Робоче колесо радіально-осьової гідромашини

Реферат: Винахід стосується гідромашинобудування і може бути використаний при виготовленні робочих коліс радіально-осьових гідромашин для напорів до 170 м водяного стовпа. Технічний результат - одержання робочого колеса радіально-осьової гідромашини з для роботи на напорах від 140 м до 170 м водяного стовпа із хорошим узгодженням лопатевої системи з потоком води, із збереженням зниженої інтенсивності вихроутворення за робочим колесом, пульсаційних і кавітаційних характеристик робочого колеса на напори до 140 м водяного стовпа. Робоче колесо радіально-осьової гідромашини містить верхній і нижній ободи і закріплені між ними лопаті, номінальна поверхня яких виконана у відповідності з певними співвідношеннями геометричних параметрів. UA 113327 C2 (12) UA 113327 C2 UA 113327 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується гідромашинобудування і може бути використаний при виготовленні робочих коліс радіально-осьових гідромашин. На енергетичні, кавітаційні 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, лопатеві куті на вході і виході лопатей, також кількість 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 до 140 м водяного стовпа (РО 140), з відносною висотою лопатей напрямного апарата bo  0,25 і з певними співвідношеннями геометричних параметрів елементів робочих коліс. Недоліки відомого робочого колеса полягають у наступному: - недостатність погодження форми лопатей із набігаючим потоком води і потоком у міжлопатевому каналі; - недостатній рівень кавітаційного коефіцієнта; - невеликий рівень максимального ККД; вузький діапазон зони із оптимальним ККД. Відомо також робоче колесо радіально-осьової гідротурбіни [4], що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми лопаті і що пристосовано для роботи на напорах від 115 м до 140 м водяного стовпа (РО 140), з відносною висотою лопатей напрямного апарата bo  0,25 , з кількістю лопатей Zл=16 і з певними співвідношеннями геометричних параметрів елементів робочого колеса. Недоліками відомого робочого колеса є: - недостатність погодження форми лопатей із набігаючим потоком води і потоком у міжлопатевому каналі; - недостатній рівень кавітаційного коефіцієнта турбіни; - невисокий рівень максимального ККД; - недостатньо широкий діапазон зони із оптимальним ККД. Найбільш близьким з виявлених аналогів до винаходу є робоче колесо радіально-осьової гідротурбіни [5], що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми лопаті, що пристосовано для роботи на напорах до 140 м водяного стовпа (РО 140) і має відносну висоту лопатей напрямного апарата bo  0,25 і кількість лопатей Zл =13, з певними співвідношеннями геометричних параметрів елементів робочого колеса. При цьому робоче колесо має низький рівень пульсації за робочим колесом, високий рівень максимального ККД, значну зону високого ККД і низький кавітаційний коефіцієнт. Недоліком відомого робочого колеса радіально-осьової гідромашини є недостатність погодження форми лопатей із набігаючим потоком води і потоком у міжлопатевому каналі для використання його для роботи на напорах до 170 м водяного стовпа. В основу винаходу поставлено задачу - створити таке робоче колесо радіально-осьової гідромашини, нове виконання котрого шляхом оптимізації параметрів лопатевої системи робочого колеса дозволило б застосувати його для роботи на напори до 170 м водяного стовпа (РО 170), із збереженням максимального ККД, зони максимального ККД і кавітаційного коефіцієнта по прототипу. Робоче колесо радіально-осьової гідромашини, що заявляється, характеризується тим, що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми лопаті і має відносну висоту лопатей напрямного апарата bo  0,25 і кількість лопатей Zл=13, поверхня котрих виконана у відповідності з певними співвідношеннями геометричних параметрів, причому діаметр розташування вхідної кромки лопаті на нижньому ободі D1ноб  10 . , При цьому відмітні ознаки 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) вхідна кромка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D1в об  0,8806 ; положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1в об  0,004 ; положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1ноб  0,29 ; кутова координата на верхньому ободі φоб.=38,86°; кутова координата на нижньому ободі φноб.=38,88°; 1 UA 113327 C2 радіус вхідної кромки у горизонтальному перерізі на b і (по висоті лопаті, від верхнього до нижнього обода) r в х =0,00923-0,00673, де b і - текуча координата відносно верхнього кільця напрямного апарата; 5 лопатевий кут на вході лопаті у горизонтальному перерізі на b і (від верхнього до нижнього обода) β1і= 76,67°-70,31°; вихідна кромка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D2 в об  0,405 ; діаметр розташування на нижньому ободі D2ноб  0,98 ; положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b2 в об  0,12 ; 10 положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b2 ноб  0,47 ; товщина вихідної кромки на b і (по висоті лопаті) в их  const  0,00423 ; 15 20 25 30 35 лопатевий кут на виході лопаті у горизонтальному перерізі на b і (від верхнього до нижнього обода) β2і = 12,67°-28,51°; максимальна товщина лопаті max =0,028. Виконання робочого колеса по обмежувальних ознаках дозволяє одержати працездатне робоче колесо радіально-осьової гідромашини для роботи на напорах до 140 м водяного стовпа. Виконання робочого колеса по відмітних ознаках дозволяє одержати робоче колесо радіально-осьової гідромашини із поліпшеним узгодженням лопатевої системи робочого колеса з потоком води, із збереженням зниженої інтенсивності вихроутворення за робочим колесом, поліпшених пульсаційних і ерозійних характеристик. У цілому, сукупність суттєвих ознак дозволяє досягти технічний результат - одержати робоче колесо радіально-осьової гідромашини для роботи на напорах від 140 м до 170 м водяного стовпа (РО 170), із збереженням максимального ККД, зони високого ККД і низького кавітаційного коефіцієнта по прототипу. Винахід пояснюється кресленнями, на котрих показано: фіг. 1 - робоче колесо радіально-осьової гідромашини у меридіанальному перерізі; фіг. 2 - лопать робочого колеса у плані; фіг. 3 - горизонтальний переріз лопаті А-А на фіг. 1. Протокова частина робочого колеса 1 сполучається із протоковою частиною напрямного апарата (не позначено), що обмежена верхнім 2 і нижнім (не показано) кільцями напрямного апарата, між котрими розміщено лопать напрямного апарата (не показано). Робоче колесо 1 радіально-осьової гідромашин містить (див. фіг. 1-3) верхній 3 і нижній 4 ободи і закріплені 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 о - відносна висота лопатки напрямного апарата; D1в 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; D2 ноб - діаметр розташування вихідної 40 кромки лопаті на нижньому ободі; b1в об - положення вхідної кромки лопаті на верхньому ободі; b1ноб - положення вхідної кромки лопаті на нижньому ободі; b 2 в об кромки лопаті на верхньому ободі; b 2 ноб - положення вихідної - положення вихідної кромки лопаті на нижньому ободі; b і - текуча координата горизонтального перерізу лопаті відносно верхнього кільця напрямного апарата; А-А - горизонтальний переріз лопаті по текучій координаті b і. 45 (Див. фіг. 2) D1в об - діаметр розташування вхідної кромки лопаті на верхньому ободі; D1ноб - діаметр розташування вхідної кромки лопаті на нижньому ободі; φвоб - кутова координата вхідної кромки лопаті на верхньому ободі; φ ноб - кутова координата вхідної кромки лопаті на нижньому ободі; (Див. фіг. 3) Переріз з А-А: R i - радіус розташування вхідної кромки лопаті на b і; r в х - радіус 50 вхідної кромки лопаті на b і; β1і - лопатевий кут на вході лопаті на b і, 2 UA 113327 C2 5 10 15 max - максимальна товщина лопаті. При цьому 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); кількість лопатей Zл=13; відносна висота лопаті напрямного апарата bo  0,25 ; вхідна кромка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D1в об  0,8806 ; діаметр розташування на нижньому ободі D1ноб  10 ; , положення на верхньому ободі відносноверхнього b1в об  0,004 ; кільця напрямного апарата положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1ноб  0,29 ; кутова координата на верхньому ободі φоб.=38,86°; кутова координата на нижньому ободі φноб.=38,88°; радіус вхідної кромки у горизонтальному перерізі на b і (по висоті лопаті, від верхнього до нижнього обода) r в х =const=0,00923-0,00673, де b і - текуча координата відносно верхнього кільця напрямного апарата; 20 лопатевий кут на вході лопаті у горизонтальному перерізі на b і (від верхнього до нижнього обода) β1і=76,67-70,31°; вихідна кромка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D2 в об  0,405 ; діаметр розташування на нижньому ободі D2ноб  0,98; положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b2 в об  0,12 ; 25 положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b2 ноб  0,47; товщина вихідної кромки на b і, (по висоті лопаті) в их  const  0,00423 ; 30 35 лопатевий кут на виході лопаті у горизонтальному перерізі на b і (від верхнього до нижнього обода) β2і=12,67-28,51°; максимальна товщина лопаті max -0,028. Джерела інформації: 1. Н.Н. Ковалев. Проектирование гидротурбин. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ие. 1974. - С. 80-81. 2. Н.Н. Ковалев. Гидротурбины. - Л.: Машиностроение. - 1971. - С. 19-20; 186-187. 3. Справочник по гидротурбинам /под ред. Н.Н. Ковалева. -/Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ие.-1984.-С. 30-33, рис. 1.25, табл. 1.5, 1.6. 4. ОСТ 108.023.15-82 - Турбины гидравлические вертикальные, поворотно-лопастные осевые и радиально-осевые. - С. 63-64, черт. 53-54. - Копія додається (на 3 арк.). 5. Робоче колесо радіально-осьової гідромашини. Патент 89306 Україна, МПК F 03 В 3/12; опубл. 11.01.2010, Бюл. № 1. - Прототип. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 Робоче колесо радіально-осьової гідромашини, що містить верхній і нижній ободи і закріплені між останніми лопаті і має відносну висоту лопатки напрямного апарата bo  0,25 і кількість лопатей Ζл=13, поверхня котрих виконана у відповідності із певними співвідношеннями геометричних параметрів, причому діаметр розташування вхідної кромки лопаті на нижньому ободі D1ноб  1,0 , яке відрізняється тим, 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) вхідна кромка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D1в об  0,8806 ; 3 UA 113327 C2 положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1в об  0,004; положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b1ноб  0,29; кутова координата на верхньому ободі воб=38,86°; = кутова координата на нижньому ободі ноб 38,88°; 5 радіус вхідної кромки у горизонтальному перерізі на b і (по висоті лопаті) r вх.=0,00923-0,00673, де b і - текуча координата відносно верхнього кільця напрямного апарата; 10 лопатевий кут на вході лопаті у горизонтальному перерізі на b і (від верхнього до нижнього обода) β1і=76,67-70,31°; вихідна кромка лопаті: діаметр розташування на верхньому ободі D2 в об  0,405; діаметр розташування на нижньому ободі D2ноб  0,98; положення на верхньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b2 в об  0,12; положення на нижньому ободі відносно верхнього кільця напрямного апарата b2 ноб  0,47; товщина вихідної кромки на b і (по висоті лопаті) в их  const  0,00423 ; 15 лопатевий кут на виході лопаті у горизонтальному перерізі на b і (від верхнього до нижнього обода) 2і=12,67-28,51°; максимальна товщина лопаті max.=0,028. 4 UA 113327 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5