Високонапірне робоче колесо радіально-осьової гідромашини

Високонапірне робоче колесо радіальноосьової гідромашини, що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми лопаті, поверхня котрих виконана у відповідності із певними співвідношеннями геометричних параметрів, яке відрізняє ться тим, що номінальна поверхня лопаті виконана у відповідності із наступними співвідношеннями геометричних параметрів: (лінійні величини віднесені до номінального діаметра робочого колеса D1) номінальний діаметр робочого колеса - D1; кількість лопатей Zл = 14; відносна висота лопатки напрямного апарата b0 = 0,12, ; вхідна кромка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D1 в об 10, = , діаметр розташування на нижньому ободі D1 ноб= 10, , положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1 в об = 0, 2 (19) 1 3 82240 Передбачуваний винахід відноситься до гідромашинобудування ι може бути використаний при виготовленні робочих колес радіальноосьових гідромашин. На енергетичні, кавітаційні, ерозійні і пульсаційні характеристики робочого колеса радіально-осьової гідромашини вирішальний вплив, як правило, справляють геометричні параметри елементів робочого колеса. Найбільш важливими параметрами є геометричні характеристики лопатей робочого колеса, форма і розташування вхідної і вихідної кромок лопатей, лопатевих кутів на вході і ви ході, розподілення товщин по висоті лопаті, також кількість лопатей [1]. Відомо високонапірне робоче колесо радіально-осьової гідротурбіни [2], що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останнімі лопаті, котре пристосовано для роботи на напорах від 207м до 310м водного стовпа (РО 310/957), з кількістю лопатей Ζл = 15, з відносною висотою b0 лопаток напрямного апарата = 0,12, з коефіцієнтом корисної дії ККД = 89,6% у оптимумі характеристики, з коефіцієнтом швидкохідності ns = 154,3хв-1 на лінії обмеження потужності і з певними співвідношеннями геометричних параметрів елементів робочого колеса. Недоліками відомого робочого колеса є: - незабезпеченість повного погодження форми лопатей із натікаючим потоком води і потоком у міжлопатевому каналі; - недостатність сприятливих умов на виході з решіткі лопатей робочого колеса; - низький ККД у оптимумі характеристики. Найбільш близьким з виявлених аналогів до передбачуваного винаходу є високонапірне робоче колесо радіально-осьової гідротурбіни [3, 4], що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останнімі лопаті, котре рекомендовано стандартом і котре пристосовано для роботи на напорах від 220м до 310м водного стовпа (РО 310/2724), з кількістю лопатей Ζл = 14, з відносною висотою лопаток напрямного апарата b0 = 0,12, з коефіцієнтом корисної дії ККД = 91,2% у оптимумі характеристики, з коефіцієнтом швидкохідности ns = 154,7хв-1 на лінії обмеження потужності і з певними співвідношеннями геометричних параметрів елементів робочого колеса. Недоліками відомого робочого колеса є: - незабезпеченість повного погодження форми лопатей із натікаючим потоком води і потоком у міжлопатевому каналі; - недостатність сприятливих умов на виході з решіткі лопатей робочого колеса; - недостатній ККД у оптимумі характеристики. В основу передбачуваного винаходу поставлено задачу - створити таке високонапірне робоче колесо радіально-осьової гідромашини для роботи на напорах від 207м до 310м водного стовпа, нове виконання котрого шляхом удосконалення параметрів лопатевої системи робочого колеса дозволило б забезпечити достатньо високий ККД робочого колеса у 4 оптимумі характеристики, відсутність впливу кавітаційних явищ на рівень ККД і збереження рівня коефіцієнта швидкохідності на лінії обмеження потужності. Високонапірне робоче колесо радіальноосьової гідромашини що заявляється характеризується тим, що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останнімі лопаті, поверхня котрих виконана у відповідності із певними співвідношеннями геометричних параметрів. При цьому, відмітні ознаки передбачуваного винаходу у порівнянні із прототипом полягають у тому, що номінальна поверхня лопатей виконана у відповідності із наступними співвідношеннями геометричних параметрів: (лінійні величини віднесені до номінального діаметра робочого колеса D1) номінальний діаметр робочого колеса - D1, кількість лопатей Zл = 14; відносна висота лопаткі напрямного апарата b0 - 0,12; вхідна кромка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D1 в об = 1,0 діаметр розташування на нижньому ободі D1 ноб =1.0, положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1 в об = 0, положення на нижньому ободі верхнього кільця напрямного апарата 0,1206, відносно b1 в об = кутова координата на верхньому ободі q в об = 40,7°, кутова координата на нижньому ободі q ноб = 39,5°, радіус вхідної кромки у горизонтальному перерізі на bi (по висоті вхідної кромки лопаті) rв х = 0,0055...0,0058, де bi - текуча координата відносно верхнього кільця напрямного апарата, лопатевий кут на вході у горизонтальному перерізі на bi (по висоті вхідної кромки лопаті) b 1і = 74,3°...77°; вихідна кромка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D2 в об = 0,3715, діаметр розташування на нижньому ободі D2 ноб = 0,884, положення на верхньому ободі верхнього кільця напрямного апарата 0,139, положення на нижньому ободі верхнього кільця напрямного апарата 0,34105, відносно b2 в об = відносно b2 ноб = 5 82240 товщина ви хідної кромки у горизонтальному D перерізі на bi (по висоті вихідної кромки лопаті) Dв их = 0,0055...0,006...0,0122, лопатевий кут на виході лопаті у горизонтальному перерізі на bi (по висоті вихідної кромки лопаті) b 2i = 22,8°...27,4°...34,1°; радіус обрію верхнього обода R = 0,424, радіуси обрію нижнього обода r1 = 0,0493, r2 =0,1621, r3 =0,3158, координати центрів радіусів обрію нижнього обода r1 , r2 верхнього кільця напрямного і r3 відносно апарата: z1 = 6 1в об - діаметр розташування вхідної кромки лопаті на верхньому ободі, D2в об - діаметр розташування вихідної кромки лопаті на верхньому ободі, D1ноб - діаметр розташування вхідної кромки лопаті на нижньому ободі, D2ноб діаметр розташування вихідної кромки лопаті на нижньому ободі, b1в об - положення вхідної кромки лопаті на верхньому ободі, b2в об - положення b вихідної кромки лопаті на верхньому ободі, 1 ноб - положення вхідної кромки лопаті на нижньому ободі, b2 ноб - положення вихідної кромки лопаті 0,1695, z2 = 0,2343, z3 = 0,2838; на нижньому ободі, R - радіус обрію верхнього максимальна товщина лопаті d max = 0,022. Виконання робочого колеса по обмежувальних ознаках дозволяє одержати ви-соконапірне робоче колесо радіально-осьової гідромашини із певними характеристиками. Виконання робочого колеса по відмітних ознаках дозволяє одержати високонапірне робоче колесо радіально-осьової гідромашини із добрим узгодженням лопатевої системи робочого колеса з потоком води, з достатньо високим ККД у оптимумі характеристики, з відсутністю впливу кавітаційних явищ на рівень ККД, із збереженням коефіцієнта швидкохідності. У цілому, сукупність суттєви х ознак дозволяє досягти технічний результат -одержати високонапірне робоче колесо радіально-осьової гідромашини для роботи на напорах від 207м до 310м водного стовпа (РО 310/3278), з достатньо високим ККД (92,07%) у оптимумі характеристики, з відсутністю кавітаційних явищ, котрі привели б до зниження ККД або потужності, із збереженням рівня коефіцієнта швидкохідності (ns = 155,2хв-1) на лінії обмеження потужності [5]. Передбачуваний винахід ілюструється кресленням, на котрих показано: Фіг.1 - лопать у меридіональній проекції; Фіг.2 - лопать у плані; Фіг.3 - переріз А-А лопаті на Фіг.1.: проекція горизонтальних перерізів обода, r1 , r2 і r3 - радіуси обрію нижнього обода, по bi на горизонтальну площину. Проточна частина (не позначено) робочого колеса 1 спілкується із проточною частиною напрямного апарата (не позначено), що обмежена верхнім 2 і нижнім 3 кільцямі напрямного апарата, між котрими розміщено лопатку напрямного апарата (не показано) висотою b0. Робоче колесо 1 радіально-осьової гідромашини містить верхній 4 і нижній 5 ободи і закріплені між останнімі лопаті 6 з вхідними 7 і вихідними 8 кромками і виконано із геометричними параметрами що заявляються (див. Фіг.1, 2, 3). (Див. Фіг.1) D1 - номінальний діаметр робочого колеса, b0 - висота лопаткі напрямного апарата, z1 , z2 , z3 - координати центрів радіусів обрію відносно верхнього кільця напрямного апарата, bi - текуча координата горизонтального перерізу лопаті відносно верхнього кільця напрямного апарата, А-А - переріз по лопаті; (див. Фіг.2) D1 - номінальний діаметр робочого колеса, D1в об -діаметр розташування вхідної кромки лопаті на верхньому ободі, D1ноб - діаметр розташування вхідної кромки лопаті на нижньому ободі, q в об - кутова координата вхідної кромки лопаті на верхньому ободі, q ноб - кутова координата вхідної кромки лопаті на нижньому ободі; (див. Фіг.3) переріз А-А: R ів х радіус розташування вхідної кромки лопаті на bi , rв х радіус вхідної кромки лопаті, b 1i - лопатевий кут на вході лопаті на bi , b 2i - лопатевий кут на виході лопаті на bi , Dвих - товщина вихідної кромки лопаті на bi . При цьому, геометричні параметри виконані у відповідності із наступними співвідношеннямi: (лінійні величини віднесені до номінального діаметра робочогоколеса D1) кількість лопатей Ζл - 14; відносна висота лопаткі напрямного апарата bo = 0,12; вхідна кромка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D1в об = 1.0, діаметр розташування на нижньому ободі D1ноб =1.0, положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1в об = 0, 7 82240 8 гидроэлектростанций. - Л.: 1984. - С. 95, 96, черт. 82, 83. - Копія додається (на 3 арк.) b верхнього кільця напрямного апарата 1 ноб = 4. Справочник по гидротурбинам / Под 0,1206, редакцией Н.Н. Ковалева. - Л.: Машиностроение, Ленингр-ое отд-ие, 1984. - С.30-33, рис. 1.25, табл. кутова координата на верхньому ободі q в об = 1.5, 1.6. - Прототип. 40,7°, 5. Энерго-кавитационные испытания модели // q ноб = Модельные испытания гидротурбины Нурекской кутова координата на нижньому ободі ГЭС (Таджикистан). Технический отчет ГТО-422. 39,5°, Харьков: ОАО «Турбоатом», 2002. - С. 46-70, рис. радіус вхідної кромки у горизонтальному 5.2. - Додаток - копія на 2 арк. перерізі на bi (по висоті вхідної кромки лопаті) rв х положення на нижньому ободі відносно = 0,0055...0,0058, де bi - текуча координата відносно верхнього кільця напрямного апарата, лопатевий кут на вході у горизонтальному перерізі на bi (по висоті вхідної кромки лопаті) b 1і = 74,3°...77°; вихідна кромка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D2в об = 0,3715, діаметр розташування на нижньому ободі D2ноб = 0,884, положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b2в об =0,139, положення на нижньому ободі відносно b верхнього кільця напрямного апарата 2 ноб = 0,34105, товщина ви хідної кромки у горизонтальному перерізі на bi (по висоті вихідної кромки лопаті) Dв их = 0,0055...0,006...0,0122, лопатевий кут на виході лопаті у горизонтальному перерізі на bi (по висоті вихідної кромки лопаті) b 2і = 22,8...27,4°...34,1°; радіус обрію верхнього обода R = 0,424, радіуси обрію нижнього обода r1 = 0,0493, r2 = 0,1621, r3 = 0,3158, координати центрів радіусів обрію нижнього обода r1 , r2 верхнього кільця напрямного і r3 відносно апарата: z1 = 0,1695, z2 = 0,2343, z3 = 0,2338; максимальна товщина лопаті d max = 0,022. Джерела інформації, що прийняті до увагі при складанні заявки 1. Ковалев Η.Η. Проектирование гидротурбин. Л.: Машиностроение,, Ленингр. отд-ие, 1974. С.20-21, рис.1.15, табл. 1.3, с. 80-81. 2 Универсальная характеристика модельной турбины РО 310/957 с рабочим колесом РО 957. Μ : ВНИИГидромаш, 1971 - Копія додається. 3. ОСТ 108.023.15-82. Турбины гидравлические вертикальные, поворотнолопастные осевые и радиально-осевые, с. 93, 94.// Турбины гидравлические для 9 82240 10