Прямоточний гідроагрегат

Корисна модель відноситься до гідроенергетики, зокрема , до прямоточних гідроагрегатів мікроГЕС, виконаним за схемою Страфло. У прямоточному гідроагрегаті Страфло ротор генератора встановлений на обичайці робочого колеса турбіни навкруги камери турбіни й із зазором всередині статора генератора, котрий включає корпус і сердечник з обмоткою. Турбіна має передній і задній статори, робоче колесо з лопатями та обичайкою і напрямний апарат. Лопаті постачені двома співвісними циліндричними хвостовиками, кожна, основним і допоміжним, які закріплені: основний - у маточині і допоміжний - в обичайці робочого колеса. Робочі елементи генератора і підшипникових вузлів звичайно ізольовані від проточного тракту турбіни ущільненнями. Відомі прямоточні гідроагрегати [пат. США №4464580 від 17.03.82р., кл. F16J15/00,15/34; авт. св. СРСР №1622607 від 01.11.88р. кл.F03В11/06, 13/00, М.Л. С теклов. «Горизонтальные электрические турбины. Конструкция и расчет». –Л: Машиностроение, 1974, с.13-16; Л.Б. Бернштейн «Прямоточные и погруженные гидроагрегаты.» -М: 1962, с.19-21, пат. України №12780 від 11.08.93р., пріор, від 04.03.88р., кл.F03В3/04, 13/00], у яких основний хвостовик лопаті жорстко закріплений у маточині робочого колеса. Таке закріплення не дозволяє лопаті повертатися навколо своєї осі обертання на певний кут щодо набігаючого потоку води, близький до оптимального в залежності від напору Н, м. Найближчим аналогом запропонованого технічного рішення є прямоточний гідроагрегат [декл. пат. України №1785 від 05.08.2002, дата публ. 15.05.2003р., бюл.№5, 2003р., кл. F03B13/00, F03B3/04, F03B11/00, F16J15/34], виконаний у вигляді моноблока і вміщуючий гідротурбіну, електричний генератор і систему ущільнень з’єднань пар обертового руху. Гідротурбіна має камеру, робоче колесо з лопатями, обичайкою, маточиною та опорними цапфами, передній і задній статори, оснащені обтічниками, які містять підшипникові вузли. Недоліком цього гідроагрегату є неможливість реалізації принципу збереження постійного знака гідравлічного моменту шляхом значного зміщення осі обертання лопаті, при якому на лопаті в одну сторону діє зусилля від гідравлічного моменту, а в іншу - зовнішня сила від пружного елемента (пружини) або сервомотора, оскільки основний хвостовик робочої лопаті закріплений у маточині гідротурбіни жорстко, тобто без пружного елемента. В основу корисної моделі поставлене завдання створення моноблочного прямоточного гідроагрегату мікроГЕС, у якому за рахунок нового конструктивного виконання закріплення основного хвостовика робочої лопаті гідротурбіни забезпечується збереження високого ККД гідроагрегату при змінюючій величині напору Н. Поставлене завдання вирішується тим, що в гідроагрегаті, виконаному у вигляді моноблока, що містить прямоточну саморегулюючу поворотно-лопатеву тр убну гідротурбіну із чотирма робочими лопатями, постаченими двома співвісними циліндричними хвостовиками, кожна, основним і допоміжним, котрі закріплені: основний - у маточині і допоміжний - в обичайці робочого колеса турбіни, відповідно до корисної моделі, основний хвостовик кожної лопаті закріплений у маточині робочого колеса турбіни за допомогою пружного елемента типу сайлент-блок, котрий представляє собою дві металеві тонкостінні циліндричні втулки, до яких привулканизирована гумова втулка, причому зовнішня втулка сайлент-блока запресована в маточині робочого колеса турбіни, а у вн утрішню втулку сайлент-блока запресований основний хвостовик лопаті турбіни. Така конструкція пристрою, на відміну від найближчого аналога, дозволяє лопаті повертатися навколо своєї осі обертання на певний кут, щодо набігаючого потоку води, близький до оптимального, в залежності від напору Н, м, витрати води Q, дм 3/с, зберігаючи при цьому оптимальну величину ККД . Виконання гідротурбіни у вигляді чотирьохлопатевої прямоточної осьової пропелерної гідротурбіни обумовлене тим, що така турбіна має найвищу пропускну здатність із всіх відомих типів реактивних турбін. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображені: на Фіг.1 - графік залежності кута повороту лопаті навколо своєї осі обертання j від напору води Н, м, витрати води Q, дм 3/с, а також від споживаного навантаження(потужності); на Фіг.2 - прямоточний гідроагрегат відповідно до корисної моделі (поздовжній розріз частково); на Фіг.3 - вузол І на Фіг.2 у масштабі (поздовжній розріз частково). Прямоточний гідроагрегат виконаний у вигляді моноблока і містить гідротурбіну, електричний генератор і систему ущільнень з’єднань пар обертового руху, котра ізолює від проточного тракту турбіни порожнину статора генератора і підшипникові вузли. Моноблок має горизонтальну і вертикальну осі симетрії. Електричний генератор виконаний у вигляді 3-хфазного багатополюсного синхронного генератора із збудженням від висококоерцитивних постійних магнітів. На Фіг.2 показана обмотка синхронного генератора 1 і індуктор з постійними магнітами 2. Гідротурбіна виконана у вигляді чотирьохлопатевої прямоточної осьової пропелерної турбіни 3 і має напрямний апарат 4, колони заднього статора турбіни 5, передній статор турбіни 6, задній статор турбіни 7. Турбіна 3 має робочі лопаті 11, закріплені в маточині 13 – основний хвостовик і обичайці робочого колеса турбіни 8– допоміжний хвостовик 9. Основний хвостовик робочої лопаті турбіни 10 закріплений у маточині 13 робочого колеса турбіни 3 за допомогою пружного елемента типу сайлент-блок 12, котрий являє собою дві металеві тонкостінні циліндричні втулки, до яких привулканизирована гумова втулка, при цьому зовнішня втулка сайлент-блока запресована в маточині робочого колеса турбіни, а у внутрішній втулці сайлент-блока запресований основний хвостовик лопаті, а гумова втулка сайлент-блока через пружні властивості гуми є пружним елементом для повороту лопаті навколо своєї осі обертання на певний кут щодо набігаючого потоку води, близький до оптимального в залежності від напору води Н,м, витрати води Q, дм 3/с, а також від споживаного навантаження(потужності) Р, кг відповідно до наведеного графіка Фіг.1. Гідроагрегат здатний працювати, як від природних водяних потоків, так і від рідинних технологічних потоків промислових підприємств. Водяний потік подається від водозаборника по водопідводному трубопроводу (не показані) у камеру чотирьохлопатевої прямоточної осьової пропелерної турбіни. Така турбіна має найвищу пропускну здатність із всіх відомих типів реактивних турбін. Водяний потік обходить обтічник і проходить між чотирма напрямними лопатками напрямного апарату 4. Лопатки змінюють напрямок водяного потоку і він далі надходить на чотири робочі лопаті робочого колеса турбіни під кутом, при якому відбувається оптимальний відбір потужності. Лопаті повертаються під дією водяного потоку, що направляється на них під кутом і викликають поворот нерухомо пов’язаних з ними інших елементів робочого колеса турбіни: обичайки 8, маточини та опорних цапф. При цьому разом з робочим колесом турбіни приводиться в обертання ротор генератора, що складається з індуктора, тобто обертається вся роторна частина гідроагрегату. Під дією постійних магнітів індуктора 2, який обертається, наводиться електрорушійна сила в робочій обмотці 1 багатополюсного 3-хфазного синхронного генератора, розміщеної на сердечнику статора генератора в порожнині статора генератора. Вихідна електрична напруга генератора знімається за допомогою гідрозахищеної коробки електричних виводів (не показана), установленої на корпусі статора генератора. Після проходження через проміжки між лопатями робочого колеса турбіни, водяний потік проходить далі уздовж камери турбіни, обходить обтічник заднього статора турбіни 7 і випрямляється чотирма опорними колонами 5 заднього статора турбіни. Випрямлений водяний потік виводиться з гідроагрегату в зливальний дифузор (не показаний).