UA139835U

UA139835U - HORIZONTAL DIRECT CAPSULOUS HYDRAULIC UNIT WITH NOZZLE SUPPLY AND REGULATORY AUTHORITY

Info

Publication number: UA139835U
Application number: UAU201906675U
Authority: UA
Inventors: Михайло Володимирович Черкашенко; Олег Васильович Потетенко; Олександр Іванович Гасюк; Євгеній Сергійович Крупа
Original assignee: Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут"
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-01-27

Abstract

Горизонтальний прямоточний капсульний гідроагрегат з сопловим підвідним та регулюючим, поряд з напрямним апаратом, органом, містить генератор, розміщений в капсулі, підвідні та регулюючі органи, осьове робоче колесо поворотно-лопатевого типу, відсмоктуючу трубу. Підвідний орган гідротурбіни виконаний у вигляді ряду криволінійних конфузорних соплових каналів з поворотними вихідними елементами, які розміщені по колу та створюють момент кількості руху потоку перед робочим колесом, що забезпечує оптимальну роботу гідротурбіни на підвищених напорах та одночасно з напрямним апаратом виконує регуляторну функцію.Horizontal direct-flow capsule hydraulic unit with nozzle inlet and regulating, along with the guide apparatus, body, contains a generator housed in a capsule, inlet and regulating bodies, axial impeller of rotary-blade type, suction pipe. The supply body of the turbine is made in the form of a series of curved confusing nozzle channels with rotary outlet elements, which are placed in a circle and create a moment of flow in front of the impeller, which ensures optimal operation of the turbine at high pressures and simultaneously with the guide performs a regulatory function.

Description

Корисна модель належить до галузі гідромашинобудування і може бути використана на гідроелектростанціях (ГЕС).The utility model belongs to the field of hydraulic engineering and can be used at hydroelectric power stations (HPP).

Відомі гідроагрегати горизонтально-капсульного типу з прямоосьовим проточним трактом, застосовувані на низьконапірних ГЕС з Н-3-25 м |11.Known hydro aggregates of the horizontal capsule type with a rectilinear flow path, used at low-pressure HPPs with H-3-25 m |11.

Ці гідроагрегати внаслідок прямоосьового підведення й відведення води і простоти форми проточного тракту при установці в низьконапірних ГЕС мають переваги перед гідроагрегатами з вертикальними поворотно-лопатевими гідротурбінами (як по пропускній здатності і частоті, так і за енергетичними показниками). При цьому габаритні розміри гідротурбінного блока значно менші, ніж в осьових вертикальних поворотно-лопатевих турбінах.Due to the rectilinear supply and discharge of water and the simplicity of the form of the flow path when installed in low-pressure hydroelectric power stations, these hydrounits have advantages over hydrounits with vertical rotary vane hydroturbines (both in terms of throughput and frequency, and in terms of energy indicators). At the same time, the overall dimensions of the hydro turbine unit are much smaller than in axial vertical rotary vane turbines.

Недоліком існуючих прямоточних гідроагрегатів з турбінами такого типу є те, що вони працюють на низьких напорах до 25 м. Це пов'язано з тим, що в цих гідротурбінах відсутня спіральна камера, а момент кількості руху перед робочим колесом горизонтально-прямоточної гідротурбіни створюється колонами статора і напрямним апаратом, установленим перед робочим колесом. Тому забезпечити перед робочим колесом необхідний високий рівень моменту кількості руху тільки за рахунок статора і напрямного апарата неможливо.The disadvantage of existing direct-flow hydro units with turbines of this type is that they work at low pressures of up to 25 m. This is due to the fact that in these hydroturbines there is no spiral chamber, and the moment of the amount of movement in front of the impeller of the horizontal-direct-flow hydroturbine is created by the stator columns and a guide device installed in front of the working wheel. Therefore, it is impossible to ensure the necessary high level of the moment of the amount of movement in front of the impeller only at the expense of the stator and the guide apparatus.

Існує здвоєний прямоточний гідроагрегат із системою регулювання з потрійною комбінаторною залежністю між відкриттям напрямного апарата і кутами розвороту лопатей двох робочих коліс гідротурбін, що дозволяє суттєво підвищити середньоексплуатаційні показники, розширити зону експлуатації по напорах і витратах, підвищити ККД, і дає можливість застосування прямоточної схеми на більш високі напори. Крім цього, здвоєний прямоточний гідроагрегат дозволяє одержати більшу потужність при менших габаритах ширини блока ГЕС в плані, порівняно з двома паралельно працюючими агрегатами вертикального поворотно- лопатевого типу (21.There is a double direct-flow hydraulic unit with a control system with a triple combinatorial dependence between the opening of the guide apparatus and the turning angles of the blades of the two working wheels of the hydroturbines, which allows you to significantly increase the average operational indicators, expand the operating area in terms of pressure and flow rates, increase the efficiency, and makes it possible to apply the direct-flow scheme to more high pressure In addition, the double direct-flow hydraulic unit allows to obtain more power with smaller dimensions of the width of the HPP unit in plan, compared to two units of the vertical rotary vane type operating in parallel (21.

Основними недоліками здвоєного прямоточного гідроагрегату є велика протяжність гідроагрегату вздовж осі обертання роторів гідротурбіна-генератор, складність конструктивного виконання, що призводить до складності обслуговування роботи гідроагрегату, складність системи регулювання робочого процесу.The main disadvantages of the double direct-flow hydraulic unit are the long length of the hydraulic unit along the axis of rotation of the rotors of the hydro turbine-generator, the complexity of the design, which leads to the complexity of the maintenance of the hydraulic unit, the complexity of the work process control system.

В основу корисної моделі поставлена задача підвищення середньоексплуатаційних і енергокавітаційних показників прямоточних горизонтальних капсульних гідроагрегатів,The basis of the useful model is the task of increasing the average operational and energy cavitation indicators of direct-flow horizontal capsule hydraulic units,

Зо розширення зони експлуатації по напорах аж до 80-100 м.From the expansion of the exploitation area by pressures up to 80-100 m.

Поставлена задача вирішується тим, що в турбіні перед регулюючим витрату та запірним органом - напрямним апаратом встановлюється сопловий підвідний орган у вигляді ряду спеціально спрофільованих криволінійних (спіральних) конфузорних соплових каналів з поворотними вихідними елементами, які розміщені по колу перед лопатями робочого колеса, що забезпечують необхідний момент кількості руху для оптимальної роботи гідротурбіни при напорах до 80-100 м і рівномірним по окружному напрямку і по висоті підводом потоку до робочого колеса. Лопатки соплових апаратів при цьому грають також роль колон статора, що забезпечують надійну опору капсули гідроагрегату, а за рахунок поворотних вихідних елементів виконують регулюючу функцію підвідних органів гідротурбіни.The task is solved by the fact that in the turbine in front of the flow regulating device and the shut-off device - a guide device, a nozzle inlet device is installed in the form of a series of specially profiled curvilinear (spiral) confusing nozzle channels with rotating output elements, which are placed in a circle in front of the blades of the impeller, which provide the necessary the moment of the amount of movement for the optimal operation of the hydroturbine at pressures up to 80-100 m and uniform in the circumferential direction and in the height of the flow supply to the impeller. At the same time, the blades of the nozzle devices also play the role of the stator columns, which provide reliable support for the capsule of the hydraulic unit, and due to the rotating output elements, they perform the regulating function of the hydraulic turbine inlets.

При цьому в системі регулювання гідротурбіни використовується трьохелементна комбінаторна залежність (поворот вихідних кромок соплових лопаток, відкриття напрямного апарату, розворот лопатей робочого колеса), що забезпечує безвідривну течію потоку в каналах на режимах відмінних від оптимального.At the same time, the hydroturbine control system uses a three-element combinatorial dependence (rotation of the trailing edges of the nozzle blades, opening of the guide apparatus, rotation of the blades of the impeller), which ensures continuous flow of the flow in the channels at modes different from the optimal one.

На фіг.1 показаний меридіональний розріз горизонтального прямоточного капсульного гідроагрегату; на фіг. 2 представлено сопловий конфузорний канал в плані з поворотними вихідними елементами 3.Figure 1 shows a meridional section of a horizontal direct-flow capsule hydraulic unit; in fig. 2 shows a nozzle baffle channel in plan with rotating output elements 3.

Горизонтальний прямоточний капсульний гідроагрегат містить металічну капсулу 1, в якій розташовуються генератор електричного струму, підшипники, підп'ятник, допоміжне обладнання; сопловий підвідний орган 2 з поворотними вихідними елементами 3; лопатки напрямного апарата 4; поворотно-лопатеве робоче колесо осьового типу 5; відсмоктуючу трубу прямо-осьового типу 6.The horizontal direct-flow capsule hydraulic unit contains a metal capsule 1, in which the electric current generator, bearings, support, and auxiliary equipment are located; nozzle inlet body 2 with rotary output elements 3; vanes of the guide apparatus 4; rotary vane impeller of axial type 5; suction pipe of direct axial type 6.

Горизонтальний прямоточний капсульний гідроагрегат складається з гідротурбінного і електрогенераторного обладнання.The horizontal direct-flow capsule hydrounit consists of hydroturbine and electric generator equipment.

Гідравлічна турбіна є приводом генератора електричного струму, перетворюючи енергію потоку води в механічну енергію обертання ротора генератора та працює наступним чином.The hydraulic turbine is the drive of the electric current generator, converting the energy of the water flow into the mechanical energy of the rotation of the rotor of the generator and works as follows.

Лопатки соплових апаратів з поворотними вихідними елементами (кромками) виконують функцію регулювання витрати (потужності) гідротурбіни.Blades of nozzle devices with rotating output elements (edges) perform the function of regulating the flow rate (power) of the hydroturbine.

Далі потік надходить через міжлопатеві канали напрямного апарата 4 в міжлопатеві канали робочого колеса поворотно-лопатевого типу 5. При цьому розворот лопатей робочого колеса бо здійснюється за рахунок системи регулювання відповідно до трьохелементної комбінаторної залежності кута розвороту лопатей від розвороту вихідних елементів лопаток соплових апаратів та відкриття лопаток напрямного апарата, забезпечуючи мінімальні втрати енергії. Далі потік з мінімальними втратами відводиться в нижній б'єф прямоосьовою відсмоктуючою трубою 6.Next, the flow enters through the inter-blade channels of the guide apparatus 4 into the inter-blade channels of the impeller of the rotary-blade type 5. At the same time, the reversal of the impeller blades is carried out due to the regulation system in accordance with the three-element combinatorial dependence of the angle of reversal of the blades on the reversal of the output elements of the blades of the nozzle devices and the opening of the blades guide apparatus, ensuring minimal energy loss. Next, the flow with minimal losses is diverted to the lower bief through the rectilinear suction pipe 6.

Таким чином, застосування прямоточних горизонтальних гідроагрегатів на більш високі напори (до 80-100 м) дозволяє розповсюдити переваги цих агрегатів, такі як більш висока пропускна спроможність, що забезпечує більшу потужність турбіни при тому ж діаметрі робочого колеса, більш високі енергокавітаційні показники та надійність експлуатації на вищезазначених напорах.Thus, the use of direct-flow horizontal hydraulic units at higher heads (up to 80-100 m) allows you to spread the advantages of these units, such as higher throughput, which provides greater turbine power at the same diameter of the impeller, higher energy cavitation indicators and operational reliability at the above pressures.

Джерела інформації: 1. Ковалев Н.Н. Гидротурбинь - Л.: Машиностроение, 1971, с. 69, рис. 11.20. 2. Здвоєний прямотечійний гідроагрегат. Патент на винахід. ПА 76872: опубл. 15.09.2006.Sources of information: 1. Kovalev N.N. Hydroturbines - L.: Mashinostroenie, 1971, p. 69, fig. 11.20. 2. Double direct-flow hydraulic unit. Patent for the invention. PA 76872: publ. 15.09.2006.

Бюл. Мо 9.Bul. Mo 9.

Claims

UTILITY MODEL FORMULA A horizontal direct-flow capsule hydraulic unit with a suction and regulating nozzle, next to a guide apparatus, a body containing a generator placed in the capsule, suction and regulating organs, an axial impeller of the rotary vane type, a suction pipe, which is distinguished by the fact that it is submerged the body of the hydro turbine is made in the form of a series of curvilinear confusing nozzle channels with rotating output elements, which are placed in a circle and create a moment of the amount of flow movement in front of the impeller, which ensures optimal operation of the hydro turbine at increased pressures and performs a regulatory function at the same time as the guide apparatus. And yes! and in peegegetogossgoZinoya | and c, b dn | She Si and sn dit S tt Ya iyi y ' / | | | / st and ! ' ' and SYA 5-5 - run - pinnnntfnnnnnnnnnn - penny PA in MAK ZU - F 1Z- r, xx | | yuk - a, z. in | | A rr I y AKA M Shi / N m A i: x Shh i Shi zh m her Suli i nin m dy she LYKY, shin k YAFNY Pr TI JH LIVE zh You y y I I EI EI Ж r 4

Fig. 1