МНОГОСОПЛОВОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ КОВШОВОЙ ГИДРОТУРБИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F03B1/00 

Изобретение относится к области гидротурбостроения и касается вертикальных ковшовых гидротурбин. При этом объектом изобретения является многосопловой распределитель гидротурбин, который предназначен прежде всего для стендовых исследований моделей гидротурбин, но может быть использован также при производстве и модернизации эксплуатационных гидротурбин.

Известно, что многосопловые распределители ковшовых гидротурбин являются одним из наиболее металлоемких узлов, масса которого составляет 30 40% от массы всей турбины. При этом распределитель состоит из нескольких секций различной формы, соединяемых фланцами или сваркой. Поэтому для стендовых исследований применение индивидуальных распределителей для различных моделей гидротурбин связано со значительными экономическими затратами. Кроме того, применение нескольких распределителей в стендовых исследованиях приводит к появлению дополнительных случайных погрешностей, связанных с изменением соотношения формы и протяженности каналов распределителя, различием в чистоте обработки стенок этих каналов и пр. что не позволяет получить адекватные гидродинамические условия.

Известны изобретения, относящиеся к многосопловым распределителям и направленные на обеспечение вариабельности их отдельных элементов для стендовых исследований. Известен, в частности, распределитель для экспериментального стенда, содержащий напорный трубопровод, тройник, гибкие вставки и сопла, которые могут устанавливаться под различными углами между собой по окружности вокруг модели рабочего колеса (авт. св. СССР N 561801, F03Б1/00, 1977). Однако такой распределитель может быть использован только для двухсопловых гидротурбин, которые имеют ограниченное распространение. Кроме того, наличие гибких вставок вносит неопределенность в профиль элементов подвода и отрицательно влияет на объективность сравнения результатов модельных исследований.

Наиболее близким аналогом изобретения является многосопловой распределитель, содержащий напорный трубопровод из соединенных фланцами секций и отводящие патрубки с соплами, равномерно распределенными по кругу (авт. св. СССР N 649018, G09В25/00, 1979). Такой распределитель выполнен по форме классического распределителя кольцевого типа, которые получили наибольшее распространение в гидротурбостроении. При этом данный аналог выполнен с изменяемым положением направляющих ребер в местах сопряжения секций напорного трубопровода с отводящими патрубками, что позволяет оптимизировать гидродинамику потока этой зоны. Однако описанный аналог, как и другие известные, не может быть приспособлен для проведения исследований моделей гидротурбин с различными номинальными диаметрами рабочего колеса.

В основу изобретения поставлена задача создания такого многосоплового распределителя для вертикальной ковшовой гидротурбины, исполнение которого позволяло бы с минимальными материальными и трудовыми затратами использовать его для рабочих колес переменного диаметра.

Эта задача решена в многосопловом распределителе, содержащем напорный трубопровод из соединенных фланцами секций и отводящие патрубки с соплами, в котором в соответствии с сущностью изобретения секции напорного трубопровода, к которым присоединены отводящие патрубки, выполнены в виде прямолинейных участков напорного трубопровода и/или такие же прямолинейные участки сделаны на концевых отводящих патрубках, а с концами этих прямолинейных участков состыкованы с помощью фланцевых соединений соосные сменные вставки.

Благодаря указанному решению за счет изменения длины сменных вставок можно равномерно по всем направлениям изменять площадь охвата распределителя, подстраиваясь к нужному диаметру рабочего колеса. Вместе с тем, т.к. соответствующие участки напорного трубопровода и концевых отводящих патрубков выполнены прямолинейными и сменными вставками соосны с этими участками, при изменении их длины смещение сопел будет осуществляться поступательно и оси сопловых отверстий будут оставаться касательными к окружностям любого другого диаметра.

На фиг.1 изображен вид многосоплового распределителя в плане; на фиг. 2
вид распределителя с боковой стороны по стрелке A на фиг.1.

На чертежах изображен пример четырехсоплового распределителя для моделей ковшовой гидротурбины с вертикальной осью вращения и номинальным диаметром основной модификации рабочего колеса D₁.

Распределитель содержит напорный трубопровод, включающий входную прямолинейную трубу 1 и охватывающую зону расположения моделей рабочего колеса контурную часть, состоящую из секций 2, 3, 4 и 5, связанных фланцевыми соединениями. В стенки секций 2 и 4 врезаны отводящие патрубки 6 с соплами 7. Концевой патрубок 8 прикреплен фланцевым соединением к торцу секции 5, а другой концевой патрубок 9 врезан в стенку входной трубы 1 напорного трубопровода. Как это видно на фиг.2, напорный трубопровод располагается ниже плоскости размещения сопел 7, что позволяет уменьшить кривизну колен отводящих патрубков 6, 8 и 9 и тем самым улучшить гидродинамику потока.

Как видно из чертежей, секции 2 и 4 напорного трубопровода выполнены в виде прямолинейных участков. Прямолинейные участки 10 и 11 имеются и у концевых отводящих патрубков 8 и 9, соответственно. При этом секции 2 и 4 и прямолинейный участок 10 ориентированы под равными углами в 90^o, т.е. под такими же углами, под которыми расположены равномерно распределенные по кругу сопла 7. При этом длина этих прямолинейных участков составляет 2 3 D₁, что обеспечивает сохранение хороших гидродинамических качеств потока в отводящих патрубках при обычных вариациях изменения диаметра моделей рабочего колеса.

К концам секций 2 и 4 примыкают соосные сменные вставки 12, установленные с помощью фланцевых соединений. К прямолинейному участку 10 отводящего патрубка 8 примыкает сменная вставка 13. Еще одна сменная вставка 14 установлена в разъеме прямолинейного участка 11 отводящего патрубка 9.

Для сохранения неизменного оптимального расстояния между выходным сечением сопла и ковшами рабочего колеса могут применяться сменные вставки 15 между концами отводящих патрубков и насадками сопел 7.

При проектировании и изготовлении описанного распределителя его основные постоянные части рассчитываются под минимальный номинальный диаметр модели рабочего колеса. При необходимости исследования моделей рабочих колес с большим диаметром подбирают соответствующие по длине сменные вставки 12, 13 и 14 и устанавливают их с помощью фланцевых соединений. При этом сопла 7 будут смещаться поступательно осями своих выходных отверстий и эти оси будут оставаться касательными к окружности другого диаметра.

Использование: преимущественно для исследований моделей гидротурбин на стенде. Сущность: распределитель содержит секционный напорный трубопровод с входным трубопроводом и контурной частью, охватывающей зону установки моделей, а также отводящие патрубки с соплами, равномерно распределенными по кругу. При этом секции напорного трубопровода, к которым присоединены отводящие патрубки, выполнены прямолинейными и/или такие же прямолинейные участки имеются на концевых отводящих патрубках. С концами указанных прямолинейных участков с помощью фланцевых соединений состыкованы соосные сменные вставки, которые, имея разную длину, позволяют изменять площадь зоны, охватываемой распределителем, сохраняя неизменным тангенциальное направление осей сопел относительно окружностей разного диаметра. Это позволяет испытать модели гидротурбин с переменным диаметром. 2 ил.

Многосопловой распределитель для вертикальной ковшовой гидротурбины, содержащий напорный трубопровод из соединенных фланцами секций и отводящие патрубки с соплами, равномерно распределенными по кругу, отличающийся тем, что секции напорного трубопровода, к которым присоединены отводящие патрубки, выполнены в виде прямолинейных участков напорного трубопровода, и/или такие же прямолинейные участки сделаны на концевых отводящих патрубках, а с концами этих прямолинейных участков состыкованы с помощью фланцевых соединений соосные сменные вставки.