UA147851U

UA147851U - HIGH PRESSURE HORIZONTAL STRAIGHT-HYDRAULIC UNIT WITH DIAGONAL-AXIAL IMPELLER AND NOZZLE SUPPLY AND ADJUSTMENT

Info

Publication number: UA147851U
Application number: UAU202008517U
Authority: UA
Inventors: Михайло Володимирович Черкашенко; Олег Васильович Потетенко; Олександр Іванович Гасюк; Євгеній Сергійович Крупа; Людмила Костянтинівна Яковлєва; Ксенія Сергіївна Рєзва
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 та сопловим підвідним й регулюючим органом 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 та запірними вихідними елементами, 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 оптимальну роботу гідротурбіни на високих (до 270-280 м) напорах.The high-pressure horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller and a nozzle supply and regulating body 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 and locking outlet elements, 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 type provides optimal operation of the turbine at high (up to 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 (11.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 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 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 й регулюючим органом |З| із системою регулювання з трикратною комбінаторною залежністю між поворотом вихідних кромок конфузорних соплових апаратів й 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 known horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller and a nozzle feeding and regulating body |З| with a control system with a three-fold combinatorial dependence between the rotation of the output edges of the confusing nozzle devices and the turning angles of the diagonal and axial system of blades with increased average operational and energy cavitation indicators of direct-flow horizontal hydraulic units and an extended operating zone for pressures up to 250 m.

Зо Основними недоліками горизонтального прямоточного гідроагрегата з діагонально-осьовим робочим колесом та сопловим підвідним й регулюючим органом є складна конструкція розміщених у втулці робочого колеса механізмів розвороту діагональної та осьової систем 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 systems placed 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.

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 робочим колесом 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 підводом потоку до робочого колеса діагонального жорстко-лопатевого пропелерного типу та поворотно-лопатевого осьового типу, що спрацьовує підвищений напір.The task is solved by the fact that in the turbine in front of the working wheel, a nozzle inlet organ of the hydroturbine is installed, which is a series of specially profiled curved (spiral) confusing nozzle channels, which are placed in a circle in front of the vanes of the guide apparatus, which provide the necessary moment of the amount of movement for optimal operation of the hydroturbine at pressures up to 270-280 m and uniform in the circumferential direction and in height by supplying the flow to the impeller of the diagonal hard-bladed propeller type and rotary-bladed axial type, which activates the increased pressure.

Лопатки соплових апаратів при цьому грають також роль колон статора, що забезпечує надійну опору гідроагрегата.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; робоче колесо діагонально-осьового типу 4; відсмоктуючу трубу прямоосьового 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; working wheel diagonal-axial type 4; suction pipe of straight axis type 5.

Горизонтальний прямоточний гідроагрегат з діагонально-осьовим робочим колесом та сопловим підвідним та регулюючим органом складається з гідротурбінного («|і електрогенераторного обладнання.A horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller and a nozzle feeding and regulating body consists of a hydro turbine and electric generator equipment.

Гідравлічна турбіна являється 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 rotor of the generator, and works as follows.

Потік води з певним напором і витратою підводиться в область соплового підвідного органа 2. В конфузорних, спеціально спрофільованих соплових каналах, що розміщені по колу перед робочим колесом діагонально-осьового типу, збільшується меридіональна та окружна складова швидкості потоку, створюючи необхідний для оптимальної роботи гідротурбіни момент кількості руху потоку та рівномірність в окружному напрямку й висоті, забезпечуючи високі енергокавітаційні показники гідротурбіни. Вихідні поворотні елементи З виконують функцію регулюючого та запірного органа. Далі потік надходить в міжлопатеві канали робочого колеса діагонально-осьового типу 4. При цьому розворот лопатей робочого колеса здійснюється за рахунок системи регулювання відповідно до комбінаторної залежності від розвороту вихідних елементів лопаток соплових апаратів, забезпечуючи мінімальні втрати енергії. Далі потік з мінімальними втратами відводиться в нижній б'єф прямоосьовою відсмоктуючою трубою 5.The flow of water with a certain pressure and flow rate is fed into the area of the nozzle inlet body 2. In the confusing, specially profiled nozzle channels, which are placed in a circle in front of the diagonal-axial type impeller, the meridional and circumferential components of the flow speed increase, creating the moment necessary for the optimal operation of the hydroturbine amount of flow movement and uniformity in the circumferential direction and height, providing high energy cavitation indicators of the hydro turbine. Output rotary elements C perform the function of a regulating and locking body. Next, the flow enters the interblade channels of the impeller of diagonal-axial 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 the rectilinear suction pipe 5.

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. ОА 141343: опубл. 10.04.2020, бюл. Мо 7.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. OA 141343: publ. 10.04.2020, Bull. Mo 7.

Claims

UTILITY MODEL FORMULA A high-pressure horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller and a nozzle intake and control device containing a generator placed in a capsule or in a concrete column (bull), intake and control devices, an impeller, a 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 with rotating and closing output elements, which are placed in a circle and create the moment of the amount of flow movement in front of the impeller with diagonal rigid-blade propeller type and rotary-blade axial type blade systems, which ensures optimal operation of the hydro turbine at high (up to 270-280 m) pressures. tire in B BIO : g ' In, as I : pH not NN on shi what | y x UKH zobokny SHO nnnilllkhhthttkttttttM i p NN tu TEKTY TEKU it, KD M.

Fig. 1

AA vit a 2 Oh I shi She CHO and I fig. 2