UA88708U

UA88708U - Samoilenko's high-pressure hydraulic machine

Info

Publication number: UA88708U
Application number: UAU201313033U
Authority: UA
Inventors: Євгеній Георгійович Самойленко
Original assignee: Євгеній Георгійович Самойленко
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2014-03-25

Abstract

A high-pressure hydraulic machine includes a guide apparatus equipped with drive and installed in water line before the turbine chamber, its cylindrical surface is arranged with a guide as a screw line, and in its cavity working wheel with a hub is placed, with blades fixed on it, at that the working wheel is connected to the shaft installed in bearings, and a suction pipe. The working wheel is equipped with two cylindrical rings, one of those is fixed on the hub, at that the inner edges of the blades are rigidly connected to the outer surface of the ring, and the other ring is conjugated with the outer surface with the peripheral edges of the blades and is rigidly connected to those.

Description

Корисна модель належить до гідроенергетики, зокрема до реактивних гідравлічних машин, призначених для гідроенергетичних установок електричних станцій, які використовують як робоче середовище воду в широкому діапазоні напорів і витрат при виробленні електроенергії.The useful model belongs to hydropower, in particular, to jet hydraulic machines intended for hydropower plants of electric stations, which use water as a working medium in a wide range of pressures and costs in the production of electricity.

Високонапорна гідравлічна машина може бути використана як для вироблення енергії, так і для здійснення подачі робочого середовища під тиском.A high-pressure hydraulic machine can be used both to generate energy and to supply the working medium under pressure.

Найбільш близьким аналогом до корисної моделі, що заявляється, за технічною суттю та результатом, який досягається, є гідравлічна машина, яка містить напрямний апарат, оснащений приводом та встановлений у водоводі перед турбінною камерою, циліндрична поверхня якої виконана з напрямною у вигляді гвинтової лінії, і в порожнині якої розміщене робоче колесо зі маточиною, із закріпленими на ній лопатями, при цьому робоче колесо з'єднане з валом, що встановлений у підшипниках, а також відсмоктувальну трубу |див. патентThe closest analogue to the useful model claimed, in terms of technical essence and the result that is achieved, is a hydraulic machine that contains a guide apparatus, equipped with a drive and installed in the water pipe in front of the turbine chamber, the cylindrical surface of which is made with a guide in the form of a helical line, and in the cavity of which there is a working wheel with a hub, with blades fixed on it, while the working wheel is connected to a shaft installed in bearings, as well as a suction pipe | see patent

України на корисну модель Мо 56377, МПК" єОоЗВ 3/00, заявл. 05.07.2010 р., опубл. 10.01.2011 р.І. Гідравлічна машина відрізняється компактністю, яка обумовлена тим, що номінальний внутрішній діаметр турбінної камери дорівнює діаметру робочого колеса.of Ukraine for the utility model Mo 56377, IPC" еОоЗВ 3/00, application 07/05/2010, published 01/10/2011 R.I. The hydraulic machine is characterized by its compactness, which is due to the fact that the nominal inner diameter of the turbine chamber is equal to the diameter of the impeller .

Недоліком відомої гідравлічної машини є обмежені експлуатаційні можливості та її недостатня надійність при високих напорах.The disadvantage of the known hydraulic machine is its limited operational capabilities and insufficient reliability at high pressures.

Це пов'язано з недостатньою жорсткістю конструкції робочого колеса, а саме: лопаті закріплені на маточині робочого колеса консольно, однією стороною і тільки частиною її висоти.This is due to the insufficient rigidity of the impeller design, namely: the blades are fixed to the hub of the impeller cantilever, on one side and only part of its height.

Таке конструктивне виконання робочого колеса не може бути використане при високих напорах робочого середовища, оскільки консольні лопаті робочого колеса не здатні сприймати великі навантаження, які збільшуються пропорційно напору. Це є причиною обмежених експлуатаційних можливостей використання відомої гідравлічної машини при змінних величинах напору.This design of the impeller cannot be used at high pressures of the working medium, because the cantilever blades of the impeller are not capable of receiving large loads, which increase in proportion to the pressure. This is the reason for the limited operational possibilities of using the known hydraulic machine at variable pressure values.

У відомій гідравлічній машині крім торцевих зазорів між ступицею робочого колеса і корпусами підшипників є зазор між периферійними кромками лопатей і поверхнею камери робочого колеса. Наявність такого зазору приводить до протікання частини води з напорної порожнини робочого колеса, минаючи поверхні лопатей. Це приводить до значних гідродинамічних втрат потоку води ії, як наслідок, до зниження питомої потужності машини та збільшення енергетичних втрат.In a known hydraulic machine, in addition to the end gaps between the impeller hub and the bearing housings, there is a gap between the peripheral edges of the blades and the surface of the impeller chamber. The presence of such a gap leads to the flow of part of the water from the pressure cavity of the impeller, bypassing the surfaces of the blades. This leads to significant hydrodynamic losses of the water flow and, as a result, to a decrease in the specific power of the machine and an increase in energy losses.

Зо Крім цього протікання води крізь щілину під тиском відбувається з високою локальною швидкістю та різким падінням тиску, яке приводить до холодного закипання води з утворенням бульбашок. За межами щілини швидкість води різко падає, а тиск відповідно збільшується.In addition, the flow of water through the gap under pressure occurs with a high local speed and a sharp drop in pressure, which leads to cold boiling of water with the formation of bubbles. Outside the gap, the water velocity drops sharply, and the pressure increases accordingly.

Бульбашки змикаються на прилеглих до зазору поверхнях, створюючи мікрогідравлічні удари, руйнуючи поверхню щілинною кавітацією, що приводить до зниження надійності гідравлічної машини.The bubbles close on the surfaces adjacent to the gap, creating microhydraulic shocks, destroying the surface by gap cavitation, which leads to a decrease in the reliability of the hydraulic machine.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення конструкції гідравлічної машини за рахунок введення нових конструктивних елементів та нового виконання окремого вузла, що сприяє підвищенню динамічного навантаження на напірну поверхню лопаті робочого колеса, а також сприяє виключенню розвитку кавітаційних процесів, що дозволяє розширити експлуатаційні можливості гідравлічної машини в умовах зміни напору в широкому діапазоні тиску, а також збільшити надійність машини при забезпеченні її високого коефіцієнта корисної дії.The basis of the useful model is the task of improving the design of the hydraulic machine due to the introduction of new structural elements and a new implementation of a separate node, which contributes to increasing the dynamic load on the pressure surface of the impeller blade, and also contributes to the exclusion of the development of cavitation processes, which allows expanding the operational capabilities of the hydraulic machine in conditions of pressure change in a wide pressure range, as well as increase the reliability of the machine while ensuring its high efficiency.

Поставлена задача вирішується тим, що високонапірна гідравлічна машина Самойленка містить напрямний апарат, оснащений приводом та встановлений у водоводі перед турбінною камерою, циліндрична поверхня якої виконана з напрямною у вигляді гвинтової лінії, і в порожнині якої розміщене робоче колесо із маточиною, із закріпленими на ній лопатями, при цьому робоче колесо з'єднане з валом, що встановлений у підшипниках, а також відсмоктувальну трубу, новим, згідно з корисною моделлю, є те, що робоче колесо оснащене двома циліндричними обоймами, одна з яких нерухомо встановлена на маточині, причому внутрішні кромки лопатей жорстко з'єднані із зовнішньою поверхнею обойми, а друга обойма своєї внутрішньої поверхнею сполучена з периферійними кромками лопатей і жорстко з ними з'єднана.The task is solved by the fact that Samoilenko's high-pressure hydraulic machine contains a guide device, equipped with a drive and installed in the water pipe in front of the turbine chamber, the cylindrical surface of which is made with a guide in the form of a helical line, and in the cavity of which there is a working wheel with a hub, with fixed blades on it , with the impeller connected to a shaft mounted in bearings, as well as a suction pipe, what is new, according to the utility model, is that the impeller is equipped with two cylindrical collars, one of which is fixedly mounted on the hub, with the inner edges of the blades are rigidly connected to the outer surface of the clip, and the second clip is connected to the peripheral edges of the blades by its inner surface and is rigidly connected to them.

Новим є також те, що лопаті робочого колеса по внутрішнім та периферійним кромкам закріплені без зазору між поверхнями циліндричних обойм.What is also new is that the blades of the impeller are fixed along the inner and peripheral edges without a gap between the surfaces of the cylindrical brackets.

Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, та технічним результатом, що досягається, полягає в такому.The cause-and-effect relationship between the claimed set of features and the achieved technical result is as follows.

Оснащення робочого колеса гідравлічної машини двома циліндричними обоймами дозволяє виконати його у вигляді єдиного цілісного вузла з жорстким кріпленням лопатей з двох сторін, між двома обоймами, в результаті чого підвищується конструктивна міцність гідравлічної бо машини. Це дає можливість збільшити оптимальні динамічні навантаження на напірну поверхню лопатей робочого колеса, завдяки чому її можна використовувати в умовах зміни напору робочого середовища в широкому діапазоні тиску, що дозволяє розширити експлуатаційні можливості гідравлічної машини.Equipping the working wheel of a hydraulic machine with two cylindrical brackets allows you to make it as a single integral unit with rigid attachment of blades from two sides, between two brackets, as a result of which the structural strength of the hydraulic machine increases. This makes it possible to increase the optimal dynamic loads on the pressure surface of the blades of the impeller, thanks to which it can be used in conditions of changes in the pressure of the working medium in a wide pressure range, which allows to expand the operational capabilities of the hydraulic machine.

Крім цього установка лопатей робочого колеса внутрішніми та периферійними кромками без зазору на поверхнях циліндричних обойм призводить до стабілізації потоку води, зменшення пульсації тисків, і перешкоджає виникненню кавітаційних явищ, що дозволяє виключити механічний знос поверхонь турбінної камери, і тим самим збільшити надійність гідравлічної машини. Додатковою перевагою є зниження об'ємних втрат вхідного потоку води, в результаті чого підвищується ефективність перетворення потенційної гідравлічної енергії потоку в механічну енергію, що дозволяє знизити енергетичні втрати, підвищити питому потужність машини.In addition, the installation of the blades of the impeller with internal and peripheral edges without a gap on the surfaces of the cylindrical cages leads to stabilization of the water flow, reduction of pressure pulsations, and prevents the occurrence of cavitation phenomena, which allows to exclude mechanical wear of the surfaces of the turbine chamber, and thereby increase the reliability of the hydraulic machine. An additional advantage is the reduction of volumetric losses of the incoming water flow, as a result of which the efficiency of converting the potential hydraulic energy of the flow into mechanical energy increases, which allows to reduce energy losses and increase the specific power of the machine.

Все це сприяє розширенню експлуатаційних можливостей гідравлічної машини при забезпеченні її високого коефіцієнта корисної дії.All this contributes to the expansion of the operational capabilities of the hydraulic machine while ensuring its high efficiency.

Технічна суть заявленої високонапірної гідравлічної машини пояснюється кресленнями.The technical essence of the claimed high-pressure hydraulic machine is explained by the drawings.

На фіг. 1 схематично показана високонапірна гідравлічна машина; на фіг. 2 - переріз А-А на фіг. 1.In fig. 1 schematically shows a high-pressure hydraulic machine; in fig. 2 - section AA in fig. 1.

Високонапірна гідравлічна машина Самойленка містить турбінну камеру 1, циліндрична поверхня якої виконана з напрямною у вигляді гвинтової лінії. Вхід 2 турбінної камери 1 роз'ємно з'єднаний з напрямним апаратом 3, який у свою чергу оснащений приводним пристроєм 4 для відкриття, закриття та регулювання подачі води в турбінну камеру 1.Samoilenko's high-pressure hydraulic machine contains a turbine chamber 1, the cylindrical surface of which is made with a guide in the form of a helical line. The inlet 2 of the turbine chamber 1 is removably connected to the guide apparatus 3, which in turn is equipped with a drive device 4 for opening, closing and regulating the water supply to the turbine chamber 1.

Напрямний апарат З виконаний у вигляді секторного пристрою. Маточина 5 робочого колеса 6 роз'ємно установлена на валу 7, який розміщений у двох підшипниках: радіальному 8 і радіально-упорному 9. Вал 7 кінематично пов'язаний із зовнішньої електричною машиною (не показана). Лопаті 10 робочого колеса 6 своїми внутрішніми кромками жорстко встановлені на зовнішній поверхні обойми 11, яка нерухомо закріплена на маточині 5. Лопаті 10 робочого колеса 6 своїми периферійними кромками жорстко закріплені на внутрішній поверхні обойми 12, яка охоплює лопаті 10. Вихід 13 турбінної камери 1 роз'ємно з'єднаний з відсмоктувальною трубою 14, яка виконана прямоточною.The directional device C is made in the form of a sector device. The hub 5 of the impeller 6 is removably mounted on the shaft 7, which is placed in two bearings: radial 8 and radial thrust 9. Shaft 7 is kinematically connected to an external electric machine (not shown). The blades 10 of the impeller 6 with their inner edges are rigidly mounted on the outer surface of the clip 11, which is immovably fixed on the hub 5. The blades 10 of the impeller 6 are rigidly fixed with their peripheral edges on the inner surface of the clip 12, which covers the blades 10. The outlet 13 of the turbine chamber 1 is connected to the suction pipe 14, which is made of direct flow.

Високонапірна гідравлічна машина Самойленка працює таким чином.Samoilenko's high-pressure hydraulic machine works as follows.

Зо Вода з напірного водоводу (не показаний) під тиском верхнього б'єфа через секторний напрямний апарат З і вхід 2 надходить у турбінну камеру 1. Витрату води регулюють за допомогою приводного пристрою 4, який відкриває або закриває напрямний апарат 3. Далі потік води, рухаючись за гвинтовою траєкторією в порожнині турбінної камери 1, проходить простір між лопатями 10 робочого колеса 6 та через вихід 13 потрапляє у відсмоктувальну трубу 14, виходячи в нижній б'єф. Проходячи через робоче колесо 6 і обтікаючи його лопаті 10, вода віддає робочому колесу 6 енергію тиску і швидкісного напору, яка перетворюється в механічну енергію у вигляді обертального моменту на валу 7.З Water from the pressure water pipeline (not shown) under the pressure of the upper beef through the sector guide apparatus З and the inlet 2 enters the turbine chamber 1. The water flow is regulated by means of the drive device 4, which opens or closes the guide apparatus 3. Next, the flow of water, moving along a helical trajectory in the cavity of the turbine chamber 1, it passes through the space between the blades 10 of the impeller 6 and through the outlet 13 enters the suction pipe 14, exiting into the lower bief. Passing through the impeller 6 and flowing around its blade 10, the water gives the impeller 6 pressure and high-speed pressure energy, which is transformed into mechanical energy in the form of torque on the shaft 7.

Механічна енергія від робочого колеса 6 через вал 7, який обертається в підшипниках 8 і 9, передається на ротор електричної машини (не показана). У разі роботи гідравлічної машини в насосному режимі, механічна енергія передається на робоче колесо 6, яке, обертаючись у зворотному напрямку, передає енергію реверсивному потоку води.Mechanical energy from the impeller 6 through the shaft 7, which rotates in the bearings 8 and 9, is transmitted to the rotor of the electric machine (not shown). When the hydraulic machine is operating in pumping mode, mechanical energy is transmitted to the impeller 6, which, rotating in the opposite direction, transmits energy to the reverse flow of water.

Заявлена високонапірна гідравлічна машина Самойленка компактна, відрізняється високою пропускною спроможністю і питомою потужністю, забезпечує надійність і досить високий коефіцієнт корисної дії машини. Використання її можливе в широкому діапазоні напору, наприклад до 500 метрів.The declared Samoilenko high-pressure hydraulic machine is compact, has a high throughput and specific power, ensures reliability and a fairly high efficiency factor of the machine. It can be used in a wide pressure range, for example up to 500 meters.

Відносно малі габарити, а також можливість застосування гідравлічної машини в будь-якому просторовому компонуванні без збільшення будівельної частини, дозволяє використовувати заявлену гідравлічну машину як на високонапірних, так і на низьконапірних гідроелектростанціях замість складних капсульних гідроагрегатів. При цьому не потрібніRelatively small dimensions, as well as the possibility of using the hydraulic machine in any spatial layout without increasing the construction part, allows using the declared hydraulic machine both at high-pressure and at low-pressure hydroelectric power stations instead of complex capsule hydraulic units. At the same time, they are not needed

БО додаткові земельно-скельні та будівельні роботи для заглиблення робочого колеса щодо рівня нижнього б'єфа, як у випадку використання існуючих гідроагрегатів для вироблення електроенергії. Використання заявленої високонапірної гідравлічної машини в складі обладнання гідроелектростанцій та гідроакумулюючих електростанцій дасть можливість ефективно використовувати енергію річок і будувати електростанції з меншими габаритами будівель.BO additional earth-rock and construction works to deepen the impeller relative to the level of the lower beef, as in the case of using existing hydro units for power generation. The use of the declared high-pressure hydraulic machine as part of the equipment of hydroelectric power plants and hydroaccumulating power plants will make it possible to effectively use the energy of rivers and build power plants with smaller building dimensions.

Промислова придатність заявленої гідравлічної машини підтверджується можливістю її виробництва на відомому обладнанні, в умовах промислового виробництва, з використанням відомих вітчизняних матеріалів і приладів. (510)The industrial suitability of the declared hydraulic machine is confirmed by the possibility of its production on known equipment, in the conditions of industrial production, using known domestic materials and devices. (510)

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. A high-pressure hydraulic machine containing a guide apparatus, equipped with a drive and installed in the water pipe in front of the turbine chamber, the cylindrical surface of which is made with a guide in the form of a helical line, and in the cavity of which there is an impeller with a hub, with blades fixed on it, while the impeller is connected to a shaft mounted in bearings, as well as a suction pipe, which is distinguished by the fact that the impeller is equipped with two cylindrical collars, one of which is fixed on the hub, and the inner edges of the blades are rigidly connected to the outer surface of the collar , and the second clip with its inner surface is conjugated with the peripheral edges of the blades and rigidly connected to them.

2. A high-pressure hydraulic machine according to claim 1, which is characterized by the fact that the impeller blades are fixed on the inner and peripheral edges without a gap between the surfaces of the cylindrical cages. IRS:

H. poyu i I / khz in I 4 t z va U Tam x Her U y ky 7 IN 7 PK dhoyenya ii 7 Her To Y Her : DEY Kon M V V S Koreau in Z NN N her SHE TK they i i ny she She: ee a em NIK) Her ish sheroren v i MT ron VBIK i i s y o What i V i: SE i u KE I V What KE iii i U Gul i rovu i Br: a I Shsh X i NINU Show not B nn and ; ZY in ra N ZE Uksinya MA nn ЧК NK I Hoozhey 3 3 Jan jaKOsdnya Zh y na Mini you on she SHY shn! ShK ilnt EE-U baths Mi V I Z «AK yin; : et vh so v hi za ro y Vo I she ka y EN BO m a I KE I sche y EH Kaya de VEE ; SHO ZE, VI. AND IN ev Ж TO В В Е and Я ШЧЧЧ ЧА ВБ I ra "zh і і і ій p vy іі мн НН Шы х 1 sk TE g; : Ka Sha In her 7 schi One gi 1 more

Fig. 1