RU2306452C2

RU2306452C2 - Hydraulic turbine

Info

Publication number: RU2306452C2
Application number: RU2005133291/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Иванов (RU); Владимир Михайлович Иванов; Тать на Юрьевна Родивилина (RU); Татьяна Юрьевна Родивилина; Борис Васильевич Сёмкин (RU); Борис Васильевич Сёмкин; Алексей Александрович Блинов (RU); Алексей Александрович Блинов; Полина Владимировна Иванова (RU); Полина Владимировна Иванова; Павел Петрович Свит (RU); Павел Петрович Свит; Герман Орестович Клейн (RU); Герман Орестович Клейн
Original assignee: Владимир Михайлович Иванов; Татьяна Юрьевна Родивилина
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-09-20
Also published as: RU2005133291A

Abstract

FIELD: hydraulic power engineering.

SUBSTANCE: invention can be used for converting energy of small water flows with low flow rates and heads into electric energy. Proposed hydraulic turbine has spiral case rigidly connected with two ring belts of stator between which vanes of guide assembly are installed, wheel arranged in case and rigidly connected with shaft, water supply and water outlet parts each vane of guide assembly is made in form of bent flat plate with angle between bent parts being 160-170° and ratio of length of one part of plate to length other part pointed to side of wheel is 1/1.5 - 1/2.0. Each vane is rigidly secured by sides on ring belts of stator, one part of flat plate being attached at angle of 40-45° to tangential line of outer diameter of ring belts of stator, and other, pointed to side of wheel, at angle equal to 10-20° to tangential line of inner diameter of ring belts of stator. Vanes are turned in direction of rotation of wheel, and number of vanes of guide assembly is chosen with due account of the fact that distance between two adjacent vanes is 0.2-0.3 m and width of each ring belt of stator is 0.1-0.2 outer diameter of wheel. Used as wheel is impeller of centrifugal pump rigidly installed on shaft arranged horizontally relative to plane of rotation of wheel and mounted in supports by means of bearing units. Said supports are rigidly connected with two discharge pipes of bent form connected by some ends to opposite sides of wheel case and by others, to water outlet part. Shaft can be connected by means of reduction unit with induction motor coupled with automatic control system including switching and measuring equipment unit with connected gangs of field capacitors, thyristor converters, useful load and regulating, control and protection unit connected with thyristor converter unit to which ballast load and field capacitor units are connected.

EFFECT: reduced labor input in manufacture and simplified design at preservation of high efficiency.

5 dwg

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии малых потоков воды с небольшими расходами и напорами в электроэнергию.The invention relates to hydropower and can be used to convert the energy of small streams of water with low costs and pressures into electricity.

Известна радиально-осевая обратимая гидромашина, содержащая спиральную камеру, облицовкой жестко скрепленную с двумя кольцевыми поясами статора, между которыми установлены лопатки направляющего аппарата, рабочее колесо, размещенное в камере и жестко соединенное с валом, водоподводящую и водоотводящую части. При этом каждая из лопаток направляющего аппарата имеет обтекаемую форму и установлена с возможностью поворота посредством механизма привода и поворота и индивидуального цилиндрического сервомотора, рабочее колесо выполнено радиально-осевым, под нижним ободом которого расположена полость со сбросными трубами, соединенными с водоотводящей частью в виде отсасывающей трубы, причем рабочее колесо жестко соединено с одним из концов вала, который расположен вертикально относительно плоскости вращения рабочего колеса (Кривченко Г.И. Гидравлические машины: Турбины и насосы. Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1978. - С. 301).Known radial-axial reversible hydraulic machine containing a spiral chamber, facing rigidly bonded to two annular stator belts, between which are mounted vanes of the guide apparatus, an impeller located in the chamber and rigidly connected to the shaft, water supply and water drainage parts. At the same time, each of the blades of the guide apparatus is streamlined and installed with the possibility of rotation by means of a drive and rotation mechanism and an individual cylindrical servomotor, the impeller is made radial-axial, under the lower rim of which there is a cavity with waste pipes connected to the drainage part in the form of a suction pipe moreover, the impeller is rigidly connected to one of the ends of the shaft, which is located vertically relative to the plane of rotation of the impeller (Krivchenko G.I. Hydra influential cars: Turbines and pumps. Textbook for high schools. - M.: Energy, 1978. - S. 301).

Недостатками описанной обратимой гидромашины является трудоемкость изготовления и сложность конструкции, обусловленные использованием крупногабаритных и металлоемких спиральной камеры, отсасывающей трубы и рабочего колеса, а также необходимостью применения механизма привода и поворота для изменения положения лопаток направляющего аппарата, и колонн статора.The disadvantages of the described reversible hydraulic machine are the complexity of manufacturing and design complexity due to the use of large and metal-intensive spiral chambers, a suction pipe and impeller, as well as the need to use a drive and rotation mechanism to change the position of the vanes of the guide apparatus and stator columns.

Известен центробежный насос, содержащий рабочее колесо, размещенное в камере и жестко соединенное с валом, который расположен горизонтально относительно плоскости вращения рабочего колеса, водоподводящую в виде входного патрубка и водоотводящую в виде спиральной камеры части (Кривченко Г.И. Гидравлические машины: Турбины и насосы. Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1978. - С. 188).A centrifugal pump is known that contains an impeller located in a chamber and rigidly connected to a shaft that is horizontally relative to the plane of rotation of the impeller, water supply in the form of an inlet pipe and water discharge in the form of a spiral chamber (Krivchenko G.I. Hydraulic machines: Turbines and pumps A textbook for high schools. - M .: Energy, 1978. - S. 188).

Недостатком описанного центробежного насоса является низкий коэффициент полезного действия (КПД) при работе в турбинном режиме вследствие того, что при движении потока воды в направлении, обратном движению потока воды в насосном режиме, форма лопаток рабочего колеса не обеспечивает условие безударного входа, что приводит к увеличению гидравлических потерь на рабочем колесе. При этом КПД центробежного насоса составляет 40-50%.The disadvantage of the centrifugal pump described is its low efficiency (turbine efficiency) when operating in turbine mode due to the fact that when the water flow moves in the opposite direction to the water flow in the pump mode, the shape of the impeller vanes does not provide a shock-free entry condition, which leads to an increase hydraulic losses on the impeller. The efficiency of the centrifugal pump is 40-50%.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является гидротурбина, содержащая спиральную камеру, облицовкой жестко скрепленную с двумя кольцевыми поясами статора, между которыми установлены колоны и лопатки направляющего аппарата, рабочее колесо, размещенное в камере и жестко соединенное с валом, водоподводящую и водоотводящую в виде отсасывающей трубы части. При этом лопатки направляющего аппарата установлены с возможностью порота посредством механизма привода и поворота, состоящего из рычагов, соединенных с верхним концом лопаток, серег и регулирующего кольца, в свою очередь, установленного с возможностью поворота с помощью сервомоторов, а рабочее колесо выполнено радиально-осевым и жестко соединено с одним концов вала, который расположен вертикально относительно плоскости вращения рабочего колеса (Кривченко Г.И. Гидравлические машины: Турбины и насосы. Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1978. - С.43).Closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved result (prototype) is a hydraulic turbine containing a spiral chamber, rigidly bonded with two annular stator belts, between which columns and vanes of the guide apparatus are installed, an impeller placed in the chamber and rigidly connected to the shaft , water supply and water discharge in the form of a suction pipe part. In this case, the vanes of the guide vane are installed with the possibility of pore through the drive and rotation mechanism, consisting of levers connected to the upper end of the vanes, earrings and an adjusting ring, which, in turn, are mounted with the possibility of rotation using servomotors, and the impeller is made radial-axial and rigidly connected to one end of the shaft, which is located vertically relative to the plane of rotation of the impeller (Krivchenko GI Hydraulic machines: Turbines and pumps. Textbook for high schools. - M .: Energy, 1978. - S.43).

Недостатками описанной гидротурбины являются трудоемкость изготовления и монтажа, обусловленная использованием крупногабаритных спиральной камеры и отсасывающей трубы, а также рабочего колеса, выполненного цельным, неразъемным, что приводит к большим трудозатратам не только на изготовление в заводских условиях, но и на транспортировку данных частей гибротурбины и на ее монтаж, а также сложность конструкции вследствие необходимости применения механизма привода и поворота для изменения положения лопаток направляющего аппарата, и колонн статора, которые вместе с поясами статора предназначены для восприятия нагрузок, вызываемых весом конструкции и давлением воды.The disadvantages of the described turbine are the complexity of manufacturing and installation, due to the use of a large spiral chamber and a suction pipe, as well as the impeller, made integral, one-piece, which leads to large labor costs not only for manufacturing in the factory, but also for the transportation of these parts of the turbine and its installation, as well as the complexity of the design due to the need to use the drive mechanism and rotation to change the position of the vanes of the guide apparatus, and count onn of the stator, which together with the stator belts are designed to absorb the loads caused by the weight of the structure and water pressure.

Предлагаемым изобретением решается задача снижения трудоемкости изготовления и упрощение конструкции при сохранении высокого КПД гидротурбины.The present invention solves the problem of reducing the complexity of manufacturing and simplifying the design while maintaining a high efficiency of the turbine.

Для достижения указанного технического результата в гидротурбине, содержащей спиральную камеру, жестко скрепленную с двумя кольцевыми поясами статора, между которыми установлены лопатки направляющего аппарата, рабочее колесо, размещенное в камере и жестко соединенное с валом, водоподводящую и водоотводящую части, каждая из лопаток направляющего аппарата выполнена в виде плоской пластины, согнутой на две части, угол между которыми равен 160-170°, отношение длины одной части пластины к длине другой части, обращенной в сторону рабочего колеса, равно 1/1,5-1/2,0, каждая лопатка жестко закреплена боковыми сторонами на кольцевых поясах статора, причем одна часть плоской пластины лопатки закреплена под углом, равным 40-45°, к касательной внешнего диаметра кольцевых поясов статора, а другая часть, обращенная в сторону рабочего колеса, - под углом, равным 10-20°, к касательной внутреннего диаметра кольцевых поясов статора, лопатки развернуты по направлению вращения рабочего колеса, количество лопаток направляющего аппарата выбрано с учетом того, что расстояние между двумя смежными лопатками равно 0,2-0,3 м, ширина каждого кольцевого пояса статора составляет 0,1-0,2 внешнего диаметра рабочего колеса, при этом в качестве рабочего колеса использовано рабочее колесо центробежного насоса, жестко установленное на валу, который расположен горизонтально относительно плоскости вращения рабочего колеса и размещен посредством подшипниковых узлов в опорах, жестко соединенных с двумя сбросными трубами изогнутой формы, присоединенных одними концами к противоположным сторонам камеры рабочего колеса, а другими - к водоотводящей части, причем вал имеет возможность соединения посредством редуктора с асинхронным двигателем, связанным с системой автоматического управления, включающей блок коммутационной и измерительной аппаратуры, с подключенными блоками конденсаторов возбуждения, тиристорных преобразователей, полезной нагрузки, и блок регулирования, защиты и управления, соединенного с блоком тиристорных преобразователей, к которому присоединены блоки балластной нагрузки и конденсаторов возбуждения.To achieve the indicated technical result, in a hydraulic turbine containing a spiral chamber rigidly fastened to two annular stator belts, between which guide vanes are installed, an impeller placed in the chamber and rigidly connected to the shaft, water supply and water discharge parts, each of the guide vanes is made in the form of a flat plate bent into two parts, the angle between which is equal to 160-170 °, the ratio of the length of one part of the plate to the length of the other part facing the working stake and equal to 1 / 1.5-1 / 2.0, each blade is rigidly fixed by the sides on the annular belts of the stator, and one part of the flat plate of the blades is fixed at an angle equal to 40-45 ° to the tangent to the outer diameter of the annular belts of the stator, and the other part facing the impeller is at an angle equal to 10-20 ° to the tangent of the inner diameter of the stator ring belts, the blades are deployed in the direction of rotation of the impeller, the number of vanes of the guide vane is selected taking into account the fact that the distance between two adjacent shoulder blade and equal to 0.2-0.3 m, the width of each annular zone of the stator is 0.1-0.2 of the outer diameter of the impeller, while the impeller used is a centrifugal pump impeller rigidly mounted on a shaft that is horizontally positioned relative to the plane of rotation of the impeller and is placed by means of bearing assemblies in bearings rigidly connected to two waste pipes of curved shape, connected at one end to opposite sides of the impeller chamber, and the other to the drainage part, the shaft has the ability to connect through a gearbox with an induction motor connected to an automatic control system, including a switching and measuring equipment unit, with connected units of field capacitors, thyristor converters, payload, and a regulation, protection and control unit connected to the thyristor converter unit, to which the ballast load units and field capacitors are connected.

Снижение трудоемкости изготовления и упрощение конструкции при сохранении высокого КПД гидротурбины обеспечивается за счет того, что каждая из лопаток направляющего аппарата выполнена в виде плоской пластины, согнутой на две части, угол между которыми равен 160-170°, отношение длины одной части пластины к длине другой части, обращенной в сторону рабочего колеса, равно 1/1,5-1/2,0, каждая лопатка жестко закреплена боковыми сторонами на кольцевых поясах статора, причем одна часть плоской пластины лопатки закреплена под углом, равным 40-45°, к касательной внешнего диаметра кольцевых поясов статора, а другая часть, обращенная в сторону рабочего колеса, - под углом, равным 10-20°, к касательной внутреннего диаметра кольцевых поясов статора, лопатки развернуты по направлению вращения рабочего колеса, количество лопаток направляющего аппарата выбрано с учетом того, что расстояние между двумя смежными лопатками равно 0,2-0,3 м, ширина каждого кольцевого пояса статора составляет 0,1-0,2 внешнего диаметра рабочего колеса, при этом в качестве рабочего колеса использовано рабочее колесо центробежного насоса, жестко установленное на валу, который расположен горизонтально относительно плоскости вращения рабочего колеса и размещен посредством подшипниковых узлов в опорах, жестко соединенных с двумя сбросными трубами изогнутой формы, присоединенных одними концами к противоположным сторонам камеры рабочего колеса, а другими - к водоотводящей части, причем вал имеет возможность соединения посредством редуктора с асинхронным двигателем, связанным с системой автоматического управления, включающей блок коммутационной и измерительной аппаратуры, с подключенными блоками конденсаторов возбуждения, тиристорных преобразователей, полезной нагрузки, и блок регулирования, защиты и управления, соединенный с блоком тиристорных преобразователей, к которому присоединены блоки балластной нагрузки и конденсаторов возбуждения.Reducing the complexity of manufacturing and simplifying the design while maintaining high efficiency of the turbine is ensured by the fact that each of the blades of the guide apparatus is made in the form of a flat plate bent into two parts, the angle between which is 160-170 °, the ratio of the length of one part of the plate to the length of the other the part facing the impeller is 1 / 1.5-1 / 2.0, each blade is rigidly fixed by the sides on the annular belts of the stator, and one part of the flat blade of the blade is fixed at an angle of 40-45 ° to the kosat the outer diameter of the stator ring belts, and the other part facing the impeller is at an angle of 10-20 ° to the tangent of the inner diameter of the stator ring belts, the blades are deployed in the direction of rotation of the impeller, the number of vanes of the guide vane is selected taking into account the fact that the distance between two adjacent blades is 0.2-0.3 m, the width of each annular stator belt is 0.1-0.2 of the outer diameter of the impeller, while the impeller is used centrifugally pump, rigidly mounted on a shaft that is horizontally relative to the plane of rotation of the impeller and placed by means of bearing assemblies in bearings, rigidly connected to two discharge pipes of curved shape, connected at one end to opposite sides of the impeller chamber, and the other to the drainage part, moreover, the shaft has the ability to connect through a gearbox with an induction motor associated with an automatic control system including a switching and measuring unit equipment, with connected blocks of excitation capacitors, thyristor converters, payload, and a regulation, protection and control unit connected to the thyristor converters block to which ballast load and excitation capacitors are connected.

Выполнение каждой из лопаток направляющего аппарата в виде плоской пластины, согнутой на две части, угол между которыми равен 160-170°, отношение длины одной части пластины к длине другой части, обращенной в сторону рабочего колеса, равно 1/1,5-1/2,0, и их жесткое закрепление боковыми сторонами на кольцевых поясах статора так, что одна часть плоской пластины лопатки закреплена под углом, равным 40-45°, к касательной внешнего диаметра кольцевых поясов статора, а другая часть, обращенная в сторону рабочего колеса, - под углом, равным 10-20°, к касательной внутреннего диаметра кольцевых поясов статора, и выполнение условия, что ширина каждого кольцевого пояса статора составляет 0,1-0,2 внешнего диаметра рабочего колеса, являются оптимальными, так как обеспечивают условие безударного входа потока воды из спиральной камеры на лопатки направляющего аппарата и далее на лопатки рабочего колеса.The execution of each of the blades of the guide apparatus in the form of a flat plate bent into two parts, the angle between which is equal to 160-170 °, the ratio of the length of one part of the plate to the length of the other part facing the impeller is 1 / 1.5-1 / 2.0, and their rigid fixing by the sides on the annular belts of the stator so that one part of the flat blade plate is fixed at an angle equal to 40-45 ° to the tangent to the outer diameter of the annular belts of the stator, and the other part facing the impeller, - at an angle equal to 10-20 ° to the tangent in the inner diameter of the annular stator belts, and the fulfillment of the condition that the width of each annular stator belt is 0.1-0.2 of the outer diameter of the impeller, are optimal, as they provide the condition of shock-free entry of the water flow from the spiral chamber onto the vanes of the guide apparatus and further on impeller blades.

Расстояние между двумя смежными лопатками, равное 0,2-0,3 м, является оптимальным, так как при расстоянии, меньшем 0,2 м, возникает дополнительное гидравлическое сопротивление потоку воды, а при расстоянии, большем 0,3 м, лопатки направляющего аппарата не успевают изменять траекторию движения потока воды.The distance between two adjacent vanes, equal to 0.2-0.3 m, is optimal, since at a distance less than 0.2 m, additional hydraulic resistance to the flow of water occurs, and at a distance greater than 0.3 m, the vanes of the guide vane do not have time to change the trajectory of the water flow.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена гидротурбина, продольный разрез; на фиг.2 - то же, сечение А-А; на фиг.3 - то же, вид 1; на фиг.4 - то же, вид сверху; на фиг.5 изображена блок-схема системы автоматического управления асинхронного двигателя.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a turbine, a longitudinal section; figure 2 is the same, section aa; figure 3 is the same, view 1; figure 4 is the same, a top view; figure 5 shows a block diagram of an automatic control system of an induction motor.

Гидротурбина содержит спиральную камеру 1, выполненную из стальных трубных элементов и конфузоров, соединенных сваркой, и жестко скрепленную с двумя стальными кольцевыми поясами 2 статора. Использование стандартных трубных элементов, изготовленных на определенное давление, гарантирует их прочность на напор воды в спиральной камере. Между кольцевыми поясами 2 статора установлены лопатки 3 направляющего аппарата. Рабочее колесо 4 размещено в камере 5 и жестко соединено с валом 6. Гидротурбина содержит также водоподводяшую 7 и водоотводящую 8 части, в качестве которых используются стальные трубы. Каждая из лопаток 2 направляющего аппарата (фиг.3) выполнена в виде плоской пластины, согнутой на две части, угол α между которыми равен 160-170°. Отношение длины одной части пластины (а) к длине другой части (в), обращенной в сторону рабочего колеса 4, равно 1/1,5-1/2,0. Каждая лопатка жестко закреплена, например, сваркой, боковыми сторонами на кольцевых поясах 2 статора. Одна часть (а) плоской пластины лопатки 3 закреплена под углом β, равным 40-45°, к касательной внешнего диаметра кольцевых поясов 2 статора, а другая часть(в), обращенная в сторону рабочего колеса 4, - под углом γ, равным 10-20°, к касательной внутреннего диаметра кольцевых поясов 2 статора. Это позволяет лопаткам 3 направляющего аппарата обеспечивать условие безударного входа потока воды на рабочее колесо 4 и выполнять функции колонн статора. Лопатки 3 развернуты по направлению вращения рабочего колеса 4, между ними и рабочим колесом 4 существует минимальный зазор. Количество лопаток 3 направляющего аппарата выбирается с учетом того, что расстояние между двумя смежными лопатками равно 0,2-0,3 м. Ширина каждого кольцевого пояса 2 статора составляет 0,1-0,2 внешнего диаметра рабочего колеса 4. При этом в качестве рабочего колеса 4 используется рабочее колесо центробежного насоса, например рабочее колесо диаметром, равным 825 мм, центробежного насоса Д 4000-95 со скоростью вращения, равной 750 об/мин. Рабочее колесо 4 жестко установлено на валу 6, который расположен горизонтально относительно плоскости вращения рабочего колеса 4 и размещен посредством подшипниковых узлов 9, защищенных сальниковыми уплотнениями 10, в опорах 11. Последние жестко соединены с двумя сбросными трубами 12 изогнутой формы, выполненными из стальных трубных элементов. Они присоединены одними концами к противоположным сторонам камеры 5 рабочего колеса 4, а другими - к водоотводящей 8 части. На подающем трубопроводе 13 установлена электрическая задвижка 14. Вал 6 имеет возможность соединения посредством редуктора 15 с асинхронным двигателем (АД) 16, в качестве которого может быть использован трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором общепромышленного использования. Трехфазный АД 16 связан с системой автоматического управления (САУ) 17 (фиг.5), которая включает блок коммутационной и измерительной аппаратуры (БКИА) 18, к которому подключены блок конденсаторов возбуждения (БКВ) 19, блок тиристорных преобразователей (БТП) 20, блок полезной нагрузки (БПН) 21, а также блок регулирования, защиты и управления (БРЗУ) 22, который соединен с БТП 20. К последнему присоединены блок балластной нагрузки (ББН) 23 и БКВ 19. САУ 17 предназначена для стабилизации выходных параметров трехфазного АД 16, работающего в режиме генератора, таких как амплитуда и частота вырабатываемого напряжения, отклонения которых от номинальных параметров могут быть вызваны колебаниями расхода воды и мощности полезной нагрузки. Выполнение спиральной камеры 1 и сбросных труб 12 из стандартных трубных элементов и конфузоров, использование рабочего колеса 4 центробежного насоса приводит к снижению трудоемкости изготовления, использование лопаток 3 направляющего аппарата предлагаемой формы упрощает конструкцию, а применение асинхронного двигателя 16 с системой автоматического управления 17 способствует повышению надежности и удобства эксплуатации, не требуя присутствия квалифицированного персонала.The hydraulic turbine contains a spiral chamber 1 made of steel pipe elements and confusers, connected by welding, and rigidly fastened to two stator steel ring belts 2. The use of standard pipe elements manufactured for a specific pressure ensures their resistance to water pressure in a spiral chamber. Between the annular belts 2 of the stator, blades 3 of the guide apparatus are installed. The impeller 4 is placed in the chamber 5 and is rigidly connected to the shaft 6. The hydraulic turbine also contains a water supply 7 and a water discharge 8 parts, which are steel pipes. Each of the blades 2 of the guide apparatus (Fig. 3) is made in the form of a flat plate bent into two parts, the angle α between which is equal to 160-170 °. The ratio of the length of one part of the plate (a) to the length of the other part (c) facing the impeller 4 is 1 / 1.5-1 / 2.0. Each blade is rigidly fixed, for example, by welding, with the sides on the annular belts 2 of the stator. One part (a) of the flat plate of the blade 3 is fixed at an angle β equal to 40-45 ° to the tangent to the outer diameter of the annular belts 2 of the stator, and the other part (c) facing the impeller 4 is at an angle γ equal to 10 -20 °, to the tangent of the inner diameter of the annular zones 2 of the stator. This allows the blades 3 of the guide vane to provide a condition for shock-free entry of the flow of water to the impeller 4 and to serve as stator columns. The blades 3 are deployed in the direction of rotation of the impeller 4, between them and the impeller 4 there is a minimum clearance. The number of blades 3 of the guide vane is selected taking into account the fact that the distance between two adjacent blades is 0.2-0.3 m. The width of each annular belt 2 of the stator is 0.1-0.2 of the outer diameter of the impeller 4. Moreover, as the impeller 4 uses an impeller of a centrifugal pump, for example an impeller with a diameter of 825 mm, a centrifugal pump D 4000-95 with a rotation speed of 750 rpm The impeller 4 is rigidly mounted on the shaft 6, which is located horizontally relative to the plane of rotation of the impeller 4 and is placed by bearings 11, protected by stuffing box seals 10, in the bearings 11. The latter are rigidly connected to two discharge pipes 12 of curved shape made of steel pipe elements . They are connected at one end to the opposite sides of the chamber 5 of the impeller 4, and the other to the drainage part 8. An electric valve 14 is installed on the supply pipe 13. The shaft 6 is capable of being connected via a gearbox 15 to an induction motor (АМ) 16, which can be used as a three-phase asynchronous motor with a squirrel-cage rotor for general industrial use. Three-phase HELL 16 is connected to an automatic control system (ACS) 17 (Fig. 5), which includes a switching and measuring equipment unit (BKIA) 18, to which a block of field capacitors (BKV) 19, a block of thyristor converters (BTP) 20, a block are connected payload (BPN) 21, as well as a control, protection and control unit (BRCU) 22, which is connected to the BTP 20. The latter is connected to a ballast load unit (BBN) 23 and BKV 19. SAU 17 is designed to stabilize the output parameters of the three-phase BP 16 operating in generator mode x as the amplitude and frequency of the generated voltage, the deviations of which from the nominal parameters can be caused by fluctuations in water flow and payload power. The implementation of the spiral chamber 1 and waste pipes 12 from standard pipe elements and confusers, the use of the impeller 4 of a centrifugal pump reduces the complexity of manufacturing, the use of vanes 3 of the guide apparatus of the proposed shape simplifies the design, and the use of an asynchronous motor 16 with an automatic control system 17 improves reliability and ease of use, without requiring the presence of qualified personnel.

Гидротурбина работает следующим образом.Hydroturbine works as follows.

По трубопроводу 13, на котором расположена электрическая задвижка 14, вода подается в водоподводящую 7 часть, далее в спиральную камеру 1 и, получив закрутку на лопатках 3 направляющего аппарата, поток воды поступает на рабочее колесо 4. Из него вода по сбросным трубам 12 поступает в водоотводящую 8 часть гидротурбины. При этом происходит преобразование энергии воды в механическую энергию вала 6, который соединен посредством редуктора 15 с АД 16, преобразующим механическую энергию в электрическую. АД 16 связан с САУ 15 с помощью четырехпроводного кабеля. При определенной скорости вращения ротора трехфазного АД 8, к статорным обмоткам которого через БКИА 18 подключены конденсаторы возбуждения БКВ 19, на зажимах трехфазного АД 16 возникает напряжение. Вырабатываемое напряжение со статорных обмоток трехфазного АД 16 через БКИА 18 поступает на БРЗУ 22, который вырабатывает сигналы управления тиристорами БТП 20, подключающими через БКИА 18 к трехфазному АД 16 балластную нагрузку ББН 23 мощностью, соответствующую механической мощности, сообщаемой ротору АД 16 от гидротурбины. БРЗУ 22 также вырабатывает сигналы управления тиристорами БТП 20, которые производят подключение и отключение добавочных конденсаторов БКВ 19 для стабилизации частоты вырабатываемого напряжения. При подключении к трехфазному АД 16 через БКИА 18 полезной нагрузки БПН 21 БРЗУ 22 вырабатывает сигналы управления тиристорами БТП 20, которые частично или полностью отключают балластную нагрузку ББН 23 и, при необходимости, подключают или отключают добавочные конденсаторы БКВ 19, создавая на зажимах трехфазного АД 16 напряжение определенной амплитуды и частоты. При аварийном режиме работы прекращается подача воды на рабочее колесо 4 закрытием электрической задвижки 14.Through the pipe 13, on which the electric valve 14 is located, water is supplied to the water supplying part 7, then to the spiral chamber 1 and, having received a twist on the blades 3 of the guide apparatus, the water flow enters the impeller 4. From it, water flows through the waste pipes 12 to drainage 8 of the turbine. When this happens, the conversion of water energy into mechanical energy of the shaft 6, which is connected by means of a gear 15 with HELL 16, converting mechanical energy into electrical energy. HELL 16 is connected to the ACS 15 using a four-wire cable. At a certain rotational speed of the rotor of the three-phase AM 8, to the stator windings of which are connected through the BKIA 18 excitation capacitors BKV 19, voltage arises at the terminals of the three-phase AM 16. The generated voltage from the stator windings of the three-phase HELL 16 through BKIA 18 is supplied to the BRZU 22, which generates control signals for the BTP 20 thyristors, which connect through the BKIA 18 to the three-phase HELL 16 ballast load BBN 23 with the power corresponding to the mechanical power communicated to the rotor HELL 16 from the hydraulic turbine. BRZU 22 also generates control signals for BTP 20 thyristors, which make connection and disconnection of additional capacitors BKV 19 to stabilize the frequency of the generated voltage. When connected to the three-phase HELL 16 through BKIA 18, the payload BPN 21 BRZU 22 generates control signals for the BTP 20 thyristors, which partially or completely disconnect the ballast load of the BBN 23 and, if necessary, connect or disconnect additional capacitors BKV 19, creating three-phase HELL 16 on the clamps voltage of a certain amplitude and frequency. In emergency operation, the water supply to the impeller 4 is stopped by closing the electric valve 14.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения приводит к снижению трудоемкости изготовления, уменьшению металлоемкости гидротурбины, упрощению конструкции при сохранении высокого КПД и позволяет применять гидротурбину для преобразования энергии малых потоков воды с небольшими расходами и напорами в электроэнергию.Thus, the use of the present invention leads to a decrease in the complexity of manufacturing, a decrease in the metal consumption of a hydraulic turbine, a simplification of the design while maintaining high efficiency, and allows the use of a hydraulic turbine to convert the energy of small flows of water with low costs and pressures into electricity.

Claims

A hydraulic turbine containing a spiral chamber rigidly fastened to two annular stator belts, between which guide vanes are mounted, an impeller located in the chamber and rigidly connected to the shaft, water supply and water discharge parts, characterized in that each of the guide vanes is made in the form a flat plate bent into two parts, the angle between which is 160-170 °, the ratio of the length of one part of the plate to the length of the other part facing the impeller is 1 / 1.5-1 / 2.0, each blade it is firmly fixed by the lateral sides on the annular zones of the stator, moreover, one part of the flat plate of the blade is fixed at an angle equal to 40-45 ° to the tangent of the outer diameter of the annular zones of the stator, and the other part, facing the impeller, at an angle equal to 10-20 °, to the tangent of the inner diameter of the annular zones of the stator, the blades are deployed in the direction of rotation of the impeller, the number of blades of the guide apparatus is selected taking into account the fact that the distance between two adjacent blades is 0.2-0.3 m, the width of each The stator front zone is 0.1-0.2 of the outer diameter of the impeller, while the impeller used is a centrifugal pump impeller, rigidly mounted on a shaft that is horizontal to the plane of rotation of the impeller and placed by bearings in bearings connected to two curved waste pipes, connected at one end to opposite sides of the impeller chamber, and the other to the drainage part, the shaft being able to be connected using a gearbox with an induction motor connected to an automatic control system, including a block of switching and measuring equipment, with connected blocks of field capacitors, thyristor converters, payload, and a regulation, protection and control unit connected to the thyristor converter block to which the blocks are connected ballast load and field capacitors.