Робоче колесо радіально-осьової гідромашини

Робоче колесо радіально-осьової гідромашини, що містить верхній і нижній ободи і закріплені між ними лопаті, поверхня яких виконана у відповідності з певними співвідношеннями геометричних параметрів, яке відрізняється тим, що номінальна поверхня лопаті виконана у відповідності із наступними співвідношеннями геометричних параметрів (лінійні розміри віднесені до номінального діаметра робочого колеса D1, кутові розміри виражені в градуса х): кількість лопатей Zл=13; відносна висота лопаток напрямного апарата Основним елементом, що визначає енергетичні, кавітаційні, ерозійні і пульсаційні характеристики радіально-осьової гідромашини є робоче колесо, що складається з верхнього і нижнього 3 84488 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, висотою лопаток напрямного апарата, значеннями лопатевих кутів на вхідній і вихідній крайках, кутом охоплення лопатей у плані, розподілом товщини по висоті лопаті, кількістю лопатей [1,2]. Відомо робоче колесо радіально-осьової гідротурбіни [3], що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми лопаті, що пристосовано для роботи на напорах від 30 до 45м. водного стовпа (РО45), з кількістю лопатей Zл= 14, відносною висотою лопаток напрямного апарата b 0 = 0,365 і з певними співвідношеннями геометричних параметрів елементів робочого колеса. Недоліками відомого робочого колеса [3] є: - низький рівень максимального ККД (на моделі складає 91,3%); - вузький діапазон роботи з оптимальним ККД; - незабезпеченість повного узгодження форми лопатей з потоком води, що натікає, і потоком у межлопатевому каналі; - значний рівень пульсацій тиску за робочим колесом; - недостатність сприятливих умов на виході з лопатей робочого колеса; - низька швидкохідність робочого колеса. Відомо також робоче колесо радіальноосьової гідротурбіни [4], що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми лопаті, що пристосовано для роботи на напорах від 30 до 45м. водного стовпа (РО45), котре рекомендовано стандартом, з кількістю лопатей Zл=14 відносною висотою лопаток напрямного апарата b 0 = 0,35 і з певними співвідношеннями геометричних параметрів елементів робочого колеса. Недоліками відомого робочого колеса [4] є: - низький рівень максимального ККД (на моделі складає 92,1%); - вузький діапазон роботи з оптимальним ККД; - незабезпеченість повного узгодження форми лопатей з потоком води, що натікає, і потоком у межлопатевому каналі; - високий рівень пульсацій тиску за робочим колесом на часткових навантаженнях; - недостатність сприятливих умов на виході з лопатей робочого колеса; - недостатня швидкохідність робочого колеса. Найбільш близьким з виявлених аналогів до передбачуваного винаходу є робоче колесо радіально-осьової гідромашини [5], що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми лопаті, що пристосовано для роботи на напорах від 30 до 70м. водного стовпа, з кількістю лопатей Zл=13, відносною висотою лопаток напрямного апарата b 0 =0,365 і з певними співвідношеннями геометричних параметрів елементів робочого колеса. Недоліками відомого робочого колеса [5] є: - недостатньо високий рівень максимального ККД (на моделі складає 92,6%); - недостатньо широкий діапазон роботи з оптимальним ККД; 4 - незабезпеченість повного узгодження форми лопатей з потоком води, що натікає, і потоком у межлопатевому каналі; - високий рівень пульсацій тиску за робочим колесом на часткових навантаженнях; - недостатність сприятливих умов на виході з лопатей робочого колеса. В основу передбачуваного винаходу поставлена задача - створити таке робоче колесо радіально-осьової гідромашини для роботи на напорах від 30 до 70м. водного стовпа, нове виконання якого шляхом оптимізації параметрів лопатевої системи робочого колеса дозволило б забезпечити збільшення рівня максимального ККД гідромашини при збереженні високої швидкохідності робочого колеса. 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 номінальна поверхня лопатей виконана у відповідності із наступними співвідношеннями геометричних параметрів (лінійні розміри віднесені до номінального діаметра робочого колеса D1, кутові розміри виражені в градусах): номінальний діаметр робочого колеса - D1; кількість лопатей Zл=13; відносна висота лопаток напрямного апарата b 0 = 0,34; вхідна крайка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D1в об = 0,69, діаметр розташування на нижньому ободі D1ноб = 1,0, положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1в об =0,317, положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1ноб =0,388, кутова координата на верхньому ободі jв об = 38,5°, кутова координата на нижньому ободі jв об = 33,5°, радіус вхідної крайки у горизонтальному перерізі на bi (по висоті лопаті) r в х =const = 0,0085, 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) b1i =73°...63°....99°; вихідна крайка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D2в об = 0,328, діаметр розташування на нижньому ободі D2ноб = 1,065, положення на верхньому ободі відносно верх 5 84488 нього кільця напрямного апарата b 2в об =0,144, положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b 2ноб =0,546, товщина вихідної крайки у горизонтальному 6 D1в об - діаметр розташування вхідної крайки лопа ті на верхньому ободі, D2в об - діаметр розташування вихідної крайки лопаті на верхньому ободі, D1ноб - діаметр розташування вхідної крайки лопа перерізі на bi (по висоті лопаті) Dв их =const = 0,0032, лопатевий кут на виході лопаті у горизонталь ті на нижньому ободі, D2ноб - діаметр розташування вихідної крайки лопаті на нижньому ободі, ному перерізі на bi (від верхнього до нижнього обода) b 2і = 25°...15°...42,5°; ньому ободі, b 2ноб - положення вихідної крайки максимальна товщина лопаті dмакс = 0,024; конусність нижнього обода a ноб = 13° ± 2°. При цьому, зменшення конусності нижнього обода нижче a ноб =11° приводить до зменшення дифузора на виході з робочого колеса, до значного зменшення витрати води крізь робоче колесо і, отже , до зменшення швидкохідності робочого колеса; збільшення конусності нижнього обода вище a ноб =15° приводить до значного збільшення дифузора на виході з робочого колеса, до збільшення витрати воді крізь робоче колесо, до відриву потоку води з лопатей і, отже, до погіршення ККД та кавітаційних характеристик робочого колеса гідромашини. 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 із добрим узгодженням лопатевої системи робочого колеса з потоком води, із зниженою інтенсивністю вихроутворення за робочим колесом, із поліпшеними пульсаційними і ерозійними характеристиками. У цілому, сукупність суттєви х ознак дозволяє одержати технічний результат - одержати робоче колесо радіально-осьової гідромашини для роботи на напорах 30...70м. водного стовпа з низьким рівнем пульсацій у проточній частині, з значною зоною високого ККД, з високим рівнем максимального ККД (на 0,5% вище, ніж у прототипу) при збереженні високої швидкохідності робочого колеса. 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 - переріз A-A лопаті 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 1 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, b 0 - висота лопаток напрямного апарата, b1ноб - положення вхідної крайки лопаті на ниж лопаті на нижньому ободі, b1в об - положення вхідної крайки лопаті на верхньому ободі, b 2в об - положення вихідної крайки лопаті на верхньому ободі, bi - текуча координата горизонтального перерізу лопаті відносно верхнього кільця напрямного апарата, a ноб - конусність нижнього обода; (див.Фіг.2) jв об - кутова координата вхідної крайки лопаті на верхньому ободі, jноб - кутова координата вхідної крайки лопаті на нижньому ободі, D1в об - діаметр розташування вхідної крайки лопаті на верхньому ободі, D1ноб - діаметр розташування вхідної крайкилопаті на нижньому ободі; (див.Фіг.3) r в х - радіус вхідної крайки лопаті, b1і - лопатевий кут на вході лопаті на bi , b 2i - лопатевий кут на виході лопаті на bi , Rів х - радіус розташування вхідної крайки лопаті на bi , dмакс максимальна товщина лопаті; Dв их - товщина вихідної крайки лопаті; при цьому, геометричні параметри виконані у відповідності із наступними співвідношеннями: кількість лопатей Zл=13; відносна висота лопаток напрямного апарата b 0 = 0,34; вхідна крайка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D1в об = 0,69, діаметр розташування на нижньому ободі D1ноб =1,0, положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1в об =0,317, положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1ноб =0,388, кутова координата на верхньому ободі jв об 38,5°, кутова координата на нижньому ободі jв об = 33,5°, радіус вхідної крайки у горизонтальному перерізі на bi (по висоті лопаті) r в х =const = 0,0085, де bi - текуча координата відносно верхнього кільця напрямного апарата (від верхнього до нижнього обода), лопатевий кут на вході у горизонтальному пе 7 84488 рерізі на bi (від верхнього до нижнього обода) b1i =73°...63°....99°; вихідна крайка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D2в об = 0,328, діаметр розташування на нижньому ободі D2ноб = 1,065, положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b 2в об = 0,144, положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b 2ноб =0,546, товщина вихідної крайки у горизонтальному перерізі на bi (по висоті лопаті) Dв их =const = 0,0032, лопатевий кут на виході лопаті у горизонтальному перерізі на bi (від верхнього до нижнього обода) b 2і = 25°...15°...42,5°; 8 максимальна товщина лопаті dмакс = 0,024; конусність нижнього обода a ноб = 13° ± 2°. Джерела інформації, що прийняті до уваги при складанні заявки. 1. Н.Н.Ковалев «Проектирование гидротурбин». - Л.: «Машиностроение», Ленингр. отд-ие 1974, с.80-81. 2. В.Б.Андреев, Г.А.Броновский и др.; Под общ. ред. Н.Н. Ковалева «Справочник по гидротурбинам». - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984,с.30,рис.1.25,с.32-33. 3. Л.Я. Бронштейн, А.Н. Герман и др. «Справочник конструктора гидротурбин». - Л.: «Машиностроение», 1971, с.25, рис.1.14, с.50, рис. 11.18. 4. ОСТ 108.023.15-82 «Турбины гидравлические вертикальные, поворотно-лопастные осевые и радиально-осевые». - с.48-49, черт.37-38. 5. Швидкохідне робоче колесо радіальноосьової гідромашини. Патент на винахід, Україна №65644, кл. F03B3/12,15.04.2004 - Прототип. 9 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 84488 Підписне 10 Тираж 28 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