Високонапірна гідравлічна машина самойленка

Реферат: UA 88708 U UA 88708 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гідроенергетики, зокрема до реактивних гідравлічних машин, призначених для гідроенергетичних установок електричних станцій, які використовують як робоче середовище воду в широкому діапазоні напорів і витрат при виробленні електроенергії. Високонапорна гідравлічна машина може бути використана як для вироблення енергії, так і для здійснення подачі робочого середовища під тиском. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі, що заявляється, за технічною суттю та результатом, який досягається, є гідравлічна машина, яка містить напрямний апарат, оснащений приводом та встановлений у водоводі перед турбінною камерою, циліндрична поверхня якої виконана з напрямною у вигляді гвинтової лінії, і в порожнині якої розміщене робоче колесо зі маточиною, із закріпленими на ній лопатями, при цьому робоче колесо з'єднане з валом, що встановлений у підшипниках, а також відсмоктувальну трубу [див. патент 9 України на корисну модель № 56377, МПК F03B 3/00, заявл. 05.07.2010 р., опубл. 10.01.2011 p.]. Гідравлічна машина відрізняється компактністю, яка обумовлена тим, що номінальний внутрішній діаметр турбінної камери дорівнює діаметру робочого колеса. Недоліком відомої гідравлічної машини є обмежені експлуатаційні можливості та її недостатня надійність при високих напорах. Це пов'язано з недостатньою жорсткістю конструкції робочого колеса, а саме: лопаті закріплені на маточині робочого колеса консольно, однією стороною і тільки частиною її висоти. Таке конструктивне виконання робочого колеса не може бути використане при високих напорах робочого середовища, оскільки консольні лопаті робочого колеса не здатні сприймати великі навантаження, які збільшуються пропорційно напору. Це є причиною обмежених експлуатаційних можливостей використання відомої гідравлічної машини при змінних величинах напору. У відомій гідравлічній машині крім торцевих зазорів між ступицею робочого колеса і корпусами підшипників є зазор між периферійними кромками лопатей і поверхнею камери робочого колеса. Наявність такого зазору приводить до протікання частини води з напорної порожнини робочого колеса, минаючи поверхні лопатей. Це приводить до значних гідродинамічних втрат потоку води і, як наслідок, до зниження питомої потужності машини та збільшення енергетичних втрат. Крім цього протікання води крізь щілину під тиском відбувається з високою локальною швидкістю та різким падінням тиску, яке приводить до холодного закипання води з утворенням бульбашок. За межами щілини швидкість води різко падає, а тиск відповідно збільшується. Бульбашки змикаються на прилеглих до зазору поверхнях, створюючи мікрогідравлічні удари, руйнуючи поверхню щілинною кавітацією, що приводить до зниження надійності гідравлічної машини. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення конструкції гідравлічної машини за рахунок введення нових конструктивних елементів та нового виконання окремого вузла, що сприяє підвищенню динамічного навантаження на напірну поверхню лопаті робочого колеса, а також сприяє виключенню розвитку кавітаційних процесів, що дозволяє розширити експлуатаційні можливості гідравлічної машини в умовах зміни напору в широкому діапазоні тиску, а також збільшити надійність машини при забезпеченні її високого коефіцієнта корисної дії. Поставлена задача вирішується тим, що високонапірна гідравлічна машина Самойленка містить напрямний апарат, оснащений приводом та встановлений у водоводі перед турбінною камерою, циліндрична поверхня якої виконана з напрямною у вигляді гвинтової лінії, і в порожнині якої розміщене робоче колесо із маточиною, із закріпленими на ній лопатями, при цьому робоче колесо з'єднане з валом, що встановлений у підшипниках, а також відсмоктувальну трубу, новим, згідно з корисною моделлю, є те, що робоче колесо оснащене двома циліндричними обоймами, одна з яких нерухомо встановлена на маточині, причому внутрішні кромки лопатей жорстко з'єднані із зовнішньою поверхнею обойми, а друга обойма своєї внутрішньої поверхнею сполучена з периферійними кромками лопатей і жорстко з ними з'єднана. Новим є також те, що лопаті робочого колеса по внутрішнім та периферійним кромкам закріплені без зазору між поверхнями циліндричних обойм. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, та технічним результатом, що досягається, полягає в такому. Оснащення робочого колеса гідравлічної машини двома циліндричними обоймами дозволяє виконати його у вигляді єдиного цілісного вузла з жорстким кріпленням лопатей з двох сторін, між двома обоймами, в результаті чого підвищується конструктивна міцність гідравлічної машини. Це дає можливість збільшити оптимальні динамічні навантаження на напірну поверхню 1 UA 88708 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лопатей робочого колеса, завдяки чому її можна використовувати в умовах зміни напору робочого середовища в широкому діапазоні тиску, що дозволяє розширити експлуатаційні можливості гідравлічної машини. Крім цього установка лопатей робочого колеса внутрішніми та периферійними кромками без зазору на поверхнях циліндричних обойм призводить до стабілізації потоку води, зменшення пульсації тисків, і перешкоджає виникненню кавітаційних явищ, що дозволяє виключити механічний знос поверхонь турбінної камери, і тим самим збільшити надійність гідравлічної машини. Додатковою перевагою є зниження об'ємних втрат вхідного потоку води, в результаті чого підвищується ефективність перетворення потенційної гідравлічної енергії потоку в механічну енергію, що дозволяє знизити енергетичні втрати, підвищити питому потужність машини. Все це сприяє розширенню експлуатаційних можливостей гідравлічної машини при забезпеченні її високого коефіцієнта корисної дії. Технічна суть заявленої високонапірної гідравлічної машини пояснюється кресленнями. На фіг. 1 схематично показана високонапірна гідравлічна машина; на фіг. 2 - переріз А-А на фіг. 1. Високонапірна гідравлічна машина Самойленка містить турбінну камеру 1, циліндрична поверхня якої виконана з напрямною у вигляді гвинтової лінії. Вхід 2 турбінної камери 1 роз'ємно з'єднаний з напрямним апаратом 3, який у свою чергу оснащений приводним пристроєм 4 для відкриття, закриття та регулювання подачі води в турбінну камеру 1. Напрямний апарат 3 виконаний у вигляді секторного пристрою. Маточина 5 робочого колеса 6 роз'ємно установлена на валу 7, який розміщений у двох підшипниках: радіальному 8 і радіально-упорному 9. Вал 7 кінематично пов'язаний із зовнішньої електричною машиною (не показана). Лопаті 10 робочого колеса 6 своїми внутрішніми кромками жорстко встановлені на зовнішній поверхні обойми 11, яка нерухомо закріплена на маточині 5. Лопаті 10 робочого колеса 6 своїми периферійними кромками жорстко закріплені на внутрішній поверхні обойми 12, яка охоплює лопаті 10. Вихід 13 турбінної камери 1 роз'ємно з'єднаний з відсмоктувальною трубою 14, яка виконана прямоточною. Високонапірна гідравлічна машина Самойленка працює таким чином. Вода з напірного водоводу (не показаний) під тиском верхнього б'єфа через секторний напрямний апарат 3 і вхід 2 надходить у турбінну камеру 1. Витрату води регулюють за допомогою приводного пристрою 4, який відкриває або закриває напрямний апарат 3. Далі потік води, рухаючись за гвинтовою траєкторією в порожнині турбінної камери 1, проходить простір між лопатями 10 робочого колеса 6 та через вихід 13 потрапляє у відсмоктувальну трубу 14, виходячи в нижній б'єф. Проходячи через робоче колесо 6 і обтікаючи його лопаті 10, вода віддає робочому колесу 6 енергію тиску і швидкісного напору, яка перетворюється в механічну енергію у вигляді обертального моменту на валу 7. Механічна енергія від робочого колеса 6 через вал 7, який обертається в підшипниках 8 і 9, передається на ротор електричної машини (не показана). У разі роботи гідравлічної машини в насосному режимі, механічна енергія передається на робоче колесо 6, яке, обертаючись у зворотному напрямку, передає енергію реверсивному потоку води. Заявлена високонапірна гідравлічна машина Самойленка компактна, відрізняється високою пропускною спроможністю і питомою потужністю, забезпечує надійність і досить високий коефіцієнт корисної дії машини. Використання її можливе в широкому діапазоні напору, наприклад до 500 метрів. Відносно малі габарити, а також можливість застосування гідравлічної машини в будь-якому просторовому компонуванні без збільшення будівельної частини, дозволяє використовувати заявлену гідравлічну машину як на високонапірних, так і на низьконапірних гідроелектростанціях замість складних капсульних гідроагрегатів. При цьому не потрібні додаткові земельно-скельні та будівельні роботи для заглиблення робочого колеса щодо рівня нижнього б'єфа, як у випадку використання існуючих гідроагрегатів для вироблення електроенергії. Використання заявленої високонапірної гідравлічної машини в складі обладнання гідроелектростанцій та гідроакумулюючих електростанцій дасть можливість ефективно використовувати енергію річок і будувати електростанції з меншими габаритами будівель. Промислова придатність заявленої гідравлічної машини підтверджується можливістю її виробництва на відомому обладнанні, в умовах промислового виробництва, з використанням відомих вітчизняних матеріалів і приладів. 60 2 UA 88708 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Високонапірна гідравлічна машина, що містить напрямний апарат, оснащений приводом та встановлений у водоводі перед турбінною камерою, циліндрична поверхня якої виконана з напрямною у вигляді гвинтової лінії, і в порожнині якої розміщене робоче колесо із маточиною, із закріпленими на ній лопатями, при цьому робоче колесо з'єднане з валом, що встановлений у підшипниках, а також відсмоктувальну трубу, яка відрізняється тим, що робоче колесо оснащене двома циліндричними обоймами, одна з яких нерухомо встановлена на маточині, причому внутрішні кромки лопатей жорстко з'єднані із зовнішньою поверхнею обойми, а друга обойма своєю внутрішньою поверхнею спряжена з периферійними кромками лопатей і жорстко з ними з'єднана. 2. Високонапірна гідравлічна машина за п. 1, яка відрізняється тим, що лопаті робочого колеса по внутрішнім та периферійним кромкам закріплені без зазору між поверхнями циліндричних обойм. 3 UA 88708 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4