RU2741190C1 - Impeller of a turbine pump with humpback whale hubble structure - Google Patents

Impeller of a turbine pump with humpback whale hubble structure Download PDF

Info

Publication number
RU2741190C1
RU2741190C1 RU2020124523A RU2020124523A RU2741190C1 RU 2741190 C1 RU2741190 C1 RU 2741190C1 RU 2020124523 A RU2020124523 A RU 2020124523A RU 2020124523 A RU2020124523 A RU 2020124523A RU 2741190 C1 RU2741190 C1 RU 2741190C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
tubercles
row
tubercle
section
Prior art date
Application number
RU2020124523A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Волков
Алексей Анатольевич Дружинин
Александр Андреевич Вихлянцев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2020124523A priority Critical patent/RU2741190C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2741190C1 publication Critical patent/RU2741190C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/121—Blades, their form or construction
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to a working wheel of a pump-turbine with humpback whirlbone hump structure. Wheel comprises one row of tubercles 2 of elongated ellipsoidal shape, which are superimposed on inlet edge 3 and simultaneously on working side 4 of blade 1. Back side 6 of blade 1 is made smooth. Row of tubercles 2 placed on side 4 is applied on 2/3 of its length. Frontal part 5 of row of tubercles 2 is made on surface of edge 3 of blade 1 and extends forward by 1/2 of body length of tubercle 2. Diameter of the cross-section of the body of tubercles 2 in the row towards the periphery varies smoothly as per the linear law. Ratio of the diameter of the cross section of first tubercle 2 in a row to the corresponding diameter of tubercle 2 near the periphery of the blade is equal to 2: 1. Step of cones 2 arrangement in alternating row. Diameter of the cross-section of the body of first tubercle 2 is 20% of the magnitude of the span of blade 1. Axis of rotation of the body of tubercles 2 in the row coincides with the axis of symmetry of the longitudinal section of blade 1. Number of tubercles 2 in the row depends on the diameter of the cross-section of the body of each tubercle 2, as well as the span of blade 1.
EFFECT: invention is aimed at reduction of hydraulic losses in impeller and higher efficiency of turbine pump.
3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности, гидроэнергетики и может быть использовано в разработке конструкций гидроагрегатов, предназначенных для преобразования кинетической энергии жидкости при эксплуатации ГЭС, в том числе микро- и малых ГЭС в условиях переменных напоров и расходов рабочей среды.The invention relates to the field of power engineering, in particular, hydropower and can be used in the development of structures of hydraulic units designed to convert the kinetic energy of a liquid during the operation of hydroelectric power plants, including micro and small hydroelectric power plants under conditions of variable pressure and flow rates of the working environment.

Известен способ повышения эффективности лопасти ротора ветроэнергетической установки (варианты) (патент РФ №2218477 С1, МПК F03D 5/00, В64С 21/08), включающий на задней части лопасти с подветренной стороны вихревую систему управления пограничным слоем, состоящую из продольных каверн с центральными телами, установленными на внешней поверхности лопасти с определенным шагом.A known method of increasing the efficiency of the rotor blade of a wind power plant (options) (RF patent No. 2218477 C1, IPC F03D 5/00, В64С 21/08), including on the back of the blade on the leeward side of the vortex control system of the boundary layer, consisting of longitudinal caverns with central bodies mounted on the outer surface of the blade with a certain pitch.

Недостатком данного технического решения является сложность и громоздкость конструктивного исполнения ввиду необходимости точного расположения центральных тел в профиле лопасти, наличия ресивера низкого давления внутри лопасти, объединенного с ресиверами каверн и ресиверами центральных тел, а также установки на внешней поверхности лопасти с определенным шагом пластин, ограничивающих стекание потока вдоль лопасти. Кроме того, громоздкость конструктивного исполнения усугубляет наличие турбины (не показана), предназначенной для принудительного управления отсосом воздуха из ресивера.The disadvantage of this technical solution is the complexity and cumbersomeness of the design due to the need for the exact location of the central bodies in the blade profile, the presence of a low pressure receiver inside the blade, combined with the receivers of cavities and receivers of the central bodies, as well as installation on the outer surface of the blade with a certain pitch of the plates, limiting runoff flow along the blade. In addition, the bulkiness of the design is aggravated by the presence of a turbine (not shown) designed for forced control of air suction from the receiver.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является Рабочее колесо центробежного насоса со структурой бугорков горбатого кита (патент Республики Корея №101887851 В1, МПК F04D 29/24, F04D 29/42, F04D 29/30, F04D 29/66, опубл.), включающее несколько лопастей, расположенных через равное расстояние в окружном направлении вокруг втулки и содержащих одновременно несколько рядов бугорков горбатого кита на входной кромке лопасти: первый - вдоль тыльной поверхности лопасти, второй - вдоль рабочей поверхности лопасти, третий - в лобовой части входной кромки лопасти. Количество бугорков в ряду равно количеству лопастей рабочего колеса. Каждый бугорок в ряду расположен так, что расстояние между соседними составляет от 3 до 15% от диаметра входа в рабочее колесо, а длина - 7%. Бугорки имеют форму, подобную строению передней кромки плавника горбатого кита.The closest in technical essence to the claimed invention is the Impeller of a centrifugal pump with the structure of humpback whale tubercles (patent of the Republic of Korea No. 101887851 B1, IPC F04D 29/24, F04D 29/42, F04D 29/30, F04D 29/66, publ.) , including several blades located at an equal distance in the circumferential direction around the sleeve and containing simultaneously several rows of humpback whale tubercles on the leading edge of the blade: the first along the back surface of the blade, the second along the working surface of the blade, and the third in the frontal part of the leading edge of the blade. The number of tubercles in a row is equal to the number of impeller blades. Each tubercle in a row is located so that the distance between adjacent ones is from 3 to 15% of the diameter of the inlet to the impeller, and the length is 7%. The tubercles are shaped like the leading edge of a humpback whale's fin.

Недостатком данного технического решения является ухудшение безотрывного обтекания лопастей рабочего колеса, которое приводит к образованию хаотичной структуры потока, обтекающего лопасти. Вследствие этого, при обтекании потоком поверхностей рабочего колеса, возрастают гидравлические потери, приводящие к ухудшению энергетических характеристик насоса.The disadvantage of this technical solution is the deterioration of the continuous flow around the impeller blades, which leads to the formation of a chaotic structure of the flow around the blade. As a result, when flowing around the surfaces of the impeller, hydraulic losses increase, leading to a deterioration in the energy characteristics of the pump.

Технической задачей изобретения заключается в улучшении качества безотрывного обтекания лопастей рабочего колеса и повышении энергетической эффективности управления пограничным слоем при обтекании лопастей рабочего колеса.The technical objective of the invention is to improve the quality of the continuous flow around the impeller blades and to increase the energy efficiency of the boundary layer control when flowing around the impeller blades.

Техническим результатом изобретения является снижение гидравлических потерь в рабочем колесе насоса-турбины и повышение эффективности насоса-турбины.The technical result of the invention is to reduce hydraulic losses in the impeller of the pump-turbine and increase the efficiency of the pump-turbine.

Это достигается тем, что известное рабочее колесо насоса-турбины со структурой бугорков горбатого кита, содержащее один ряд бугорков продолговатой эллипсовидной формы, которые наложены на входную кромку и, одновременно, на рабочую сторону лопасти, тыльная сторона которой выполнена гладкой, размещенный на рабочей стороне лопасти ряд бугорков наложен на 2/3 своей длины, а лобовая часть ряда бугорков выполнена на поверхности входной кромки лопасти и выступает вперед на 1/2 длины тела бугорка, диаметр поперечного сечения тела бугорков Dб_i в ряду по направлению к периферии плавно изменяется по линейному закону согласно равенству Dб_i+1=0,875Dб_i, при этом отношение диаметра Dб_i поперечного сечения первого бугорка в ряду к соответствующему диаметру бугорка Dб_i+n у периферии лопасти равно 2:1, где n - целое число и выбрано из условия n>i≥1, шаг расположения бугорков в ряду переменный, равный сумме радиусов Rб_i и Rб_i+1 двух соседних бугорков в ряду: m=Rб_i+Rб_i+1, диаметр поперечного сечения Dб_i тела первого бугорка составляет 20% от величины размаха лопасти

Figure 00000001
и выбран согласно равенству
Figure 00000002
центр вращения первого бугорка расположен на расстоянии Dб_1/2 от торца лопасти, при этом ось вращения тела бугорков в ряду совпадает с осью симметрии продольного сечения лопасти, а количество бугорков в ряду зависит от диаметра поперечного сечения Dб_i тела каждого бугорка, а также размаха лопасти
Figure 00000003
согласно функционалу Φ = f(D б_ i , l). This is achieved by the fact that the known impeller of a pump-turbine with the structure of humpback whale tubercles, containing one row of oblong ellipsoidal tubercles, which are superimposed on the leading edge and, at the same time, on the working side of the blade, the back side of which is smooth, located on the working side of the blade the row of tubercles is superimposed on 2/3 of its length, and the frontal part of the row of tubercles is made on the surface of the entrance edge of the blade and protrudes forward by 1/2 the length of the tubercle body, the diameter of the cross-section of the tubercle body is Db_i in a row towards the periphery, smoothly changes according to a linear law according to the equality Db_i + 1= 0.875Db_i, while the ratio of the diameter Db_i cross-section of the first tubercle in a row to the corresponding tubercle diameter Db_i + n at the periphery of the blade is equal to 2: 1, where n is an integer and is selected from the condition n> i≥1, the pitch of the tubercles in the row is variable, equal to the sum of the radii Rb_i and Rb_i + 1 two adjacent tubercles in a row: m = Rb_i+ Rb_i + 1, cross-sectional diameter Db_i the body of the first tubercle is 20% of the blade span
Figure 00000001
and is chosen according to equality
Figure 00000002
the center of rotation of the first tubercle is located at a distance Db_1/ 2 from the blade end, while the axis of rotation of the body of the tubercles in the row coincides with the symmetry axis of the longitudinal section of the blade, and the number of tubercles in the row depends on the diameter of the cross section Db_i the body of each tubercle, as well as the span of the blade
Figure 00000003
according to the functionalityΦ = f (D b_ i , l).

Дополнительно лопасть может быть выполнена цилиндрической, а угол установки β i-ого бугорка в теле лопасти равен углу лопасти на входе β1.Additionally, the blade can be cylindrical, and the angle β of the i-th tubercle in the blade body is equal to the angle of the blade at the inlet β 1 .

Кроме того, лопасть может быть выполнена профилированной, а угол установки β i-ого бугорка в теле лопасти равен диапазону углов лопасти на входе β1л_i…β1л_i+n в i-ом поперечном сечении.In addition, the blade can be profiled, and the angle β of the i-th tubercle in the blade body is equal to the range of blade angles at the inlet β 1l_i ... β 1l_i + n in the i-th cross section.

Угол установки i-ого количества бугорков в теле лопасти является равным углу лопасти на входе β1л - в случае цилиндрической лопасти, и равным углу лопасти на входе β1л_i в конкретном i-ом поперечном сечении лопасти - в случае профилированной лопасти.The angle of installation of the i-th number of tubercles in the blade body is equal to the angle of the blade at the inlet β 1l - in the case of a cylindrical blade, and equal to the angle of the blade at the inlet β 1l_i in a specific i-th blade cross-section - in the case of a profiled blade.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 изображен общий вид лопастей рабочего колеса насоса-турбины с рядом бугорков на входной кромке; на Фиг. 2 представлена фронтальная проекция входной кромки лопасти рабочего колеса насоса-турбины с бугорками; на Фиг. 3 изображена фронтальная проекция тыльной стороны лопасти рабочего колеса насоса-турбины, которая выполнена гладкой; на Фиг. 4 приведена схема расположения бугорков на входной кромке лопастей рабочего колеса, работающего в турбинном режиме; на Фиг. 5 изображена схема расположения бугорков на входной кромке лопастей рабочего колеса, работающего в насосном режиме; на Фиг. 6 изображена графическая зависимость Mкр=ƒ(t) расчетно-теоретического исследования крутящего момента Мкр на валу насоса-турбины от расчетного времени t с рабочими колесами.The essence of the invention is illustrated by drawings, where FIG. 1 shows a general view of the impeller blades of a turbine pump with a number of tubercles on the leading edge; in FIG. 2 shows the frontal projection of the leading edge of the impeller blade of the pump-turbine with tubercles; in FIG. 3 shows a frontal projection of the rear side of the turbine pump impeller blade, which is made smooth; in FIG. 4 shows a diagram of the location of the tubercles on the leading edge of the impeller blades operating in turbine mode; in FIG. 5 shows a diagram of the location of the bumps on the leading edge of the impeller blades operating in pumping mode; in FIG. 6 shows a graphical dependence of M cr = ƒ (t) of the theoretical and computational study of the torque M cr on the pump-turbine shaft on the estimated time t with impellers.

Рабочее колесо насоса-турбины со структурой бугорков горбатого кита содержит равномерно распределенные в ряд по размаху лопасти 1 ряда бугорков 2, имеющих продолговатую эллипсовидную форму, расположенные на входной кромке 3 и, одновременно, - на рабочей стороне 4 лопасти 1. Ряд бугорков 2 наложен на 2/3 длины на рабочую сторону 4 лопасти 1 у ее входной кромки 3. Лобовая часть 5 бугорков 2 выступает вперед на 1/2 длины тела бугорка 2. Тыльная сторона 6 лопасти 1 выполнена гладкой. Центр вращения 7 первого бугорка расположен на расстоянии Dб_1/2 от втулки 8 рабочего колеса. Ось вращения тела бугорков 2 в ряду совпадает с осью симметрии продольного сечения лопасти 1. Количество бугорков 2 в ряду зависит от диаметра поперечного сечения Dб_i тела каждого бугорка 2, а также размаха лопасти 1 и описывается функционалом Φ = f(D б_ i , l). The impeller of a pump-turbine with the structure of humpback whale tubercles contains blades 1 uniformly distributed in a row along the span of a row of tubercles 2, having an oblong elliptical shape, located on the inlet edge 3 and, at the same time, on the working side 4 of the blade 1. Row of tubercles 2 is superimposed on 2/3 of the length on the working side 4 of the blade 1 at its entrance edge 3. The frontal part 5 of the tubercles 2 protrudes forward 1/2 of the length of the body of the tubercle 2. The back side 6 of the blade 1 is smooth. The center of rotation 7 of the first tubercle is located at a distance D b_1 / 2 from the hub 8 of the impeller. The axis of rotation of the body of tubercles 2 in a row coincides with the axis of symmetry of the longitudinal section of the blade 1. The number of tubercles 2 in a row depends on the diameter of the cross section D b_i of the body of each tubercle 2, as well as the span of the blade 1 and is described by the functional Φ = f (D b_ i , l ).

Угол установки β i-ого количества бугорков 2 в теле лопасти 1 равен углу лопасти на входе β1л - в случае цилиндрической формы лопасти 1, и равен углу лопасти на входе β1л_i…β1л_i+n в конкретном i-ом поперечном сечении лопасти 1 - в случае профилированной формы лопасти 1, где n>i≥1, целое число.The angle β of the i-th number of hillocks 2 in the blade body 1 is equal to the blade angle at the inlet β 1l - in the case of the cylindrical shape of the blade 1, and is equal to the blade angle at the inlet β 1l_i ... β 1l_i + n in the specific i-th cross-section of the blade 1 - in the case of the profiled shape of the blade 1, where n> i≥1, an integer.

Диаметр Dб_i поперечного сечения тела бугорков 2 по направлению от втулки 8 к периферии 9 плавно уменьшается по линейному закону, описываемому формулой Dб_i+1=0,875б_i. Диаметр Dб_i поперечного сечения тела бугорка 2 у втулки 8 составляет 20% размаха лопасти

Figure 00000004
Figure 00000005
Отношение диаметра Dб_1 поперечного сечения тела бугорка 2 у втулки 8 к соответствующему диаметру Dб_n поперечного сечения тела бугорка 2 у периферии 9 лопасти 1 равен 2:1. Шаг расположения m бугорков 2 по направлению от втулки 8 к периферии 9 переменный, равный сумме радиусов Rб_i и Rб_i+1 двух соседних бугорков: m=Rб_i+Rб_i+1.The diameter D b_i of the cross-section of the body of the tubercles 2 in the direction from the sleeve 8 to the periphery 9 smoothly decreases according to a linear law described by the formula D b_i + 1 = 0.875 b_i . Diameter D b_i of the cross-section of the body of tubercle 2 at sleeve 8 is 20% of the blade span
Figure 00000004
Figure 00000005
The ratio of the diameter D b_1 of the cross-section of the body of the tubercle 2 at the sleeve 8 to the corresponding diameter D b_n of the cross-section of the body of the tubercle 2 at the periphery 9 of the blade 1 is 2: 1. The pitch of the location of m tubercles 2 in the direction from the sleeve 8 to the periphery 9 is variable, equal to the sum of the radii R b_i and R b_i + 1 of two adjacent tubercles: m = R b_i + R b_i + 1 .

Рабочее колесо насоса-турбины работает следующим образом.The turbine pump impeller works as follows.

При вращении лопастей 1, закрепленных на втулке 8, набегающий на входную кромку 3 поток обтекает лобовую часть 5 бугорков 2 эллипсовидной формы. Отклонения потока, вызванные обтеканием бугорков 2 с рабочей 4 и тыльной 6 сторон лопасти 1, приводят к принудительному образованию структурированной упорядоченной группы вихревых дорожек на рабочей стороне 4 лопасти 1 позади бугорков 2. Количество вихревых дорожек равно количеству бугорков 1 в лобовой части 5. При этом диаметр тела бугорков 2 задан переменным от втулки 8 к периферии 9 для интенсификации вихревого течения у втулки 8, где относительная скорость потока ниже, чем на периферии 9.When the blades 1, fixed on the sleeve 8, rotate, the stream running on the input edge 3 flows around the frontal part 5 of the ellipsoidal hillocks 2. Flow deviations caused by the flow around the hillocks 2 from the working 4 and rear 6 sides of the blade 1 lead to the forced formation of a structured ordered group of vortex lanes on the working side 4 of the blade 1 behind the tubercles 2. The number of vortex lanes is equal to the number of tubercles 1 in the frontal part 5. In this case the diameter of the body of the tubercles 2 is set variable from the sleeve 8 to the periphery 9 to intensify the vortex flow at the sleeve 8, where the relative flow velocity is lower than at the periphery 9.

Структура потока, создаваемая расположенными, согласно изобретению, бугорками 2, обеспечивает более устойчивое безотрывное обтекание вращающихся лопастей 1 и отличается образованием устойчивых вихрей, изменяя свойства турбулентного пограничного слоя при обтекании рабочей стороны 4 лопастей 1. Это приводит к снижению риска возникновения отрыва потока, наблюдающегося на поверхности лопастей 1, не имеющих бугорков 2 на входной кромке 3, формированию структуры потока, приводящего к качественно меньшим гидравлическим потерям при обтекании лопастей 1.The flow structure created by the hillocks 2 located according to the invention provides a more stable continuous flow around the rotating blades 1 and is characterized by the formation of stable vortices, changing the properties of the turbulent boundary layer when flowing around the working side 4 of the blades 1. This leads to a decrease in the risk of flow separation observed on the surface of the blades 1, which do not have tubercles 2 on the leading edge 3, the formation of a flow structure, leading to qualitatively lower hydraulic losses when flowing around the blades 1.

На графической зависимости Mкр=ƒ(t), полученной по результатам расчетно-теоретических исследований крутящего момента Мкр, на валу насоса-турбины от расчетного времени t с рабочими колесами (см. Фиг. 6) показана характеристика рабочего колесо насоса-турбины, не имеющего бугорков на входной кромке 10; характеристика рабочего колесо насоса-турбины, имеющего бугорки только в лобовой части входной кромки лопасти 11; характеристика рабочего колесо насоса-турбины, имеющего бугорки, расположенные в лобовой части входной кромки и, одновременно, - на рабочей стороне лопасти 12, согласно изобретению.The graphical dependence M cr = ƒ (t), obtained from the results of theoretical and theoretical studies of the torque M cr , on the pump-turbine shaft from the estimated time t with impellers (see Fig. 6) shows the characteristic of the impeller of the pump-turbine, not having tubercles on the leading edge 10; characteristics of the impeller of the pump-turbine, which has tubercles only in the frontal part of the leading edge of the blade 11; characteristic of the impeller of a turbine pump, having tubercles located in the frontal part of the input edge and, at the same time, on the working side of the blade 12, according to the invention.

Проведенные расчетно-теоретические и экспериментальные исследования гидродинамических характеристик рабочих органов насоса-турбины показало, что наибольшую эффективность управления пограничным слоем оказывает ряд бугорков, согласно Фиг. 4, 5, одиночно расположенный на рабочей стороне лопасти: Фиг. 4 - для турбинного режима работы гидравлической машины; Фиг. 5 - для насосного режима.The calculated-theoretical and experimental studies of the hydrodynamic characteristics of the working bodies of the pump-turbine showed that the greatest efficiency of boundary layer control is provided by a number of hillocks, according to Fig. 4, 5, single located on the working side of the blade: Fig. 4 - for turbine operation of a hydraulic machine; FIG. 5 - for pumping mode.

Также, результаты исследований, представленные на Фиг. 6 показали, что наличие бугорков только на входной кромке лопасти не является эффективным решением в силу создания ими структуры течения в турбулентном пограничном слое, обладающей увеличенными вязкими потерями и приводит к ухудшению энергетических характеристик насоса-турбины. По этой же причине установлено, что для насоса-турбины, работающей значительное время в насосном режиме наиболее эффективным способом является расположение бугорков согласно Фиг. 5, а для насоса-турбины, работающей значительное время в турбинном режиме - согласно Фиг. 4. Аналогично, в случае кратковременного запуска насоса-турбины, поверхность 6, являющаяся рабочей стороной лопасти в насосном режиме, в целях повышения эффективности работы, выполнена гладкой.Also, the research results shown in FIG. 6 showed that the presence of hillocks only at the leading edge of the blade is not an effective solution due to their creation of a flow structure in a turbulent boundary layer, which has increased viscous losses and leads to a deterioration in the energy characteristics of the pump-turbine. For the same reason, it was found that for a pump-turbine operating for a considerable time in pumping mode, the most effective method is to arrange the bumps according to FIG. 5, and for a pump-turbine operating for a significant time in turbine mode - according to FIG. 4. Similarly, in the case of a short-term start-up of the pump-turbine, the surface 6, which is the working side of the blade in pumping mode, is made smooth in order to increase the efficiency.

Использование изобретения приводит к повышению главного энергетического параметра насоса-турбины - выходной мощности N вследствие увеличения крутящего момента Мкр на валу насоса-турбины без изменения конструктивного исполнения его рабочего колеса.The use of the invention leads to an increase in the main energy parameter of the pump-turbine - the output power N due to an increase in the torque M cr on the pump-turbine shaft without changing the design of its impeller.

Кроме того, измененная структура течения в турбулентном пограничном слое снижает уровень потребляемой мощности в насосном режиме (увеличивает уровень вырабатываемой мощности - в турбинном), тем самым повышая производительность насоса-турбины.In addition, the changed structure of the flow in the turbulent boundary layer reduces the level of power consumption in the pumping mode (increases the level of power generated in the turbine mode), thereby increasing the productivity of the pump-turbine.

Claims (3)

1. Рабочее колесо насоса-турбины со структурой бугорков горбатого кита, содержащее один ряд бугорков продолговатой эллипсовидной формы, которые наложены на входную кромку и одновременно на рабочую сторону лопасти, тыльная сторона которой выполнена гладкой, отличающееся тем, что размещенный на рабочей стороне лопасти ряд бугорков наложен на 2/3 своей длины, а лобовая часть ряда бугорков выполнена на поверхности входной кромки лопасти и выступает вперед на 1/2 длины тела бугорка, диаметр поперечного сечения тела бугорков Dб_i в ряду по направлению к периферии плавно изменяется по линейному закону согласно равенству Dб_i+1=0,875Dб_i, при этом отношение диаметра Dб_i поперечного сечения первого бугорка в ряду к соответствующему диаметру бугорка Dб_i+n у периферии лопасти равно 2:1, где n - целое число и выбрано из условия n>i≥1, шаг расположения бугорков в ряду переменный, равный сумме радиусов Rб_i и Rб_i+1 двух соседних бугорков в ряду: m=Rб_i+Rб_i+1, диаметр поперечного сечения Dб_i тела первого бугорка составляет 20% от величины размаха лопасти
Figure 00000006
и выбран согласно равенству
Figure 00000007
центр вращения первого бугорка расположен на расстоянии Dб_1/2 от торца лопасти, при этом ось вращения тела бугорков в ряду совпадает с осью симметрии продольного сечения лопасти, а количество бугорков в ряду зависит от диаметра поперечного сечения Dб_i тела каждого бугорка, а также размаха лопасти
Figure 00000008
согласно функционалу
Figure 00000009
.1. The impeller of a pump-turbine with the structure of humpback whale tubercles, containing one row of oblong ellipsoidal tubercles, which are superimposed on the leading edge and simultaneously on the working side of the blade, the back side of which is smooth, characterized in that a row of tubercles located on the working side of the blade superimposed on 2/3 of its length, and the frontal part of a row of tubercles is made on the surface of the entrance edge of the blade and protrudes forward by 1/2 the length of the tubercle body, the diameter of the cross-section of the body of tubercles D b_i in the row towards the periphery smoothly changes linearly according to equality D b_i + 1 = 0.875D b_i , while the ratio of the diameter D b_i of the cross-section of the first tubercle in the row to the corresponding diameter of the tubercle D b_i + n at the blade periphery is 2: 1, where n is an integer and is selected from the condition n> i≥ 1, the step of the location of the tubercles in the row is variable, equal to the sum of the radii R b_i and R b_i + 1 of two adjacent tubercles in the row: m = R b_i + R b_i + 1 , the diameter of the cross section the D b_i body of the first tubercle is 20% of the blade span
Figure 00000006
and is chosen according to equality
Figure 00000007
the center of rotation of the first tubercle is located at a distance D b_1 / 2 from the end of the blade, while the axis of rotation of the body of the tubercles in the row coincides with the axis of symmetry of the longitudinal section of the blade, and the number of tubercles in the row depends on the diameter of the cross section D b_i of the body of each tubercle, as well as the span blades
Figure 00000008
according to the functionality
Figure 00000009
... 2. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что лопасть выполнена цилиндрической, а угол установки β i-го бугорка в теле лопасти равен углу лопасти на входе β1.2. The impeller according to claim 1, characterized in that the blade is cylindrical, and the angle β of the i-th tubercle in the blade body is equal to the blade angle at the inlet β 1 . 3. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что лопасть выполнена профилированной, а угол установки β i-го бугорка в теле лопасти равен диапазону углов лопасти на входе β1л_i…β1л_i+n в i-м поперечном сечении.3. The impeller according to claim 1, characterized in that the blade is profiled, and the angle β of the i-th tubercle in the blade body is equal to the range of blade angles at the inlet β 1l_i ... β 1l_i + n in the i-th cross section.
RU2020124523A 2020-07-23 2020-07-23 Impeller of a turbine pump with humpback whale hubble structure RU2741190C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124523A RU2741190C1 (en) 2020-07-23 2020-07-23 Impeller of a turbine pump with humpback whale hubble structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124523A RU2741190C1 (en) 2020-07-23 2020-07-23 Impeller of a turbine pump with humpback whale hubble structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2741190C1 true RU2741190C1 (en) 2021-01-22

Family

ID=74213011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124523A RU2741190C1 (en) 2020-07-23 2020-07-23 Impeller of a turbine pump with humpback whale hubble structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2741190C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802110C1 (en) * 2023-03-03 2023-08-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Reducing piece with drop-shaped biomimetic knobs

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5939904A (en) * 1982-08-28 1984-03-05 Kobe Steel Ltd Axial-flow type hot-water turbine
SU1378492A1 (en) * 1986-02-10 1994-04-15 Производственное Объединение Турбостроения "Ленинградский Металлический Завод" Radial-axial hydraulic machine impeller
RU2218477C1 (en) * 2002-12-30 2003-12-10 ООО "Научно-производственное предприятие "Триумф" Method to increase rotor blade efficiency of wind-driven electric plant
KR20130016782A (en) * 2011-08-09 2013-02-19 서울대학교산학협력단 Turbine for tidal current power plant
KR101887851B1 (en) * 2018-04-04 2018-08-10 서울대학교산학협력단 Centrifugal Pump Impeller Having Humpback Whale's Tubercles Structure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5939904A (en) * 1982-08-28 1984-03-05 Kobe Steel Ltd Axial-flow type hot-water turbine
SU1378492A1 (en) * 1986-02-10 1994-04-15 Производственное Объединение Турбостроения "Ленинградский Металлический Завод" Radial-axial hydraulic machine impeller
RU2218477C1 (en) * 2002-12-30 2003-12-10 ООО "Научно-производственное предприятие "Триумф" Method to increase rotor blade efficiency of wind-driven electric plant
KR20130016782A (en) * 2011-08-09 2013-02-19 서울대학교산학협력단 Turbine for tidal current power plant
KR101887851B1 (en) * 2018-04-04 2018-08-10 서울대학교산학협력단 Centrifugal Pump Impeller Having Humpback Whale's Tubercles Structure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802110C1 (en) * 2023-03-03 2023-08-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Reducing piece with drop-shaped biomimetic knobs
RU2802111C1 (en) * 2023-03-03 2023-08-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Turbine pump impeller with spherical biomimetic knobs

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107050543B (en) Microminiature centrifugal blood pump with self-adjusting blades
CN1840857A (en) Axial turbine
CN207708246U (en) Microminiature micro-centrifugal blood pump with self-regulation blade
CN114396393B (en) Self-adaptive design method for bulb tubular pump guide vane and bulb tubular pump guide vane
CN102562651A (en) High-efficiency wind-powered centrifugal pump impeller
KR20180039548A (en) Centrifugal impeller having backward blades using dual gradient sectional shape type
RU2687188C2 (en) Francis turbine with short blades and short rim
CN110159586B (en) Double-layer staggered vane impeller
JP6954739B2 (en) Rotor for generator
RU2741190C1 (en) Impeller of a turbine pump with humpback whale hubble structure
CN104533828B (en) A kind of reversible axial flow pump Hydraulic Design Method
JP2010168903A (en) Centrifugal hydraulic machine
CN110608191B (en) Blade design method based on Orson vortex and blade pump designed by blade design method
KR100286633B1 (en) Stator of automotive torque converter
CN110529426B (en) Open impeller structure for high-speed pump
JPH11159433A (en) Hydraulic machinery
CN202431593U (en) Axial-flow pump impeller adopting spiral blades
CN109882448B (en) Mixed flow pump runner chamber with arc pumping groove
PL216284B1 (en) Single-jet centrifugal pump
WO2019013672A1 (en) Centrifugal pump impeller
CN105275884A (en) Strengthening and application of power type vane pump
RU2692941C1 (en) Centrifugal pump impeller for gas-liquid media
Kokubu et al. Effect of inner guide on performances of cross flow turbine
CN109882444B (en) Mixed flow pump impeller with stepped rectifying device in flow channel
CN210566097U (en) Stator for a hydrodynamic torque converter and hydrodynamic torque converter comprising such a stator