Насос-турбіна

Корисна модель відноситься до гідроенергетики і може бути використана на гідроакумулюючих електростанціях. Відома оборотна гідромашина Гоне [Н.Н. Аршеневский. "Оборотні гідромашини гідроакумулюючих електростанцій", М., "Энергия", 1977 - з.81-83], що складається з валу, на якому закріплена напівсферична камера. На вісі валу розміщені робочі колеса насоса й турбіни, які за допомогою серводвигуна можуть повертатися всередині камери й встановлюватися в робоче положення так, що одне колесо перебуває проти направляючого апарату, а інше входить усередину камери. До недоліків відомої гідромашини належать: - складність конструкції; - тривалий процес зміни робочих коліс; - реверсивний напрямок руху води, що підвищує спрацювання устаткування; - у турбінному режимі направляючі лопатки утворюють із колонами статора канали з більшим кутом зламу, що призводить до значних гідравлічних втрат; - низький ККД( до 83,5%). Найбільш близьким по сукупності ознак до заявляємої є оборотна гідромашина типу Ізожир з горизонтальним валом [Н.Н. Аршеневский. "Оборотні гідромашини гідроакумулюючих електростанцій", М., "Энергия", 1977 - з. 8586], що складається з валу, на якому закріплена спіральна камера. На вісі розташовуються робочі колеса насоса й турбіни, які відокремлюються від спіральної камери кільцевими затворами. Переміщення кільцевих затворів здійснюється сервомоторами. До недоліків відомої гідромашини відноситься: - складність конструкції; - громіздкість трубопроводів; - реверсивність потоку; - низький ККД через складну конструкцію спіральної камери. В основу корисної моделі поставлено завдання розробки насос-турбіни, в якій, за рахунок введення нових елементів і їхнього розташування, забезпечується нереверсивність потоку води в насос-турбіні, підвищення надійності, збільшення ККД, економія води, скорочення часу пуску й переходу між режимами, спрощення конструкції, виключення перехідних режимів, усталена робота електричної машини. Для вирішення поставленого завдання в насос-турбіні, що включає спіральну камеру і статор, між якими змонтовані направляючий апарат і робоче колесо з валом, відповідно з корисною моделлю спіральна камера через патрубок з'єднана з поворотним коліном, установленим з можливістю повороту навколо осі патрубка й приєднання до першого напірного трубопроводу або до всмоктувальної труби, нижня частина камери робочого колеса через підводне коліно з'єднана з поворотним коліном, установленим з можливістю повороту навколо осі підводного коліна й приєднання до другого напірного трубопроводу або до всмоктувальної труби. Насос-турбіна, що заявляється, пояснюється Фіг.1 і Фіг.2, на яких представлена насос-турбіна відповідно в турбінному і в насосному режимах. Насос-турбіна складається зі спіральної камери 1 і статора 2, між якими змонтовані направляючий апарат 3 і робоче колесо 4 з валом 5. Спіральна камера 1 через патрубок з'єднана з поворотним коліном 6, установленим з можливістю повороту навколо осі патрубка й приєднання до першого напірного трубопроводу 7 або до відсмоктувальної труби 8, нижня частина камери робочого колеса через підводне коліно з'єднана з поворотним коліном 9 установленим з можливістю повороту навколо осі підводного коліна й приєднання до другого напірного трубопроводу 10 або до всмоктувальної труби 11. Насос-турбіна працює в такий спосіб: нижнє поворотне коліно 9 і верхнє 6 перебувають у турбінному положенні, по трубопроводу 10 здійснюється подача води до робочого колеса 4 і відвід за допомогою відсмоктувальної труби 8. Для переходу в насосний режим на початку здійснюється пуск агрегату в турбінному режимі, після чого коліна 9 і 6 встановлюються в насосний режим і за допомогою всмоктувальної труби 11 забезпечується підведення води до робочого колеса, відвід води у верхній б'єф здійснюється по напірному трубопроводі 7. За рахунок перемикаючої дії поворотних колін забезпечується нереверсивність потоку. Нереверсивність потоку забезпечує один напрямок обертання робочого колеса, що спрощує роботу опорних вузлів, тому що навантаження однобічні. Нереверсивність потоку дозволяє виконувати профіль лопат робочого колеса з обліком максимального ККД як насоса, так і турбіни, а також виключаються перехідні режими, зв'язані зі зміною турбінного і насосного режимів, при яких не виконується корисна робота й завдяки цьому скорочуються втрати води. Час переходу від пуску до роботи стає мінімальним, тому що, завдяки виключенню перехідних режимів, скорочується кількість проміжних операцій. Значно спрощується конструкція гідроагрегату, що обумовлено наявністю в спіральній камері тільки одного входу. Наявність одного оборотного робочого колеса, на яке діють однобічні навантаження, дозволяє спростити конструкцію опорних вузлів. За рахунок нереверсивності обертання робочого колеса зменшуються динамічні навантаження і забезпечується більш усталена робота електричної машини. За рахунок нового розташування трубопроводів і особливої конструкції перемикаючого коліна забезпечується нереверсивність потоку, тобто при насосному й при турбінному режимах один напрямок потоку, що дозволяє зберегти профіль лопат робочого колеса незмінним, полегшує роботу підп'ятника, зменшує час пуску агрегату в насосному режимі, виключає перехідні режими, збільшення ККД (до 90-92%), значно скорочуються втрати води (приблизно 25000 кубометрів підчас кожної зміни режиму), дотримується усталена робота електричної машини.