RU2455521C2 - Kazachenko hydraulic hpp unit, guide vanes, impeller, wheel seal, and flow regulator - Google Patents
Kazachenko hydraulic hpp unit, guide vanes, impeller, wheel seal, and flow regulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2455521C2 RU2455521C2 RU2010123215/06A RU2010123215A RU2455521C2 RU 2455521 C2 RU2455521 C2 RU 2455521C2 RU 2010123215/06 A RU2010123215/06 A RU 2010123215/06A RU 2010123215 A RU2010123215 A RU 2010123215A RU 2455521 C2 RU2455521 C2 RU 2455521C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- impeller
- rim
- blades
- fixed
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к гидроэнергетике.The invention relates to hydropower.
Преимущественная область применения на деривационных и приплотинных ГЭС на реках с незначительным колебанием уровня нижнего бьефа с различными значениями расхода и напора и большим диапазоном мощности турбин, в том числе и превышающей 500 тыс. кВт. Известны реактивные поворотно-лопастные осевые и пропеллерные гидротурбины с вертикальным валом. У агрегатов с этими турбинами на верхнем конце вала размещен ротор генератора, а на нижнем - рабочее колесо [Кривченко Г.И. Гидравлические машины, турбины и насосы. - М.: Энергия, 1978 г., рис.22].The main field of application for derivational and dam hydropower plants on rivers with slight fluctuations in the level of the downstream with different values of flow and pressure and a large range of turbine power, including more than 500 thousand kW. Known reactive rotary-blade axial and propeller hydraulic turbines with a vertical shaft. In units with these turbines, the generator rotor is located on the upper end of the shaft, and the impeller is on the lower end [G. Krivchenko Hydraulic machines, turbines and pumps. - M .: Energy, 1978, Fig. 22].
Поток воды, пройдя направляющий аппарат, попадает на лопасти рабочего колеса, с которых сходит в отсасывающую трубу. Отсасывающая труба позволяет использовать энергию, соответствующую высоте установки турбины над нижним бьефом и значительную часть кинетической энергии, которой обладает вода при выходе из рабочего колеса. Возможность использования кинетической энергии в значительной мере определяет эффективность турбин. Недостатками этих турбин являются:The flow of water, passing the directing apparatus, falls on the impeller blades, from which it flows into the suction pipe. The suction pipe allows you to use the energy corresponding to the height of the turbine above the downstream and a significant part of the kinetic energy that water has when exiting the impeller. The possibility of using kinetic energy to a large extent determines the efficiency of turbines. The disadvantages of these turbines are:
1. Необходимость сооружения отсасывающей трубы в основании плотины и спиральной камеры, требующих большого объема земляных и бетонных работ.1. The need to build a suction pipe at the base of the dam and the spiral chamber, requiring a large amount of excavation and concrete work.
2. Незначительная скорость закручивания потока (или ее отсутствие) в рабочем колесе, что не позволяет уменьшить давление ниже его в значительной мере.2. Insignificant speed of twisting of the flow (or its absence) in the impeller, which does not allow to reduce the pressure below it to a significant extent.
3. Вал работает на растяжение.3. The shaft is tensile.
4. Невозможность использования агрегатом реактивного воздействия выходящего из трубы потока.4. The impossibility of the unit using the reactive action of the flow coming out of the pipe.
5. Тяжелые условия работы подшипников турбины.5. Heavy duty turbine bearings.
Общими признаками этих агрегатов с предложенным техническим решением являются диффузорность проточного тракта ниже рабочего колеса и создание в потоке под рабочим колесом пониженного давления.Common features of these units with the proposed technical solution are the diffusivity of the flow path below the impeller and the creation of a reduced pressure in the flow under the impeller.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является гидравлический агрегат ГЭС, содержащий рабочее колесо с уплотнением и с прикрепленным поддоном, снабженным выпускными трубами, вертикальный вал, опирающийся нижним концом на станину-подпятник, и направляющий аппарат (RU 2313001 С2, 20.12.2006).The closest analogue adopted for the prototype is a hydropower plant hydraulic unit containing an impeller with a seal and an attached pallet equipped with exhaust pipes, a vertical shaft resting on the thrust frame with a lower end, and a guiding apparatus (RU 2313001 C2, 12.20.2006) .
Кроме реактивного рабочего колеса агрегат содержит еще и соосное активное колесо, использующее кинетическую энергию потока, выходящего из реактивного колеса и передающего ее на вал с помощью зубчатого повышающего скорость и изменяющего направление вращения редуктора. По всей высоте реактивного рабочего колеса и прикрепленного к нему цилиндрического поддона проходит вал, способствующий стабильному закручиванию потока. Из прикрепленных по касательной к поддону выпускных труб удлиненного поперечного сечения выходят в атмосферу струи воды, оказывающие реактивное воздействие в попутном направлении вращения на поддон.In addition to the jet impeller, the unit also contains a coaxial active wheel that uses the kinetic energy of the stream exiting the jet wheel and transmitting it to the shaft with a gear increasing the speed and changing the direction of rotation of the gearbox. A shaft extends along the entire height of the jet impeller and the cylindrical tray attached to it, which contributes to a stable swirling of the flow. From the exhaust pipes of an elongated cross section attached tangentially to the pallet, water jets are released into the atmosphere, having a reactive effect in the passing direction of rotation on the pallet.
Недостатками этого агрегата являются небольшая скорость закручивания потока воды в реактивном рабочем колесе, наличие громоздких активного рабочего колеса и редуктора, что усложняет конструкцию гидроагрегата и повышает удельную металлоемкость.The disadvantages of this unit are the low swirling speed of the water flow in the reactive impeller, the presence of bulky active impeller and gearbox, which complicates the design of the hydraulic unit and increases the specific metal consumption.
Задача настоящего изобретения заключается в создании дешевого высокоэффективного гидроагрегата с меньшими капитальными затратами на строительство ГЭС за счет:The objective of the present invention is to create a cheap highly efficient hydraulic unit with lower capital costs for the construction of hydropower plants due to:
1. Устройства рабочего колеса в комплексе с направляющим аппаратом.1. Impeller devices in combination with a guide vane.
2. Повышения скорости закручивания потока воды в направляющем аппарате и рабочем колесе.2. Increasing the swirling speed of the water flow in the guide apparatus and the impeller.
3. Более полного использования кинетической компоненты энергии потока и исключения протечек воды, что даст повышение мощности (в т.ч. и удельной), КПД и быстроходности турбины.3. A more complete use of the kinetic components of the flow energy and the exclusion of water leaks, which will increase the power (including specific), efficiency and speed of the turbine.
4. Исключения из конструкции активного рабочего колеса и громоздкого планетарного редуктора.4. Exceptions to the design of the active impeller and cumbersome planetary gear.
5. Использования шаровой рабочей поверхности на нижнем конце вала.5. The use of a spherical work surface on the lower end of the shaft.
Задача решается и технический результат достигается тем, что гидравлический агрегат ГЭС, содержит рабочее колесо с уплотнением и с прикрепленным поддоном, снабженным выпускными трубами, вертикальный вал, опирающийся нижним концом на станину-подпятник, и направляющий аппарат, вал имеет шаровую опорную поверхность, направляющий аппарат и верхняя часть рабочего колеса выполнены в форме соосных труб одинакового диаметра и установлены на расстоянии рабочего зазора между ними, уплотнение рабочего колеса размещено между закрепленной к ободу колеса обечайкой и направляющим аппаратом, поддон имеет коническую форму, а выпускные трубы выполнены с изменяемой и фиксируемой площадью поперечного сечения и размещены внизу поддона, при этом агрегат снабжен регулятором расхода воды.The problem is solved and the technical result is achieved by the fact that the hydraulic unit of the hydroelectric power station contains an impeller with a seal and an attached pallet equipped with exhaust pipes, a vertical shaft resting on the thrust frame with a lower end, and a guide apparatus, the shaft has a spherical bearing surface, a guide apparatus and the upper part of the impeller is made in the form of coaxial pipes of the same diameter and installed at a distance of the working gap between them, the impeller seal is placed between the rim fixed to the rim wheel shell and the guide apparatus, the pallet has a conical shape and the outlet tube are made variable and fixed by the cross-sectional area and are arranged at the bottom of the pallet, the assembly is provided with a water flow regulator.
Кроме того, лопасти направляющего аппарата и рабочего колеса изогнуты со встречным направлением.In addition, the blades of the guide apparatus and the impeller are curved in the opposite direction.
На фиг.1 изображен вертикальный разрез гидроагрегата. На фиг.2 - разрез А-А фиг.1 (стрелкой показано направление вращения поддона, шиберы не показаны); на фиг.3 - вид по стрелке С фиг.2 (шибер выпускной трубы); на фиг.4 - разрез В-В фиг.3; на фиг.5 - узел В фиг.1 (уплотнение вала с внутренним ободом направляющего аппарата); на фиг.6 - разрез Ж-Ж на фиг.5 (по верху ободов направляющего аппарата, стрелками показано направление потока при выходе из аппарата, а пунктиром - нижние концы лопастей); на фиг.7 - разрез И-И фиг.6 (по диаметру направляющего аппарата); на фиг.8 - участок развертки внутренних поверхностей наружных ободов направляющего аппарата и рабочего колеса (с обозначением пунктиром мест закрепления лопастей, тонкими прямыми линиями - меридианальной сетки и стрелками - направление движения потока воды); на фиг.9 - разрез С-С фиг.1 (вид рабочего колеса сверху, сплошной стрелкой показано направление вращения колеса, а пунктирной - направление отраженного потока); на фиг.10 - разрез Д-Д фиг.9 (разрез колеса по оси); на фиг.11 - разрез МР фиг.9 (сечение лопасти плоскостью, ортогональной верхнему ребру и проходящей через конец нижнего ребра); на фиг.12 - узел С фиг.1 (радиальный разрез уплотнения рабочего колеса с обозначением пунктирными линиями в рабочем положении); на фиг.13 - узел Д фиг.1 (продольный разрез центробежного регулятора расхода воды с обозначением контура защитного кожуха пунктирными линиями, а стрелками - направления перемещения деталей); на фиг.14 - повернутая на 90° вокруг оси фиг.13 (регулятор с условно непоказанными балансирами и тягами); на фиг.15 - вид по стрелке А фиг.14 (привод регулирующего органа), на фиг.16 - узел А фиг.15 (шестерня на оси в зацеплении с рейками); на фиг.17 - разрез К-К (фиг.15) (поперечный разрез вала и шестерен по оси схематично).Figure 1 shows a vertical section of a hydraulic unit. Figure 2 - section aa of figure 1 (the arrow shows the direction of rotation of the pallet, the gates are not shown); figure 3 is a view along arrow C of figure 2 (the gate of the exhaust pipe); figure 4 is a section bb In figure 3; figure 5 - node In figure 1 (shaft seal with an inner rim of the guide apparatus); in Fig.6 - section FJ in Fig.5 (on top of the rims of the guide apparatus, the arrows show the direction of flow when leaving the apparatus, and the dashed lines indicate the lower ends of the blades); in Fig.7 - section II Fig.6 (the diameter of the guide apparatus); in Fig.8 is a plot of the scan of the inner surfaces of the outer rims of the guide vane and the impeller (with dashed lines indicate the fixing points of the blades, thin straight lines indicate the meridian grid and arrows indicate the direction of water flow); figure 9 is a section CC of figure 1 (top view of the impeller, the solid arrow shows the direction of rotation of the wheel, and the dotted line shows the direction of reflected flow); figure 10 is a section DD DD figure 9 (section of the wheel along the axis); figure 11 is a section of the MR of figure 9 (section of the blade plane, orthogonal to the upper rib and passing through the end of the lower rib); in Fig.12 - node C of Fig.1 (radial section of the impeller seals with dashed lines in the working position); in Fig.13 - node D of Fig.1 (longitudinal section of a centrifugal water flow controller with the outline of the protective casing with dashed lines, and arrows - the direction of movement of the parts); on Fig - rotated 90 ° around the axis of Fig.13 (controller with conditionally not shown balancers and rods); in Fig.15 is a view along arrow A of Fig.14 (drive of the regulatory body), Fig.16 is a node A of Fig.15 (gear on the axis in engagement with the rails); on Fig - section KK (Fig.15) (a transverse section of the shaft and gears along the axis schematically).
Гидроагрегат (фиг.1-17) содержит на вертикальном валу 1 (показан не пустотелым), установленном нижним концом с шаровой опорной поверхностью на станину-подпятник 2, а верхним концом - в направляющем подшипнике 3, опертый днищем 4 конический поддон 5. По касательной к образующей конуса поддона прикреплены выпускные трубы 6 (фиг.1, 2) с шиберами 7 (фиг.3, 4). Шибер перемещается в пазах 8 и фиксируется в требуемом положении с помощью болта 9, прижимающего уплотнение 10. К торцу шибера прикреплена боковая стенка 11 трубы 6, а к поддону - верхняя стенка 12 трубы 6. Вода поступает в агрегат с противоположных сторон вала по двум подводящим трубам 13 в подающую трубу 14 с конусной частью 15 и далее в цилиндрический направляющий аппарат. Лопасти 16 (фиг.5, 6, 7) направляющего аппарата закреплены к наружному 17 и внутреннему ободу 18. Зазор между валом и ободом 18 уплотнен кольцами 19 и 20. К верхней цилиндрической части 21 (фиг.9, 10) рабочего колеса и нижней конической части 22 прикреплены лопасти 23. Уплотнение 24 колеса состоит из внутреннего кольца 25 (фиг.1, 12), закрепленного снаружи к направляющему аппарату и контактирующего противоположной стороной с кольцом 26. Оно закреплено к конической обечайке 27, соединенной с цилиндрической частью 21 обода колеса. Аналогично выполнено и уплотнение 28 вала 1 с торцом подающей воду трубы (фиг.1). Центробежный регулятор (фиг.13) заключен в кожух 29 (фиг.1, 14). Навешенные на валу балансиры 30 соединены тягами 31 с ползуном 32. На ползуне подвижно закреплены две зубчатые рейки 33 (фиг.15, 16), соединенные с регулирующим органом 34, который перемещается по валу в конусной части 15 подающей воду трубы. На ползуне вдоль прорезей неподвижно с двух диаметрально противоположных сторон закреплены две зубчатые рейки 35 (фиг.16, 17), вращающие шестерни 36 на установленных на валу осях 37.The hydraulic unit (FIGS. 1-17) contains on a vertical shaft 1 (shown not hollow) installed with a lower end with a spherical bearing surface on a thrust frame 2, and with a top end in a guide bearing 3, a tapered pallet supported by the
Воду подают в агрегат между валом и стенкой трубы 14 по подводящим трубам 13 (фиг.1). Первоначально этим поток получает вращение в попутном направлении закручивания лопастями 16 (фиг.6) направляющего аппарата и поступает на рабочее колесо. Проходя лопасти 23 (фиг.9), поток вращает колесо, вал 1 и конический поддон 5. Отраженный от рабочих поверхностей лопастей поток сходит в горизонтальном направлении под острым углом к поверхности конического поддона 5. Центробежной силой вращающийся и расширяющийся поток прижимается к нему и создает понижение давления (разрежение) в поддоне с наибольшим значением в центре. Одновременно вращающийся поток движется вниз. Под действием тяготения и центробежной силы поток выходит из поддона, разделенный на выпускные трубы 6 (фиг.1, 2). Таким образом, колесо и поддон выполняют функцию отсасывающей трубы. Выбрасываемые в атмосферу отработанные потоки в горизонтальном направлении на уровне нижнего бьефа реактивным воздействием вращают поддон в попутном турбине направлении.Water is supplied to the unit between the shaft and the wall of the
Следовательно, агрегат позволяет утилизировать выбрасываемые в настоящее время 1-3% кинетической энергии на применяемых агрегатах в отсасывающей трубе в результате контакта воды со стенками на большом расстоянии и потери при выходе из нее со скоростью потока. Эти потери более значительны при низких и средних напорах (Кривченко Г.И. Гидравлические машины, турбины и насосы. - М.: Энергия, 1978 г., с.94-97), Смирнов И.Н. Гидравлические турбины и насосы. - М.: Высшая школа, 1969 г., с.142-149). Они считаются неизбежными. «Кинетическая энергия с выходной скоростью из отсасывающей трубы назначается в пределах 1-3%» («Гидроэнергетические установки» под редакцией Д.С.Щавелева, изд. 2-е, Ленинград, Энергоиздат, 1981, с.142-149).Therefore, the unit allows you to utilize currently emitted 1-3% of the kinetic energy on the used units in the suction pipe as a result of contact of water with the walls at a great distance and loss when leaving it with a flow rate. These losses are more significant at low and medium pressures (Krivchenko GI Hydraulic machines, turbines and pumps. - M .: Energy, 1978, p. 94-97), Smirnov I.N. Hydraulic turbines and pumps. - M.: Higher School, 1969, p.142-149). They are considered inevitable. “Kinetic energy with an outlet speed from the suction pipe is assigned within 1-3%” (Hydropower Installations, edited by D.S. Shchavelev, 2nd ed., Leningrad, Energoizdat, 1981, p.142-149).
Вращающий турбину момент от исходящего потока равен произведению его реактивной силы на плечо момента. Величина плеча превышает длину лопасти колеса и зависит от значения угла θ (конусности и длины поддона).The moment of rotation of the turbine from the outgoing stream is equal to the product of its reactive force by the moment arm. The size of the shoulder exceeds the length of the wheel blade and depends on the value of the angle θ (taper and pallet length).
Как известно, в турбинах угол θ можно увеличить до 12-14° и даже более, не вызывая увеличения потерь, а даже получая некоторое их снижение. С этой целью поток за рабочим колесом должен быть не осевым, а иметь небольшую крутку (Кривченко Г.И. Гидравлические машины, турбины и насосы. - М.: Энергия, 1978, с.94-97). В предложенном рабочем колесе агрегата намного больше скорость закручивания потока, чем в известных. Значительная центробежная сила в поддоне позволяет намного увеличить угол θ. Величина его ограничена по факторам прочности конструкции и быстроходности турбины. Увеличение угла позволяет уменьшить длину поддона при том же отсасывающем эффекте, что конструктивно важно. На пути движения в поддоне до выпускных труб скорость вращения потока снижается из-за трения, вихревых потерь и его расширения. Вращающаяся часть агрегата под действием центробежной силы стабильно занимает вертикальное положение благодаря шаровой опорной поверхности вала. Это радикально облегчает условия работы подшипников.As is known, in turbines, the angle θ can be increased to 12-14 ° and even more, without causing an increase in losses, but even getting a slight decrease. For this purpose, the flow behind the impeller should not be axial, but have a small twist (Krivchenko GI Hydraulic machines, turbines and pumps. - M .: Energy, 1978, p. 94-97). In the proposed impeller of the unit, the flow swirling speed is much higher than in the known ones. Significant centrifugal force in the pan allows you to significantly increase the angle θ. Its value is limited by factors of structural strength and turbine speed. Increasing the angle allows to reduce the length of the pan with the same suction effect, which is structurally important. On the way of movement in the pan to the exhaust pipes, the rotation speed of the stream decreases due to friction, vortex losses and its expansion. Under the action of centrifugal force, the rotating part of the unit stably occupies a vertical position due to the spherical bearing surface of the shaft. This radically facilitates the working conditions of bearings.
Площадь поперечного сечения выпускных труб изменяется для формирования исходящих потоков у стенки поддона в зависимости от их скорости. Регулирование осуществляют шибером 7, перемещаемым в пазах 8 поддона. Фиксируют шибер в нужном положении болтом 9, передвигаемым в прорези конуса, который прижимает уплотнение 10. Сечение выпускной трубы трапецевидное неравнобокое с изменяющейся длиной оснований. Особенность агрегата в накоплении кинетической компоненты энергии потока в направляющем аппарате (его закручиванием) и в коническом поддоне (отклонением его от оси агрегата). Эта запасенная энергия используется на следующих смежных участках проточного тракта - в рабочем колесе и в выпускных трубах.The cross-sectional area of the exhaust pipes changes to form the outgoing flows at the wall of the pallet, depending on their speed. The regulation is carried out by the
Проходящий поток воды отдает энергию рабочему колесу и поддону при выходе из выпускных труб реактивным воздействием. Энергия потока, как потенциальная, так и кинетическая ее составляющие, используется в турбине полностью за исключением неизбежных потерь на трение в проточном тракте и местных вихревых при изменении величины, направления и скорости. С точки зрения полноты использования кинетической компоненты энергии нет необходимости в устройстве активного рабочего колеса с редуктором или отсасывающей трубы. Конструкция агрегата уменьшает влияние нестационарных процессов. Использование его дает повышение мощности, КПД и быстроходности, позволит упростить, удешевить и ускорить строительство ГЭС, исключит случаи затопления машинного зала в аварийных ситуациях.A passing stream of water gives energy to the impeller and the sump when exiting the exhaust pipes by reactive action. The flow energy, both potential and kinetic components of it, is used in the turbine completely, with the exception of the inevitable friction losses in the flow path and local vortex when changing magnitude, direction and speed. From the point of view of the completeness of the use of the kinetic energy component, there is no need for an active impeller with a reducer or a suction pipe. The design of the unit reduces the influence of unsteady processes. Using it gives an increase in power, efficiency and speed, it will simplify, reduce the cost and speed up the construction of hydroelectric power stations, eliminate cases of flooding of the turbine hall in emergency situations.
Известен направляющий аппарат, содержащий изогнутые лопасти (RU 2313001 C2, 20.12.2006). Его недостаток заключается в больших габаритных размерах.Known guide apparatus containing curved blades (RU 2313001 C2, 12.20.2006). Its disadvantage is the large overall dimensions.
Задача изобретения заключается в уменьшении габаритов.The objective of the invention is to reduce the size.
Решение задачи заключается в том, что в направляющем аппарате, содержащем изогнутые лопасти, лопасть неподвижно прикреплена одним концом к внутреннему ободу, а периферийным - к наружному и выполнена по касательной к плоскости выходного сечения аппарата, причем лопасти перекрывают все его сечение в вертикальном направлении, верхнее ребро лопасти ориентировано в радиальной плоскости с наклоном к наружному ободу, а нижнее горизонтально.The solution to the problem lies in the fact that in a guiding apparatus containing curved blades, the blade is fixedly attached at one end to the inner rim, and peripheral to the outside and is made tangential to the plane of the output section of the apparatus, and the blades overlap its entire section in the vertical direction, the upper the blade edge is oriented in the radial plane with an inclination to the outer rim, and the bottom is horizontal.
Кроме того, зазор между внутренним ободом и валом уплотнен гибкими упругими кольцами - нижним прямоугольного поперечного сечения, свободно вращающимся на валу, и верхним треугольного поперечного сечения, установленным с натягом на валу и прижимающим нижнее к торцу обода.In addition, the gap between the inner rim and the shaft is sealed with flexible elastic rings - the lower rectangular cross-section, freely rotating on the shaft, and the upper triangular cross-section, mounted with an interference fit on the shaft and pressing the lower to the end of the rim.
Предложенный направляющий аппарат (фиг.5, 6, 7) выполнен в соосной рабочему колесу трубе диаметром, равным диаметру наружного обода колеса. Зазор между ними составляет 1,5-2,5 мм. Неподвижно прикрепленные периферийным концом на наружном ободе 17, а другим - к охватывающему вал 1 ободу 18 лопасти 16 выполнены по касательной к плоскости выходного сечения аппарата с горизонтальным направлением нижних ребер. Изогнутость лопастей направляющего аппарата и рабочего колеса имеет встречное направление. Предпочтительно меньшее число лопастей в направляющем аппарате, чем в рабочем колесе. В направляющем аппарате поток закручивается и получает адаптированное направление движения к рабочей поверхности лопастей рабочего колеса с более выгодным углом встречи (фиг.8). Рабочая поверхность лопасти 16 имеет уклон от внутреннего обода 18 к наружному 17 и от верхнего ребра, ориентированного в радиальной плоскости, до горизонтального нижнего. Лопасти направляющего аппарата перекрывают его сечение в вертикальном направлении. Угол охвата лопастью внутреннего обода больше, чем наружного. Этим обеспечивается закручивание потока и его большая скорость вращения (окружная) в периферийной части (фиг.6, 7). В свою очередь, лопасть рабочего колеса 23 воспринимает большую часть динамической нагрузки от потока также периферийной частью с большим плечом крутящего момента. Незначительной длины и ширины зазор между валом и ободом 18 уплотнен двумя кольцами, выполненными из синтетических материалов, например резинотканевыми с покрытием контактирующих между собой поверхностей фторопластом. Нижнее прямоугольного сечения кольцо 19 контактирует с торцом обода 18 и свободно вращается на валу 1, а верхнее кольцо 20 треугольного сечения выполнено с тугой посадкой на вал и прижимает нижнее к ободу. Уплотнение практически исключает протечку воды, не снижает проходное сечение, просто в изготовлении и эксплуатации. Уплотнение зазора (одного) между валом и ободом работает более эффективно, чем у аналогов, благодаря осевому направлению движения потока и небольшой длине зазора, тем более что перепад давления воды сверху и снизу уплотнения незначительный.The proposed guide apparatus (Fig. 5, 6, 7) is made in a coaxial impeller pipe with a diameter equal to the diameter of the outer rim of the wheel. The gap between them is 1.5-2.5 mm. The
Известно рабочее колесо с изогнутыми неподвижно закрепленными к внутреннему ободу лопастями (RU 2313001 C2, 20.12.2006).Known impeller with curved blades fixed to the inner rim of the blades (RU 2313001 C2, 12.20.2006).
Недостатками этих колес являются:The disadvantages of these wheels are:
1. Консольное закрепление лопастей, подверженных большим нагрузкам, требующих соответствующей прочности в корневых сечениях.1. Cantilever fixing of the blades, subject to high loads, requiring appropriate strength in the root sections.
2. Неизбежные протечки воды между концами лопастей и стенкой камеры рабочего колеса.2. Inevitable water leakage between the ends of the blades and the wall of the impeller chamber.
Эти недостатки устранены в рабочем колесе с изогнутыми неподвижно закрепленными к внутреннему ободу лопастями, которое содержит наружный обод, выполненный .с цилиндрической частью вверху и конической внизу, к которому прикреплены периферийные концы лопастей верхней частью, выполненной вертикально, к цилиндрической части, а нижней изогнутой - к конической, верхнее ребро лопасти радиально ориентировано, а нижнее -горизонтально.These disadvantages are eliminated in the impeller with curved blades fixed to the inner rim, which contains an outer rim made with a cylindrical part at the top and a conical bottom, to which the peripheral ends of the blades are attached with the upper part made vertically to the cylindrical part, and the lower curved to the conical, the upper edge of the blade is radially oriented, and the lower is horizontal.
Предложенное рабочее колесо (фиг.9, 10), кроме внутреннего, содержит и наружный обод с цилиндрической частью 21 вверху и конической частью 22 внизу. К ободу закреплены лопасти 23 (фиг.9), верхняя часть которых выполнена вертикальной, а нижняя изогнутой. Верхнее ребро лопасти имеет радиальное направление, а нижнее - горизонтальное. Изогнутые от вертикального направления до горизонтального лопасти уширяются от вала к периферии и перекрывают все сечение колеса в вертикальном направлении.The proposed impeller (Fig.9, 10), in addition to the inner one, also contains an outer rim with a
Применяемые турбины имеют существенный недостаток - сложные конструкции уплотнений рабочего колеса, не исключающие протечку воды в уплотняемом зазоре. Принцип работы их основан на создании сопротивления движению воды в уплотняемом зазоре. Применяющиеся конструктивные типы уплотнений: щелевые, щелевые с канавками, лабиринтные, гребенчатые или гребенчатые с нарезкой, допускают протекание воды через зазоры [Смирнов И.Н. Гидравлические турбины и насосы. - М.: Высшая школа, 1969 г., с.90-93].The turbines used have a significant drawback - the complicated design of the impeller seals, which do not exclude the leakage of water in the sealing gap. Their principle of operation is based on creating resistance to the movement of water in the sealable gap. The applied structural types of seals: slotted, slotted with grooves, labyrinth, comb or comb with grooves, allow water to flow through the gaps [I. Smirnov Hydraulic turbines and pumps. - M.: Higher School, 1969, p.90-93].
Более близким аналогом к предложенному уплотнению является описанное выше уплотнение рабочего колеса, состоящее из двух упругих гибких колец с профилем желоба, дном обращенных кверху, герметично закрепленных одной стороной к уплотняемым деталям, а противоположными выпуклыми сторонами контактирующими между собой, обратные поверхности которых подвержены рабочему давлению воды, подведенной снизу вверх (RU 2313001 С2, 20.12.2006).A closer analogue to the proposed seal is the impeller seal described above, consisting of two elastic flexible rings with a gutter profile, the bottom facing up, hermetically fixed on one side to the parts to be sealed, and the opposite convex sides contacting each other, the reverse surfaces of which are subject to the working pressure of water summed up from the bottom (RU 2313001 C2, 12.20.2006).
Принцип действия его основан на запирании зазора между неподвижной и вращающейся деталями гибкими элементами с помощью рабочего давления воды.Its principle of operation is based on locking the gap between the stationary and rotating parts by flexible elements using the working pressure of water.
Недостаток его в труднодоступности при установке и ремонте.Its disadvantage is inaccessibility during installation and repair.
Этот недостаток устранен в уплотнении рабочего колеса, состоящего из двух упругих гибких колец с профилем желоба, дном обращенных кверху, герметично закрепленных одной стороной к уплотняемым деталям, а противоположными выпуклыми сторонами контактирующими между собой, обратные поверхности которых подвержены рабочему давлению воды, подведенной снизу вверх, кольца размещены на одном уровне между уплотняемыми деталями, причем внутреннее кольцо закреплено к уплотняемой детали стороной с меньшим диаметром.This disadvantage is eliminated in the sealing of the impeller, consisting of two elastic flexible rings with the profile of the trough, the bottom facing up, hermetically fixed on one side to the parts to be sealed, and the opposite convex sides in contact with each other, the reverse surfaces of which are exposed to the working pressure of water supplied from the bottom up. the rings are placed at the same level between the parts being sealed, the inner ring being fixed to the part being sealed with a side with a smaller diameter.
Уплотнение 24 (фиг.12) размещено в конусном раструбе вне проточного трактата турбины. Оно установлено между внешней стороной наружного обода направляющего аппарата и непосредственно соединенной с цилиндрической частью 21 обода колеса обечайкой 27. Оно не изнашивается потоком воды, не дает сопротивление потоку, не снижает площадь проточного сечения колеса и всего тракта.The seal 24 (Fig) is placed in a conical socket outside the flow path of the turbine. It is installed between the outer side of the outer rim of the guide vane and the
Подвод воды к уплотнению снизу вверх исключает попадание твердых частиц между трущимися поверхностями.The water supply to the seal from the bottom up eliminates the ingress of solid particles between the rubbing surfaces.
В условиях эксплуатации агрегатов происходят колебания напора воды и нагрузки на генератор. Для получения требуемой мощности генератора применяют регулирующие устройства, увеличивающие или уменьшающие расход воды на лопасти рабочего колеса.Under operating conditions of the units, water pressure and generator load fluctuations. To obtain the required generator power, control devices are used that increase or decrease the flow rate of water to the impeller blades.
Известен регулятор расхода воды, содержащий балансиры, тяги и ползун на валу агрегата (Н.М.Щапов. Турбинное оборудование гидростанций. Москва, 1961, с.230, рис 14-3). Недостатки аналога заключаются в небольшой мощности и больших габаритных размерах и массе.A known water flow regulator containing balancers, traction and a slider on the shaft of the unit (N. M. Schapov. Turbine equipment of hydroelectric power plants. Moscow, 1961, p. 230, Fig. 14-3). The disadvantages of the analogue are low power and large overall dimensions and weight.
Эти недостатки устранены в регуляторе расхода воды, содержащем балансиры, тяги и ползун на валу агрегата, регулятор закрыт кожухом, содержит шестерни с двумя разными по диаметру зубчатыми венцами, вращающимися на закрепленных к валу осях, и зубчатые рейки, причем венец большего диаметра входит в зацепление с неподвижно закрепленной на ползуне рейкой, а венец меньшего диаметра взаимодействует с рейкой, соединенной с обтекаемой формы полым герметичным регулирующим органом, перемещающимся по валу в конусной части подающей воду трубы.These disadvantages are eliminated in the water flow regulator containing balancers, rods and a slider on the unit shaft, the regulator is closed by a casing, it contains gears with two different gear crowns of different diameters, rotating on axes fixed to the shaft, and gear racks, the larger crown being engaged with a rail fixed on the slider, and a crown of a smaller diameter interacts with the rail connected to the streamlined hollow sealed regulatory body moving along the shaft in the conical part of the water supply pipe.
Конструкция регулятора представляет собой регулятор прямого действия, но прямого действия не на привод регулирующего поток устройства, а на сам поток воды, что намного снижает требуемое усилие.The design of the regulator is a direct action regulator, but the direct action is not on the drive of the device controlling the flow, but on the water flow itself, which greatly reduces the required force.
Для использования центробежного принципа действия регулятора в движущемся сверху вниз потоке воды балансиры 30 с тягами 31 и ползуном заключены в кожух 29 (фиг.1, 13), защищающий от динамического воздействия на них воды. Кожух неподвижно закреплен на валу 1 и вращается вместе с объемом воды в нем и регулятором, установленным на валу перед цилиндрическим осевым направляющим аппаратом. Обтекаемый полый регулирующий орган 34 соединен зубчатыми рейками 33 с шестернями 36 (фиг.15, 16, 17) на закрепленных на валу осях 37. Шестерня имеет два зубчатых венца разных диаметров. Оси размещены в прорезях ползуна с двух противоположных сторон и смещены на 90° относительно мест закрепления тяг балансиров. Регулирующий орган 34, перемещаясь по валу в конусной части 15 подающей трубы 14, изменяет площадь сечения потока, т.е. расход воды. С большим диаметром венец шестерен входит в зацепление с неподвижно закрепленными к ползуну зубчатыми рейками 35, а венец с меньшим диаметром перемещает рейки 33, закрепленные неподвижно нижними концами к регулирующему органу. Верхние их концы подвижно закреплены в направляющих на ползуне. Регулирующий орган перемещается в противоположном ползуну направлении. При увеличении нагрузки на генератор (снижении скорости вращения вала) вращающиеся балансиры 30 опускаются и через систему привода поднимают регулирующий орган вверх по валу в конусной части 15 подающей трубы 14, повышая расход воды. И наоборот, при повышении скорости вращения вала регулирующий орган снижает подачу воды на рабочее колесо. Степень повышения усилия от развиваемого балансирами определяется отношением R:r (величины радиуса большего зубчатого венца шестерни к радиусу меньшего). Это качество регулятора позволяет применить его для средней и большой мощностей турбин. Он обеспечивает получение требуемой мощности турбины без промежуточного усиливающего средства для приведения в действие регулирующего органа. Регулятор содержит только механическую часть без элементов электроавтоматики, что снизит число отказов и инерционность, т.е. повысит надежность и упростит обслуживание.To use the centrifugal principle of action of the regulator in a top-down flow of water, the
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010123215/06A RU2455521C2 (en) | 2010-06-07 | 2010-06-07 | Kazachenko hydraulic hpp unit, guide vanes, impeller, wheel seal, and flow regulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010123215/06A RU2455521C2 (en) | 2010-06-07 | 2010-06-07 | Kazachenko hydraulic hpp unit, guide vanes, impeller, wheel seal, and flow regulator |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008121881/06A Substitution RU2008121881A (en) | 2008-05-30 | 2008-05-30 | KAZACHENKO HYDRAULIC UNIT |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010123215A RU2010123215A (en) | 2011-12-20 |
RU2455521C2 true RU2455521C2 (en) | 2012-07-10 |
Family
ID=45403701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010123215/06A RU2455521C2 (en) | 2010-06-07 | 2010-06-07 | Kazachenko hydraulic hpp unit, guide vanes, impeller, wheel seal, and flow regulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2455521C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622685C1 (en) * | 2016-01-14 | 2017-06-19 | Сергей Владимирович Яценко | Reactive hydroturbine |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4224526A (en) * | 1978-02-06 | 1980-09-23 | A. D. Margison Management Ltd. | Prefabricated hydro-electric generating station |
RU59956U1 (en) * | 2006-07-06 | 2007-01-10 | Олег Владимирович Захаров | DEVICE FOR OPERATIONS BY OPEN LAPAROSCOPY |
RU2313001C2 (en) * | 2005-06-06 | 2007-12-20 | Дмитрий Кузмич Казаченко | Hydraulic set of hydroelectric power station |
RU81265U1 (en) * | 2006-04-14 | 2009-03-10 | Геннадий Михайлович Моргунов | BLADE MACHINE (OPTIONS) |
-
2010
- 2010-06-07 RU RU2010123215/06A patent/RU2455521C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4224526A (en) * | 1978-02-06 | 1980-09-23 | A. D. Margison Management Ltd. | Prefabricated hydro-electric generating station |
RU2313001C2 (en) * | 2005-06-06 | 2007-12-20 | Дмитрий Кузмич Казаченко | Hydraulic set of hydroelectric power station |
RU81265U1 (en) * | 2006-04-14 | 2009-03-10 | Геннадий Михайлович Моргунов | BLADE MACHINE (OPTIONS) |
RU59956U1 (en) * | 2006-07-06 | 2007-01-10 | Олег Владимирович Захаров | DEVICE FOR OPERATIONS BY OPEN LAPAROSCOPY |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЩАПОВ Н.М. Турбинное оборудование гидростанций. - М., 1961, с.230, рис 14-3. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622685C1 (en) * | 2016-01-14 | 2017-06-19 | Сергей Владимирович Яценко | Reactive hydroturbine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010123215A (en) | 2011-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2667672C (en) | Wind power installation and method for generation of electric power from ambient air in motion | |
JP6257617B2 (en) | Vertical axis wind turbine and water turbine with flow control | |
RU2526604C2 (en) | Hydroelectric power system and turbine in pipe | |
KR102230415B1 (en) | Turbine Assembly | |
CA1179238A (en) | Hydropower turbine system | |
US8616829B2 (en) | Shrouded turbine assembly | |
US8834102B2 (en) | Installation for converting hydraulic energy, and a method of controlling such an installation | |
US10527021B2 (en) | Hydraulic turbine | |
KR20100136976A (en) | Francis-type hydraulic turbine wheel equipped with a tip-forming member, and method of reducing fluctuations using such a wheel | |
EP2538070A2 (en) | Turbine with radial inlet and outlet rotor for use in bidirectional flows | |
CN107237718A (en) | A kind of multi-stage impeller tumbler for absorbing tide energy | |
CN105927458A (en) | Ultralow-water head backflow type bell-shaped water turbine | |
RU2455521C2 (en) | Kazachenko hydraulic hpp unit, guide vanes, impeller, wheel seal, and flow regulator | |
WO2010086958A1 (en) | Hydraulic power generation device | |
JP5738252B2 (en) | Impulse air turbine equipment used with reverse bidirectional airflow in wave power plants | |
KR20040077825A (en) | wind power and flowing liquid power electricity system | |
EA005904B1 (en) | Improved turbine | |
RU2623637C2 (en) | Wind-heat converter-accumulator | |
RU2313001C2 (en) | Hydraulic set of hydroelectric power station | |
MXPA04005531A (en) | Impulse turbine, particularly of the reversible type. | |
CN105863930A (en) | Small-size integrated water turbine generator set | |
US20130183139A1 (en) | Energy converter | |
US20220381216A1 (en) | Hydroelectric turbine for generating electricity by converting energy of ocean waves | |
KR20160123267A (en) | The power generation turbine that blades are integrated with cylinder, and the power generation methods using the same | |
CN108035775A (en) | Rotor, steam turbine and prime mover equipment of steam turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130608 |