Гідротурбіна м.в. кударевко

1. Гідротурбіна, що складається з робочого колеса з валом, встановленим на підшипниках у співвісному з ним прямопроточному корпусі, і напрямного апарата у вигляді приєднаної до корпусу труби з розтрубом на вхідному кінці, яка відрізняється тим, що напрямний апарат на внутрішніх поверхнях розтрубу і труби має сформовані по гвинтових лініях ребра, які утворюють у розтрубі багатозахідну конусоподібну спіраль, що переходить у трубі в багатозахідну циліндричну спіраль, а робоче колесо виконано у вигляді аналогічної багатозахідної, але протилежно закрученої спіралі, встановленої на валу співвісно з ним, причому підшипники вала встановлені у проточних фланцях. 2. Гідротурбіна за п. 1, яка відрізняється тим, що робоче колесо має форму зрізаного конуса і прилягає до напрямного апарата стороною з більшим діаметром. C2 2 (11) 1 3 59956 4 води. Де не дав можливості використовувати цю колесо примикає до напрямного апарата стороною турбіну при спорудженні руслових гідроелектросз більшим діаметром. танцій на неглибоких річках і в руслах з повільною В інших конкретних формах виконання гідротечією води. турбіни, що заявляється, корпус робочого колеса Найбільш близьким аналогом гідротурбіни, що виконаний у вигляді усіченого конуса, який має на заявляється, вибраним як прототип, є відома гідвихідній стороні дифузор· ротурбіна, що використовується в складі малої Робоче колесо виконано у вигляді багатозахіплавучої гідроелектростанції [2]. Вона містить родної циліндричної спіралі. боче колесо з валом, встановленим на підшипниРобоче колесо має співвісний з валом решітках у корпусі, проточну частину (напрямний апачастий барабан, наприклад утворений рівномірно рат) у вигляді труби з вхідним розтрубом і розташованими по колу стержнями, а спіральні випускний трубопровід, причому площа поперечребра колеса закріплені на цьому барабані. ного перерізу кінцевої частини випускного трубопКрок спіралей напрямного апарата поступово роводу поступово збільшується в напрямку водозбільшується в напрямку, протилежному водотоку. току. Спільними суттєвими ознаками відомої Спіраль робочого колеса виконана з числом гідротурбіни та гідротурбіни, що заявляється, є заходів ребер у два рази меншим, ніж число захоробоче колесо з валом, встановленим на підшипдів спіралей напрямного апарата. никах у співвісному з ним прямоточному корпусі, Число заходів спіралі робочого колеса відрізта напрямний апарат у вигляді під'єднаної до корняється від числа заходів спіралей напрямного пусу труби з розтрубом на вхідному кінці. апарата на І. В цій гідротурбіні забезпечується більший розСпіраль напрямного апарата складається з хід води через робоче колесо завдяки розтрубу одновиткових ребер, а спіраль робочого колеса - з (конфузору) на проточній частині і дифузорній фопіввиткових. рмі кінцевої частини випускного трубопроводу. Оснащення у запропонованій гідротурбіні внуПроте, ці технічні заходи при використанні такої трішніх поверхонь напрямного апарата спіральнигідротурбіни у руслах з повільною течією води не ми ребрами забезпечує закручування потоку води, дають суттєвого збільшення крутильного моменту що проходить через нього, і таким чином перетвона валу робочого колеса. Це обумовлено тим, що рення її руху з поступального (лінійного) в обертопоступально (лінійно) протікаюча через колесо во-вихревий, або віхоловий. Внаслідок цього в вода віддає йому невелику частину своєї кінетичцентральній частині напрямного апарата і, особної енергії, а конфузорно-дифузорна система гідливо, на виході з нього тиск зменшується, що приротурбіни при повільному русі води не створює водить до втягування у напрямний апарат через достатнього швидкісного напору перед колесом розтруб додаткової кількості води, В результаті (або зменшення тиску за ним), що забезпечувало швидкість її, а отже, і швидкісний напір води в би збільшення потужності гідротурбіни. Тому в цьому місці, тобто перед робочим колесом, зросмісці розташування гідротурбіни встановлюють тає. Оскільки спіральні ребра на робочому колесі водопідпірну споруду для утворення високошвидзакручені в сторону протилежну щодо створеного кісного потоку води. вихревого руху води в зоні їх розташування, то Але це ускладнює експлуатаціязавихрені потоки діють на них під великим кутом гідроелектростанції, особливо в зимовий період, до їх поверхонь і, завдяки конусоподібній формі збільшує матеріаломісткість її та об'єм робіт по робочого колеса, по всій довжині поверхонь. Крім спорудженню станції. того, така форма робочого колеса забезпечує відВ основу винаходу поставлена задача збільбір енергії від потоків майже по всьому нормальшення крутильного моменту і, відповідно, потужному перерізу труби напрямного апарата (крім ності прямопроточної руслової гідротурбіни шляневеликої центральної частини її). При цьому дія хом перетворення поступального (прямолінійного) завихрених потоків води на робоче колесо б переруху води в напрямному апараті гідротурбіни в важно активною. Водночас потоки, що протікають обертово-вихревий і забезпечення за рахунок цьоміж спіральними ребрами колеса, створюють на го більш ефективної дії води на робоче колесо, виході з них реактивну дію. Разом зазначені факсформоване відповідно до такого руху. тори (обертово-вихревий рух води на вході в роПоставлена задача вирішується тим, що у вібоче колесо і в зоні його розташування, збільшендомій гідротурбіні, яка складається з робочого коня швидкісного напору перед робочим колесом, леса з вадом, встановленим на підшипниках у спіконусоподібна форма колеса з великою площею ввісному з ним прямоточному корпусі, і спіральних ребер, активна і реактивна дія водотонапрямного апарата у вигляді під'єднаної до корку на робоче колесо) обумовлюють значний крутипусу труби з розтрубом на вхідному кінці, згідно з льний момент на валу робочого колеса навіть при винаходом, напрямний апарат на внутрішніх повеповільній течії води в руслі і, як кінцевий резульрхнях розтрубу і труби має сформовані по гвинтотат, збільшення потужності гідротурбіни. Крім того, вих лініях ребра, які утворюють у розтрубі багатозростав к.к.д. гідротурбіни (відношення потужності західну конусоподібну спіраль, що переходить у турбіни до потужності діючого на неї потоку)· трубі в багатозахідну циліндричну спіраль, а робоВ інших конкретних формах виконання гідроче колесо виконано у вигляді аналогічної за фортурбіни, що заявляється, удосконалення спрямомою конусоподібної багатозахідної, але протилежвані на підсилення тої чи іншої дії потоків, зменно закрученої спіралі, встановленої на валу, шення втрат кінетичної енергії водотоку або наприклад за допомогою ряду співвісних з ним стосуються спрощення конструкції чи виготовленкілець з радіальними спицями, причому робоче ня гідротурбіни в окремих випадках її використан 5 59956 6 потоки, що протікають поздовжньо через канали, Суть винаходу пояснюється кресленнями, де утворені ребрами спіралі робочого колеса, ствозображені: рюють на виході з них реактивну дію. Оскільки на фіг.1 - загальний вигляд гідротурбіни, позактивна і реактивна дії співпадають за напрямком довжній розріз; (у наведеній на фіг.1 конструкції гідротурбіни це на фіг.2 - розріз А-А на фіг.1; правосторонній напрямок, або за годинниковою на фіг.3 - розріз Б-Б на фіг.1; стрілкою), то ці обидві дії сумуються на робочому на фіг.4-6 - варіанти конструктивного виконанколесі, що забезпечує максимальний відбір потужня гідротурбіни, поздовжні розрізи загальних виності від потоків. глядів; Гідротурбіна, що представлена на фіг.4 як вана фіг.7 - розріз А-А на фіг.6. ріант конструктивного виконання, складається з Гідротурбіна (фіг.1) складається з напрямного тих же елементів, що й розглянута вище, але вона апарата 1 у вигляді труби 2 з розтрубом 3 і робомає корпус 5 робочого колеса 4 у вигляді усіченого чого колеса 4, встановленого у циліндричному конуса з розтрубом (дифузором) на вихідній стокорпусі 5 на валу 6 за допомогою ряду співвісних з роні. При такій формі корпуса відбувається стисвалом кілець 7 з радіальними спицями 8 (фіг.2). нення потоку води, протікаючої через робоче коВал 6 спирається на підшипники 9, розташовані у лесо, і як наслідок, збільшення поздовжньої проточних фланцях 10 (фіг.3), прикріплених до складової швидкості потоку в корпусі, а на виході з корпусу 5 на вхідній і вихідній сторонах його, як це нього, в дифузорі - зменшення поздовжньої швидпоказано на фіг·1. На внутрішніх поверхнях труби кості потоку, В результаті зростав швидкісний на2 і розтрубу 3 закріплені ребра, сформовані по пір і в цьому місці гідротурбіни, що додатково збігвинтових лініях. Вони розташовані рівномірно по льшує її потужність. В цілому ж дана гідротурбіна периметрах цих поверхонь і утворюють у розтрубі працює аналогічно попередній. 3 багатозахідну (наприклад із числом заходів 6) Гідротурбіна на фіг.5 виконана з робочим коконусоподібну спіраль 11, що переходить у трубі 2 лесом 4 у вигляді багатозахідної циліндричної спів багатозахідну циліндричну спіраль 12. Робоче ралі. Працює ця гідротурбіна аналогічним чином, колесо виконано також у вигляді багатозахідної але з тою різницею, що при такій форді робочого спіралі, що складається з ряду рівномірно розтаколеса передня його частина дів суто як активна, а шованих по коду ребер, і має конусоподібну форзадня - тільки як реактивна. Таку гідротурбіну дому. Ребра цієї спіралі сформовані по гвинтових цільно використовувати при швидкій течії води у лініях в сторону протилежну щодо спіралей наруслі. Перевагою її е більш проста конструкція прямного апарата, тобто, якщо в напрямному апаробочого колеса та однакові за розмірами устанораті правосторонні спіралі, то на робочому колесі вочні елементи його, наприклад кільця 7 зі спицялівостороння, 1 і навпаки. ми 8, що полегшує виготовлення гідротурбіни. Гідротурбіну монтують горизонтально або під На фіг.6 представлено варіант конструктивноневеликим кутом до дна русла на плавучій платго виконання гідротурбіни, в якому робоче колесо формі, де вона розташовується під поверхнею 4 має співвісний з валом 6 решітчастий барабан водотоку (у зануреному стані), або встановлюють 13, наприклад утворений рівномірно розташована опорній конструкції на дні русла. Вихідний кіними по коду стержнями, а спіральні ребра колеса нець вала робочого колеса кінематично зв'язують закріплені на цьому барабані (приварені до нього). з валом генератора електричного струму або наНаведена конструкція робочого колеса більш техсосної установки, які звичайно розташовують танологічна при великих розмірах спіралі. Крім того, кож на плавучій платформі, на містку при березі таке робоче колесо має більшу жорсткість, що дає річки тощо. можливість використовувати гідротурбіну у бурхГідротурбіна працює таким чином. ливих гірських водотоках. Разом з тим, конструкція Потік води, що надходить у напрямний апарат, забезпечує вільне протікання (з мінімальними поступово закручується спіральними ребрами у втратами) через робоче колесо як завихрених порозтрубі 3 та у трубі 2 і, таким чином, перетворютоків, так й поздовжніх. ється з поступального в обертово-вихревий (віхоВ деяких випадках використання гідротурбіни, ловий). Це призводить до падіння тиску в центращо заявляється, наприклад при швидкій течії води льній частині напрямного апарата, внаслідок чого у руслі, малому діаметрі гідротурбіни тощо, спіралі виникав всмоктуючий ефект, що збільшує надхо11 та 12 напрямного апарата доцільно робити з дження води у напрямний апарат через розтруб 3 кроком, який поступово збільшується в напрямку, (втягуванню води в напрямний апарат через вихіпротилежному водотоку, тобто від вихідного кінця дну сторону корпуса 5 перешкоджав робоче коленапрямного апарата до вхідного. Таке конструктисо). В результаті швидкісний напор води перед вне виконання гідротурбіни забезпечує більш пларобочим колесом зростає. Завихрені потоки, виховне закручування потоку, що протікав через надячи з каналів між ребрами напрямного апарата, прямний апарат, завдяки чому зменшуються поступають на ребра спіралі робочого колеса 4. втрати кінетичної енергії, зумовлені опірністю спіВони діють на них під великим кутом і завдяки ралей, яка проявляється при швидкій течії води, цьому передають їм більшу частину своєї кінетичмалому діаметрі напрямного апарата (0,3-0,7м.), ної енергії. Ця дія периферійних завихрених потовеликому числі заходів спіралей (більше 6-ти), ків на робоче колесо є активною, і вона тим ефекзначній ширині ребер (200-300мм) в гідротурбінах тивніша, чим більша (до певної міри) сумарна великого діаметру. площа ребер робочого колеса, що й обумовлює Спіраль робочого колеса може бути виконана вибір такої його конструкції і форми. Разом з тим, з числом заходів ребер у два рази меншим, ніж ня. 7 59956 8 число заходів спіралей напрямного апарата. Це чення, які в даний час використовуються при спосуттєво спрощує виготовлення робочого колеса. рудженні малих руслових гідроелектростанцій. Це Таку гідротурбіну доцільно використовувати у русвисока ефективність (к.к.д.) відбору енергії від волах зі швидким водотоком або при невеликій потдотоку, значний крутильний момент на валу роборебі в електроенергії, оскільки при такому викочого колеса, компактність конструкції, можливість нанні робочого колеса дещо зменшується виготовлення гідротурбіни силами невеликої майкрутильний момент на його валу. стерні в сільських умовах, можливість пристосуваВиготовлення спіралі робочого колеса з чисти її до різних умов експлуатації тощо. На базі гідлом заходів ребер, яке відрізняється від числа ротурбіни, що заявляється, можуть бути створені заходів спіралей напрямного апарата на 1, забезрізноманітні малі і мініелектростанції, а також напечує більш стабільне обертання робочого колеса сосні установки як для індивідуального користупри повільній течії води, оскільки при такому виковання, так і для колективних, фермерських госпонанні гідротурбіни канали, утворені ребрами спідарств, дачних кооперативів і т.п., в тому числі для ралей напрямного апарата і робочого колеса, в експлуатації на неглибоких річках і річках з повільбудь-який момент часу не співпадають, і тому роною течією води, що дасть значну економію електбоче колесо при повільному обертанні не може роенергії, яка зараз споживається з мереж електзафіксуватись потоками, перетікаючими з каналів ропостачання. напрямного апарата у канали між ребрами робоДжерела інформації: чого колеса. 1. Гидротехнические установки малой и средСпіраль напрямного апарата може бути виконей мощности. Справочное руководство. Под ред. нана з одновиткових ребер, а спіраль робочого Ф.Т. Марковского. Киев-М. ГНТИ машиностроитеколеса - з піввиткових. Це полегшує виготовлення льной литературы, 1962, с. 27. гідротурбіни при малих діаметрах складових час2. Гидроелектростанция и способ ее сооружетин (0,5-1,0м), забезпечує компактність і менший ния. Патент России по заявке № 95115316/13 от 6 розхід матеріалів при великих діаметрах. 31.08.1955, МПК Ε 02 В 9/00. Номер публикации Запропонована гідротурбіна має суттєві пере2088724, вид документа С1, дата публикации ваги перед гідротурбінами аналогічного призна27.08.1997. 9 Комп’ютерна верстка М.Клюкін 59956 Підписне 10 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