Робоче колесо радіально-осьової оборотної гідромашини

Робоче колесо радіально-осьової оборотної гідромашини, що містить верхній і нижній ободи з закріпленими між ними лопатями постійної товщини, напірна й усмоктувальна ділянки яких виконані профільованими, яке відрізняється тим, що лопать, розташована між крайками, виконана товщиною 0,018 , а напірна і усмоктувальна ділянки лопаті на довжині L 0,1 виконані профільованими у відповідності з наступними співвідношеннями (лінійні розміри віднесені до номінального діаметра робочого колеса D1 , кутові - виражені в радіанах): номінальний діаметр робочого колеса - D1 ; 2 0,00097D1 . вальній крайках, кутом охоплення лопатей у плані, законом розподілу товщин по висоті і довжині лопаті, а також кількістю лопатей [1]. Відомо робоче колесо радіально-осьової оборотної гідромашини [2], що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми профільовані лопаті, котрі пристосовані для роботи при напорах від 50 до 70м водного стовпа, з кількістю лопатей Zл=6, відносною висотою напірної ділянки лопаті bл 0,146 , діаметром на усмоктуванні Dвс 0,597 і відповідним співвідношенням геометричних параметрів елементів робочого колеса. Недоліками робочого колеса [2] є: (19) Винахід відноситься до галузі гідромашинобудування і може бути використаний, наприклад, в оборотніх гідромашинах радіально-осьового типу на напори 70...100м. Основним елементом, що визначає енергетичні, кавітаційні, ерозійні і пульсаційні характеристики оборотної гідромашини в турбінному і насосному режимах роботи, є робоче колесо, що складається з верхнього і нижнього ободів і закріплених між ними лопатей. Рівень енергетичних і кавітаційних показників, а також відповідність заданим параметрам, багато в чому залежить від геометрії лопатей, що визначається формою і розташуванням напірної й усмоктувальної крайок, значеннями лопатевих кута, на напірній і усмокту UA (11) 76260 кількість лопатей Z л 7 ; напірна крайка лопаті: 3 76260 4 - низький рівень максимального ККД у турбінЗаявлене робоче колесо радіально-осьової ному режимі (на моделі складає 83%); оборотної гідромашини характеризується тим, що - незабезпеченість повного узгодження форми містить верхній і нижній ободи і закріплені між лопатей з потоком води, що натікає, і потоком у останніми лопаті постійної товщини, напірні й міжлопатевому каналі у турбінному режимі; усмоктувальні ділянки яких виконані профільова- значний рівень пульсацій за робочим коленими, поверхня котрих виконана відповідно до сом у насосному режимі; визначених співвідношень. - вузький діапазон зони роботи з оптимальним При цьому відмітні ознаки передбачуваного ККД у турбінному режимі. винаходу у порівнянні з прототипом полягають у Відомо також робоче колесо радіальнотому, що поверхня лопаті, укладена між крайками, осьової оборотної гідромашини [3], що містить виконана товщиною 0,018 , а напірна і усмокверхній і нижній ободи і закріплені між останніми тувальна ділянки лопаті на довжині L 0,1 виконапрофільовані лопаті, що пристосовані для роботи при напорах від 100 до 120м водного стовпа, з ні профільованими у відповідності з наступними кількістю лопатей Zл=8, відносною висотою напірспіввідношеннями (лінійні розміри віднесені до номінального діаметра робочого колеса D1, кутові ної ділянки лопаті робочого колеса bл 0,179 , - виражені в радіанах): діаметром на усмоктуванні Dвс 0,8 і відповідним - номінальний діаметр робочого колеса - D1; співвідношенням геометричних параметрів елеме- кількість лопатей Zл=7; нтів робочого колеса. Напірна крайка лопаті: Недоліками робочого колеса [3] є: 0,351Z 1832 , , - низький рівень максимального ККД у насосде: 0 Z 0,149 ному режимі (на моделі складає 86,5%); - незабезпеченість повного узгодження форми - кутова координата, рад. лопатей з потоком води, що натікає, і потоком у Лопатевий кут нап.кр.=0,349...0,42 на r 0,5 міжлопатевому каналі у насосному режимі; Усмоктувальна крайка лопаті: - значний рівень пульсацій тиску за робочим =0 колесом у насосному і турбінному режимах; Координати крайки в меридіональному пере- вузький діапазон зони роботи з оптимальним різі: ККД у насосному режимі. 4 3 2 Найбільш близьким з виявлених аналогів до Z 124,38r 86,547r 22,046r 19426r 0,21 , , передбачуваного винаходу є робоче колесо радіаде 0,158 r 0,3163 ; льно-осьової оборотної гідромашини [4], що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останЛопатевий кут: німи лопаті постійної товщини, напірні й 5 4 3 2 0,785l 16752l 10393l 0,03l 0,2609l 0,3385 , , , вс усмоктувальні ділянки яких виконані профільованими, і яке пристосовано для роботи при напорах де 0 l 1 від 60 до 70м водного стовпа, з кількістю лопатей Лопать виконується з листа постійної товщини Zл=6, відносною висотою напірної ділянки лопаті =0,018. При цьому напірна й усмоктувальна крайробочого колеса bл 0,149 , діаметром на усмокки на ділянці довжиною L 0,1 виконані профільотуванні Dвс 0,6 , з відповідним співвідношенням геометричних параметрів елементів робочого колеса, у якого максимальний ККД моделі дорівнює у насосному режимі 86,4% і 87,3% у турбінному і діапазон використання по напорах - від 60 до 70м водного стовпа. Недоліками відомого робочого колеса є: - невисокий рівень максимального ККД у насосному і турбінному режимах; - високий рівень пульсацій тиску за робочим колесом при часткових навантаженнях; - недостатньо широкий діапазон зони з оптимальним ККД у турбінному і насосному режимах; - недостатня пропускна здатність проточної частини. В основу передбачуваного винаходу поставлена задача - створити таке робоче колесо радіально-осьової оборотної гідромашини, нове виконання якого шляхом оптимізації параметрів лопатевої системи робочого колеса дозволило б забезпечити збільшення рівня максимального ККД гідромашини у турбінному і насосному режимах роботи і збільшення пропускної здатності у турбінному режимі при збудженні високих кавітаційних показників у діапазоні напорів від 60 до 100м. ваними у відповідності з наступними співвідношеннями: - напірна крайка: 3 2 7,4133L 3,52L 0,3167L 17,989 , нап.кр. де 0 L 1 ; усмоктувальна крайка: вс.кр. 4,07Ln L 18,313 , де 0 L 1 , Ln - натуральний логарифм. Виконання робочого колеса по обмежувальних ознаках дозволяє одержати працездатне робоче колесо радіально-осьової оборотної гідромашини. Виконання робочого колеса по відмітних ознаках дозволяє одержати робоче колесо радіальноосьової оборотної гідромашини з гарним узгодженням лопатевої системи з потоком води, зниженою інтенсивністю вихороутворення за робочим колесом у турбінному і насосному режимах роботи, з поліпшеними пульсаційними й ерозійними характеристиками. У цілому сукупність суттєвих ознак дозволяє одержати технічний результат - одержати робоче колесо радіально-осьової оборотної гідромашини з 5 76260 6 низьким рівнем пульсацій у проточній частині, з - довжина початкових ділянок лопаті з боку високим рівнем максимального ККД (на 1,7% винапірної й усмоктувальної крайок L 0,1 ще, ніж у прототипу у насосному режимі і на 0,3% - напірна крайка лопаті: у турбінному) при збільшенні пропускної здатності 0,351Z 1832 , де: 0 Z 0,149 ; , зі збереженням кавітаційних показників. Передбачуваний винахід ілюструється малюнкут у горизонтальному переризі (А-А) ками, на яких показано: нап.кр.=0,349...0,42; - Фіг.1 - робоче колесо радіально-осьової обо3 2 7,4133L 3,52L 0,3167L 17,989 ротної гідромашини в меридіональному перерізі; нап.кр. - Фіг.2 - лопать робочого колеса в плані; , - Фіг.3 - переріз А-А по Фіг.1; де 0 L 1 ; - Фіг.4 - переріз Б-Б по Фіг.1. Робоче колесо радіально-осьової оборотної діаметр розташування D1 1,0 ; гідромашини (див. Фіг.1) містить верхній 1 і нижній радіус заокруглення напірної крайки в горизон2 ободи з закріпленими між останніми лопаті 3 тальному перерізі (А-А) rнап.кр.=0,0036D1; постійної товщини, укладеними між напірними 4 і - усмоктувальна крайка лопаті: усмоктувальними 5 крайками, причому напірні 6 і діаметр розташування в меридіональній проеусмоктувальні 7 ділянки лопатей 3 виконані профікції: льованими з наступними геометричними парамет4 3 2 рами (лінійні величини віднесені до номінального Z 124,38r 86,547r 22,046r 19426r 0,21 , , діаметра робочого колеса D1): де 0,158 r 0,3163 ; (див. Фіг.1) D1 - номінальний діаметр робочого лопатевий кут у нормальному до крайки переколеса; ризі (В-В): b л - висота напірної ділянки лопаті; 5 4 3 2 0,785l 16752l 10393l 0,03l 0,2609l 0,3385 , , , вс Dвс - діаметр робочого колеса на усмоктуванні; Z де 0 l 1 - відносна поточна координата; Z D1 вс.кр. 4,07Ln L 18,313 , r - поточний радіус; r де 0 L 1 , Ln - натуральний логарифм. D1 радіус заокруглення усмоктувальної крайки в I перерізі (Б-Б) rвс.кр.=0,00097D1, - поточна довжина крайки; I Dвс Джерела інформації, прийняті в увагу при складанні заявки. (див. Фіг.2) - кутова координата; 1. Грянко Л.П., Η.Η. Зубарев, В.А. Умов, С.А. Шу(див. Фіг.3) нап.кр. - поточна товщина напірної милин - Обратимые гидромашины - Л. Машиностділянки лопаті; роение, 1981, 263с. - максимальна товщина лопаті; 2. Робук Η.Η. и др. Исследования нестационарных нап і - лопатевої кут на напірній крайці лопаті явлений на модели обратимой гидромашины Киена b л ; вской ГАЭС. - Гидротехническое строительство, №3,1974, с.39-44. L - довжина профільованої ділянки лопаті; 3. Пылев И.М., Малышев А.К. Баланс потерь энер(див. Фіг.4) вс.кр. - поточна товщина усмоктугии в модели насос-турбины. - Энергомашиноствального ділянки лопаті; роение, 1979, №6, с.9-12. - максимальна товщина лопаті; 4. Федулов Ю.И., Дедков В.Н. Повышение КПД вс і - лопатевий кут на усмоктувальній крайці; аккумулирования энергии Киевской ГАЭС путем L - довжина профільованої ділянки лопаті; модернизации рабочих колес обратимых гидропри цьому геометричні параметри виконані у машин - Проблемы машиностроения, 1987, відповідності з наступними співвідношеннями: вып.27, с.8-92. - кількість лопатей Ζ=7; - висота напірної ділянки bл 0,149 7 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 76260 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601