Гідротурбіна подвійного регулювання

Винахід належить до галузі гідромашинобудування і може бути використаний в гідравлічних турбінах ГЕС та ГАЕС, які працюють зі змінною потужністю і при змінному напорі та витраті води, що впливає на параметри потоку, який натікає на лопаті робочого колеса турбіни і відповідно на її ККД. Відома гідротурбіна подвійного регулювання, яка містить в собі направляючий апарат, виготовлений з можливістю зміни його висоти та кутового положення лопаток (Авт. св. №151650, кл. 03B, 1967). У відомій гідротурбіні при будь-яких витратах турбіни забезпечується безударне натікання потоку на лопаті робочого колеса. При цьому конструкція турбіни виходить дуже складною. Відома також турбіна з направляючим апаратом, який містить два ряди концентрично розміщених лопаток, із яких лопатки внутрішнього ряду, по відношенню до робочого колеса, виконані незамкнутими і зв'язані з лопатками зовнішнього ряду комбінаторною залежністю (Авт. св. №383870, кл. 03B3/18, 1973). В цій турбіні також забезпечується безударне натікання потоку на лопаті робочого колеса при будь-яких витратах турбіни. При цьому розміри турбінного блоку на плані значно збільшуються. Крім того, в зв'язку зі збільшенням довжини спряжуваного водоводу і зв'язаного з цим розміру направляючого апарату через другий ряд лопаток збільшується навантаження на статор, знижується міцність водоводу, що приводить до необхідності збільшувати товщину його стінок. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення конструкції турбіни подвійного регулювання, при якій забезпечується зниження навантаження на статор, збереження необхідної міцності спряжуваного водоводу без збільшення товщини його стінок, зменшення на плані розмірів турбінного блоку, в результаті чого зменшується матеріалоємкість турбінного блоку. Поставлена задача вирішується тим, що в гідротурбіні подвійного регулювання, яка сполучена водоводом із спіральною камерою і має статор, направляючий апарат з двома рядами концентрично розміщених лопаток, із яких лопатки внутрішнього ряду по відношенню до робочого колеса виконані як незамкнуті; відсмоктувальну трубу - поміж статором і незамкнутими лопатками встановлено другий статор, що взаємодіє з незамкнутими лопатками. При цьому, другий статор суміщений із віссю обертання незамкнутих лопаток і виконаний в формі циліндра. Другий статор може бути встановлений з внутрішнього боку вхідних кромок незамкнутих лопаток, які виконані з відповідними заглибленнями циліндричної форми, а їх вісь обертання зміщена до вхідної кромки. Крім того, другий статор може бути встановлений з зовнішнього боку вхідних кромок незамкнутих лопаток і виконаний з заглибленням на його поверхні циліндричної форми, що окреслюється вхідною кромкою лопатки. Задача винаходу досягається ще й тим, що вісь спіральної камери та частини спряжуваного водоводу, в межах якого розміщено статор та запірні лопатки, виконані з нахилом в бік відсмоктувальної труби. Поміж відмітними ознаками і досягнутим технічним результатом існує наступний зв'язок. Установка другого статора, який взаємодіє з незамкнутими лопатками, дає можливість створювати додаткову опорну конструкцію на всій довжині спряжувального водоводу, що дає можливість зменшити навантаження на статор та необхідність збільшення товщини стінок металічного облицювання спряжувального водоводу. При цьому варіанти розміщення другого статора та його взаємодія з незамкнутими лопатками вирішують ту ж технічну задачу і залежать від конструктивного виконання незамкнутих лопаток, їх кріплення, кутів повороту. Виконання спіральної камери і частини спряжувального водоводу, в межах якого розміщений статор та замкнуті лопатки, що нахилені в бік відсмоктувальної труби, дає можливість скоротити розміри турбінного блоку в плані. При цьому, оптимальний кут нахилу може бути встановлений гідравлічними випробовуваннями роботи турбіни, виходячи з умов мінімальних гідравлічних втрат. Сукупність наявних ознак, що характеризують суть запропонованого винаходу, не відома із рівня техніки, що дозволяє зробити висновок про відповідність винаходу критерію "новизна". На думку автора, суть запропонованого винаходу не виходить для фахівця наявним чином із відомого рівня техніки, так як із нього не виявляється вищезгаданий втілив на одержуваний технічний результат - нова властивість об'єкту сукупність ознак, котрі відрізняють від прототипу, запропонований винахід, що дозволяє зробити висновок про його відповідність критерію "винахідницький рівень". Винахід пояснюється кресленням, де на фіг.1 зображений поперечний перетин гідротурбіни; на фіг.2 - він же, в варіанті виконання з похилими вісями частини спряжувального водоводу та спіральної камери; на фіг.3 - схематичний план лопаток турбіни та направляючого апарату з варіантами розміщення другого статору. Гідротурбіна подвійного регулювання містить в собі робоче колесо 1, що спряжене водоводом 2 із спіральною камерою 3, перед якою розміщено статор 4. Направляючий апарат гідротурбіни виконаний з двома рядами концентрично розміщених лопаток, із яких лопатки 5 внутрішнього ряду по відношенню до робочого колеса 1 виконані незамкнутими і лопатки 6 зовнішнього ряду виконані як замкнуті. Між статором 4 та незамкнутими лопатками 5 встановлено другий статор 7, що взаємодіє з останніми. В залежності від конструктивних особливостей виконання незамкнутих лопаток, їх кріплення, кутів повороту, другий статор 7 в 1 - му варіанті виконаний суміщеним з віссю незамкнутих лопаток 5 І виконаний в формі циліндра. У варіанті 2 другий статор 7 встановлений з внутрішнього боку вхідних кромок незамкнутих лопаток 5, виконаних в цьому випадку з відповідними заглибленнями циліндричної форми і зміщеними до вхідної кромки віссю обертання. В 3 - му варіанті виконання другий статор 7 встановлений із зовнішнього боку вхідних кромок незамкнутих лопаток 5 і виконаний із заглибленням циліндричної форми на його поверхні, що окреслено вхідною кромкою лопатки 5. З метою скорочення розмірів у плані турбінного блоку-ocі спіральної камери 3 та частини спряжувального водоводу 2, в межах якої розміщено статор 4 та замкнуті лопатки 6 виконані похилими в бік відсмоктувальної труби 8. Гідротурбіна працює наступним чином. Вода із спіральної камери 3, проходячи через направляючі апарати з замкнутими 6 і незамкнутими 5 лопатками, формується в потік з оптимальними параметрами та забезпечує безударно його натікання на лопаті робочого колеса 1 турбіни при змінах витрат турбіни по всьому робочому діапазону відповідно змінюється кут повороту лопаток 5 і 6, зв'язаних комбінаторною залежністю, завдяки чому забезпечується високий ККД турбіни в широкому діапазоні зміни витрат і потужності турбіни. Статор 7, розміщений перед криволінійною ділянкою спряження водоводу 2 з турбіною, створює опору, яка сприймає власну вагу верхнього бетону та внутрішнього тиску потоку, завдяки чому значно знижується навантаження на металічне облицювання водоводу 2, забезпечуються кращі умови його роботи, підвищення міцності та зниження товщини облицювання. При виконанні осі спіральної, камери 3 та частини спряжуваного водоводу 2, в межах якого розміщується статор 4 та замкнуті лопатки 6, що нахилені в бік відсмоктувальної труби, зменшуються розміри турбінного блоку в плані, котрі визначають розмір споруди ГЕС чи ГАЕС. Гранично можна одержати розміри турбінного блоку при звичайній конструкції направляючого апарату з одним статором 4 та замкнутими лопатками, завдяки чому значно зменшиться об'єм залізобетону споруди ГЕС чи ГАЕС.