WO2011123085A1 - Hydraulic engine - Google Patents

Hydraulic engine Download PDF

Info

Publication number
WO2011123085A1
WO2011123085A1 PCT/UA2011/000006 UA2011000006W WO2011123085A1 WO 2011123085 A1 WO2011123085 A1 WO 2011123085A1 UA 2011000006 W UA2011000006 W UA 2011000006W WO 2011123085 A1 WO2011123085 A1 WO 2011123085A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hydraulic machine
turbine chamber
chamber
impeller
hydraulic
Prior art date
Application number
PCT/UA2011/000006
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Евгений Георгиевич САМОЙЛЕНКО
Original Assignee
Samoylenko Evgeny Georgievich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from UAU201003612U external-priority patent/UA52552U/en
Priority claimed from UAU201008388U external-priority patent/UA56377U/en
Application filed by Samoylenko Evgeny Georgievich filed Critical Samoylenko Evgeny Georgievich
Priority to CN201180026549.2A priority Critical patent/CN102918259B/en
Publication of WO2011123085A1 publication Critical patent/WO2011123085A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/02—Casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16—Stators
    • F03B3/18—Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16—Stators
    • F03B3/18—Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • F03B3/186—Spiral or volute casings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the invention relates to hydropower, in particular to jet hydraulic machines designed for hydropower installations of power plants using a working medium, water in a wide range of heads. Hydraulic machines can be used both to generate mechanical energy and to supply a working medium under pressure.
  • a hydraulic machine including a spiral turbine chamber connected to the annular belts of the turbine stator, vanes of a multi-blade guide apparatus installed between the annular belts of the turbine stator, an impeller located in the impeller chamber and rigidly connected to the shaft, water supply and water removal parts (RF patent N ° 2306452, IPC F03B3 / 00, declared on October 28, 2005, published on September 20, 2007).
  • a disadvantage of the known hydraulic machine is the design complexity, which is determined by the significant dimensions of the guide apparatus, turbine stator and spiral chamber, which sequentially encircle the impeller, increasing the turbine dimensions in the horizontal direction by 2- ⁇ 3 times with respect to the dimensions of the impeller.
  • the water flow in such a turbine undergoes repeated deformations, leading to significant hydraulic losses, which reduces its operational and functional capabilities.
  • the turbine chamber has a spiral shape, the axis of which is located in the same plane.
  • the spiral turbine chamber is facing rigidly connected to two annular stator belts, between which columns are installed.
  • a guide apparatus is coupled to the upper and lower stator belts by its upper and lower rings, between which the vanes of the guide apparatus are mounted with the possibility of rotation by means of a drive mechanism.
  • the impeller with blades is placed in a special chamber of the impeller, which is a part of the sphere located behind the guide vane.
  • a disadvantage of the known hydraulic machine is the complexity of the design, the complexity of its manufacture and installation; due to the use of large and metal-intensive elements of the spiral chamber, stator, suction pipe and impeller, as well as the need to use special bulky rotation mechanisms to change the position of the vanes of the guide vane.
  • Such a constructive implementation of the known hydraulic machine also requires great labor both for manufacturing in the factory and for transporting its individual parts, as well as for installation.
  • the known hydraulic machine also has a low power density and limited operational and functional capabilities. This is due to the fact that the movement of the water flow in the multi-circuit flowing part of the turbine is accompanied by a multiple change in the direction of flow, namely: rotation in a spiral chamber, exit between stator columns, passage between blades of the guide apparatus, rotation on the impeller and rotation in a curved suction pipe. This causes a non-uniform distribution of velocities in the flow due to the presence of uneven geometric cross-section in individual nodes of the hydraulic machine, which leads to significant hydraulic losses of the water flow in various nodes of the flow part, and especially in the suction pipe, where the energy of the rotating stream is practically not restored.
  • the basis of the invention is the task of improving the design of the hydraulic machine by redesigning the individual units and their new relative position, which helps to optimize the water flow line in the flowing part of the machine by improving the hydrodynamic characteristics and increasing the efficiency of the use of potential energy of the water flow, which allows to simplify the design and reduce dimensions of the hydraulic machine, to increase its throughput and specific power, as well as expand operational and the functionality of the hydraulic machine while ensuring its high efficiency.
  • a hydraulic machine including a guide apparatus, a turbine chamber, an impeller, consisting of a housing with blades mounted on it and detachably mounted on a shaft that is installed in the bearing, as well as a suction pipe, according to the invention
  • the turbine chamber is made in the form of a screw-shaped hollow cylinder, one end of which is connected to a guide apparatus, and the other end is connected to a suction pipe.
  • the impeller blades are placed directly in the cavity of the screw-shaped cylinder, and the guide apparatus is installed in front of the turbine chamber.
  • the nominal internal the diameter of the turbine chamber is equal to the diameter of the impeller, and the guiding apparatus is made in the form of a sector shutter device located in its chamber on a rotary support.
  • the guiding apparatus is made in the form of a locking assembly, consisting of two sector-wide shutter devices located symmetrically with respect to the conduit axis, each of which is placed in a corresponding chamber on a rotary support, so that in the closed position they have a common interface line.
  • the advantage of the proposed hydraulic machine is that the design of the turbine chamber in the form of a helical hollow cylinder, as well as the location of the impeller blades directly in the helical cavity of the turbine chamber, ensures a uniform cross-section of the water flow from the apparatus guide to the suction pipe, which leads to an improvement in the flow hydrodynamic characteristics. This allows you to increase the throughput and specific power of the hydraulic machine, which significantly expands its operational and functional capabilities, allowing you to use it in a wide range of heads.
  • the helical turbine chamber simultaneously performs the function of the impeller chamber, so that its dimensions are reduced to the size of the diameter of the impeller, and the nominal inner diameter of the turbine chamber should preferably be equal to the diameter of the impeller.
  • This also helps to simplify the design and, accordingly, reduce the dimensions of the main unit of the hydraulic machine - the unit for converting the hydraulic pressure of water into mechanical energy. Placing the guide vane in the general layout of the hydraulic machine in front of the turbine chamber ensures that water is supplied to it with minimal energy loss.
  • the implementation of turbine chambers in the form of a helical hollow cylinder, and the location of the guide apparatus in front of the turbine chamber provide an optimal water flow line, which significantly improves the flow hydrodynamic characteristics by reducing the number of turns of the flow in the flow part of the hydraulic machine. This is possible due to the fact that the water flow, passing through the flow part, undergoes only double deformation, smoothly flowing around the guide apparatus and moving along a helical path in the turbine chamber.
  • the implementation of the guide apparatus in the form of a sector shutter device which in the general layout of the machine provides minimal hydraulic resistance to water flow, and in the "fully open” position is outside the flow and practically does not create hydraulic resistance to the working medium.
  • This makes it possible to maximize the use of potential hydraulic energy of the water flow, improve the hydrodynamic characteristics of the flowing part of the hydraulic machine. This allows you to expand the functionality of the hydraulic machine, so it can be used in conduits with a very low pressure in any shape and any section of the conduit.
  • the implementation of the guide apparatus in the form of a locking unit, consisting of two sector-wide shutter devices arranged symmetrically with respect to the axis of the water conduit, each of which is placed in a corresponding chamber on a rotary support, allows smoother control of the power of the hydraulic machine, by changing the useful cross section of the water pipe from 0 to 100%, and thus provide a specified amount of water flow through the turbine chamber and, as a result, provide enhanced functionality of the hydraulic machine.
  • figure 1 schematically shows a hydraulic machine
  • FIG. 2 is a section along AA in FIG. one ;
  • FIG. 3 is a view B in FIG. one ;
  • FIG. 4 is a section BB in FIG. 1 (the position of the shutter device is “open”);
  • section BB in FIG. 1 (the position of the shutter device is “closed”);
  • FIG. 6 shows a shutter assembly in which a first and a second shutter device in a hydraulic conduit of a hydraulic machine is shown in the “closed” position (section BB in FIG. 1);
  • FIG. 7 shows a shutter assembly in which a first and second shutter device is shown in the water conduit of the hydraulic machine in the “open” position (section BB in FIG. 1).
  • the hydraulic machine includes a turbine chamber 1, made in the form of a two-step screw-shaped hollow cylinder.
  • One of the ends 2 of the turbine chamber 1 is stationary, for example by welding, connected to a guide apparatus 3, which in turn is equipped with a drive 4 for opening or closing the guide apparatus 3 when water is supplied to the turbine chamber 1.
  • the guide apparatus 3 is made in the form of a sector shutter device 5, which is placed in a closed chamber 6 and rotates in a hinge support 7.
  • the housing 8 of the impeller 9, the diameter of which is equal to the nominal diameter of the turbine chamber 1, is detachably mounted on the shaft 10, which is placed in the bearing 11 and kinematically connected with an external machine (not shown).
  • the blades 12 of the impeller 9 are rigidly mounted on the housing 8 of the impeller 9 and placed in the cavity of the turbine chamber 1.
  • the blades 12 can be mounted on the housing 8 with the possibility of their rotation relative to an axis located at an angle / for example, straight to the axis of the turbine.
  • the second end 13 of the turbine chamber 1 is inextricably connected to the suction pipe 14, which is made direct-flow.
  • the guiding apparatus of the hydraulic machine can be made in the form of a locking unit, which contains a sector device 5 located in a closed chamber 6 and a sector device 15 installed symmetrically to the sector device 5 relative to the axis of the conduit 17.
  • the sector device 15 is installed so that when both are completely closed sector devices 15 and 5, they form a common interface line 18.
  • the hydraulic machine operates as follows.
  • the water flow moving in the screw cavity of the turbine chamber 1, along the spiral path passes the space between the blades 12 of the impeller 9, leaves the other end of the screw turbine chamber 13 and through the suction pipe 14 enters the downstream. Passing through the impeller 9, the water gives it the energy of pressure and pressure head, which are converted into mechanical energy of the shaft 10, due to which a torque arises.
  • Mechanical energy from the impeller 9 is transmitted through the shaft 10 to the rotor of an electric machine (not shown). In the case of the hydraulic machine in pump mode, mechanical energy is transmitted to the impeller 9, which, rotating in the opposite direction, transfers energy to the reverse water flow.
  • the inventive hydraulic machine is compact, has a high throughput and specific power, can be connected to a pressure pipe of any section. Due to this, it can be used in a wide range of low water heads, for example, from 1 m to 50 m.
  • the relatively small dimensions, as well as the possibility of using a hydraulic machine in any spatial arrangement without increasing its construction part, also allows the use of the inventive hydraulic machine instead of complex capsule hydraulic units low-pressure hydroelectric power plants.
  • deepening of the impeller relative to the level of the downstream, in order to exclude the cavitation regime does not require additional construction work.
  • the use of the inventive hydraulic machine as part of the hydropower equipment of hydroelectric power stations and pumped storage power plants makes it possible to efficiently use the energy of low-pressure sections and build power plants with a smaller building.
  • the industrial applicability of the inventive hydraulic machine is confirmed by the possibility of its production on known equipment, in industrial production, using well-known domestic materials and devices.

Abstract

The invention relates to hydraulic power engineering, in particular to reactive hydraulic engines. The hydraulic engine comprises a guiding apparatus 3, a turbine chamber 1, a working wheel 9 which consists of a body with blades mounted thereon and is fixed to a shaft which is mounted in a bearing, and also a suction pipe 14. The turbine chamber 1 is in the form of a hollow cylinder, one end of which is connected to the guiding apparatus 3 while the other end thereof is connected to the suction pipe 14, and the blades of the working wheel are situated directly in the cylinder cavity. The guiding apparatus 3 is mounted upstream of the turbine chamber 1. The working wheel is detachably fixed to the shaft. The structure of the hydraulic engine is simplified and the operational and functional possibilities of said engine are increased.

Description

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МАШИНА  HYDRAULIC MACHINE
Область техники Technical field
Изобретение относиться к гидроэнергетике, в частности к реактивным гидравлическим машинам, предназначенным для гидроэнергетических установок электрических станций, использующих рабочую среду, воду в широком диапазоне напоров. Гидравлические машины могут быть использованы как для выработки механической энергии, так и для осуществления подачи рабочей среды под давлением. The invention relates to hydropower, in particular to jet hydraulic machines designed for hydropower installations of power plants using a working medium, water in a wide range of heads. Hydraulic machines can be used both to generate mechanical energy and to supply a working medium under pressure.
Известна гидравлическая машина, включающая спиральную турбинную камеру, соединённую с кольцевыми поясами статора турбины, лопатки многолопаткового направляющего аппарата, установленные между кольцевыми поясами статора турбины, рабочее колесо, размещённое в камере рабочего колеса и жёстко соединённое с валом, водоподводящую и водоотводящую части (патент РФ N° 2306452, МПК F03B3/00, заявл. 28.10.2005 г., опубл. 20.09.2007 г.).  A hydraulic machine is known, including a spiral turbine chamber connected to the annular belts of the turbine stator, vanes of a multi-blade guide apparatus installed between the annular belts of the turbine stator, an impeller located in the impeller chamber and rigidly connected to the shaft, water supply and water removal parts (RF patent N ° 2306452, IPC F03B3 / 00, declared on October 28, 2005, published on September 20, 2007).
Недостатком известной гидравлической машины является сложность конструкции, которая определяется значительными размерами направляющего аппарата, статора турбины и спиральной камеры, которые последовательно опоясывают рабочее колесо, увеличивая размеры турбины в горизонтальном направлении в 2-^3 раза по отношению к размерам рабочего колеса. Водяной поток в такой турбине испытывает многократные деформации, приводящие к значительным гидравлическим потерям, что снижает ее эксплуатационные и функциональные возможности.  A disadvantage of the known hydraulic machine is the design complexity, which is determined by the significant dimensions of the guide apparatus, turbine stator and spiral chamber, which sequentially encircle the impeller, increasing the turbine dimensions in the horizontal direction by 2- ^ 3 times with respect to the dimensions of the impeller. The water flow in such a turbine undergoes repeated deformations, leading to significant hydraulic losses, which reduces its operational and functional capabilities.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является гидравлическая машина Квятковского (см. «Гидравлические турбины». ЦНИИ по тяжелому энергетическому и транспортному машиностроению, сер. 18-7-75, Москва, 1975 г., стр. 127), включающая направляющий аппарат, турбинную камеру, рабочее колесо, состоящее из корпуса с установленными на нем лопастями и разъемно закрепленное на валу, который установлен в подшипнике, а также отсасывающую трубу. The closest to the claimed technical solution in terms of technical nature and the technical result achieved is the Kwiatkowski hydraulic machine (see. "Hydraulic turbines." Central Research Institute for Heavy Power and Transport Engineering, ser. 18-7-75, Moscow, 1975, p. 127), including a guiding apparatus, a turbine chamber, an impeller, consisting of a housing with blades mounted on it and detachably fixed to a shaft that is installed in the bearing, as well as a suction pipe .
В известной гидравлической машине турбинная камера имеет спиралевидную форму, ось которой расположена в одной плоскости. Спиралевидная турбинная камера облицовкой жестко соединена с двумя кольцевыми поясами статора, между которыми установлены колонны.  In the known hydraulic machine, the turbine chamber has a spiral shape, the axis of which is located in the same plane. The spiral turbine chamber is facing rigidly connected to two annular stator belts, between which columns are installed.
С верхним и нижним поясами статора сопряжён направляющий аппарат своими верхним и нижним кольцами, между которыми установлены лопатки направляющего аппарата с возможностью поворота посредством механизма привода. Рабочее колесо с лопастями размещено в специальной камере рабочего колеса, представляющей собой часть сферы, расположенной за направляющим аппаратом.  A guide apparatus is coupled to the upper and lower stator belts by its upper and lower rings, between which the vanes of the guide apparatus are mounted with the possibility of rotation by means of a drive mechanism. The impeller with blades is placed in a special chamber of the impeller, which is a part of the sphere located behind the guide vane.
Недостатком известной гидравлической машины является сложность конструкции, трудоемкость ее изготовления и монтажа; обусловленная использованием крупногабаритных и металлоемких элементов спиральной камеры, статора, отсасывающей трубы и рабочего колеса, а также необходимостью применению специальных громоздких механизмов поворота для изменения положения лопаток направляющего аппарата. Такое конструктивное выполнение известной гидравлической машины требует также больших трудозатрат как на изготовление в заводских условиях, так и на транспортировку отдельных ее частей, а также на монтаж.  A disadvantage of the known hydraulic machine is the complexity of the design, the complexity of its manufacture and installation; due to the use of large and metal-intensive elements of the spiral chamber, stator, suction pipe and impeller, as well as the need to use special bulky rotation mechanisms to change the position of the vanes of the guide vane. Such a constructive implementation of the known hydraulic machine also requires great labor both for manufacturing in the factory and for transporting its individual parts, as well as for installation.
Известная гидравлическая машина имеет также низкую удельную мощность и ограниченные эксплуатационные и функциональные возможности. Это связано с тем, что движение потока воды в многоконтурной проточной части гидротурбины сопровождается многократным изменением направления потока, а именно: поворот в спиральной камере, выход между колоннами статора, проход между лопатками направляющего аппарата, поворот на рабочем колесе и поворот в изогнутой отсасывающей трубе. Это вызывает неравномерность распределения скоростей в потоке из-за наличия неравномерности геометрического сечения в отдельных узлах гидравлической машины, что приводит к значительным гидравлическим потерям потока воды в различных узлах проточной части, и особенно в отсасывающей трубе, где энергия вращающегося потока практически не восстанавливается. The known hydraulic machine also has a low power density and limited operational and functional capabilities. This is due to the fact that the movement of the water flow in the multi-circuit flowing part of the turbine is accompanied by a multiple change in the direction of flow, namely: rotation in a spiral chamber, exit between stator columns, passage between blades of the guide apparatus, rotation on the impeller and rotation in a curved suction pipe. This causes a non-uniform distribution of velocities in the flow due to the presence of uneven geometric cross-section in individual nodes of the hydraulic machine, which leads to significant hydraulic losses of the water flow in various nodes of the flow part, and especially in the suction pipe, where the energy of the rotating stream is practically not restored.
Раскрытие изобретения  Disclosure of invention
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования конструкции гидравлической машины путем нового выполнения отдельных узлов и нового их взаимного расположения, что способствует оптимизации линии тока воды в проточной части машины за счет улучшения гидродинамических характеристик и повышения эффективности использования потенциальной энергии потока воды, что позволяет упростить конструкцию и уменьшить габариты гидравлической машины, повысить ее пропускную способность и удельную мощность, а также расширить эксплуатационные и функциональные возможности гидравлической машины при обеспечении ее высокого коэффициента полезного действия.  The basis of the invention is the task of improving the design of the hydraulic machine by redesigning the individual units and their new relative position, which helps to optimize the water flow line in the flowing part of the machine by improving the hydrodynamic characteristics and increasing the efficiency of the use of potential energy of the water flow, which allows to simplify the design and reduce dimensions of the hydraulic machine, to increase its throughput and specific power, as well as expand operational and the functionality of the hydraulic machine while ensuring its high efficiency.
Поставленная задача решается тем, что в гидравлической машине, включающей направляющий аппарат, турбинную камеру, рабочее колесо, состоящее из корпуса с установленными на нем лопастями и разъемно закрепленное на валу, который установлен в подшипнике, а также отсасывающую трубу, согласно изобретению, с у щ е с т в е н н ы м является то, что турбинная камера выполнена в виде винтообразного полого цилиндра, один конец которого соединен с направляющим аппаратом, а другой его конец соединен с отсасывающей трубой. Лопасти рабочего колеса размещены непосредственно в полости винтообразного цилиндра, а направляющий аппарат установлен перед турбинной камерой. С у щ е с т в е н н ы м является также то, что номинальный внутренний диаметр турбинной камеры равен диаметру рабочего колеса, а направляющий аппарат выполнен в виде секторного затворного устройства, размещенного в его камере на поворотной опоре. Кроме того, с у щ е с т в е н н ы м является то, что направляющий аппарат выполнен в виде запорного узла, состоящего из двух расположенных симметрично относительно оси водовода секторных затворных устройств, каждое из которых размещено в соответствующей камере на поворотной опоре, так, что в положении «закрыто» они имеют общую линию сопряжения. The problem is solved in that in a hydraulic machine including a guide apparatus, a turbine chamber, an impeller, consisting of a housing with blades mounted on it and detachably mounted on a shaft that is installed in the bearing, as well as a suction pipe, according to the invention, with It is true that the turbine chamber is made in the form of a screw-shaped hollow cylinder, one end of which is connected to a guide apparatus, and the other end is connected to a suction pipe. The impeller blades are placed directly in the cavity of the screw-shaped cylinder, and the guide apparatus is installed in front of the turbine chamber. It is also true that the nominal internal the diameter of the turbine chamber is equal to the diameter of the impeller, and the guiding apparatus is made in the form of a sector shutter device located in its chamber on a rotary support. In addition, it is relevant that the guiding apparatus is made in the form of a locking assembly, consisting of two sector-wide shutter devices located symmetrically with respect to the conduit axis, each of which is placed in a corresponding chamber on a rotary support, so that in the closed position they have a common interface line.
Преимуществом предлагаемой гидравлической машины является то, что выполнение турбинной камеры в виде винтообразного полого цилиндра, а также расположение лопастей рабочего колеса непосредственно в винтовой полости турбинной камеры обеспечивает равномерное сечение потока воды от направляющей аппарата до отсасывающей трубы, что приводит к улучшению гидродинамических характеристик потока. Это позволяет повысить пропускную способность и удельную мощность гидравлической машины, что значительно расширяет ее эксплуатационные и функциональные возможности, позволяющие использовать ее в широком диапазоне напоров.  The advantage of the proposed hydraulic machine is that the design of the turbine chamber in the form of a helical hollow cylinder, as well as the location of the impeller blades directly in the helical cavity of the turbine chamber, ensures a uniform cross-section of the water flow from the apparatus guide to the suction pipe, which leads to an improvement in the flow hydrodynamic characteristics. This allows you to increase the throughput and specific power of the hydraulic machine, which significantly expands its operational and functional capabilities, allowing you to use it in a wide range of heads.
Кроме того, в конструкции гидравлической машины винтовая турбинная камера выполняет одновременно и функцию камеры рабочего колеса, благодаря чему ее размеры уменьшаются до размера диаметра рабочего колеса, при этом, номинальный внутренний диаметр турбинной камеры предпочтительно должен быть равен диаметру рабочего колеса. Это способствует также упрощению конструкции и соответственно уменьшению габаритов основного узла гидравлической машины - узла для преобразования гидравлического напора воды в механическую энергию. Размещение направляющего аппарата в общей компоновке гидравлической машины перед турбинной камерой обеспечивает подачу в нее воды с минимальными энергетическими потерями. Благодаря новой компоновке отдельных узлов гидромашины, выполнению турбинной камеры в виде винтообразного полого цилиндра, и расположению направляющего аппарата перед турбинной камерой обеспечивают оптимальную линию тока воды, при которой значительно улучшаются гидродинамические характеристики потока за счет уменьшения числа поворотов потока в проточной части гидравлической машины. Это возможно вследствие того, что поток воды, проходя через проточную часть, подвергается лишь двукратной деформации, плавно обтекая направляющий аппарат и двигаясь по винтовой траектории в турбинной камере. Это обеспечивает уменьшение энергетических потерь, повышение равномерности скоростей потока воды вдоль проточной части гидромашины, что позволяет повысить удельную мощность и пропускную способность гидромашины, расширить ее эксплуатационные и функциональные возможности, упростить конструкцию при обеспечении высокого коэффициента полезного действия машины. In addition, in the design of the hydraulic machine, the helical turbine chamber simultaneously performs the function of the impeller chamber, so that its dimensions are reduced to the size of the diameter of the impeller, and the nominal inner diameter of the turbine chamber should preferably be equal to the diameter of the impeller. This also helps to simplify the design and, accordingly, reduce the dimensions of the main unit of the hydraulic machine - the unit for converting the hydraulic pressure of water into mechanical energy. Placing the guide vane in the general layout of the hydraulic machine in front of the turbine chamber ensures that water is supplied to it with minimal energy loss. Thanks to the new layout of the individual components of the hydraulic machine, the implementation of turbine chambers in the form of a helical hollow cylinder, and the location of the guide apparatus in front of the turbine chamber provide an optimal water flow line, which significantly improves the flow hydrodynamic characteristics by reducing the number of turns of the flow in the flow part of the hydraulic machine. This is possible due to the fact that the water flow, passing through the flow part, undergoes only double deformation, smoothly flowing around the guide apparatus and moving along a helical path in the turbine chamber. This ensures a reduction in energy losses, an increase in the uniformity of water flow rates along the flowing part of the hydraulic machine, which makes it possible to increase the specific power and throughput of the hydraulic machine, expand its operational and functional capabilities, and simplify the design while ensuring a high efficiency of the machine.
Кроме того, выполнение направляющего аппарата в виде секторного затворного устройства, которое в общей компоновке машины оказывает минимальное гидравлическое сопротивление потоку воды, а в положении «полностью открыто» находится за пределами потока и практически не создает гидравлического сопротивления рабочей среде. Благодаря этому обеспечивается возможность максимального использования потенциальной гидравлической энергии потока воды, улучшаются гидродинамические характеристики проточной части гидравлической машины. Это позволяет расширить функциональные возможности гидравлической машины, благодаря чему ее можно использовать в водоводах с очень низким напором при любой форме и любом сечении водовода.  In addition, the implementation of the guide apparatus in the form of a sector shutter device, which in the general layout of the machine provides minimal hydraulic resistance to water flow, and in the "fully open" position is outside the flow and practically does not create hydraulic resistance to the working medium. This makes it possible to maximize the use of potential hydraulic energy of the water flow, improve the hydrodynamic characteristics of the flowing part of the hydraulic machine. This allows you to expand the functionality of the hydraulic machine, so it can be used in conduits with a very low pressure in any shape and any section of the conduit.
Выполнение направляющего аппарата в виде запорного узла, состоящего из двух расположенных симметрично относительно оси водовода секторных затворных устройств, каждое из которых размещено в соответствующей камере на поворотной опоре, позволяет осуществлять более плавное регулирование мощности гидравлической машины, за счет изменения полезного сечения водовода от 0 до 100%, и таким образом обеспечить задаваемую величину расхода воды через турбинную камеру и, как следствие, обеспечить расширение функциональных возможностей гидравлической машины. The implementation of the guide apparatus in the form of a locking unit, consisting of two sector-wide shutter devices arranged symmetrically with respect to the axis of the water conduit, each of which is placed in a corresponding chamber on a rotary support, allows smoother control of the power of the hydraulic machine, by changing the useful cross section of the water pipe from 0 to 100%, and thus provide a specified amount of water flow through the turbine chamber and, as a result, provide enhanced functionality of the hydraulic machine.
Краткое описание чертежей.  A brief description of the drawings.
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:  In the future, the invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, in which:
на фиг.1 схематически показана гидравлическая машина;  figure 1 schematically shows a hydraulic machine;
на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1 ;  in FIG. 2 is a section along AA in FIG. one ;
на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1 ;  in FIG. 3 is a view B in FIG. one ;
на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1 (положение затворного устройства - «открыто»);  in FIG. 4 is a section BB in FIG. 1 (the position of the shutter device is “open”);
на фиг. 5 сечение В-В на фиг. 1 (положение затворного устройства - «закрыто»);  in FIG. 5, section BB in FIG. 1 (the position of the shutter device is “closed”);
на фиг. 6 изображен затворный узел, в котором показаны первое и второе затворное устройство в водоводе гидравлической машины в положении «закрыто» (сечение В-В на фиг. 1);  in FIG. 6 shows a shutter assembly in which a first and a second shutter device in a hydraulic conduit of a hydraulic machine is shown in the “closed” position (section BB in FIG. 1);
на фиг. 7 изображен затворный узел, в котором показаны первое и второе затворное устройство в водоводе гидравлической машины в положении «открыто» (сечение В-В на фиг. 1).  in FIG. 7 shows a shutter assembly in which a first and second shutter device is shown in the water conduit of the hydraulic machine in the “open” position (section BB in FIG. 1).
Лучший вариант исполнения изобретения  The best embodiment of the invention
Гидравлическая машина включает турбинную камеру 1, выполненную в виде двухшагового винтообразного полого цилиндра. Один из концов 2 турбинной камеры 1 неподвижно, например сваркой соединен с направляющим аппаратом 3, который в свою очередь снабжен приводом 4 для открытия или закрытия направляющего аппарата 3 при подаче воды в турбинную камеру 1. Направляющий аппарат 3 выполнен в виде секторного затворного устройства 5, которое размещено в замкнутой камере 6 и вращается в шарнирной опоре 7. Корпус 8 рабочего колеса 9, диаметр которого равен номинальному диаметру турбинной камеры 1, разъемно установлен на валу 10, который размещен в подшипнике 11 и кинематически связан с внешней машиной (не показана). Лопасти 12 рабочего колеса 9 жестко установлены на корпусе 8 рабочего колеса 9 и размещены в полости турбинной камеры 1. Лопасти 12 могут быть установлены на корпусе 8 с возможностью их поворота относительно оси, расположенной под углом/например, прямым, к оси турбины. The hydraulic machine includes a turbine chamber 1, made in the form of a two-step screw-shaped hollow cylinder. One of the ends 2 of the turbine chamber 1 is stationary, for example by welding, connected to a guide apparatus 3, which in turn is equipped with a drive 4 for opening or closing the guide apparatus 3 when water is supplied to the turbine chamber 1. The guide apparatus 3 is made in the form of a sector shutter device 5, which is placed in a closed chamber 6 and rotates in a hinge support 7. The housing 8 of the impeller 9, the diameter of which is equal to the nominal diameter of the turbine chamber 1, is detachably mounted on the shaft 10, which is placed in the bearing 11 and kinematically connected with an external machine (not shown). The blades 12 of the impeller 9 are rigidly mounted on the housing 8 of the impeller 9 and placed in the cavity of the turbine chamber 1. The blades 12 can be mounted on the housing 8 with the possibility of their rotation relative to an axis located at an angle / for example, straight to the axis of the turbine.
Второй конец 13 турбинной камеры 1 неразъемно соединен с отсасывающей трубой 14, которая выполнена прямоточной.  The second end 13 of the turbine chamber 1 is inextricably connected to the suction pipe 14, which is made direct-flow.
Направляющий аппарат гидравлической машины может быть выполнен в виде запорного узла, который содержит секторное устройство 5, расположенное в замкнутой камере 6 и секторное устройство 15, установленное симметрично к секторному устройству 5 относительно оси водовода 17. Секторное устройство 15 установлено так, что при полном закрытии обеих секторных устройств 15 и 5 они образуют общую линию сопряжения 18.  The guiding apparatus of the hydraulic machine can be made in the form of a locking unit, which contains a sector device 5 located in a closed chamber 6 and a sector device 15 installed symmetrically to the sector device 5 relative to the axis of the conduit 17. The sector device 15 is installed so that when both are completely closed sector devices 15 and 5, they form a common interface line 18.
Гидравлическая машина работает следующим образом.  The hydraulic machine operates as follows.
Вода из напорного водовода 17 под давлением верхнего бьефа через открытое секторное затворное устройство 5 направляющего аппарата 3 поступает в турбинную камеру 1. Расход воды, подаваемой в турбинную камеру 1 , регулируют с помощью привода 4, который поворачивает в сторону открытия или закрытия секторное затворное устройство 5, расположенное в замкнутой камере 6. В случае использования запорного узла, в котором секторные затворные устройства 5 и 15 симметрично расположены относительно оси водовода 17, осуществляют синхронный поворот этих устройств в сторону их открытия или закрытия.  Water from the discharge conduit 17 under the pressure of the upstream through the open sector shutter device 5 of the guide apparatus 3 enters the turbine chamber 1. The flow rate of water supplied to the turbine chamber 1 is controlled by the actuator 4, which rotates the sector shutter 5 towards the opening or closing direction located in a closed chamber 6. In the case of using a locking unit in which sector shutter devices 5 and 15 are symmetrically located relative to the axis of the conduit 17, these devices are rotated synchronously operatio ns in the direction of opening or closing.
Далее поток воды, двигаясь в винтовой полости турбинной камеры 1 , по винтовой траектории проходит пространство между лопастями 12 рабочего колеса 9, выходит с другого конца винтовой турбинной камеры 13 и через отсасывающую трубу 14 попадает в нижний бьеф. Проходя через рабочее колесо 9, вода отдает ему энергию давления и скоростного напора, которые преобразуются в механическую энергию вала 10, благодаря чему возникает вращательный момент. Механическая энергия с рабочего колеса 9 через вал 10 передается на ротор электрической машины (не показан). В случае работы гидравлической машины в насосном режиме, механическая энергия передается на рабочее колесо 9, которое, вращаясь в обратном направлении, передает энергию реверсивному потоку воды. Next, the water flow, moving in the screw cavity of the turbine chamber 1, along the spiral path passes the space between the blades 12 of the impeller 9, leaves the other end of the screw turbine chamber 13 and through the suction pipe 14 enters the downstream. Passing through the impeller 9, the water gives it the energy of pressure and pressure head, which are converted into mechanical energy of the shaft 10, due to which a torque arises. Mechanical energy from the impeller 9 is transmitted through the shaft 10 to the rotor of an electric machine (not shown). In the case of the hydraulic machine in pump mode, mechanical energy is transmitted to the impeller 9, which, rotating in the opposite direction, transfers energy to the reverse water flow.
Заявляемая гидравлическая машина является компактной, отличается высокой пропускной способностью и удельной мощностью, может соединяться с напорным водоводом любого сечения. Благодаря этому возможно ее использование в широком диапазоне низких напоров воды, например от 1 м до 50 м. Относительно малые габариты, а также возможность использования гидравлической машины в любой пространственной компоновке без увеличения ее строительной части позволяет также использовать заявляемую гидравлическую машину вместо сложных капсульных гидроагрегатов на низконапорных гидроэлектростанциях. При этом, заглубление рабочего колеса относительно уровня нижнего бьефа, с целью исключения режима кавитации, не требует дополнительных строительных работ. Использование заявляемой гидравлической машины в составе гидроэнергетического оборудования гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций дает возможность эффективно использовать энергию малонапорных створов и строить электростанции с меньшими габаритами здания.  The inventive hydraulic machine is compact, has a high throughput and specific power, can be connected to a pressure pipe of any section. Due to this, it can be used in a wide range of low water heads, for example, from 1 m to 50 m. The relatively small dimensions, as well as the possibility of using a hydraulic machine in any spatial arrangement without increasing its construction part, also allows the use of the inventive hydraulic machine instead of complex capsule hydraulic units low-pressure hydroelectric power plants. At the same time, deepening of the impeller relative to the level of the downstream, in order to exclude the cavitation regime, does not require additional construction work. The use of the inventive hydraulic machine as part of the hydropower equipment of hydroelectric power stations and pumped storage power plants makes it possible to efficiently use the energy of low-pressure sections and build power plants with a smaller building.
Промышленная применимость  Industrial applicability
Промышленная применимость заявляемой гидравлической машины подтверждается возможностью ее производства на известном оборудовании, в условиях промышленного производства, с использованием известных отечественных материалов и приспособлений. The industrial applicability of the inventive hydraulic machine is confirmed by the possibility of its production on known equipment, in industrial production, using well-known domestic materials and devices.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Гидравлическая машина, включающая направляющий аппарат, турбинную камеру, рабочее колесо, состоящее из корпуса с установленными на нем лопастями и разъёмно закреплённое на валу, который установлен в подшипнике, а также отсасывающую трубу, отличающаяся тем, что турбинная камера выполнена в виде винтообразного полого цилиндра, один конец которого соединён с направляющим аппаратом, а другой его конец соединён с отсасывающей трубой, лопасти рабочего колеса размещены непосредственно в полости винтообразного цилиндра, а направляющий аппарат установлен перед турбинной камерой. 1. A hydraulic machine, including a guiding apparatus, a turbine chamber, an impeller, consisting of a housing with blades mounted on it and detachably fixed to a shaft that is mounted in the bearing, as well as a suction pipe, characterized in that the turbine chamber is made in the form of a helical hollow a cylinder, one end of which is connected to the guide apparatus, and the other end of which is connected to the suction pipe, the impeller vanes are placed directly in the cavity of the screw-shaped cylinder, and the guide appar At installed in front of the turbine chamber.
2. Гидравлическая машина по п.1, отличающаяся тем, что номинальный внутренний диаметр турбинной камеры равен диаметру рабочего колеса.  2. The hydraulic machine according to claim 1, characterized in that the nominal inner diameter of the turbine chamber is equal to the diameter of the impeller.
3. Гидравлическая машина по п.1, отличающаяся тем, что направляющий аппарат выполнен в виде секторного затворного устройства, размещенного в его камере на поворотной опоре.  3. The hydraulic machine according to claim 1, characterized in that the guide apparatus is made in the form of a sector shutter device located in its chamber on a rotary support.
4. Гидравлическая машина по п.1, отличающаяся тем, что направляющий аппарат выполнен в виде запорного узла, состоящего из двух расположенных симметрично относительно оси водовода секторных затворных устройств, каждое из которых размещено в соответствующей камере на поворотной опоре, так, что в положении «закрыто» они имеют общую линию сопряжения.  4. The hydraulic machine according to claim 1, characterized in that the guide apparatus is made in the form of a locking unit, consisting of two sector-wide shutter devices located symmetrically with respect to the axis of the water conduit, each of which is placed in the corresponding chamber on the rotary support, so that in the position " closed ”they have a common interface line.
PCT/UA2011/000006 2010-03-29 2011-01-31 Hydraulic engine WO2011123085A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201180026549.2A CN102918259B (en) 2010-03-29 2011-01-31 Fluid power motor

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201003612U UA52552U (en) 2010-03-29 2010-03-29 Adjustable-blade hydraulic machine
UAU201003612 2010-03-29
UAU201008388U UA56377U (en) 2010-07-05 2010-07-05 SAMOILENKOs HYDRAULIC MACHINE
UAU201008388 2010-07-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011123085A1 true WO2011123085A1 (en) 2011-10-06

Family

ID=44712514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2011/000006 WO2011123085A1 (en) 2010-03-29 2011-01-31 Hydraulic engine

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN102918259B (en)
WO (1) WO2011123085A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111550569A (en) * 2020-04-22 2020-08-18 中国科学院力学研究所 Opening and closing device suitable for combustion chamber

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB729097A (en) * 1953-03-25 1955-05-04 Thompson Prod Inc Improvements in or relating to turbine units and turbine driven fuel pumps
SU1105682A2 (en) * 1983-01-07 1984-07-30 Проектно-Конструкторский И Технологический Институт "Водавтоматика И Метрология" Microhydroelectric station
SU1134766A1 (en) * 1983-08-18 1985-01-15 Lashkov Anatolij S Method of stopping hydraulic turbine
US20030223857A1 (en) * 2000-07-12 2003-12-04 Milan Daniel C Hydraulic turbine feed tank
WO2006021094A1 (en) * 2004-08-27 2006-03-02 David George Demontmorency Guide-case for water turbine

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU918617A1 (en) * 1979-01-02 1982-04-07 Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Control valve
JPS5891371A (en) * 1981-11-24 1983-05-31 Koichi Totsugi Water wheel
JPS58128470A (en) * 1982-01-27 1983-08-01 Hitachi Ltd Once-through hydraulic turbine
NL8500055A (en) * 1985-01-10 1986-08-01 Jansen Venneboer B V Water powered generator with fixed blade turbine - mounted on vertical shaft with flow controlled by butterfly valve
RU2030670C1 (en) * 1991-12-17 1995-03-10 Институт горной механики им.Г.А.Цулукидзе АН Грузии Check valve
CN201176907Y (en) * 2008-03-25 2009-01-07 湘阴县兴农机械有限公司 Hydroturbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB729097A (en) * 1953-03-25 1955-05-04 Thompson Prod Inc Improvements in or relating to turbine units and turbine driven fuel pumps
SU1105682A2 (en) * 1983-01-07 1984-07-30 Проектно-Конструкторский И Технологический Институт "Водавтоматика И Метрология" Microhydroelectric station
SU1134766A1 (en) * 1983-08-18 1985-01-15 Lashkov Anatolij S Method of stopping hydraulic turbine
US20030223857A1 (en) * 2000-07-12 2003-12-04 Milan Daniel C Hydraulic turbine feed tank
WO2006021094A1 (en) * 2004-08-27 2006-03-02 David George Demontmorency Guide-case for water turbine

Also Published As

Publication number Publication date
CN102918259B (en) 2016-02-17
CN102918259A (en) 2013-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1809695B (en) Device for tubular water turbine and pump incorporating the device
US8067850B2 (en) Method for creating a low fluid pressure differential electrical generating system
KR100776319B1 (en) Vertical axis type wind power generator
KR20080087512A (en) Reaction type stem turbine
AU2012334378A1 (en) Turbine for a hydroelectric power plant, and hydroelectric power plant
CN110486217A (en) A kind of convection rotary type Double-way axial flow pump turbine
JP4795144B2 (en) Hydroelectric generator
WO2011123085A1 (en) Hydraulic engine
KR101773513B1 (en) Small hydropower generation apparatus
RU99076U1 (en) ROTARY-VAN HYDRAULIC MACHINE
CN102434215A (en) Outer-rotor fluid power machine
CN104564178A (en) Decompression expansion trubo-generator set
RU2746822C2 (en) Turbogenerator device for electrical power generation, methods of its installation and operation
US20050019153A1 (en) Impulse turbine, particularly of the reversible type
CA2820836A1 (en) Pump-turbine system
WO2013051113A1 (en) Francis turbine for hydropower generation
GB2543566A (en) Rotor apparatus
CN204402581U (en) Puffing turbine power generation unit
RU106672U1 (en) HYDRAULIC MACHINE SAMOILENKO
CN205315191U (en) Through -flow turbine
JP5908871B2 (en) Reaction turbine
JP2007255316A (en) Francis turbine for hydraulic power generation
KR20200028260A (en) Pipe type small hydropower generation apparatus
UA147849U (en) HIGH PRESSURE HORIZONTAL DIRECT HYDRAULIC UNIT
UA139840U (en) HORIZONTAL STRAIGHT HYDRAULIC UNIT WITH DIAGONAL-AXIAL IMPELLER WHEEL AND NOZZLE SUPPLY AND REGULATORY AUTHORITY

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180026549.2

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11763177

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11763177

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1