UA147164U

UA147164U - HORIZONTAL STRAIGHT-HYDRAULIC HYDRAULIC UNIT WITH DIAGONAL-AXIAL IMPACT WHEEL AT INCREASED PRESSURE

Info

Publication number: UA147164U
Application number: UAU202008510U
Authority: UA
Inventors: Михайло Володимирович Черкашенко; Олег Васильович Потетенко; Олександр Іванович Гасюк; Євгеній Сергійович Крупа; Людмила Костянтинівна Яковлєва
Original assignee: Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут"
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-04-14

Abstract

Горизонтальний прямоточний гідроагрегат з діагонально-осьовим робочим колесом містить генератор, розміщений в капсулі або в бетонній колоні (бичку), підвідні та регулюючі органи, робоче колесо, відсмоктуючу трубу. При цьому підвідний орган гідротурбіни виконаний у вигляді ряду криволінійних конфузорних соплових каналів з поворотними вихідними кромками, які розміщені по колу та створюють момент кількості руху потоку перед робочим колесом з діагональною жорстко-лопатевою системою із зовнішнім ободом і щілинним ущільненням та поворотно-лопатевою осьовою системою, що забезпечує, поряд з регулюючим та запірним органом - направляючим апаратом, оптимальну роботу гідротурбіни на високих (280-300 м) напорах.The horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller contains a generator placed in a capsule or in a concrete column (bull), supply and regulating bodies, an impeller, a suction pipe. The inlet body of the turbine is made in the form of a series of curved confusing nozzle channels with rotary outlet edges, which are placed in a circle and create a moment of flow in front of the impeller with a diagonal rigid blade system with outer rim and slotted seal and rotary shaft which provides, along with the regulating and shut-off body - the guiding device, the optimal operation of the turbine at high (280-300 m) pressures.

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 |1|.Known hydraulic units are equipped with rotary-blade type hydroturbines, which include a spiral chamber, a stator, a guide device and a rotary-blade diagonal type impeller, used for heads from 40 to 170 m |1|.

Такі гідротурбіни мають високі енергокавітаційні й експлуатаційні показники в порівнянні з жорстко-лопатевими радіально-осьовими гідротурбінами, які застосовуються на високі напори.Such hydroturbines have high energy cavitation and performance 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 гідроагрегату в плані, менш широкий діапазон надійної експлуатації по напорах та витратах (потужностях).The disadvantage in comparison with 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 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 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 plants. 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.

Відомий горизонтальний прямоточний гідроагрегат з діаагонально-осьовим робочим колесом та сопловим підвідним органом (|З) із системою регулювання з чотирикратною комбінаторною залежністю між поворотом вихідних кромок конфузорних соплових апаратів, розворотом лопаток направляючого апарата та кутами розвороту діагональної та осьової системи лопатей з підвищеними середньоексплуатаційними і енергокавітаційними показниками прямоточних горизонтальних гідроагрегатів та розширеною зоною експлуатації по напорах аж до 250 м.A well-known horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller and a nozzle inlet body (|З) with a regulation system with a fourfold combinatorial dependence between the rotation of the exit edges of the confusing nozzle devices, the rotation of the blades of the guiding device and the rotation angles of the diagonal and axial system of blades with increased average operational and energy cavitation indicators of direct-flow horizontal hydraulic aggregates and an extended area of operation for pressures up to 250 m.

Зо Основними недоліками горизонтального прямоточного гідроагрегату з діаагонально-осьовим робочим колесом та сопловим підвідним та регулюючим органом є складна конструкція розміщених у втулці робочого колеса механізмів розвороту діагональної та осьової системи лопатей, яка обмежує число лопатей діагонального типу, що не дозволяє використання цих агрегатів на напори вище 250 метрів, а також складна система регулювання, що понижує надійність експлуатації.З The main disadvantages of a horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller and a nozzle feeding and regulating body are the complex design of the turning mechanisms of the diagonal and axial blade system located in the impeller sleeve, which limits the number of diagonal-type blades, which does not allow the use of these units at higher pressures 250 meters, as well as a complex regulation system, which reduces the reliability of operation.

Відсутність зовнішнього обода з щілинним ущільненням на діагональних високонапірних лопатевих системах діагонально-осьового робочого колеса знижує міцнісні характеристики лопатей та приводить до підвищених об'ємних втрат.The lack of an outer rim with a slot seal on diagonal high-pressure blade systems of a diagonal-axial impeller reduces the strength characteristics of the blades and leads to increased volumetric losses.

В основу корисної моделі поставлена задача підвищення середньоексплуатаційних, енергокавітаційних показників і надійності експлуатації прямоточних горизонтальних гідроагрегатів, розширення зони експлуатації по напорам аж до 280-300 м.The basis of the useful model is the task of increasing the average operational, energy cavitation indicators and operational reliability of direct-flow horizontal hydraulic aggregates, expanding the operational zone in terms of pressure up to 280-300 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 280-300 м і рівномірним по окружному напрямку і по висоті направляючого апарата підводом потоку до робочого колеса діагонального жорстко-лопатевого із зовнішнім ободом і щілинним ущільненням на ньому та поворотно-лопатевого осьового типу, що спрацьовує підвищений напір при мінімальних об'ємних втратах. 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 device - the nozzle inlet body 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 device, which provide the necessary the moment of the amount of movement for the optimal operation of the hydro turbine at pressures up to 280-300 m and uniform in the circumferential direction and in the height of the guiding device by supplying the flow to the working wheel of a diagonal rigid blade with an outer rim and a slotted seal on it and a rotary blade axial type that operates increased pressure with minimal volumetric losses. 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.

На фіг. 1 показаний меридіональний розріз горизонтального прямоточного гідроагрегату; на фіг. 2 представлено сопловий конфузорний канал в плані.In fig. 1 shows a meridional section of a horizontal direct-flow hydraulic unit; in fig. 2 shows the nozzle confusor channel in plan.

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; лопатки направляючого апарата 4; робоче колесо діагонально-осьового типу 5; відсмоктуючу трубу прямоосьового типу 6; щілинне ущільнення на ободі діагональної лопатевої системи 7.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; vanes of the guiding device 4; working wheel diagonal-axial type 5; rectilinear type 6 suction pipe; slotted seal on the rim of the diagonal blade system 7.

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 electric current generator, converting the energy 60 of the water flow into the mechanical energy of rotation of the generator rotor, and works as follows:

Потік води проходить через канали соплових апаратів. Лопатки соплових апаратів з поворотними вихідними елементами (кромками) виконують функцію регулювання витрати (потужності) гідротурбіни.The flow of water passes through the channels of nozzle devices. 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 міжлопаткові канали направляючого апарата в міжлопатеві канали робочого колеса діагонально-осьового типу. При цьому розворот лопатей осьового типу здійснюється за рахунок системи регулювання відповідно до триелементної комбінаторної залежності кута розвороту осьового типу лопатей від розвороту вихідних елементів лопаток соплових апаратів та відкриття лопаток направляючого апарата, забезпечуючи мінімальні втрати енергії. Далі потік з мінімальними втратами відводиться в нижній б'єф прямоосьовою відсмоктуючою трубою.Next, the flow enters through the interblade channels of the guiding apparatus into the interblade channels of the impeller of the diagonal-axial type. At the same time, the turning of the axial-type blades is carried out due to the regulation system in accordance with the three-element combinatorial dependence of the turning angle of the axial-type blades on the turning of the output elements of the blades of the nozzle devices and the opening of the blades of the guiding device, ensuring minimal energy loss. Further, the flow with minimal losses is diverted to the lower bief through a straight-axis suction pipe.

Таким чином, застосування прямоточних горизонтальних гідроагрегатів з діагонально- осьовим робочим колесом на більш високі напори (до 280-300 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 with a diagonal-axial impeller at higher heads (up to 280-300 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, more high 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. Горизонтальний прямоточний гідроагрегат з діагонально-осьовим робочим колесом та сопловим підвідним й регулюючим органом. Патент на корисну модель ША 139840, опубл. 27.01.2020, бюл. Мо 2.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. A horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller and a nozzle feeding and regulating body. Utility Model Patent SHA 139840, publ. 27.01.2020, Bull. Mo 2.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA A horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller for high pressures, containing 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 organ of the hydro turbine made in the form of a series of curvilinear confusing nozzle channels with rotating output edges, which are placed in a circle and create a moment ZO of the amount of flow movement in front of the impeller with a diagonal rigid-blade system with an outer rim and a slotted seal, which increases the strength characteristics of the blades and reduces the volumetric losses, and with a rotating blade axial system, which ensures, along with the regulating and closing body - the guiding device, the optimal operation of the hydro turbine at high (280-300 m) pressures.

pi In Y shu ASK okis that 7- B : and Ot, "and ; и : и ИН dah zmo! : : j KI ry and | : su in cheek And in "duh minova" Also | shi: She pe u y rele CHE VI oo a v v ny ki KO Ffig.i