ТУРБИНА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ С ЦЕНТРАЛЬНЫМ АППАРАТОМ Российский патент 2008 года по МПК F03B1/00 

Изобретение относится к гидроэнергетическим машинам, в частности к гидротурбинам, и предназначено для преобразования энергии падающей воды в механическую энергию вращения вала агрегата, на котором насажены турбина и генератор.

Известна гидротурбина двойного действия, содержащая закрепленное на валу рабочее колесо с горизонтальной осью, вращающейся под действием потока воды, направленного поперек лопасти [СН 664603 A (KLAUS REITHOFER), 15.03.1988]. Вал расположен в подшипниках, на нем расположен гидрогенератор. Расход воды регулируется за счет изменения площади поперечного сечения лотка. Энергия потока срабатывается на лопастях гидротурбины путем двукратного взаимодействия с лопастями. При первом взаимодействии поток направляется на лопасти специально профилированным лотком, профиль которого так согласован с профилем и углом установки лопастей, чтобы получить максимальный коэффициент полезного действия.

После первого действия поток на пути выхода из рабочего колеса гидротурбины хаотично попадает на лопасти, вследствие отсутствия центрального аппарата. В связи с этим коэффициент полезного действия при втором взаимодействии потока и колеса низок. Этим обуславливаются низкий коэффициент полезного действия рассматриваемой гидротурбины двойного действия и повышенные вибрации. Эти недостатки ограничивают применение гидротурбин двойного действия несмотря на их значительную конструктивную простоту.

Наиболее близкой к изобретению является гидротурбина двойного действия с центральным аппаратом, содержащая рабочее колесо с лопастями, неподвижно срепленными по торцам с дисками, подводящий лоток с направляющей лопаткой и вал [DE 3327457 A (OSSBERGER TURBINEN), 29.11.1984]. Поперечно струйное рабочее колесо соединено с помощью вала с генератором.

Недостатками этой гидротурбины двойного действия являются низкий коэффициент полезного действия вследствие отсутствия направленного течения потока в центре рабочего колеса между первой и второй ступенями, что приводит к отрывному течению жидкости в центре рабочего колеса, а также повышенные вибрации гидротурбины двойного действия и шум от турбулентного течения потока внутри колеса и перед попаданием потока на лопасти при выходе из центральной части рабочего колеса.

Задачей настоящего изобретения является повышение коэффициента полезного действия гидротурбины двойного действия и улучшение ее вибрационного состояния.

Технический результат достигается тем, что в гидротурбине двойного действия с центральным аппаратом, содержащей рабочее колесо с лопастями, неподвижно скрепленными по торцам с дисками, подводящий лоток с направляющей лопаткой и вал, согласно изобретению в центральной части гидротурбины установлен аппарат с профилированными лопатками, неподвижно скрепленными по торцам с неподвижными дисками, отделенными от дисков рабочего колеса уплотнениями, а вал гидроагрегата заканчивается фланцем, соединенным неподвижно с одним диском рабочего колеса, другой диск рабочего колеса жестко соединен с корпусом подшипника, опирающимся на неподвижную ось гидротурбины, закрепленную неподвижно в опоре гидротурбины и фланцем неподвижно с диском аппарата.

На фиг.1 показана схема гидротурбины двойного действия с центральным аппаратом. На фиг.2 - поперечный разрез фиг.1 по рабочему колесу и центральному аппарату.

Гидротурбина содержит рабочее колесо, состоящее из дисков 1, прикрепленных к торцам лопастей 2. Рабочее колесо соединено с помощью вала 3 с генератором 4, а подшипники гидроагрегата расположены в опорах 5, 13 и 14. Внутри рабочего колеса расположен направляющий аппарат 6, содержащий лопатки 7, скрепленные по торцам с дисками 11 и 12, расположенными в непосредственной близости от дисков 1 рабочего колеса и отделенными от последних уплотнениями. Лопатки 7 с дисками 11, 12 выполнены таким образом, что обеспечивают безотрывный вход потока, сходящего с первой ступени в аппарат, также безотрывно на вторую ступень рабочего колеса. Наружный диск 11 аппарата 6 неподвижно соединен с фланцем оси 10 гидротурбины двойного действия, на которую опирается корпус подшипника 9, неподвижно соединенный с диском 1 рабочего колеса и вращающийся совместно с ним. Ось 10 гидротурбины закреплена в расточке опоры 14 и имеет возможность поворачиваться для установки аппарата 6, соединенного с ней, в заданное, в зависимости от режима водотока, положение с последующей фиксацией в опоре.

Подводящий лоток 8 выполнен с оптимизированным с точки зрения гидродинамики профилем, с учетом наличия направляющего аппарата 6 внутри рабочего колеса.

Гидротурбина двойного действия с центральным аппаратом работает следующим образом.

Поток воды подводится к первой ступени рабочего колеса по лотку 8 с направляющей лопаткой 15, профилированному таким образом, чтобы обеспечить оптимальный коэффициент полезного действия на первой ступени. После выхода из первой ступени под заданным углом атаки поток попадает в проточную часть аппарата 6, из которого поток направляется к выходу из рабочего колеса и попадает под заданным углом атаки на лопасти для получения максимального коэффициента полезного действия при втором действии.

Таким образом, проточная часть аппарата 6 обеспечивает оптимальный поток жидкости в центральной части рабочего колеса между первой и второй ступенями и позволяет получить минимальные потери энергии в центральной части колеса и максимальный коэффициент полезного действия на второй ступени рабочего колеса.

Минимальные потери энергии в центральной части колеса и на ступенях рабочего колеса позволяют получить общий максимальный коэффициент полезного действия гидротурбины двойного действия с центральным аппаратом и минимизировать гидродинамические возмущающие силы, действующие на элементы проточной части гидротурбины, что одновременно способствует улучшению вибрационного состояния агрегата.

Изобретение относится к гидротурбинам и предназначено для преобразования энергии падающей воды в энергию вращения вала агрегата, на котором насажены турбина и генератор. Гидротурбина содержит рабочее колесо с лопастями, неподвижно скрепленными по торцам с дисками. В центральной части гидротурбины установлен аппарат с профилированными лопатками, неподвижно закрепленными по торцам с неподвижными дисками, разделяющимися с дисками рабочего колеса уплотнениями. Вал гидроагрегата заканчивается фланцем, соединенным неподвижно с одним диском рабочего колеса. Другой диск рабочего колеса жестко соединен с корпусом подшипника, опирающимся на неподвижную ось гидротурбины, закрепленную неподвижно в опоре гидротурбины и фланцем неподвижно с диском аппарата. Проточная часть аппарата обеспечивает оптимальный поток жидкости в центральной части рабочего колеса между первой и второй ступенями и позволяет получить минимальные потери энергии в центральной части колеса и максимальный КПД гидротурбины двойного действия и минимизировать гидродинамические возмущающие силы, действующие на элементы проточной части гидротурбины. 2 ил.

Гидротурбина двойного действия с центральным аппаратом, содержащая рабочее колесо с лопастями, неподвижно скрепленными по торцам с дисками, подводящий лоток с направляющей лопаткой и вал, отличающаяся тем, что в центральной части гидротурбины установлен аппарат с профилированными лопатками, неподвижно скрепленными по торцам с неподвижными дисками, отделенными от дисков рабочего колеса уплотнениями, а вал гидроагрегата заканчивается фланцем, соединенным неподвижно с одним диском рабочего колеса, другой диск рабочего колеса жестко соединен с корпусом подшипника, опирающимся на неподвижную ось гидротурбины, закрепленную неподвижно в опоре гидротурбины и фланцем неподвижно с диском аппарата.