СПИРАЛЬНАЯ КАМЕРА ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2005 года по МПК F03B11/02 

Изобретение относится к малой гидроэнергетике и может быть использовано при создании гидротурбин с металлической спиральной камерой.

Известна конструкция сварной спиральной камеры (см. “Гидротурбины”, стр.153, Н.Н.Ковалев, Машиностроение, Ленинград, 1971). Конструкция включает в себя круговую систему из конических звеньев, в которой отсутствует силовая связь между звеньями подводящего патрубка спиральной камеры и звеньями, замыкающими спираль. Такая конструкция является неоптимальной для гидротурбин с незабетонированной спиральной камерой, поскольку:

во-первых, деформация спиральной камеры от давления воды в ней может вызвать деформацию статора гидротурбины, к которому приварена эта спиральная камера, и нарушить центровку деталей гидротурбины, закрепленных на статоре, относительно ее оси, что повлечет за собой нарушение работоспособности конструкции гидротурбины;

во-вторых, уровень напряжений в зоне сопряжения замыкающего звена спирали со звеном подводящего патрубка при нагружении спирали внутренним давлением воды высок, что приводит к снижению запаса прочности спирали.

Эти недостатки комплексно могут быть устранены только путем повышения жесткости статора и спирали за счет повышения металлоемкости и стоимости конструкции.

Наиболее близкой к заявляемому решению является конструкция литой спиральной камеры (см. “Малые гидротурбины”, стр.116, В.С.Квятковский и др., Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1950). Конструкция включает в себя замкнутую круговую спираль, в которой силовая связь между входным патрубком и последним замыкающим элементом спиральной камеры выполнена в виде ребра. Ребро соединено с оболочкой входного патрубка и с кольцевым фланцем, размещенным на входном патрубке в этом месте, т.е. передаваемая этим ребром нагрузка от давления воды в спиральной камере нагружает оболочку вдоль линии ее сопряжения с ребром и фланец. Недостатком такой конструкции является небольшая протяженность и недостаточная жесткость соединения ребра с фланцем, так как размеры фланца определяются в основном возможностью размещения крепежа, из-за чего в районе сопряжения ребра с оболочкой и фланцем патрубка происходит местная деформация патрубка, в основном обусловленная деформацией оболочки, что снижает эффект от наличия связующего ребра. К тому же это не приводит к повышению прочности спирали, поскольку максимальные напряжения перемещаются из зоны сопряжения замыкающего звена спирали и звена подводящего патрубка в зону сопряжения ребра с этими звеньями. Жесткость и прочность спирали в этом случае может быть обеспечена только за счет увеличения толщины ее звеньев.

В заявляемом изобретении решается задача создания жесткой и прочной спиральной камеры без увеличения толщины ее звеньев.

Технический результат достигается тем, что в спиральной камере гидравлической турбины, включающей входной патрубок, замыкающие звенья и силовую связь между входным патрубком и одним или несколькими замыкающими элементами спиральной камеры, силовая связь выполнена в виде двух или более ребер, жестко связанных с бандажом, охватывающим входной патрубок и жестко соединенным с ним по всему контуру или частично.

В спиральной камере, в которой выполнено частичное соединение бандажа со входным патрубком по его наружной стороне, между бандажом и патрубком выполняют зазор.

При горизонтальном исполнении гидравлической турбины бандаж жестко соединяют с фундаментом.

Сущность заявляемого технического решения поясняется примерами конкретного исполнения, показанными на фиг.1-4.

На фиг.1 показан общий вид спиральной камеры, силовая связь замыкающих звеньев и входного патрубка которой осуществляется через жестко соединенные между собой ребра и бандаж, охватывающий входной патрубок.

На фиг.2 показано соединение бандажа с входным патрубком по всему контуру.

На фиг.3 показано частичное соединение бандажа с входным патрубком.

На фиг.4 показано горизонтальное исполнение гидравлической турбины с бандажом, жестко соединенным с фундаментом.

На фиг.1 и 2 входной патрубок 1 спирали 2 связан с одним из замыкающих звеньев 3 спирали 2 ребрами 4 через бандаж 5, жестко соединенный с ней по контуру или частично.

В отличие от прототипа нагрузка от одного из замыкающих звеньев 3 спирали 2 передается на входной патрубок двумя и более ребрами 4 через бандаж 5, распределяя ее по поверхности контакта бандажа со входным патрубком, таким образом обеспечивая жесткость спиральной камеры с одновременным снижением напряжений в спирали в зоне ее замыкания без увеличения толщины звеньев.

При частичном соединении бандажа 5 с входным патрубком 1 по его наружной стороне на участке Б, показанном на фиг.3, предусмотрено наличие зазора В, выбираемого при нагружении спирали 2 давлением воды, что снижает напряжения в соединении бандажа 5 и входного патрубка 1.

При горизонтальном исполнении гидравлической турбины, показанном на фиг.3, для уменьшения влияния деформации спирали на центровку деталей гидравлической турбины бандаж 5 жестко соединен с фундаментом 6 и выполняет функцию дополнительного опорного узла.

Устройство предназначено для создания радиально-осевых гидравлических турбин с металлической спиральной камерой. Спиральная камера гидравлической турбины содержит входной патрубок, замыкающие звенья и силовую связь между ними. Силовая связь выполнена в виде двух или более ребер, жестко связанных с бандажом, охватывающим входной патрубок и жестко соединенным с ним по всему контуру или частично. При частичном соединении бандажа с входным патрубком по его наружной стороне, между бандажом и патрубком выполнен зазор. При горизонтальном исполнении гидравлической турбины бандаж жестко соединен с фундаментом. Конструкция спиральной камеры позволяет обеспечить необходимую жесткость и прочность без увеличения толщины ее звеньев. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Спиральная камера гидравлической турбины, включающая входной патрубок, замыкающие звенья и силовую связь между ними, отличающаяся тем, что силовая связь выполнена в виде двух или более ребер, жестко связанных с бандажом, охватывающим входной патрубок и жестко соединенным с ним по всему контуру или частично.2. Спиральная камера по п.1, отличающаяся тем, что при частичном соединении бандажа с входным патрубком по его наружной стороне между бандажом и патрубком выполнен зазор.3. Спиральная камера по п.1, отличающаяся тем, что при горизонтальном исполнении гидравлической турбины бандаж жестко соединен с фундаментом.