РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ТУРБИНЫ БАНКИ Российский патент 2003 года по МПК F03B15/02 

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в поперечно-поточных турбинах Банки для регулирования расхода воды.

Известно регулирующее цилиндрическое устройство (Martin Exner, Head of Cink Sales Office. Development of Banki crossflow turbine in Cink company, original inrentors of radial closing plate. Small Hydro Conference, Kuala Lumpur, 28-30.09.96, рис. 3), обеспечивающее регулирование расхода воды через турбину Банки за счет закрытия части окна, через которое вода поступает на колесо. Устройство выполнено с возможностью поворота вокруг оси турбины и охватывает рабочее колесо по его наружному контуру. Недостатком данной конструкции является то, что ее расположение способствует возникновению объемных потерь, а ее достаточно большие размеры увеличивают эти потери через зазоры между этим устройством и вращающимся рабочим колесом, а также между этим устройством и корпусом камеры колеса. К тому же данная конструкция сложна из-за размещения ее опор, металлоемка из-за обеспечения необходимой прочности для избежания ее деформации и нетехнологична для ее изготовления из-за сложности обработки внутренней цилиндрической поверхности, расположенной между стенками.

Известно водорегулирующее устройство турбины Банки, расположенное в подводящем канале перед рабочим колесом и выполненное в виде обтекаемой лопатки, имеющей возможность поворачиваться вокруг оси, параллельной оси рабочего колеса (L. AQ. Haimerl. The Cross-Flow Turbine. Water Power. January 1960, стр. 7).

Аналогичное регулирующее устройство турбины Банки (патент US 4579506), выбранное в качестве прототипа, расположено в подводящем канале перед рабочим колесом и выполнено в виде обтекаемой лопатки, имеющей возможность поворачиваться вокруг оси, параллельной оси рабочего колеса. Лопатка имеет сложную профилированную форму и обеспечивает натекание воды на рабочее колесо по двум каналам разной формы, образованным лопаткой и стенками подводящего канала.

Недостатком такой конструкции является то, что лопатка по условиям прочности имеет повышенную толщину, что создает гидравлическое сопротивление потоку в любом из ее положений, тем самым снижая эффективность работы гидротурбины и создавая дополнительные нагрузки на ее привод. При всех положениях лопатки, включая и максимально открытое, потоки в каналах отличаются друг от друга, что также снижает эффективность работы гидротурбины.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание регулирующего устройства турбины Банки необходимой прочности с минимальными гидравлическими потерями водотока и технологичного для изготовления.

Поставленная задача решается тем, что регулирующее устройство турбины Банки, установленное в подводящем канале турбины и содержащее лопатку, за счет поворота которой вокруг оси, параллельной оси рабочего колеса, изменяется расход жидкости, дополнительно содержит по крайней мере еще одну поворотную лопатку, связанную с первой ребрами жесткости так, что они образуют бипланную конструкцию с общей осью поворота.

Для обеспечения оптимального натекания потока на рабочее колесо гидротурбины в регулирующем устройстве по крайней мере за одной из поворотных лопаток установлена неподвижная лопатка, жестко соединенная с торцевыми стенками подводящего канала.

На чертеже изображено регулирующее устройство турбины Банки, установленное в подводящем канале гидротурбины, где
1 - подводящий канал гидротурбины
2 и 3 - поворотные лопатки
4 - ребро жесткости
5 - неподвижная лопатка
6 - напорная стенка
Регулирующее устройство турбины Банки выполнено в виде бипланной конструкции и содержит как минимум две поворотные лопатки, изогнутые в направлении вращения рабочего колеса в соответствии с вектором скорости потока, соединенные ребрами жесткости и имеющие общую ось поворота, параллельную оси рабочего колеса.

Для выравнивания потока по крайней мере за одной из поворотных лопаток по направлению потока устанавливается неподвижная лопатка 5, жестко связанная со стенками подводящего канала 1.

Гидравлическое сопротивление такой конструкции меньше, чем у толстой одиночной лопатки, что сохраняет эффективность потока и уменьшает нагрузку на привод регулирующего устройства.

При максимально открытом канале, когда гидротурбина должна работать в оптимальном режиме, поворотные лопатки 2 и 3 устройства располагаются по потоку, а поворотная лопатка 2 и неподвижная лопатка 5 размещаются по одной линии. Такое положение лопаток обеспечивает оптимальное натекание потока на рабочее колесо гидротурбины. Подвод воды к рабочему колесу происходит по трем направляющим каналам.

При других положениях устройства его поворотные лопатки 2 и 3 частично перекрывают канал и направляют поток к напорной стенке 6 и к неподвижной лопатке 5, где происходит его выравнивание. В крайнем положении лопатка 2 упирается в стенки подводящего канала и полностью перекрывает его. Таким образом устройство регулирования расхода воды дополнительно выполняет функцию запорного органа.

За счет установки устройства в подводящем канале уменьшаются объемные потери водотока, поскольку остаются только щели между колесом и корпусом камеры колеса.

Авторам неизвестны другие технические решения, в которых регулирующее устройство турбины Банки выполнено в виде конструкции биплана.

Новая конструкция регулирующего устройства выгодно отличается от прототипа тем, что
- представляет собой проницаемый затвор,
- создает 3-х канальную систему подвода,
- обеспечивает новую потокообразующую функцию и минимальное гидравлическое сопротивление,
- обладает повышенной прочностью, т.к. представляет собой конструкцию, которая воспринимает большие гидравлические нагрузки, чем известные конструкции регулирующих органов турбин Банки,
- технологична в изготовлении.

Таким образом, новая совокупность признаков созданного технического решения обеспечивает сверхсуммарный эффект.

Изобретение предназначено для регулирования расхода воды. Регулирующее устройство турбины Банки установлено между торцевыми стенками подводящего канала турбины на оси поворота, расположенной параллельно оси рабочего колеса и содержит лопатку. За счет поворота последней вокруг оси, параллельной оси рабочего колеса, изменяется расход жидкости. Устройство дополнительно содержит по крайней мере еще одну поворотную лопатку, связанную с первой ребрами жесткости так, что они образуют бипланную конструкцию с общей осью поворота. Кроме того, по крайней мере за одной из поворотных лопаток может быть установлена неподвижная лопатка, жестко соединенная с торцевыми стенками подводящего канала. Конструкция регулирующего устройства обладает необходимой прочностью, минимальными гидравлическими потерями и технологично в изготовлении. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Регулирующее устройство турбины Банки, установленное между торцевыми стенками подводящего канала турбины на оси поворота, расположенной параллельно оси рабочего колеса и содержащее лопатку, за счет поворота которой вокруг оси, параллельной оси рабочего колеса, изменяется расход жидкости, отличающееся тем, что дополнительно содержит по крайней мере еще одну поворотную лопатку, связанную с первой ребрами жесткости так, что они образуют бипланную конструкцию с общей осью поворота. 2. Регулирующее устройство по п.1, отличающееся тем, что по крайней мере за одной из поворотных лопаток установлена неподвижная лопатка, жестко соединенная с торцевыми стенками подводящего канала.