RU2422670C1 - Blade system of impeller of radial axial hydraulic turbine - Google Patents

Blade system of impeller of radial axial hydraulic turbine Download PDF

Info

Publication number
RU2422670C1
RU2422670C1 RU2009147213/06A RU2009147213A RU2422670C1 RU 2422670 C1 RU2422670 C1 RU 2422670C1 RU 2009147213/06 A RU2009147213/06 A RU 2009147213/06A RU 2009147213 A RU2009147213 A RU 2009147213A RU 2422670 C1 RU2422670 C1 RU 2422670C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
section
rim
hub
thickness
Prior art date
Application number
RU2009147213/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Александрович Сотников (RU)
Анатолий Александрович Сотников
Игорь Михайлович Пылев (RU)
Игорь Михайлович Пылев
Владимир Александрович Демьянов (RU)
Владимир Александрович Демьянов
Валентин Николаевич Степанов (RU)
Валентин Николаевич Степанов
Валерий Евгеньевич Ригин (RU)
Валерий Евгеньевич Ригин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Силовые машины-ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ОАО "Силовые машины")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Силовые машины-ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ОАО "Силовые машины") filed Critical Открытое акционерное общество "Силовые машины-ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ОАО "Силовые машины")
Priority to RU2009147213/06A priority Critical patent/RU2422670C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2422670C1 publication Critical patent/RU2422670C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/121Blades, their form or construction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors
    • F05B2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/301Cross-section characteristics
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: blade system of impeller of radial axial hydraulic turbine includes rim 1, hub 2 and blades 3, each of which is connected to rim 1 and hub 2 and provided with inlet and outlet edges 4 and 5 of bent shape and smoothly changing thickness in the direction from inlet edge to outlet edge and from hub 2 to rim 1. Blades 3 of blade system have thickened part near inlet edge 4. Maximum thickness of blade 3 in its section with hub 2 is more than maximum thickness of blade 3 in its section with rim 1. Optimum intervals of values of parameters are determined: maximum thickness of section of blade 3 with hub 2, maximum thickness of section of blade 3 with rim 1, as well as their location places along straightened middle line of the appropriate section. ^ EFFECT: preventing flow separation after inlet edges of blades at operation of hydraulic turbine in modes with increased heads and modes with partial loads in the whole range of working heads. ^ 10 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области гидротурбостроения и может быть использовано при разработке рабочих колес радиально-осевых гидротурбин с целью обеспечения стабильной и надежной работы на режимах с повышенными напорами, а также на режимах с частичными нагрузками во всем диапазоне рабочих напоров.The proposed technical solution relates to the field of turbine construction and can be used in the development of impellers of radial-axis hydraulic turbines in order to ensure stable and reliable operation in high-pressure modes, as well as in partial-load modes in the entire range of working heads.

Известно, что для указанных режимов работы гидротурбины характерны большие значения гидродинамических углов атаки, что является причиной отрыва потока за входными кромками лопастей. Проведенные заявителем на лабораторных стендах модельные испытания рабочих колес радиально-осевых гидротурбин, а также численное трехмерное моделирование потока позволили выявить, что отрыв потока за входными кромками лопастей принимает форму вихря, который возникает на стороне низкого давления лопасти в непосредственной близости от входной кромки в примыкании её к ступице рабочего колеса и развивается в межлопастном канале от ступицы к ободу по направлению к выходной кромке. Также эти исследования показали, что обтекание участка лопасти, примыкающего к ободу, происходит без отрыва потока за входной кромкой. Таким образом, на стороне низкого давления лопастей вблизи выходных кромок происходит диссипация (рассеяние) вихрей и коллапс («схлопывание») содержащихся в них паровых пустот. Вследствие описанного выше процесса происходит потеря энергии движущегося потока жидкости, возникают высокочастотные пульсации давления в потоке и кавитационная эрозия на стороне низкого давления лопасти вблизи выходной кромки. В результате при работе гидротурбины на режимах повышенных напоров, а также на режимах частичных нагрузок имеют место резкое снижение КПД турбины, нестабильность потока и более интенсивный процесс кавитационной эрозии лопастей рабочего колеса.It is known that the hydrodynamic operating modes are characterized by large values of the hydrodynamic angles of attack, which is the reason for the flow separation behind the input edges of the blades. The model tests of the impellers of radial-axis hydraulic turbines carried out by the applicant at laboratory stands, as well as numerical three-dimensional modeling of the flow revealed that separation of the flow behind the inlet edges of the blades takes the form of a vortex, which occurs on the low pressure side of the blade in the immediate vicinity of the inlet edge adjacent to it to the hub of the impeller and develops in the inter-blade channel from the hub to the rim towards the outlet edge. Also, these studies have shown that the flow around the portion of the blade adjacent to the rim occurs without separation of the flow beyond the inlet edge. Thus, on the low pressure side of the blades near the outlet edges, the vortices dissipate (scatter) and collapse (“collapse”) the vapor voids contained in them. Due to the process described above, the energy of a moving fluid flow is lost, high-frequency pressure pulsations in the flow and cavitation erosion occur on the low pressure side of the blade near the outlet edge. As a result, when the hydraulic turbine operates at high pressure modes, as well as at partial load modes, there is a sharp decrease in turbine efficiency, flow instability, and a more intensive process of cavitation erosion of the impeller blades.

Оптимизация профиля поверхности лопасти является одной из ключевых задач при разработке лопаточного аппарата рабочего колеса, так как геометрические характеристики профиля лопасти (распределение толщины по направлению от входной кромки к выходной, значение максимальной толщины и ее место расположения) оказывают существенное влияние на энергокавитационные характеристики рабочего колеса.Optimization of the surface profile of the blade is one of the key tasks in the development of the blade apparatus of the impeller, since the geometric characteristics of the profile of the blade (distribution of thickness in the direction from the input edge to the output, the maximum thickness and its location) have a significant impact on the energy and cavitation characteristics of the impeller.

В гидротурбостроении известно, что утолщение лопасти при сохранении неизменными всех остальных параметров влечет за собой возрастание скоростей потока, обтекающего лопасть, что, в свою очередь, ведет к уменьшению давления как на вогнутой, так и на выпуклой сторонах профиля, и следовательно, к снижению энергокавитационных характеристик рабочего колеса. Обычно для достижения более высоких энергокавитационных показателей толщину сечения лопасти выбирают минимально возможной исходя из условий обеспечения необходимой прочности конструкции.It is known in hydroturbine engineering that the thickening of the blade, while maintaining all other parameters unchanged, entails an increase in the velocities of the stream flowing around the blade, which, in turn, leads to a decrease in pressure on the concave and convex sides of the profile, and, consequently, to a decrease in energy cavitation impeller characteristics. Usually, in order to achieve higher energy-cavitation indicators, the thickness of the section of the blade is chosen as minimal as possible based on the conditions for ensuring the necessary structural strength.

Значение кавитационного коэффициента можно изменять также и за счет перемещения положения точки максимальной толщины сечения вдоль срединной линии сечения лопасти (при одном и том же значении максимальной толщины сечения).The value of the cavitation coefficient can also be changed by moving the position of the point of maximum thickness of the section along the midline of the section of the blade (with the same value of the maximum thickness of the section).

Под срединной линией сечения лопасти понимается линия сечения, равноудаленная от рабочей поверхности и тыльной поверхности лопасти.The midline section of the blade refers to the section line equidistant from the working surface and the rear surface of the blade.

Известно, что перемещение точки максимальной толщины к выходной кромке вызывает утолщение сечения лопасти именно в зоне максимального разряжения и приводит к снижению энергокавитационных характеристик. С другой стороны, перемещение точки максимальной толщины сечения к входной кромке всегда позволяет существенно улучшить кавитационные качества, однако в этом случае существуют определенные конструктивные ограничения.It is known that moving the point of maximum thickness to the output edge causes a thicker section of the blade in the zone of maximum vacuum and leads to a decrease in energy-cavitation characteristics. On the other hand, the movement of the point of maximum thickness of the section to the input edge always allows you to significantly improve the cavitation quality, however, in this case, there are certain design limitations.

Следует также отметить, что известны аэродинамические профили с сильно утолщенной головной частью по всей высоте лопасти, применяемые при проектировании летательных аппаратов и выдерживающие большой диапазон углов атаки набегающего потока, до 40 градусов, без отрыва пограничного слоя. Однако опыт проектирования и эксплуатации гидротурбин показывает, что в гидротурбостроении применение такого типа профилей нецелесообразно по двум причинам. Сильное утолщение головной части профиля по всему размаху лопасти от ступицы к ободу приводит к увеличению гидравлических потерь энергии и снижению КПД гидротурбины на режимах с высокими относительными скоростями потока на входе в рабочее колесо, а также к ухудшению кавитационных характеристик гидротурбины на большинстве рабочих режимов. Кроме того, решения, применяемые в аэродинамике, не применимы в гидротурбостроении вследствие различного характера отрыва потока на крыловом аэродинамическом профиле летательного аппарата и на лопасти радиально-осевой гидротурбины: на аэродинамическом профиле крыла отрыв потока характеризуется возникновением периодически отделяющихся от входной кромки вихрей, оси которых параллельны входной кромке крыла и которые простираются по всей ширине (размаху) крыла, а на лопасти лопаточного аппарата рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины основная часть вихря устойчиво вращается, ось его быстро отклоняется от положения, параллельного входной кромке, и приближается к положению, параллельному линии пересечения лопасти с ободом, при этом неустойчивое состояние вихря возникает в хвостовой его части на выходе потока из межлопастного канала.It should also be noted that aerodynamic profiles with a very thickened head part over the entire height of the blade are known, which are used in the design of aircraft and can withstand a large range of angles of attack of the incoming flow, up to 40 degrees, without separation of the boundary layer. However, the experience of designing and operating hydroturbines shows that in hydroturbine engineering the use of this type of profile is impractical for two reasons. A strong thickening of the head of the profile over the entire span of the blade from the hub to the rim leads to an increase in hydraulic energy losses and a decrease in the efficiency of the turbine in regimes with high relative flow rates at the entrance to the impeller, as well as to a deterioration in the cavitation characteristics of the turbine in most operating modes. In addition, the solutions used in aerodynamics are not applicable in hydro turbine construction due to the different nature of the flow separation on the wing aerodynamic profile of the aircraft and on the blades of the radial-axial hydraulic turbine: on the aerodynamic profile of the wing, flow separation is characterized by the appearance of periodically separated vortices from the inlet edge, whose axes are parallel the leading edge of the wing and which extend over the entire width (span) of the wing, and on the blades of the blade apparatus of the impeller, radial-axial hydrot The main part of the vortex rotates steadily, its axis quickly deviates from a position parallel to the input edge, and approaches a position parallel to the line of intersection of the blade with the rim, while an unstable state of the vortex arises in its tail part at the outlet of the flow from the inter-blade channel.

Традиционная конструкция лопаточного аппарата рабочего колеса, применяемая в радиально-осевых гидротурбинах, включает в себя ступицу, обод, лопасти, каждая из которых выполнена с входной и выходной кромками, причем тело лопасти, заключенное между ступицей, ободом, входной и выходной кромками, имеет переменную толщину. При этом, согласно рекомендациям, основанным на результатах исследований влияния параметров, в том числе геометрии профилей лопастей, на гидродинамические показатели рабочего колеса, профиль поперечного сечения лопасти относительно распрямленной срединной линии сечения выполняется выпуклым, а место расположения точки максимальной толщины профиля сечения принимается на расстоянии от входной кромки (25÷35)% длины срединной линии сечения [Е.В.Гутовский, А.Ю.Колтон. Теория и гидродинамический расчет гидротурбин. Л.: Машиностроение, 1974 г., с.352-357].The traditional design of the impeller vane apparatus used in radial-axial hydraulic turbines includes a hub, rim, blades, each of which is made with input and output edges, and the body of the blade, enclosed between the hub, rim, input and output edges, has a variable thickness. Moreover, according to recommendations based on the results of studies of the influence of parameters, including the geometry of the blade profiles on the hydrodynamic characteristics of the impeller, the cross section profile of the blade relative to the straightened midline of the cross section is convex, and the location of the point of maximum thickness of the cross section profile is taken at a distance from input edge (25 ÷ 35)% of the length of the midline of the section [E.V. Gutovsky, A.Yu. Colton. Theory and hydrodynamic calculation of hydroturbines. L .: Engineering, 1974, S. 352-357].

Следует отметить, что рассмотрение распределения толщины сечения вдоль распрямленной срединной линии дает более наглядное представление о форме профиля сечения. Именно поэтому заявитель использует понятие распрямленной срединной линии сечения лопасти и далее рассматривает профиль сечения лопасти относительно распрямленной срединной линии.It should be noted that the consideration of the distribution of the thickness of the section along the straightened midline gives a more visual representation of the shape of the section profile. That is why the applicant uses the concept of a straightened midline of the section of the blade and then considers the profile of the section of the blade relative to the straightened middle line.

Описанное выше традиционное выполнение лопаточного аппарата является на сегодняшний день наиболее распространенным в гидротурбостроении.The traditional implementation of the scapular apparatus described above is by far the most common in hydraulic turbine construction.

В качестве наиболее близкого к заявляемому техническому решению предлагается выбрать лопаточный аппарат рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины, направленного на повышение КПД и улучшение кавитационных эрозионных и пульсационных характеристик при частичных нагрузках [авторское свидетельство СССР № SU 1659679, F03B 3/12, опубликовано 30.06.1991 г.]. Лопаточный аппарат рабочего колеса содержит верхний обод, являющийся центральной частью (ступицей) рабочего колеса, и нижний обод (обод), а также закрепленные между ними лопасти. Согласно соотношениям геометрических параметров, в соответствии с которыми выполнена поверхность каждой лопасти, входная и выходная кромки каждой лопасти имеют изогнутый профиль и переменную толщину, плавно изменяющуюся в направлении от входной кромки к выходной кромке и от ступицы к ободу. Анализ геометрических параметров поверхности лопасти показывает, что в данном случае имеет место традиционное решение, при котором профиль поперечного сечения лопасти относительно распрямленной срединной линии сечения выполнен выпуклым, толщина сечения от входной кромки увеличивается, достигая максимального значения, после чего уменьшается до выходной кромки, при этом точка максимальной толщины сечения лопасти расположена от входной кромки в пределах (25÷35)% длины срединной линии сечения, а значение максимальной толщины лопасти практически не изменяется по высоте лопасти в направлении от ступицы к ободу.As the closest to the claimed technical solution, it is proposed to choose a blade apparatus of the impeller of a radial-axial hydraulic turbine aimed at increasing efficiency and improving cavitation erosion and pulsation characteristics at partial loads [USSR copyright certificate No. SU 1659679, F03B 3/12, published on 06/30/1991 g.]. The impeller vanes comprise an upper rim, which is the central part (hub) of the impeller, and a lower rim (rim), as well as blades fixed between them. According to the ratios of geometric parameters, in accordance with which the surface of each blade is made, the input and output edges of each blade have a curved profile and a variable thickness, smoothly changing in the direction from the input edge to the output edge and from the hub to the rim. An analysis of the geometric parameters of the surface of the blade shows that in this case there is a traditional solution in which the profile of the cross section of the blade relative to the straightened midline of the section is convex, the thickness of the section from the input edge increases, reaching a maximum value, and then decreases to the output edge, the point of the maximum thickness of the section of the blade is located from the input edge within (25 ÷ 35)% of the length of the midline of the section, and the value of the maximum thickness of the blade is almost matic adjustment does not change in the direction of the blade from the hub to the rim.

Применение рассмотренных выше технических решений в разработке рабочих колес радиально-осевых гидротурбин не позволяет при эксплуатации на режимах с повышенными напорами, а также на режимах с частичными нагрузками во всем диапазоне рабочих напоров исключить отрыв потока за входными кромками лопастей лопаточного аппарата рабочего колеса и образование вихрей в межлопастных каналах, вследствие чего на указанных режимах происходит увеличение гидравлических потерь в потоке, имеет место более интенсивный процесс кавитационной эрозии лопастей и возникновение высокочастотных пульсаций давления в потоке.The application of the technical solutions discussed above in the development of the impellers of radial-axial hydraulic turbines does not allow, during operation under high-pressure modes, as well as at partial-load modes in the entire range of working pressures, to exclude flow separation behind the inlet edges of the impeller vanes and the formation of vortices in interlobed channels, as a result of which in these modes there is an increase in hydraulic losses in the flow, there is a more intensive process of cavitation erosion of the lo astey and the occurrence of high-frequency pressure pulsations in the flow.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в предотвращении отрыва потока за входными кромками лопастей при работе турбины на режимах с повышенными напорами, а также на режимах с частичными нагрузками во всем диапазоне рабочих напоров, что позволяет обеспечить снижение гидравлических потерь при одновременном уменьшении нестабильности потока и уменьшении кавитационной эрозии на лопастях рабочего колеса.The technical result, to which the claimed technical solution is directed, is to prevent flow separation behind the input edges of the blades when the turbine is operating in high-pressure modes, as well as in partial-load modes in the entire range of working heads, which allows to reduce hydraulic losses while reducing flow instability and reducing cavitation erosion on the impeller blades.

Для достижения указанного технического результата предлагается лопаточный аппарат рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины, содержащий обод, ступицу и лопасти, каждая из которых соединена с ободом и ступицей и выполнена с входной и выходной кромками изогнутого профиля, причем толщина лопасти плавно изменяется в направлении от входной кромки к выходной и в направлении от ступицы к ободу.To achieve the specified technical result, a blade apparatus of the impeller of a radial-axial hydraulic turbine is proposed, comprising a rim, a hub and blades, each of which is connected to the rim and the hub and is made with the input and output edges of the curved profile, and the blade thickness smoothly changes in the direction from the input edge to the outlet and in the direction from the hub to the rim.

При этом, согласно изобретению, профиль сечения лопасти поверхностью ступицы относительно распрямленной срединной линии сечения имеет выпуклый участок, начинающийся от входной кромки, толщина которого сначала увеличивается, а затем уменьшается. За упомянутым выше выпуклым участком профиля сечения следует вогнутый участок. При этом толщина сечения лопасти поверхностью ступицы плавно увеличивается от входной кромки и достигает максимального значения на расстоянии от входной кромки, составляющем (8÷16)% длины срединной линии сечения лопасти поверхностью ступицы, после чего толщина сечения плавно уменьшается до выходной кромки. Максимальное значение толщины данного сечения составляет (2,7÷4,5)% номинального диаметра рабочего колеса гидротурбины.Moreover, according to the invention, the profile of the section of the blade by the surface of the hub relative to the straightened midline of the section has a convex section starting from the inlet edge, the thickness of which first increases and then decreases. The convex section of the sectional profile mentioned above is followed by a concave section. In this case, the thickness of the section of the blade by the surface of the hub gradually increases from the input edge and reaches a maximum value at a distance from the input edge of (8 ÷ 16)% of the length of the midline of the section of the blade by the surface of the hub, after which the thickness of the section gradually decreases to the output edge. The maximum value of the thickness of this section is (2.7 ÷ 4.5)% of the nominal diameter of the impeller of the turbine.

Профиль сечения лопасти поверхностью обода относительно распрямленной срединной линии сечения выполнен выпуклым. Толщина сечения лопасти поверхностью обода от входной кромки плавно увеличивается и достигает максимального значения на расстоянии от входной кромки, составляющем (12÷34)% длины срединной линии сечения лопасти поверхностью обода. Затем толщина данного сечения плавно уменьшается до выходной кромки. Максимальное значение толщины сечения лопасти поверхностью обода составляет (1,4÷2,2)% номинального диаметра рабочего колеса гидротурбины.The section profile of the blade by the surface of the rim relative to the straightened midline of the section is convex. The thickness of the section of the blade by the surface of the rim from the input edge gradually increases and reaches a maximum value at a distance from the input edge of (12 ÷ 34)% of the length of the midline of the section of the blade of the surface of the rim. Then the thickness of this section gradually decreases to the output edge. The maximum value of the thickness of the section of the blade by the surface of the rim is (1.4 ÷ 2.2)% of the nominal diameter of the impeller of the turbine.

Предлагаемые геометрические характеристики формы лопасти лопаточного аппарата и интервалы значений параметров выявлены заявителем в результате проведенных исследований и являются оптимальными для достижения указанного выше технического результата.The proposed geometric characteristics of the shape of the blade of the scapular apparatus and the intervals of values of the parameters identified by the applicant as a result of studies and are optimal to achieve the above technical result.

Выполнение лопастей лопаточного аппарата с утолщенной частью вблизи входной кромки согласно тому, как описано выше, позволяет на режимах с повышенными напорами и на режимах с частичными нагрузками во всем диапазоне рабочих напоров расширить диапазон безударных углов натекания потока и тем самым исключить отрыв потока на лопастях рабочего колеса, а также образование вихря в межлопастных каналах, что подтверждается результатами проведенных заявителем модельных и натурных испытаний, а также результатами трехмерного математического моделирования потока. Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает снижение кавитационной эрозии на лопастях рабочего колеса, устранение высокочастотных пульсаций давления потока в проточной части, повышение величины достигаемого гидротурбиной КПД, что в конечном итоге позволяет значительно расширить диапазон нагрузок, характеризующийся надежной работой гидротурбины, и, что особенно важно, указанный результат достигается без ухудшения характеристик гидротурбины при других режимах работы.The implementation of the blades of the bladed apparatus with a thickened part near the inlet edge according to the procedure described above allows expanding the range of shock-free flow inflow angles for high-pressure and partial-load modes in the entire range of working heads, thereby eliminating flow separation on the impeller blades as well as the formation of a vortex in the inter-blade channels, which is confirmed by the results of model and field tests carried out by the applicant, as well as the results of a three-dimensional mathematical mode elite flow. Thus, the proposed technical solution reduces cavitation erosion on the impeller blades, eliminates high-frequency pulsations of the flow pressure in the flow part, increases the efficiency achieved by the hydraulic turbine, which ultimately allows to significantly expand the load range, characterized by reliable operation of the hydraulic turbine, and, which is especially important , the specified result is achieved without impairing the characteristics of the turbine in other modes of operation.

Для достижения указанного выше технического результата применены неочевидные для специалиста решения, явным образом не вытекающие из уровня техники, а именно, выполнение лопастей лопаточного аппарата с утолщенной частью вблизи входной кромки, причем максимальная толщина лопасти в корневом сечении (сечении лопасти поверхностью ступицы) больше, чем максимальная толщина лопасти в сечении ее поверхностью обода.To achieve the above technical result, solutions that are not obvious to the specialist are applied that are not explicitly derived from the prior art, namely, the execution of the blades of the blade apparatus with a thickened part near the input edge, and the maximum thickness of the blade in the root section (section of the blade by the hub surface) is greater than maximum blade thickness in section by its rim surface.

При этом заявителем в результате проведенных исследований установлены указанные выше оптимальные значения интервалов следующих параметров: максимальной толщины сечения лопасти поверхностью ступицы, максимальной толщины сечения лопасти поверхностью обода, а также мест их расположения вдоль распрямленной срединной линии соответствующего сечения.Moreover, as a result of the studies, the applicant has established the above optimal values of the intervals of the following parameters: the maximum thickness of the blade section of the hub surface, the maximum thickness of the blade section of the surface of the rim, as well as their locations along the straightened midline of the corresponding section.

Проведенные модельные испытания и трехмерное математическое моделирование потока подтвердили, что именно в указанных интервалах параметров на режимах с повышенными напорами, а также на режимах с частичными нагрузками во всем диапазоне рабочих напоров обеспечивается предотвращение отрыва потока за входными кромками лопастей лопаточного аппарата рабочего колеса и образования вихря в межлопастных каналах.Model tests and three-dimensional mathematical modeling of the flow confirmed that it is precisely in the indicated ranges of parameters that the high-pressure modes, as well as the partial-load modes in the entire range of working heads, prevent flow separation behind the inlet edges of the impeller vanes and the formation of a vortex in interlobed canals.

Следует также отметить, что при указанных соотношениях параметров лопасти конструкция лопаточного аппарата обладает необходимой прочностью и надежностью, что также подтверждено результатами расчетов, выполненных заявителем, и проведенными модельными и натурными испытаниями.It should also be noted that, with the indicated ratios of the blade parameters, the design of the blade apparatus possesses the necessary strength and reliability, which is also confirmed by the results of calculations performed by the applicant and by model and field tests.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлено меридианное сечение лопаточного аппарата рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины, где изображены обод 1, ступица 2, одна из лопастей 3 с входной 4 и выходной 5 кромками.Figure 1 shows the meridian section of the blade apparatus of the impeller of a radial-axial hydraulic turbine, which shows the rim 1, hub 2, one of the blades 3 with input 4 and output 5 edges.

На фиг.2 - профиль сечения лопасти лопаточного аппарата поверхностью ступицы (корневое сечение лопасти) при распрямленной срединной линии сечения; показано распределение толщины корневого сечения лопасти вдоль распрямленной срединной линии AF.Figure 2 is a sectional profile of the blade of the scapular apparatus by the surface of the hub (root section of the blade) with a straightened midline of the section; the thickness distribution of the root section of the blade along the straightened midline AF is shown.

На фиг.3 - профиль сечения лопасти поверхностью обода при распрямленной срединной линии сечения; показано распределение толщины сечения вдоль распрямленной срединной линии А'F'.Figure 3 is a sectional profile of the blade by the surface of the rim with a straightened midline of the section; the distribution of the thickness of the section along the straightened median line A'F 'is shown.

На фиг.4 показаны линии тока в межлопастном канале на ступице лопаточного аппарата рабочего колеса с традиционным распределением толщины лопасти при работе гидротурбины в режиме частичной нагрузки (при расходе 75% от оптимального расхода) и возникновение вихря за входной кромкой лопасти.Figure 4 shows the streamlines in the inter-blade channel at the hub of the impeller vanes with the traditional distribution of the blade thickness during operation of the turbine in partial load mode (at a flow rate of 75% of the optimal flow rate) and the occurrence of a vortex behind the inlet edge of the blade.

На фиг.5 показано распространение вихря в межлопастном канале лопаточного аппарата рабочего колеса с традиционным распределением толщины лопасти при работе гидротурбины в режиме частичной нагрузки (при расходе 75% от оптимального расхода).Figure 5 shows the propagation of the vortex in the inter-blade channel of the impeller vanes with the traditional distribution of the blade thickness during operation of the turbine in partial load mode (at a flow rate of 75% of the optimal flow rate).

На фиг.6 показаны линии тока в межлопастном канале на ободе лопаточного аппарата рабочего колеса с традиционным распределением толщины лопасти при работе гидротурбины в режиме частичной нагрузки.Figure 6 shows the streamlines in the inter-blade channel on the rim of the impeller vanes with the traditional distribution of the blade thickness during operation of the turbine in partial load mode.

На фиг.7 - линии тока в межлопастном канале на ступице лопаточного аппарата, выполненного согласно заявляемому техническому решению, при работе гидротурбины в режиме частичной нагрузки.Figure 7 - streamlines in the inter-blade channel on the hub of the blade apparatus, made according to the claimed technical solution, when the turbine is in partial load mode.

На фиг.8 - линии тока в межлопастном канале на ободе лопаточного аппарата, выполненного согласно заявляемому техническому решению, при работе гидротурбины в режиме частичной нагрузки.On Fig - streamlines in the inter-blade channel on the rim of the blade apparatus, made according to the claimed technical solution, when the turbine is in partial load mode.

На фиг.9 представлены графики зависимости КПД (%) гидротурбины от приведенного расхода Q1' (м3/с) для модели гидротурбины с лопаточным аппаратом, выполненным согласно заявляемому техническому решению (график №1), и для модели гидротурбины с лопаточным аппаратом, выполненным с традиционным распределением толщины лопасти (график №2). Зависимости приведены для режима работы гидротурбины при повышенном напоре, составляющем 112 % оптимального напора.Figure 9 presents graphs of the dependence of the efficiency (%) of a hydraulic turbine on the reduced flow rate Q 1 '(m 3 / s) for a model of a hydraulic turbine with a spatula made according to the claimed technical solution (schedule No. 1), and for a model of a hydraulic turbine with a spatula, made with the traditional distribution of the thickness of the blade (schedule No. 2). The dependences are given for the operation mode of a hydraulic turbine with an increased pressure of 112% of the optimal pressure.

На фиг.10 - графики зависимости КПД (%) гидротурбины от приведенного расхода Q1' (м3/с) для режима работы гидротурбины при пониженном напоре, составляющем 80% оптимального напора. График №1 - для модели гидротурбины с лопаточным аппаратом, выполненным согласно заявляемому техническому решению, график №2 - для модели гидротурбины с лопаточным аппаратом, выполненным согласно традиционному решению.Figure 10 - graphs of the dependence of the efficiency (%) of the turbine on the reduced flow rate Q 1 '(m 3 / s) for the mode of operation of the turbine with a reduced pressure of 80% of the optimal pressure. Schedule No. 1 - for a model of a hydraulic turbine with a spatula made according to the claimed technical solution, schedule No. 2 - for a model of a hydraulic turbine with a spatula made according to the traditional solution.

Лопаточный аппарат рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины содержит (фиг.1) ступицу 2 рабочего колеса, посредством которой рабочее колесо крепится к валу гидротурбины (на фиг. 1 не обозначены), лопасти 3 закрепленные на ступице 2 корневыми сечениями, и обод 1, связывающий концы лопастей. Каждая лопасть имеет входную 4 и выходную 5 кромки.The blade of the impeller of the radial-axial hydraulic turbine contains (Fig. 1) a hub 2 of the impeller, through which the impeller is attached to the shaft of the turbine (not shown in Fig. 1), the blades 3 mounted on the hub 2 by root sections, and the rim 1 connecting the ends of the blades. Each blade has an input 4 and output 5 edges.

Учитывая результаты, полученные при выполнении расчетов и проведении лабораторных исследований, заявителем был определен подход к формообразованию лопасти лопаточного аппарата рабочего колеса, заключающийся в формировании утолщенной части лопасти вблизи входной кромки при том, что максимальная толщина лопасти в ее корневом сечении (т.е. в сечении лопасти поверхностью ступицы) больше, чем максимальная толщина лопасти в сечении ее поверхностью обода, при этом толщина лопасти по всей протяженности в направлении от ступицы к ободу плавно уменьшается.Considering the results obtained during calculations and laboratory studies, the applicant determined an approach to the formation of the blades of the impeller vanes of the impeller, which consists in the formation of a thickened part of the blade near the input edge, while the maximum thickness of the blade in its root section (i.e., in section of the blade by the surface of the hub) is larger than the maximum thickness of the blade in cross section by its surface of the rim, while the thickness of the blade along the entire length in the direction from the hub to the rim is smooth decreases.

Распределение толщины сечения лопасти поверхностью ступицы (фиг.2) вдоль распрямленной срединной линии сечения - отрезка AF - выполнено следующим образом.The distribution of the thickness of the section of the blade by the surface of the hub (figure 2) along the straightened midline of the section - segment AF - is as follows.

Первый участок (на фиг.2 обозначен I - от точки А до точки S1) рассматриваемого сечения относительно распрямленной срединной линии выполнен выпуклым с плавным увеличением толщины сечения от входной кромки (от точки А) до достижения максимального значения толщины данного сечения Δmах (в точке S1) на расстоянии Х от входной кромки, составляющем (8÷16)% длины срединной линии сечения.The first section (in Fig. 2, marked I - from point A to point S 1 ) of the section under consideration with respect to the straightened middle line is made convex with a smooth increase in the thickness of the section from the input edge (from point A) until the maximum thickness of this section Δ max (in point S 1 ) at a distance X from the input edge, which is (8 ÷ 16)% of the length of the midline of the section.

Значение максимальной толщины корневого сечения лопасти Δmах составляет (2,7÷4,5)% значения номинального диаметра рабочего колеса гидротурбины.The value of the maximum thickness of the root section of the blade Δ max is (2.7 ÷ 4.5)% of the nominal diameter of the impeller of the turbine.

Следующий участок (на фиг.2 обозначен II - от точки S1 до точки S2) также является выпуклым, но на этом участке толщина сечения плавно постепенно уменьшается, при этом толщина сечения в точке S2 превышает толщину выходной кромки (в точке F).The next section (marked II in FIG. 2, from point S 1 to point S 2 ) is also convex, but in this section the thickness of the section gradually decreases gradually, while the thickness of the section at point S 2 exceeds the thickness of the output edge (at point F) .

Далее, участок III (на фиг.2: от точки S2 до выходной кромки в точке F) выполнен вогнутым с постепенно уменьшающейся толщиной до выходной кромки.Further, section III (in FIG. 2: from point S 2 to the output edge at point F) is concave with a gradually decreasing thickness to the output edge.

Распределение толщины сечения лопасти поверхностью обода (фиг. 3) вдоль распрямленной срединной линии сечения - отрезка A'F' - является традиционным и выполнено следующим образом.The distribution of the thickness of the section of the blade by the surface of the rim (Fig. 3) along the straightened midline of the section - segment A'F '- is traditional and is as follows.

Профиль сечения лопасти поверхностью обода относительно распрямленной срединной линии от входной до выходной кромки (на фиг.3: от точки А' до точки F') выполнен выпуклым.The profile of the cross section of the blade by the surface of the rim relative to the straightened midline from the inlet to the outlet edge (Fig. 3: from point A 'to point F') is convex.

Толщина сечения на участке I' (от точки А' до точки S1') плавно увеличивается от входной кромки (точки А') и достигает максимального значения Δ'mах в точке S1' на расстоянии X' от входной кромки, составляющем (12÷34)% длины срединной линии рассматриваемого сечения. Затем, на участке II' (от точки S1' до точки F'), толщина сечения плавно уменьшается до выходной кромки.The thickness of the section in section I '(from point A' to point S 1 ') gradually increases from the input edge (point A') and reaches a maximum value Δ ' max at point S 1 ' at a distance X 'from the input edge of (12 ÷ 34)% of the length of the midline of the section in question. Then, in section II '(from point S 1 ' to point F '), the thickness of the section gradually decreases to the output edge.

Значение максимальной толщины сечения лопасти поверхностью обода Δ'max составляет (1,4÷2,2)% значения номинального диаметра рабочего колеса гидротурбины.The value of the maximum thickness of the section of the blade by the surface of the rim Δ'max is (1.4 ÷ 2.2)% of the nominal diameter of the impeller of the turbine.

Толщина лопасти от ступицы к ободу плавно уменьшается. Например, лопасть лопаточного аппарата может быть выполнена таким образом, что максимальная толщина лопасти в поперечных сечениях осесимметричными поверхностями тока D-D (фиг.1) линейно уменьшается от ступицы к ободу, т.е точки максимальной толщины на срединных линиях сечений лопасти осесимметричными поверхностями тока D-D плавно, в частности, линейно, удаляются от входных кромок по всей протяженности лопасти.The thickness of the blade from the hub to the rim gradually decreases. For example, a blade of a blade apparatus can be made in such a way that the maximum thickness of the blade in cross sections by the axisymmetric surfaces of the current DD (Fig. 1) decreases linearly from the hub to the rim, i.e., the points of maximum thickness on the mid lines of the sections of the blade by the axisymmetric surfaces of the current DD smoothly , in particular, linearly, removed from the input edges along the entire length of the blade.

Все приведенные выше значения интервалов параметров определены заявителем эмпирическим путем и являются оптимальными для достижения указанного технического результата, что подтверждается трехмерным математическим моделированием потока и проведенными модельными испытаниями.All the above values of the parameter intervals are determined by the applicant empirically and are optimal for achieving the specified technical result, which is confirmed by three-dimensional mathematical modeling of the flow and model tests performed.

Лопаточный аппарат рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины работает следующим образом.The blade apparatus of the impeller of the radial-axial hydraulic turbine operates as follows.

Поток воды после прохождения через направляющий аппарат гидротурбины поступает на лопаточный аппарат рабочего колеса, где происходит его дальнейшее формирование под воздействием вращающихся лопастей 3, выполненных с оптимальным пространственным профилем согласно заявляемому техническому решению.The flow of water after passing through the guiding apparatus of the hydraulic turbine enters the blade apparatus of the impeller, where it is further formed under the influence of rotating blades 3 made with an optimal spatial profile according to the claimed technical solution.

Набегающий поток на входе в рабочее колесо обтекает входную кромку 4 каждой из лопастей 3, выполненных согласно изобретению, что обеспечивает распределение давлений с градиентами, позволяющими на режимах повышенных напоров и частичных нагрузок, для которых характерны малые расходы проходящего потока воды и большие углы натекания потока на входные кромки лопастей, предотвратить отрыв потока за входными кромками и образование вихря в межлопастном канале, уменьшить потери энергии в указанных режимах работы гидротурбины, улучшить кавитационные характеристики и стабильность потока.The incoming flow at the entrance to the impeller flows around the inlet edge 4 of each of the blades 3 made according to the invention, which provides pressure distribution with gradients that allow high flow rates and partial loads, which are characterized by low flow rates of the flowing water stream and large flow angles the leading edges of the blades, to prevent separation of the flow behind the leading edges and the formation of a vortex in the inter-blade channel, to reduce energy losses in the indicated modes of operation of the turbine, to improve cavitation tional stability and flow characteristics.

Заявителем были проведены модельные испытания двух рабочих колес диаметром 460 мм, при проектировании которых срединная поверхность лопастей принималась одинаковой. При этом лопаточный аппарат для первой модели был выполнен согласно заявляемому техническому решению, а для второй модели - согласно описанному выше прототипу, с традиционным распределением толщины сечений лопасти. Также для данных рабочих колес было выполнено трехмерное математическое моделирование картины течения потока для одного и того же режима частичной нагрузки - при расходе воды 75% от оптимального расхода.The applicant conducted model tests of two impellers with a diameter of 460 mm, during the design of which the middle surface of the blades was assumed to be the same. Moreover, the blade apparatus for the first model was made according to the claimed technical solution, and for the second model - according to the prototype described above, with the traditional distribution of the thickness of the sections of the blade. Also, for these impellers, three-dimensional mathematical modeling of the flow pattern was performed for the same partial load mode - at a water flow rate of 75% of the optimal flow rate.

Результаты расчетов и проведенных испытаний позволили провести сравнительный анализ характеристик рабочих колес.The results of calculations and tests made it possible to conduct a comparative analysis of the characteristics of the impellers.

Полученные на основе численного трехмерного моделирования картины течения потока для режима частичной нагрузки (при расходе 75% от оптимального расхода) гидротурбин с лопаточным аппаратом, выполненным по заявляемому решению или согласно традиционному подходу, приведены на фиг.4-8.Obtained on the basis of numerical three-dimensional modeling of the flow pattern for the partial load mode (at a flow rate of 75% of the optimal flow rate) of hydraulic turbines with a blade apparatus made according to the claimed solution or according to the traditional approach, are shown in Figs. 4-8.

На фиг.4 и 5 представлено течение потока за входной кромкой по ступице лопаточного аппарата рабочего колеса с традиционным распределением толщины лопасти при работе турбины в режиме частичной нагрузки. На данных фигурах четко видно возникновение вихря за входной кромкой лопасти в области примыкания ее к ступице и распространение вихря в межлопастном канале рабочего колеса (при работе гидротурбины в режиме частичной нагрузки и выполнении лопастей с традиционным распределением толщины), причем четко видно, что на традиционных лопастях вихрь становится весьма развитым.Figures 4 and 5 show the flow flow beyond the inlet edge along the hub of the impeller vanes with the traditional distribution of the blade thickness during operation of the turbine in partial load mode. These figures clearly show the occurrence of a vortex behind the input edge of the blade in the area adjacent to the hub and the propagation of the vortex in the inter-blade channel of the impeller (when the turbine is in partial load mode and the blades are made with the traditional thickness distribution), and it is clearly seen that on traditional blades the vortex becomes very developed.

Распределение линий тока, представленное на фиг.6, показывает, что за входной кромкой участка лопасти, примыкающего к ободу, не происходит отрыва потока (при работе гидротурбины в режиме частичной нагрузки и выполнении лопастей с традиционным распределением толщины).The distribution of streamlines shown in FIG. 6 shows that there is no flow separation behind the inlet edge of the blade portion adjacent to the rim (when the turbine is operating in partial load mode and the blades are made with a traditional thickness distribution).

Таким образом, фиг.4, 5, 6 подтверждают, что при режиме частичной нагрузки гидротурбины с лопаточным аппаратом, лопасти которого выполнены с традиционным распределением толщины, за входными кромками лопастей возникает вихрь и происходит отрыв потока, при этом вихрь возникает в непосредственной близости от входной кромки в примыкании ее к ступице и развивается в межлопастном канале от ступицы к ободу по направлению к выходной кромке.Thus, FIGS. 4, 5, 6 confirm that, in the partial load mode of a turbine with a blade apparatus, the blades of which are made with a traditional distribution of thickness, a vortex arises behind the inlet edges of the blades and the flow breaks off, while the vortex arises in close proximity to the inlet edges in contact with the hub and develops in the inter-blade channel from the hub to the rim towards the outlet edge.

На фиг.7 представлена картина течения в каналах между лопастями на ступице лопаточного аппарата, выполненного согласно заявляемому решению, при работе гидротурбины в режиме частичной нагрузки. На фиг.8 показаны лини тока в межлопастном канале на ободе лопаточного аппарата, также выполненного согласно заявляемому решению, при частичной нагрузке гидротурбины.Figure 7 presents a picture of the flow in the channels between the blades on the hub of the blade apparatus, made according to the claimed solution, when the turbine is in partial load mode. On Fig shows the current lines in the inter-blade channel on the rim of the blade apparatus, also made according to the claimed solution, with a partial load of the turbine.

Из фиг.7 и 8 видно, что на лопастях, выполненных по предлагаемому техническому решению, отрыв потока и образование вихря на указанных режимах отсутствуют.From Fig.7 and 8 it is seen that on the blades made according to the proposed technical solution, flow separation and the formation of a vortex in these modes are absent.

Сравнение фигур 4-6 и фигур 7-8 наглядно показывает, что при одном и том же режиме частичной нагрузки заявляемое техническое решение исключает образование вихря и обеспечивает предотвращение отрыва потока за входными кромками лопастей. Этот вывод подтверждается результатами модельных и натурных испытаний, проведенных заявителем.A comparison of figures 4-6 and figures 7-8 clearly shows that, with the same partial load mode, the claimed technical solution eliminates the formation of a vortex and prevents flow separation beyond the input edges of the blades. This conclusion is confirmed by the results of model and field tests conducted by the applicant.

Следует отметить, что аналогичные результаты получены и для режимов работы гидротурбины с повышенными напорами.It should be noted that similar results were obtained for hydraulic turbine operating modes with increased heads.

Проведенные испытания показали, что выполнение лопаточного аппарата согласно заявляемому техническому решению позволяет улучшить характеристики стабильности, кавитационной эрозии, обеспечивает повышение КПД гидротурбины в диапазоне расходов от 70% до 120% от оптимального расхода, при напорах от 110% до 120% от оптимального напора, при этом не происходит снижения КПД гидротурбины при оптимальном напоре, а также при пониженных напорах, составляющих даже менее 80% от оптимального напора.The tests showed that the implementation of the scapula according to the claimed technical solution allows to improve the stability characteristics, cavitation erosion, provides an increase in the efficiency of the turbine in the flow range from 70% to 120% of the optimal flow rate, with pressure from 110% to 120% of the optimal pressure, at this does not reduce the efficiency of the turbine at the optimum pressure, as well as at low heads, which are even less than 80% of the optimal pressure.

Сравнение КПД двух моделей рабочих колес с диаметром 460 мм (фиг.9, 10: график 1 - КПД модели рабочего колеса, лопаточный аппарат которого выполнен по заявляемому решению; график 2 - КПД модели рабочего колеса, лопаточный аппарат которого выполнен с традиционным распределением толщины лопасти) при работе гидротурбины в режиме повышенного напора, составляющего 112% оптимального напора (фиг.9), показывает, что при частичных расходах (в диапазоне от 70% до 90% оптимального расхода) заявляемое решение обеспечивает увеличение КПД гидротурбины на величину от 1,7% до 2,5%, а в режиме пониженного напора, составляющего 80 % оптимального напора (фиг.10), применение заявляемого технического решения обеспечивает увеличение КПД при частичных расходах на величину до 0,5%.Comparison of the efficiency of two models of impellers with a diameter of 460 mm (Figs. 9, 10: Figure 1 - The efficiency of the model of the impeller, the blade apparatus of which is made according to the claimed solution; Figure 2 - The efficiency of the model of the impeller, the blade apparatus of which is made with the traditional distribution of blade thickness ) when the turbine is operating in high pressure mode, which is 112% of the optimal pressure (Fig. 9), it shows that at partial costs (in the range from 70% to 90% of the optimal flow), the claimed solution provides an increase in the efficiency of the turbine by from 1.7% to 2.5%, and in the low-pressure mode, comprising 80% of the optimal pressure (Fig. 10), the use of the claimed technical solution provides an increase in efficiency at partial costs by up to 0.5%.

Увеличение КПД на рассмотренных режимах происходит за счет меньшей чувствительности к углам атаки лопастей лопаточного аппарата, выполненного согласно предлагаемому техническому решению.The increase in efficiency in the considered modes occurs due to lower sensitivity to the angles of attack of the blades of the blade apparatus, made in accordance with the proposed technical solution.

Выполнение лопаточного аппарата рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины согласно заявляемому техническому решению позволяет исключить образование вихрей и отрыв потока за входными кромками лопастей, достичь минимального уровня профильных потерь энергии в лопаточном аппарате и, тем самым, обеспечить снижение кавитационной эрозии на лопастях рабочего колеса, оптимальную гидродинамику и стабильность течения потока в проточной части гидротурбины, а также высокий уровень КПД в широком диапазоне режимов работы гидротурбины.The implementation of the blade apparatus of the impeller of a radial-axial hydraulic turbine according to the claimed technical solution allows to eliminate the formation of vortices and flow separation behind the input edges of the blades, to achieve a minimum level of profile energy losses in the blade apparatus and, thereby, to reduce cavitation erosion on the blades of the impeller, optimal hydrodynamics and the stability of the flow in the flow part of the turbine, as well as a high level of efficiency in a wide range of modes of operation of the turbine.

Claims (1)

Лопаточный аппарат рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины, содержащий обод, ступицу и лопасти, каждая из которых соединена с ободом и ступицей и выполнена с входной и выходной кромками изогнутого профиля и плавно изменяющейся толщиной в направлении от входной к выходной кромке и в направлении от ступицы к ободу, отличающийся тем, что профиль сечения лопасти поверхностью ступицы относительно распрямленной срединной линии сечения выполнен с начинающимся от входной кромки выпуклым участком, толщина которого сначала увеличивается, а затем уменьшается, и следующим за ним вогнутым участком, при этом толщина сечения лопасти поверхностью ступицы плавно увеличивается от входной кромки, достигая максимального значения на расстоянии от входной кромки, составляющем (8÷16)% длины срединной линии сечения лопасти поверхностью ступицы, после чего толщина сечения лопасти плавно уменьшается до выходной кромки, причем максимальное значение толщины сечения лопасти поверхностью ступицы составляет (2,7÷4,5)% номинального диаметра рабочего колеса гидротурбины; профиль сечения лопасти поверхностью обода относительно распрямленной срединной линии сечения выполнен выпуклым, толщина сечения лопасти поверхностью обода от входной кромки плавно увеличивается, достигая максимального значения на расстоянии от входной кромки, составляющем (12-34)% длины срединной линии сечения лопасти поверхностью обода, после чего толщина сечения лопасти плавно уменьшается до выходной кромки, причем максимальное значение толщины сечения лопасти поверхностью обода составляет (1,4÷2,2)% номинального диаметра рабочего колеса гидротурбины. The impeller blade of a radial-axial hydraulic turbine, comprising a rim, a hub and blades, each of which is connected to the rim and the hub and is made with the input and output edges of the curved profile and smoothly varying thickness in the direction from the input to the output edge and in the direction from the hub to a rim, characterized in that the profile of the section of the blade by the surface of the hub relative to the straightened midline of the section is made with a convex section starting from the input edge, the thickness of which first increases, and then decreases, and followed by a concave section, while the thickness of the section of the blade by the surface of the hub gradually increases from the input edge, reaching a maximum value at a distance from the input edge of (8 ÷ 16)% of the length of the midline of the section of the blade by the surface of the hub, after which the thickness of the section of the blade smoothly decreases to the output edge, and the maximum value of the thickness of the section of the blade by the surface of the hub is (2.7 ÷ 4.5)% of the nominal diameter of the impeller of the turbine; the section profile of the blade by the rim surface relative to the straightened midline of the section is convex, the thickness of the section of the blade by the surface of the rim from the input edge is gradually increasing, reaching a maximum value at a distance from the input edge of (12-34)% of the length of the midline of the section of the blade by the surface of the rim, after which the thickness of the section of the blade smoothly decreases to the output edge, and the maximum thickness of the section of the blade of the surface of the rim is (1.4 ÷ 2.2)% of the nominal diameter of the working hydroturbine forests.
RU2009147213/06A 2009-12-09 2009-12-09 Blade system of impeller of radial axial hydraulic turbine RU2422670C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009147213/06A RU2422670C1 (en) 2009-12-09 2009-12-09 Blade system of impeller of radial axial hydraulic turbine

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009147213/06A RU2422670C1 (en) 2009-12-09 2009-12-09 Blade system of impeller of radial axial hydraulic turbine
EA201200836A EA019417B1 (en) 2009-12-09 2010-12-06 Vane apparatus of an impeller of a radial/axial hydroturbine
PCT/RU2010/000745 WO2011071420A1 (en) 2009-12-09 2010-12-06 Vane apparatus of an impeller of a radial/axial hydroturbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2422670C1 true RU2422670C1 (en) 2011-06-27

Family

ID=44145773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009147213/06A RU2422670C1 (en) 2009-12-09 2009-12-09 Blade system of impeller of radial axial hydraulic turbine

Country Status (3)

Country Link
EA (1) EA019417B1 (en)
RU (1) RU2422670C1 (en)
WO (1) WO2011071420A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112014009166B1 (en) * 2011-10-23 2021-04-06 Andritz Hydro Canada Inc. PADDLE FOR A ROTOR IN A FRANCIS TURBINE, AND METHOD FOR REPLACING A ROTOR IN A FRANCIS TURBINE
CN112329128A (en) * 2020-09-03 2021-02-05 中国人民解放军海军工程大学 Marine high-speed pump spraying hydraulic model with finely controlled blade load and design method thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1249189A1 (en) * 1985-04-25 1986-08-07 Производственное Объединение Атомного Турбостроения "Харьковский Турбинный Завод" Им.С.М.Кирова Blade of radial axial-flow hydraulic machine impeller
SU1659679A1 (en) * 1988-02-08 1991-06-30 Производственное Объединение Атомного Турбостроения "Харьковский Турбинный Завод" Им.С.М.Кирова Francis turbine wheel
FR2844560B1 (en) * 2002-09-13 2006-01-27 Alstom Switzerland Ltd FRANCIS-TYPE WHEEL AND HYDRAULIC MACHINE EQUIPPED WITH SUCH A WHEEL
JP2009091992A (en) * 2007-10-09 2009-04-30 Toshiba Corp Francis turbine runner
NO20081661A (en) * 2008-04-03 2009-08-03 Hermond Brekke Impeller for hydraulic flow machine.

Also Published As

Publication number Publication date
EA019417B1 (en) 2014-03-31
EA201200836A1 (en) 2012-11-30
WO2011071420A1 (en) 2011-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5946707B2 (en) Axial turbine blade
EP2350439B1 (en) Method for optimising the shape of an aerofoil and corresponding aerofoil
Sutikno et al. Design, simulation and experimental of the very low head turbine with minimum pressure and freevortex criterions
RU2422670C1 (en) Blade system of impeller of radial axial hydraulic turbine
RU2321766C2 (en) Blade system for wheel of hydraulic turbine
JP5314441B2 (en) Centrifugal hydraulic machine
US8777564B2 (en) Hybrid flow blade design
CN106256993A (en) A kind of final stage moving blade of feed pump industrial steam turbine
CN106886630B (en) Pump jet propeller hydraulic model with shunting short blades and design method
CN201180564Y (en) Blade tip winglet of turbine or steamer movable blade
RU2353818C1 (en) Vaned diffuser of centrifugal compressor
CN110439724A (en) A kind of francis turbine runner for hydraulic
CN206397809U (en) A kind of multistage blade centrifugal pump impeller
RU154906U1 (en) HIGH SPEED AXLE COMPRESSOR BLADE
Korakianitis et al. Two-and three-dimensional prescribed surface curvature distribution blade design (circle) method for the design of high efficiency turbines, compressors, and isolated airfoils
RU173860U1 (en) Hydro Turbine Radial Axial Impeller
RU2727275C1 (en) Impeller of centrifugal pump
RU2581990C1 (en) Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine engine
RU155494U1 (en) GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE
RU2581980C1 (en) Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine (versions)
RU155493U1 (en) GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE
RU155491U1 (en) GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE
RU2581981C1 (en) Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine (versions)
RU155603U1 (en) GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE
LIa et al. Influence of Axial Clearance on Water-Jet Axial Flow Pump