UA139839U

UA139839U - HORIZONTAL STRAIGHT-HYDRAULIC HYDRAULIC UNIT WITH DIAGONAL-AXIS IMPELLER

Info

Publication number: UA139839U
Application number: UAU201906679U
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 гідроагрегат з діагонально-осьовим робочим колесом включає в себе генератор, розміщений в капсулі або в бетонній колоні (бичку), підвідні та регулюючі органи, робоче колесо, відсмоктувальну 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 діагонально-осьового типу, що забезпечує оптимальну роботу гідротурбіни на високих (до 250 м) напорах.Horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller includes a generator placed in a capsule or in a concrete column (bull), supply and regulating bodies, impeller, suction pipe. The supply body of the turbine is made in the form of a series of curved confusing nozzle channels, which are placed in a circle and create the moment of flow in front of the impeller of the rotary-blade diagonal-axial type, which ensures optimal operation of the turbine at high (up to 250 m).

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, направляючий апарат та робоче колесо поворотно-лопатевого діагонального типу, застосовувані на напори від 40 до 170 м ГП).Known hydraulic units equipped with rotary-blade type hydroturbines, which include a spiral chamber, a stator, a guide device and a rotary-blade diagonal type impeller, are used for pressures from 40 to 170 m HP).

Такі гідротурбіни мають високі енергокавітаційні й експлуатаційні показники в порівнянні з жорстколопатевими радіально-осьовими гідротурбінами, які застосовуються на високі напори.Such hydroturbines have high energy cavitation and operational indicators in comparison with rigid-bladed radial-axial hydroturbines, which are used for high 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 прямоосьовим проточним трактом, застосовувані на низьконапірних ГЕС з Не 3-25 м |21.Known horizontal-capsule type hydraulic units with a rectilinear flow path, used at low-pressure hydroelectric power stations with a height of 3-25 m |21.

Ці гідроагрегати внаслідок прямоосьового 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 гідротурбінах.Due to the rectilinear supply and discharge of water and the simplicity of the form of the flow path, these hydrounits have advantages over hydrounits with vertical rotary vane hydroturbines (both in throughput and frequency, and in terms of energy indicators) when installed on low-pressure hydroelectric power stations. At the same time, the overall dimensions of the hydroturbine unit are much smaller than in axial vertical rotary vane hydroturbines.

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 направляючим апаратом, установленим перед робочим колесом. Тому забезпечити перед робочим колесом необхідний високий рівень моменту кількості руху тільки за рахунок статора і направляючого 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 provide 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 направляючого 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 прямоточний гідроагрегат дозволяє одержати більшу потужність при менших габаритах ширини блока ГЕС вThere 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, the double direct-flow hydraulic unit allows to obtain greater power with smaller dimensions of the width of the HPP block in

Зо плані, порівняно з двома паралельно працюючими агрегатами вертикального поворотно- лопатевого типу |ЗІ.From the plan, compared to two parallel-working units of the vertical rotary-blade type |ZI.

Основними недоліками здвоєного прямоточного гідроагрегату є велика протяжність гідроагрегату вздовж осі обертання роторів гідротурбіна-генератор, складність конструктивного виконання, що приводить 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, розширення зони експлуатації по напорам аж до 250 м.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, expanding the operating zone in terms of pressures up to 250 m.

Поставлена задача вирішується тим, що в турбіні перед регулюючим витрату і запірним органом - направляючим апаратом встановлюється сопловий підвідний орган гідротурбіни, що являє собою ряд спеціально спрофільованих криволінійних (спіральних) конфузорних соплових каналів, які розміщені по колу перед лопатками направляючого апарата, що забезпечують необхідний момент кількості руху для оптимальної роботи гідротурбіни при напорах до 250 мі рівномірним по окружному напрямку і по висоті направляючого апарата підводом потоку до робочого колеса діагонально-осьового поворотно-лопатевого типу, що спрацьовує підвищений напір. Лопатки соплових апаратів при цьому грають також роль колон статора, що забезпечує надійну опору гідроагрегату.The task is solved by the fact that in the turbine, in front of the flow regulating body and the closing body - the guide apparatus, a nozzle inlet organ of the hydro turbine is installed, which is a series of specially profiled curvilinear (spiral) confusing nozzle channels, which are placed in a circle in front of the blades of the guide apparatus, which provide the necessary moment the amount of movement for optimal operation of the hydroturbine at pressures up to 250 m uniform in the circumferential direction and in the height of the guiding device by supplying the flow to the impeller of the diagonal-axial rotary vane type, which activates the increased pressure. At the same time, the blades of the nozzle devices also play the role of the stator columns, which ensures reliable support of the hydraulic unit.

Пристрій пояснюється кресленнями. На фіг. 1 показаний меридіональний розріз горизонтального прямоточного гідроагрегату; на фіг. 2 представлено сопловий конфузорний канал в плані (переріз А-А на фіг. 1); на фіг. З показано діагонально-осьове робоче колесо.The device is explained by drawings. In fig. 1 shows a meridional section of a horizontal direct-flow hydraulic unit; in fig. 2 shows the nozzle confusor channel in plan (section A-A in Fig. 1); in fig. C shows a diagonal-axial impeller.

Горизонтальний прямоточний гідроагрегат (фіг. 1) включає в себе металічну капсулу або бетонну колону 1, в якій розташовуються генератор електричного струму, підшипники, підп'ятник, допоміжне обладнання; сопловий конфузорний підводячий орган 2; лопатки направляючого апарата 3; поворотно-лопатеве робоче колесо діагонально-осьового типу 4; відсмоктувальну трубу прямоосьового типу 5.The horizontal direct-flow hydraulic unit (Fig. 1) includes a metal capsule or concrete column 1, in which the electric current generator, bearings, support, and auxiliary equipment are located; nozzle confusor intake organ 2; vanes of the guiding device 3; rotating blade impeller of diagonal-axial type 4; suction pipe of straight axis type 5.

Горизонтальний прямоточний гідроагрегат з діагонально-осьовим робочим колесом складається з гідротурбінного і електрогенераторного обладнання.A horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller consists of a hydro-turbine 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.

Потік води з певним напором і витратою підводиться в область соплового підвідного органа 2 (фіг. 2). В конфузорних, спеціально спрофільованих соплових каналах, що розміщені по колу перед направляючим апаратом, збільшується меридіональна та окружна складова швидкості потоку, створюючи необхідний для оптимальної роботи гідротурбіни момент кількості руху потоку та рівномірність в окружному напрямку й висоті направляючого апарата, забезпечуючи високі енергокавітаційні показники гідротурбіни. Далі потік надходить через міжлопатеві канали направляючого апарата 3, що є регулюючим (витрату, а відповідно й потужність) органом, в міжлопатеві канали робочого колеса діагонально-осьового типу 4. При цьому розворот лопатей робочого колеса здійснюється за рахунок системи регулювання у відповідності до комбінаторної залежності від величини відкриття лопаток направляючого апарата, забезпечуючи мінімальні втрати енергії. Далі потік з мінімальними втратами відводиться в нижній б'єф прямо осьовою відсмоктувальною трубою 5.The flow of water with a certain pressure and flow rate is brought to the area of the nozzle water body 2 (Fig. 2). In the confusing, specially profiled nozzle channels placed in a circle in front of the guide apparatus, the meridional and circumferential components of the flow speed increase, creating the moment of the amount of flow movement and uniformity in the circumferential direction and height of the guide apparatus, which is necessary for the optimal operation of the hydro turbine, ensuring high energy cavitation indicators of the hydro turbine. Next, the flow enters through the interblade channels of the guiding apparatus 3, which is a regulating (consumption, and, accordingly, power) body, into the interblade channels of the impeller of the diagonal-axial type 4. At the same time, the rotation of the impeller blades is carried out due to the regulation system in accordance with the combinatorial dependence from the size of the opening of the blades of the guide apparatus, ensuring minimal energy loss. Next, the flow with minimal losses is diverted to the lower bief through the straight axial suction pipe 5.

Таким чином, застосування прямоточних горизонтальних гідроагрегатів з діагонально- осьовим робочим колесом на більш високі напори (до 250 м) дозволяє розповсюдити переваги цих агрегатів, такі як більш висока пропускна спроможність, що забезпечує більшу потужність турбіни при тому же діаметрі робочого колеса, більш високі енергокавітаційні показники та надійність експлуатації на вищезазначені напори.Thus, the use of direct-flow horizontal hydraulic units with a diagonal-axial impeller at higher heads (up to 250 m) allows to spread the advantages of these units, such as a higher throughput, which provides greater turbine power with the same diameter of the impeller, higher energy cavitation indicators and reliability of operation at the above pressures.

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. Hydroturbines - L.: Mashinostroenie, 1971. - P. 90-97. 2. Kovalev N.N. Hydroturbines - 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. Мо 9.Bul. Mo 9.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA A horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller, which includes a generator placed in a capsule or in a concrete column (bull), intake and regulating bodies, an impeller, a suction pipe, which is distinguished by the fact that the intake body of the hydro turbine is made in the form of a series of curvilinear confusing nozzle channels, which are placed in a circle and create a moment of the amount of flow movement in front of the impeller of the rotary-blade diagonal-axial type, which ensures optimal operation of the hydroturbine at high (up to 250 m) pressures. o shsh ion n y pu -5 i V y g х х их ЗК her : z i: и fig. 1