UA139836U

UA139836U - HORIZONTAL DIRECT HYDRAULIC UNIT WITH NOZZLE SUPPLY, REGULATORY AND LOCKING AUTHORITIES FOR INCREASED PRESSURES

Info

Publication number: UA139836U
Application number: UAU201906676U
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, регулюючим та запірним органами містить генератор, розміщений в капсулі або в бетонній колоні (бичку), підвідні та регулюючі органи, робоче колесо поворотно-лопатевого типу, відсмоктуючу трубу. Підвідний орган гідротурбіни виконаний у вигляді ряду криволінійних конфузорних соплових каналів, які розміщені по колу та створюють момент кількості руху потоку перед робочим колесом поворотно-лопатевого діагонального типу, що забезпечує оптимальну роботу гідротурбіни на підвищених напорах та одночасно виконує регуляторну та запірну функції.Horizontal direct-flow capsule hydraulic unit with nozzle inlet, regulating and shut-off bodies contains a generator placed in a capsule or in a concrete column (bull), inlet and regulating bodies, 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, which are arranged in a circle and create the moment of flow in front of the impeller of the rotary-vane diagonal type, which ensures optimal operation of the turbine at high pressures and simultaneously performs regulatory and shut-off functions.

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 обладнані гідротурбінами поворотно-лопатевого типу, що включають спіральну камеру, статор, напрямний апарат та робоче колесо поворотно-лопатевого діагонального типу, застосовувані на напори від 40 до170 м (11.Known hydraulic units are equipped with rotary-blade type hydroturbines, which include a spiral chamber, a stator, a guide device and an impeller of the rotary-blade diagonal type, used at a head from 40 to 170 m (11.

Такі гідротурбіни мають високі енергокавітаційні й експлуатаційні показники в порівнянні з жорстколопатевими радіально-осьовими гідротурбінами, які застосовуються на підвищені напори.Such hydroturbines have high energy cavitation and operational indicators in comparison with rigid-bladed radial-axial hydroturbines, which are used for increased pressures.

Недоліком у порівнянні з прямоточними горизонтальними гідроагрегатами є більш низька пропускна спроможність цих гідротурбін та більші розміри блока гідроагрегата в плані, менш широкий діапазон надійної експлуатації по напорах та витратах (потужностях).The disadvantage compared to direct-flow horizontal hydro units is the lower throughput capacity of these hydro turbines and the larger dimensions of the hydro unit block in plan, a less wide range of reliable operation in terms of pressures and flows (powers).

Відомі гідроагрегати горизонтально-капсульного типу з прямоосним проточним трактом, застосовувані на низьконапірних ГЕС з Н-3-25 м (21.Known horizontal-capsule type hydraulic units with a rectilinear flow path, used at low-pressure hydroelectric power plants with H-3-25 m (21.

Ці гідроагрегати внаслідок прямоосного підведення й відведення води і простоти форми проточного тракту при установці на 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 straight-axis supply and discharge of water and the simplicity of the form of the flow path when installed on 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 апарату 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 due to 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 істотно 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 прямоточнийThere is a double direct-flow hydraulic unit with a regulation 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 area of operation 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, double direct current

Зо гідроагрегат дозволяє одержати більшу потужність при менших габаритах ширини блока ГЕС в плані, порівняно з двома паралельно працюючими агрегатами вертикального поворотно- лопатевого типу |ЗІ.ZO hydraulic unit allows to obtain more power with smaller dimensions of the width of the HPP unit in plan, compared to two parallel operating units of the vertical rotary-blade type |ZI.

Основними недоліками здвоєного прямоточного гідроагрегата є велика протяжність гідроагрегата вздовж осі обертання роторів гідротурбіна-генератор, складність конструктивного виконання, що приводить до складності обслуговування роботи гідроагрегата, 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 гідроагрегатів, розширення зони експлуатації по напорах аж до 170 м.The basis of the useful model is the task of increasing the average operational and energy cavitation indicators of direct-flow horizontal hydraulic aggregates, expanding the operating zone in terms of head up to 170 m.

Поставлена задача вирішується тим, що в турбіні безпосередньо перед робочим колесом 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 170 м і рівномірним по окружному напрямку і по висоті підводом потоку до робочого колеса. Лопаті соплових апаратів при цьому грають також роль колон статора, що забезпечують надійну опору гідроагрегату, а за рахунок поворотних вихідних елементів виконують регулюючу та запірну функції підвідних органів гідротурбіни.The task is solved by the fact that in the turbine directly in front of the impeller, a nozzle intake device is installed in the form of a series of specially profiled curved (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 moment of the amount of movement for optimal operation of the hydro turbine at pressures of up to 170 m and uniform flow in the circumferential direction and in height 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 hydraulic unit, and due to the rotating output elements, they perform the regulating and closing functions of the hydraulic turbine inlets.

На Фіг. 1 показаний меридіональний переріз горизонтального прямоточного гідроагрегата; на Фіг. 2 представлено сопловий конфузорний канал в плані з поворотними вихідними елементами.In Fig. 1 shows a meridional section of a horizontal direct-flow hydraulic unit; in Fig. 2 shows a nozzle baffle channel in plan with rotating output elements.

Горизонтальний прямоточний гідроагрегат містить металічну капсулу або бетонну колону 1, в якій розташовуються генератор електричного струму, підшипники, підп'ятник, допоміжне обладнання; сопловий конфузорний підвідний орган 2 з поворотними вихідними елементами 3; поворотно-лопатеве робоче колесо діагонального типу 4; відсмоктуючу трубу прямоосного типу 5.The horizontal direct-flow hydraulic unit contains a metal capsule or concrete column 1, in which the electric current generator, bearings, support, and auxiliary equipment are located; nozzle confusor inlet organ 2 with rotary output elements 3; rotary blade impeller of diagonal type 4; suction pipe of straight axis type 5.

Горизонтальний прямоточний гідроагрегат складається З гідротурбінного і електрогенераторного обладнання.The horizontal direct-flow hydraulic unit consists of hydro turbine and electric generator equipment.

Гідравлічна турбіна є приводом генератора електричного струму, перетворюючи енергію 60 потоку води в механічну енергію обертання ротора генератора та працює наступним чином.The hydraulic turbine is the drive of the generator of electric current, converting the energy 60 of the water flow into the mechanical energy of rotation of the rotor of the generator and works as follows.

Лопаті соплових апаратів з поворотними вихідними елементами (кромками) виконують функцію регулювання витрати (потужності) гідротурбіни та запірного органу.Blades of nozzle devices with rotating output elements (edges) perform the function of regulating the flow rate (power) of the hydroturbine and the shut-off device.

Далі потік надходить через міжлопатеві канали робочого колеса діагонального типу 4. При цьому розворот лопатей робочого колеса здійснюється за рахунок системи регулювання у відповідності до комбінаторної залежності від розвороту вихідних елементів лопатей соплових апаратів, забезпечуючи мінімальні втрати енергії. Далі потік з мінімальними втратами відводиться в нижній б'єф прямоосною відсмоктуючою трубою 5.Next, the flow enters through the interblade channels of the impeller of diagonal type 4. At the same time, the reversal of the impeller blades is carried out due to the regulation system in accordance with the combinatorial dependence on the reversal of the output elements of the blades of the nozzle apparatus, ensuring minimal energy loss. Next, the flow with minimal losses is diverted to the lower bief through a straight-axis suction pipe 5.

Таким чином, застосування прямоточних горизонтальних гідроагрегатів на більш високі напори (до 170 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 вищезазначені напори.Thus, the use of direct-flow horizontal hydraulic units at higher heads (up to 170 m) allows 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 reliability of operation to the above-mentioned efforts

Джерела інформації: 1. Ковалев Н.Н. Гидротурбинь - Л.: Машиностроение, 1971, с 90-97. 2. Ковалев Н.Н. Гидротурбинь! - Л.: Машиностроение, 1971, с 69, рис. 11.20. 3. Здвоєний прямотечійний гідроагрегат. Патент на винахід. ОА 76872: опубл. 15.09.2006.Sources of information: 1. Kovalev N.N. Hydroturbine - L.: Mashinostroenie, 1971, pp. 90-97. 2. Kovalev N.N. Hydro turbine! - L.: Mashinostroenie, 1971, p. 69, fig. 11.20. 3. Double direct-flow hydraulic unit. Patent for the invention. OA 76872: publ. 15.09.2006.

Бюл. Ме9.Bul. Me9.

Claims

UTILITY MODEL FORMULA Horizontal direct-flow capsule hydraulic unit with nozzle inlet, regulating and shut-off devices, containing a generator placed in a capsule or in a concrete column (bull), inlet and regulating devices, rotary vane-type impeller, suction pipe, which is distinguished by that the inlet body of the hydroturbine is made in the form of a series of curved confusor nozzle channels, which are placed in a circle and create the moment of the amount of flow movement in front of the impeller of the rotating blade diagonal type, which ensures optimal operation of the hydroturbine at increased pressures and at the same time performs regulatory and shut-off functions. i Ov M V V VEK KK N doyu TU mk i va Kt, prik ny -i | what - oh! ' shi shiya Ah, eh! ! y x KK donya and NN NN fig.1

Section D-A Ky Y I I And what ke wai x writes a MAYA Iii Ye Yanu EK Y v i y х ож pk, She xx t -

Fig. 2