МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ГИДРОТУРБИНА Российский патент 2007 года по МПК F03B13/00 

Изобретение относится к гидравлическим машинам и касается малых гидротурбин, предназначенных для электростанций малой мощности, размещаемых в руслах рек, каналов и водотоков, имеющих узкое русло.

Известны гидротурбины для русловой ГЭС, предназначенные для преобразования энергии русловых потоков в электрическую энергию (см., например, патент РФ 2131994, F03B 17/06, F03B 7/00). Гидротурбина содержит установленный на двух опорах горизонтальный вал и две прямоугольные лопасти. Однако такая гидротурбина размещается поперек русла реки, что является ограничением по применению на реках, имеющих относительно узкое русло.

Известны также береговые многоярусные гидротурбины, работающие в свободном потоке рек, предназначенные для преобразования энергии потока воды в электроэнергию или в другой полезный вид механической энергии (см., например, патент РФ 2138681, F03B 13/00, F03B 17/06). Однако такая гидротурбина имеет сложное конструктивное исполнение и вследствие этого недостаточно надежна.

Известны русловые гидроагрегаты, у которых гидротурбина состоит из последовательно установленных вдоль ее продольной оси секций, лопасти которых повернуты друг относительно друга на угол α=360°/n·z, где n - количество секций, z - количество лопастей (см., например, заявку на патент РФ 2000106224/06, F03B 13/00, F03B 13/10). Однако такое выполнение гидротурбины не позволит максимально использовать кинетическую энергию потока.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является гидроэлектростанция, в которой для получения электрической энергии используется кинетическая энергия потока (см., например, патент РФ 2137941, F03B 13/00, F03B 7/00). Рабочие колеса установлены последовательно, причем кинетическая энергия потока в полной мере используется только в первом, расположенном по ходу потока, рабочем колесе. Кроме этого, данная конструкция гидроэлектростанции предусматривает применение плотины и не может быть использована в обычном русле реки или ручье.

Технический результат изобретения - максимальное использование кинетической энергии (скоростного напора) руслового потока, увеличение КПД и повышение надежности. Технический результат достигается тем, что рабочие колеса установлены на одном валу последовательно, поток входит как в центральную часть агрегата, так и с периферии.

Предлагаемое изобретение характеризуется новыми существенными признаками:

- последовательно размещены два или более рабочих колес, установленных на одном валу, состоящем из нескольких, соединенных шарнирами;

- поток жидкости подходит как по оси, так и с периферии;

- рабочие колеса гидротурбины установлены в кольцевые обтекатели, имеющие расширенный вход, что способствует максимальному использованию кинетической энергии;

- выходные патрубки из рядом расположенных кольцевых обтекателей развернуты в плоскости вращения преимущественно в диапазоне 90°-180°;

- в выходных патрубках выполнены прорези, ориентированные по потоку.

В результате наличия этих признаков многопоточная гидротурбина приобретает новое свойство - используется максимально не только ядро потока, но и периферийный поток, что позволяет размещать агрегат вдоль русла реки.

На фиг.1 схематично представлена конструкция многоступенчатой гидротурбины. На фиг.2 - разрезы А-А, Б-Б и вид В на фиг.1.

Многоступенчатая гидротурбина состоит из двух или более рабочих колес 1, установленных на валу 2 и размещенных в кольцевых обтекателях 3, имеющих расширенный вход. Вал установлен в подшипниках 4. Вал имеет шарнирные соединения 5 и упорный подшипник 6, закрепленный на упоре 7, для ограничения осевого перемещения. Конструкция размещается на плите 8 посредством ребер 9, совместно с обтекателями составляющих корпус агрегата. Для раскрутки потока перед рабочими колесами размещены входные направляющие аппараты 10, служащие опорами кольцевых обтекателей. Для выхода потока за рабочими колесами предусмотрены выходные патрубки 11 с прорезями 12 для более полного взаимодействия потока из рабочих колес с течением русла.

Многоступенчатая турбина работает следующим образом.

Конструкция крепится при помощи якорей, тросов или грузов неподвижно на дне русла реки (канала) таким образом, чтобы рабочие колеса 1 на валу 2 были ориентированы вдоль русла, а кольцевые обтекатели 3 - навстречу потоку своим широким основанием. Вода проходит через неподвижные кольцевые обтекатели 3 и, взаимодействуя с лопастями рабочих колес 1, приводит их во вращение. Проходя через рабочие колеса и направляющие аппараты 10, часть воды попадает на вход последующей ступени, где приобретает дополнительную энергию от потока с периферии русла. Образующаяся на входе в рабочие колеса 1 второй и последующих ступеней закрутка потока раскручивается с помощью входных направляющих аппаратов 10, служащих опорами корпусов рабочих колес. Поток на выходе из рабочих колес раскручивается с помощью выходных патрубков 11, на выходе из которых выполнены прорези 12, способствующие более активному перемешиванию с потоком, имеющим большую скорость. Благодаря тому что выходные патрубки из рядом расположенных обтекателей развернуты в плоскости вращения преимущественно в диапазоне 90°-180°, достигается частичное уравновешивание сил, действующих на вал, а также более полное использование энергии периферийного потока. Рабочие колеса передают крутящий момент на вал 2, кинетическая энергия вращения которого посредством генератора (не показан) преобразуется в электрическую. Для лучшего ориентирования вала 2 по потоку он выполняется составным, состоящим из нескольких валов, соединенных шарнирными соединениями 5.

Применение предлагаемого изобретения позволит максимально использовать кинетическую энергию руслового потока, увеличить КПД и повысить надежность работы таких гидротурбин.

Наиболее целесообразно использование данного изобретения для гидроэлектростанций малой мощности, размещаемых в руслах рек, каналов и водотоков, имеющих узкое русло.

Изобретение предназначено для электростанций малой мощности, размещаемых в руслах рек, каналов и водотоков, имеющих узкое русло. Гидротурбина состоит из двух или более рабочих колес, размещенных в обтекателях с расширенным входом. За рабочими колесами предусмотрены выходные патрубки с прорезями. Конструкция крепится неподвижно на дне вдоль русла навстречу потоку широким основанием обтекателей. Поток приводит во вращение лопасти рабочих колес. Раскрутка потока на входе рабочих колес осуществляется с помощью направляющих аппаратов. Рабочие колеса передают крутящий момент на вал, кинетическая энергия вращения которого преобразуется в электрическую. Вода, попадая на вход каждой последующей ступени, приобретает дополнительную энергию от потока с периферии русла. На выходных патрубках выполнены прорези для перемешивания с потоком большей скорости. Благодаря тому что выходные патрубки из рядом расположенных обтекателей развернуты в плоскости вращения преимущественно в диапазоне 90°-180°, достигается частичное уравновешивание сил, действующих на вал, а также более полное использование энергии периферийного потока. 2 ил.

Многоступенчатая гидротурбина, содержащая два или несколько рабочих колес с направляющими аппаратами, закрепленных на валу, имеющем шарниры, и размещенных в обтекателях, установленная с помощью ребер на общей плите, отличающаяся тем, что рабочие колеса установлены последовательно на одной оси вдоль течения, а обтекатели имеют расширенный вход, при этом выходные патрубки из рядом расположенных обтекателей развернуты в плоскости вращения преимущественно в диапазоне 90-180°, причем на их выходе выполнены прорези, ориентированные по потоку.