UA147850U

UA147850U - HIGH PRESSURE HORIZONTAL STRAIGHT-HYDRAULIC UNIT WITH DIAGONAL-AXIAL IMPELLER

Info

Publication number: UA147850U
Application number: UAU202008516U
Authority: UA
Inventors: Михайло Володимирович Черкашенко; Олег Васильович Потетенко; Олександр Іванович Гасюк; Євгеній Сергійович Крупа; Людмила Костянтинівна Яковлєва; Юлія Юріївна Олексенко
Original assignee: Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут"
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-06-16

Abstract

Високонапірний 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 пропелерного типу та поворотно-лопатевою осьового типу лопатевими системами, що забезпечує, поряд з регулюючим та запірним органом - направляючим апаратом, оптимальну роботу гідротурбіни на високих (270-280 м) напорах.The high-pressure 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 supply 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 the moment of flow in front of the impeller with diagonal rigid-blade propeller type and rotary-blade axial, blade systems along with the regulating and shut-off body - the directing device, optimum work of the hydroturbine on high (270-280 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 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 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 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.

Відомий горизонтальний прямоточний гідроагрегат з діагонально-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 (|Z) with a regulation system with a four-fold combinatorial dependence between the rotation of the output 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 гідроагрегата з діагонально-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 system of blades placed in the sleeve of the impeller, which limits the number of blades of the diagonal type, 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.

В основу корисної моделі поставлена задача підвищення середньоексплуатаційних, енергокавітаційних показників і надійності експлуатації прямоточних горизонтальних гідроагрегатів, розширення зони експлуатації по напорах аж до 270-280 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 270-280 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 270-280 м і рівномірним по окружному напрямку і по висоті направляючого апарата підводом потоку до робочого колеса діагонального жорстко-лопатевого пропелерного та поворотно-лопатевого осьового типу, що спрацьовує підвищений напір за рахунок підвищеної кількості лопатей діагонального типу. Лопатки соплових апаратів при цьому грають також роль колон статора, що забезпечує надійну опору гідроагрегата.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 270-280 m and uniform in the circumferential direction and in the height of the guiding device by supplying the flow to the impeller of the diagonal rigid-bladed propeller and rotary-bladed axial type, which activates the increased pressure due to the increased number of blades diagonal type. 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 гідроагрегата; наIn Fig. 1 shows a meridional section of a horizontal direct-flow hydraulic unit; on

Фіг. 2 представлено сопловий конфузорний канал в плані, переріз А-А на Фіг. 1.Fig. 2 shows the nozzle confusor channel in plan, section AA in Fig. 1.

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.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; suction pipe of straight axis type 6.

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 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 60 (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 60 (power) of the hydro turbine.

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 270-280 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 270-280 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. Hydro turbines!. - L.: Mashinostroenie, 1971. - P. 90-97. 2. Kovalev N.N. Hydro turbines!. - 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 high-pressure horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller, containing a generator placed in a capsule or in a concrete column (bull), intake and regulating bodies, an impeller, a suction pipe, which is characterized by the fact that the intake organ of the hydro turbine is made in in the form of a number of curvilinear confusor nozzle channels with rotating output edges, which are placed in a circle and create a moment of the amount of flow movement in front of the impeller with diagonal rigid-bladed propeller-type and rotary-bladed axial-type blade systems, which provides, along with the regulating and closing body - guide apparatus, optimal operation of the hydro turbine at 3 high (270-280 m) pressures. h | shish y : Ah v nn y y Ki Shchi

Fig. 1