Робоче колесо радіально-осьової гідромашини

Робоче колесо радіально-осьової гідромашини, що містить верхній та нижній ободи із закріпленими між ними лопатямі, поверхня яких виконана у відповідності з певними співвідношеннями геометричних параметрів, яке відрізняється тим, що номінальна поверхня лопаті виконана у відповідності з наступними співвідношеннями геометричних параметрів, де лінійні розміри віднесені до номінального діаметра робочого колеса D1 : 2 гідромашин на напори від 200 до 310м водного стовпа. 3 79845 Основним елементом, що визначає енергетичні, кавітаційні, ерозійні і пульсаційні характеристики радіально-осьової гідромашини є робоче колесо, що складається з верхнього і нижнього ободів і закріплених між ними лопатей. Рівень енергетичних і кавітаційних показників багато в чому залежить від геометрії лопатей, що визначається формою і розташуванням вхідної й вихідної крайок, значеннями лопатевих кутів на вхідній і вихідній крайках, кутом охоплення лопатей у плані, розподілом товщини по висоті лопаті, кількістю лопатей. При цьому, низький кавітаційний коефіцієнт турбіни s т , дає можливість зниження об'єму будівельних робіт та зменшення затрат на будівництво нової гідроелектростанції, або при проведенні модернізації, коли гідроелектростанція збудована, шляхом заміни тільки робочого колеса підвищити потужність турбіни [1, 2]. Відомо робоче колесо радіально-осьової гідротурбіни [3], що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми профільовані лопаті, котре пристосовано для роботи на напорах від 150 до 250м водного стовпа, з кількістю лопатей Zл = 15 , відносною висотою лопаток напрямного апарата b0 = 0,104 , діаметром розташування вихідної крайки лопаті на нижньому ободі D2ноб = 0,6426 , з кавітаційним коефіцієнтом турбіни s т = 0,038 режимі максимального ККД і з певними співвідношеннями геометричних параметрів елементів робочого колеса. Недоліками відомого робочого колеса [3] є: - низький рівень максимального ККД; - незабезпеченість повного узгодження форми лопатей із натікаючим потоком води; - значний рівень пульсацій тиску за робочим колесом; - недостатність сприятливих умов на виході з лопатей робочого колеса; - недостатня пропускна здатність робочого колеса; - недостатній рівень кавітаційного показника. Найбільш близьким з виявлених аналогів до передбачуваного винаходу є робоче колесо радіально-осьової гідротурбіни [4], що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми лопаті постійної товщини, що пристосовано для роботи на напорах від 230 до 310м водного стовпа (РО310/1107), з кількістю лопатей Z л = 14 , відносною висотою лопаток напрямного апарата b0= 0,14 , діаметром розташування вихідної крайки лопаті на нижньому ободі D2 ноб = 0,85 , з кавітаційним коефіцієнтом турбіни s т = 0,046 у режимі максимального ККД і з певними співвідношеннями геометричних параметрів елементів робочого колеса. Недоліками відомого робочого колеса [4] є: - незабезпеченість повного узгодження форми лопатей із натікаючим потоком води; - значний рівень пульсацій тиску за робочим колесом при часткових навантаженнях; 4 - недостатність сприятливих умов на виході з лопатей робочого колеса; - недостатній рівень кавітаційного показника. В основу передбачуваного винаходу поставлена задача - створити таке робоче колесо радіально-осьової гідромашини для роботи на напорах від 200 до 310м. водного стовпа, нове виконання якого шляхом оптимізації параметрів лопатевої системи робочого колеса дозволило б забезпечити зниження кавітаційного коефіцієнта турбіни при збереженні високого ККД і пропускної здатності. Заявлене робоче колесо радіально-осьової гідромашини характеризується тим, що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми лопаті, поверхня котрих виконана у відповідності із певними співвідношеннями геометричних параметрів елементів робочого колеса. При цьому відмітні ознаки передбачуваного винаходу у порівнянні з прототипом полягають у тому, що поверхня лопатей виконана у відповідності із наступними співвідношеннями геометричних параметрів (лінійні розміри віднесені до номінального діаметра робочого колеса D1 ): номінальний діаметр робочого колеса – D1 ; кількість лопатей Z л = 14 ; відносна висота лопаток напрямного апарата b0 = 0,12 ; вхідна крайка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D1 воб = 1,0 , діаметр розташування на нижньому ободі D1 ноб = 1,0 , положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1ноб = 0,121 , кутова координата на верхньому ободі jвоб= 40° , кутова координата на нижньому ободі jвоб= 38° , радіус вхідної крайки у горизонтальному перерізі на bi (по висоті лопати) rвх = const = 0,0065 , де bi - текуча координата відносно верхнього кільця напрямного апарата (від верхнього до нижнього обода), лопатевий кут на вході у горизонтальному перерізі на bi (від верхнього до нижнього обода) b1 = 80°... 85° ; i вихідна крайка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D2 воб = 0,358 , діаметр розташування на нижньому ободі D2 ноб = 0,884 , положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b2воб = 0,149 , положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b2ноб = 0 ,339 , 5 79845 товщина вихідної крайки у нормальному до крайки перерізі на Li Dвих = const = 0,0048 , де Li - текуча довжина вихідної крайки (від верхнього до нижнього обода), лопатевий кут на виході лопаті у нормальному до крайки перерізі на Li (від верхнього до нижнього обода) b 2i = 25°... 15° ; максимальна товщина лопаті dмакс = 0,025 . Виконання робочого колеса по обмежувальних ознаках дозволяє одержати працездатне робоче колесо радіально-осьової гідромашини. Виконання робочого колеса по відмітних ознаках дозволяє одержати робоче колесо радіальноосьової гідромашини з гарним узгодженням лопатевої системи з потоком води, зниженою інтенсивністю вихроутворення за робочим колесом, з поліпшеними пульсаційними й кавітаційними характеристиками. У цілому, сукупність суттєви х ознак дозволяє одержати технічний результат - одержати робоче колесо радіально-осьової гідромашини з низьким рівнем пульсацій у проточній частині, з низьким кавітаційним коефіцієнтом турбіни (у режимі максимального ККД s т = 0,029 ) зі збереженням високого ККД і пропускної здатності. Передбачуваний винахід ілюструється кресленням, на котрих показано: Фіг.1 - робоче колесо радіально-осьової гідромашини в меридіональному перерізі; Фіг.2 - лопать робочого колеса в плані; Фіг.3 - горизонтальний переріз А-А по Фіг.1; Фіг.4 - нормальний до вихідної крайки лопаті переріз Б-Б по Фіг.1. Протокова частина робочого колеса 1 спілкується із протоковою частиною напрямного апарата (не позначено), що обмежена верхнім 2 і нижнім (не показано) кільцями напрямного апарата, між котрими розміщено лопатку напрямного апарата (не показано). Робоче колесо радіально-осьової гідромашини містить верхній 3 і нижній 4 ободи і закріпленні між останніми лопаті 5 із наступними геометричними параметрами (лінійні розміри віднесені до номінального діаметра робочого колеса D1 : (див. Фіг.1) D1 - номінальний діаметр робочого колеса, b0 відносна висота лопаток напрямного апарата, D1 воб - діаметр розташування вхідної крайки лопаті на верхньому ободі, D2 воб - діаметр розташування вихідної крайки лопаті на верхньому ободі, D1 ноб - діаметр розташування вхідної крайки лопаті на нижньому ободі, D2 ноб - діаметр розташування вихідної крайки лопаті на нижньому ободі, b1ноб - положення вхідної крайки лопаті на нижньому ободі, b2ноб - положення вихідної крайки лопаті на нижньому ободі, b2воб - положення вихідної крайки лопаті на верхньому ободі, bi - текуча координата горизонтального перерізу лопаті відносно верхнього кільця напрямного апа 6 рата, Li - текуча довжина вихідної крайки лопаті від верхнього обода до перерізу ви хідної крайки лопаті; (див. Фіг.2) jвоб - кутова координата вхідної крайки лопаті на верхньому ободі, jноб - кутова координата вхідної крайки лопаті на нижньому ободі, D1воб - діаметр розташування вхідної крайки лопаті на верхньому ободі, D1ноб - діаметр розташування вхідної крайки лопаті на нижньому ободі; (див. Фіг.3) rвх - радіус вхідної крайки лопаті, b1 - лопатевий кут на вході лопаті на bi , Ri - раі діус розташування вхідної крайки лопаті на bi , dмакс - максимальна товщина лопаті; (див .Фіг.4) b 2і - лопатевий кут на виході лопаті на Li , Dвих - товщина ви хідної крайки лопаті; при цьому, геометричні параметри виконані у відповідності із наступними співвідношеннями: кількість лопатей Z л = 14 ; відносна висота лопаток напрямного апарата b0 = 0,12 ; вхідна крайка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D1 воб = 1,0 , діаметр розташування на нижньому ободі D1 ноб = 1,0 , положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1ноб = 0,121 , кутова координата на верхньому ободі jвоб= 40° , кутова координата на нижньому ободі jвоб= 38° , радіус вхідної крайки у горизонтальному перерізі на bi (по висоті лопати) rвх = const = 0,0065 , де bi - текуча координата відносно верхнього кільця напрямного апарата (від верхнього до нижнього обода), лопатевий кут на вході у горизонтальному перерізі на bi (від верхнього до нижнього обода) b1 = 80°... 85° ; i вихідна крайка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D2 воб = 0,358 , діаметр розташування на нижньому ободі D2 ноб = 0,884 , положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b2воб = 0,149 , положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b2ноб = 0 ,339 , товщина вихідної крайки у нормальному до крайки перерізі на Li Dвих = const = 0,0048 , де Li 7 79845 - текуча довжина вихідної крайки (від верхнього до нижнього обода), лопатевий кут на виході лопаті у нормальному до крайки перерізі на Li (від верхнього до нижнього обода) b 2i = 25°... 15° ; максимальна товщина лопаті dмакс = 0,025 . Джерела інформації: 1. Н.Н.Ковалев «Гидротурбины». - Л.: «Машиностроение», 1971, с. 19-20, с.186-187. Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 8 2. В.Б.Андреев, Г.А.Броновский и др.; Под общ. ред. Н.И. Ковалева «Справочник по гидпотурбинам». - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984, с.16, с.25, с.30, рис. 1.25, с.32-33. 3. Ф.В.Аносов, И.М. Гамус и др. «Турбинное оборудование гидроэлектростанций». - М.-Л., Госэнергоиздат, 1958, с. 15, рис. 1-13, с.92, рис.345,3-46. 4. Веремеенко И.С., Трампольский В.Д. Разработка конструкции и исследование проточной части гидротурбины Рогунской ГЭС. Энергомашиностроение, №11, 1987, с.26-31. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601