ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ТУРБИНА С ВОДОВВОДОМ Российский патент 2000 года по МПК F03B1/00 

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к гидравлическим турбинам, работающим от силы потока жидкости с различными их глубинами.

Известны гидротурбины активного действия (водяные мельницы), ротор которых установлен на горизонтальном валу в виде колеса (см. фиг. 1) с несколькими лопастями, закрепленными вокруг него. Основной недостаток таковых турбин тот, что они приводятся в работу тихим течением с малой объемной мощностью воды, текущей по лотку с речных плотин.

Прототипом предлагаемой турбины может служить турбина, усовершенствованная Пельтоном в 1860 году (см. Твайделл Дж., Уэйр А. "Возобновляемые источники энергии", Энергоатомиздат, 1990, с. 181).

Турбина Пельтона приводится в работу тугой струей воды из сопла, поступающей от столба напора воды по водоводу (см. фиг. 2 пунктиром), приводит во вращение колесо-ротор, на котором закреплены несколько таких лопастей-ковшей, и поэтому Пельтон предположил, что КПД турбины будет достигать 90%. Но этого КПД турбиной Пельтона достичь невозможно потому, что следующая лопасть-ковш при пересечении тугой струи встречает большое сопротивление, а передняя лопасть-ковш, выходящая из струи, также имеет сопротивление вращению ротора выпадающей водой из ковша и полученный крутящий момент от предыдущей лопасти-ковша сводится почти на нет. Но самое худшее то, что в этот момент струя воды уходит под ковшом вхолостую с большей потерей КПД. Турбина Пельтона может работать только в том случае, если на оси ротора будет несколько таковых колес, но их лопасти-ковши должны стоять на разных горизонтальных линиях по отношению к соседнему колесу. Однако из-за большого пропуска воды вхолостую КПД этой турбины будет достигать не более 40%.

Авторы перед собой поставили задачу создать простую в изготовлении и эксплуатации турбину, в которой бы полнее использовалась сила потока воды в любых ее проявлениях - в речных, горных, водопадах и достигался бы КПД турбины 70-80%.

Поставленная задача решается тем, что в известной гидравлической турбине, содержащей ротор с горизонтальным валом и несколькими лопастями, расположенными вокруг него, водоввод с соплом, ротор выполнен из дисков, а лопасти расположены между ними так, что образуют с пластинами-распорами ковши, а сопло водоввода установлено с зазором 0,3-1,5 мм к дискам на глухое основание, торец которого имеет, как и сопло, форму вогнутого сегмента диска.

На фиг. 3-5 показано устройство гидротурбины, где: 1 - корпус турбины, 2 - диск ротора, 3 - ось ротора, 4 - лопасти, 5 - пластины-распоры, 6 - основа гидротурбины, 7 - сопло, 8 - основа для крепления сопла, 9 - щит, 10 - лоток в реке, 11 - водоввод, 12 - шкив.

Работа гидравлической турбины.

Поток воды, поступающий от напора в лоток 10 через водоввод 11 в щите 9, через сопло 7 по переднему листу глухой основы 8, заполняет ковши, образованные внутри между дисками 4 и пластинами-распорами 5. Под действием силы напора потока жидкости ротор вращается и через шкив 12 передает свою мощность генератору тока.

В целях повышения КПД турбины до 70-80% конструктивно предусмотрено следующее:
I. Конец основы гидротурбины 6 установлен на уровне вертикали лопасти 4 (см. фиг. 3). Это позволяет отработанному объему воды выходить из ковша самотеком и ее сопротивление движению лопасти сводится к нулю.

II. Сопло 7 и передний лист глухой основы 8 имеет форму торцевых частей вогнутого сегмента диска, приближенные к диску с зазором 0,3-1,5 мм, что позволяет сократить утечку воды вхолостую до 2%.

Если под соплом 7 не поставить основу 8 (см. фиг. 5), то в момент нахождения лопастей в положении I и II вода под лопастью I будет проходить вхолостую, что приводит к потере КПД более 40%.

III. Лопасти турбины прямые, расположены по линии радиуса ротора. Эта форма установки лопастей позволяет при входе ее в поток жидкости (см. фиг. 3, пунктиром) встречать сопротивление вращению в пределах сектора ∠ 15^o, но при прохождении сектора ∠ 20^o лопасть полностью включается в полезную работу.

Турбина предназначена для выработки электроэнергии. Устройство содержит ротор с горизонтальным валом и водоввод с соплом. Ротор выполнен из дисков с пластинами-распорами, расположенными с образованием с лопастями ковшей. Сопло водоввода установлено на глухом основании с зазором 0,3-1,5 мм к дискам. Торцы основания и сопла имеют форму вогнутого сегмента диска. Такое выполнение турбины позволяет упростить конструкцию и повысить КПД. 5 ил.

Гидравлическая турбина, содержащая ротор с горизонтальным валом и лопастями, расположенными вокруг него, водоввод с соплом, отличающаяся тем, что ротор выполнен из дисков, а лопасти расположены между ними так, что образуют с пластинами-распорами ковши, а сопло водоввода установлено с зазором 0,3 - 1,5 мм к дискам на глухом основании, торец которого имеет, как и сопло, форму вогнутого сегмента диска.