивающей части;

b - расстояние между лопатками струевыравнивающей части по внешнему корпусу.

Осевая гидротурбина содержит направляющий аппарат, выполненный из соосно расположенных внешнего 1, внутреннего 2 корпусов и лопаток 3 изогнутой формы, развернутых по направлению вращения рабочего колеса 4 с расчетным углом установки и равномерно одними концами закрепленных на внутреннем 2 корпусе, а другими - соединенных с внешним 1 корпусом неподвижными соединениями, например сварочными. В камере 5 размещено рабочее колесо 4 с лопастями 6 криволинейной формы, закрепленными на корпусе 7 также сваркой в соответствии с расчетным углом установки, определенным из условия оптимального КПД для реальных величин напора и расхода воды. Камера 5 рабочего колеса 4 соединена одним из торцов с внешним 1 корпусом направляющего аппарата, присоединенного к водоподводящей 8 части изогнутой формы. Корпус 7 рабочего колеса 4 соединен с внутренним 2 корпусом направляющего аппарата, установленном на валу 9, который размещен посредством подшипниковых узлов 10 на опорах 11, закрепленных на раме 12. В водоподводящей 8 части выполнено отверстие для вала 9 с сальниковым уплотнением 13. Вал 9 соединен муфтой 14 с валом мультипликатора 15, выходной вал которого соединен через муфту 16 с валом электрогенератора 17. Водоотводящая часть 18 выполнена в виде диффузора для уменьшения потерь энергии в гидротурбине и увеличения пропускной способности. Струевыравнивающая часть выполнена из соосно расположенных внешнего 19 и внутреннего 20 в виде втулки корпусов и лопаток 21 изогнутой формы, одними концами закрепленных на внутреннем корпусе 20, а другими - соединенных с внешним 19 корпусом сварочными соединениями. Лопатка 21 содержит переднюю жесткую часть, выполненную из металла с заостренной кромкой и неподвижно с ней соединенную заднюю часть, выполненную из гибкого упругого материала клиновидного сечения с закругленными кромками и углами. Ширина d задней части лопатки выбирается из условия исключения свободного прохода закрученного потока воды из камеры рабочего колеса между лопатками без контакта с ними и определяется как d=b/tgF, где b - расстояние между лопатками по наружному корпусу; F - расчетный угол установки лопастей рабочего колеса.

При установке лопаток переднюю жесткую часть направляют против вращения рабочего колеса параллельно суммарному вектору скорости потока воды выходящего из камеры рабочего колеса, что обеспечивает безударный выход потока воды. Угол изгиба при изготовлении лопаток задают таким образом, чтобы задняя упругая часть лопатки была направлена параллельно оси вала 9, что обеспечивает безударное взаимодействие потока воды с гибкой упругой частью лопасти без образования вредных завихрений и стабильность течения потока. Неподвижное сварочное соединение лопаток с корпусами обусловлено назначением предлагаемой осевой гидротурбины для преобразования в электроэнергию малых потоков воды с небольшими и постоянными расходами и напорами, поэтому отпадает необходимость в регулировании положения лопаток и лопастей. Струевыравнивающая часть одним торцом внешнего 19 корпуса соединена с камерой 5 рабочего колеса 4 и другим торцом внешнего корпуса соединена с водоотводящей частью 18, а за торцом внутреннего ее корпуса 20 размещена одним концом втулка 22 жестко закрепленным на другом конце обтекателем 23 каплевидной формы. Внешний корпус 1 направляющего аппарата, камера рабочего колеса 5, внешний корпус 19 струевыравнивающей части, а также водоподводящая 8 и водоотводящая 18 части соединены между собой герметично посредством фланцев. Осевая гидротурбина работает следующим образом. Поток воды с определенным напором и расходом из водоподводящей части 8 подается через лопатки 3 направляющего аппарата на лопасти 6 рабочего колеса 4, создавая на валу 9 вращающий момент, передаваемый через мультипликатор 15 на ротор электрогенератора 17, вырабатывающего электрическую энергию. При выходе из рабочей камеры 5 суммарный вектор его скорости совпадает с направлением передних частей лопаток 21 струевыравнивающей части, что обеспечивает безударный выход потока. Взаимодействие потока воды с гибкими упругими задними частями лопаток 21 осуществляется без его закручивания, раздробления и без образования вредных завихрений, что снижает величины гидравлических сопротивлений и потерь энергии на трение.

Таким образом, предлагаемая осевая гидротурбина, в сравнении с прототипом, обеспечивает увеличение КПД, за счет уменьшения гидравлических потерь и затрат энергии на трение при движении потока воды, выходящего из камеры рабочего колеса, путем стабилизации формы и характера его движения использованием гибких упругих задних частей лопаток струевыравнивающей части. Предлагаемая осевая гидротурбина предназначена для преобразования энергии малых потоков воды с небольшими постоянными расходами и напорами. Поэтому используются нерегулируемые, например, сварные соединения лопаток направляющей и струевыравнивающей частей, а также лопастей рабочего колеса, что упрощает ее устройство. Следует также заметить, что упрощение устройства обычно повышает и его надежность.

Claims (1)

1. Осевая гидротурбина, содержащая направляющий аппарат, выполненный из соосно расположенных внешнего и внутреннего корпусов и лопаток изогнутой формы, развернутых по направлению вращения рабочего колеса под углом установки лопаток направляющего аппарата рабочего колеса, одними концами закрепленных на внутреннем корпусе, а другими - соединенных с внешним корпусом, рабочее колесо, размещенное в камере, с лопастями криволинейной формы, закрепленными на корпусе под расчетным углом установки, причем камера рабочего колеса соединена одним из торцов с внешним корпусом направляющего аппарата, присоединенного к водоподводящей части, а корпус рабочего колеса соединен с внутренним корпусом направляющего аппарата, установленным на валу, который размещен посредством подшипниковых узлов на опорах, закрепленных на раме, а также водоотводящую струевыравнивающую часть, выполненную из внешнего и внутреннего в виде втулки корпусов и лопаток изогнутой формы, одними концами закрепленных на внутреннем корпусе, а другими - соединенных с внешним корпусом, при этом передние части лопаток направлены против вращения рабочего колеса, а задние части расположены параллельно оси вала, причем струевыравнивающая часть одним торцом внешнего корпуса соединена с камерой рабочего колеса и другим торцом - с водоотводящей частью, а за внутренним ее корпусом размещена одним концом втулка с жестко закрепленным на другом конце обтекателем каплевидной формы, отличающаяся тем, что она снабжена мультипликатором, соединенным входным валом через муфту с валом рабочего колеса и выходным валом через вторую муфту с электрогенератором, при этом лопатки направляющего аппарата, струевыравнивающей части и лопасти рабочего колеса выполнены неповоротными с неподвижным соединением под соответствующими расчетными углами установки, причем лопатки струевыравнивающей части составные из двух частей, из которых передние части направлены параллельно суммарному вектору скорости потока воды, выполнены жесткими с заостренными кромками, а задние части направлены по оси вала, выполнены с клиновидным сечением из гибкого упругого материала с закругленными кромками и углами и с шириной d не менее b/tgF, где b - расстояние между лопатками по внешнему корпусу, а F - расчетный угол установки лопастей рабочего колеса.

Images