ПРЯМОТОЧНАЯ МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ГИДРОТУРБИНА Российский патент 2009 года по МПК E21C50/00 

Описание патента на изобретение RU2352783C1

Изобретение относится к горному делу, конкретно к технологии подводных разработок полезных ископаемых.

Известен турбобур, включающий корпус, установленные в корпусе на радиальных и осевых опорах, связанных между собой посредством редуктора частоты вращения, и имеющие турбины верхний и нижний валы, причем нижний вал связан с породоразрушающим инструментом (долотом). Угол входа лопаток турбины, установленной на нижнем валу, находится в диапазоне 45-90°. Угол входа лопаток турбины, установленной на верхнем валу, больше угла входа лопаток турбины, установленной на нижнем валу, на величину более 40°. Угол входа лопаток турбины, установленной на нижнем валу, находится в диапазоне от 30 до 70° (патент РФ №2052065, МКИ Е21В 4/02, БИ №1, 1996 г.).

Недостатком известного изобретения является невозможность применять турбины турбобура для добычной машины при подводных разработках полезных ископаемых.

Известна установка с самоходной тележкой для сбора конкреций в условиях дна Мирового океана, содержащая тележку на гусеничном ходу, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с резцами, всасывающее сопло и привод, представляющий прямоточную многоступенчатую гидротурбину, работающую на воде (патент РФ №2112139, МКИ Е21С 50/00, БИ №15, 1998 г.).

Недостатком известной установки является отсутствие оптимизирующих параметров прямоточной гидротурбины, выражающихся в низком КПД турбины.

Известна установка, содержащая тележку на гусеничном ходу, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с резцами, всасывающее сопло и привод, представляющий прямоточную многоступенчатую гидротурбину, расположенную в барабане-рыхлителе, снабженную сидящими на концах полого вала подшипниками скольжения со сквозными подводящими каналами на одном конце и отводящими с другого конца вала, крышками с отверстиями, соосными подводящим и отводящим каналам, и цапфами, при этом ступени статора гидротурбины закреплены на полом валу, а ступени ротора - на корпусе барабана-рыхлителя, подвешенного на двух рычагах, причем средний диаметр решетки лопастей турбины на порядок превышает высоту их установки.

Углы входа и выхода в статоре гидротурбины β1c=85-95° и α1=75-80°, соответственно, а в роторе β1p=45-51° и β=25-32°. Количество ступеней гидротурбины n=30 (патент РФ №2203421, 7 Е21С 50/00, БИ №12, 27.04.2001 г.) - прототип.

Недостатком известного изобретения является невысокий КПД гидротурбины и невозможность регулирования ее мощности.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД гидротурбины и обеспечение регулирования мощности гидротурбины.

Технический результат достигается тем, что прямоточная многоступенчатая гидротурбина, расположенная в барабане-рыхлителе перед соплом гибкого шарнирного пульпопровода положительной плавучести, снабженная сидящими на концах полого вала подшипниками скольжения со сквозными подводящими каналами на одном конце и отводящими на другом конце вала, крышками с отверстиями, соосными подводящим и отводящим каналам подшипников, и цапфами, при этом ступени статора гидротурбины закреплены на полом валу, а ступени ротора - на корпусе барабана-рыхлителя, подвешенного на двух рычагах, согласно изобретению, прямоточная многоступенчатая гидротурбина снабжена смесителем, выполненным в виде нескольких каналов, соединенных с гибким шарнирным пульпопроводом положительной плавучести с одной стороны и водоводом с другой, с расположенными на них задвижками с электроприводами, а крышка гидротурбины со стороны слива снабжена патрубком слива, соединенным с водоводом, при этом углы выхода α1 потока из статора гидротурбины принимают равными α1=77-83°, углы входа β1p и выхода β потока в роторе соответственно принимают равными β1p=42-46° и β=15-20°, при этом количество ступеней n гидротурбины принимают равным 8.

На фиг.1 представлен общий вид установки для добычи полезных ископаемых со дна акватории; на фиг.2 - разрез А-А; на фиг.3 - схема решетки лопастей статора и ротора турбины.

Установка для добычи полезных ископаемых содержит тележку 1 (фиг.1) на гусеничном ходу, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с корпусом 2, с резцами 3, всасывающее сопло 4. Прямоточная многоступенчатая гидротурбина содержит: цапфы 5, рычаги 6, закрепленные на цапфах, сидящие на полом валу 7 подшипники скольжения 8, статор 9, ротор 10. Крышки 11, 12, 13 с отверстиями имеют подводящие 14 и отводящие 15 каналы, причем крышка 13 выполнена с отводящим патрубком слива, соединенным с водоводом 16. Прямоточная многоступенчатая гидротурбина снабжена каналами 18, на которых установлены задвижки 19 с электроприводами. На статоре 9 расположены лопасти 20, а на роторе 10 расположены лопасти 21.

Установка работает следующим образом. Поток морской воды с избыточным давлением поступает через канал 14 в крышке 13 из акватории (фиг.2), проходит через решетку лопастей статора 9 и ротора 10, установленного на подшипниках скольжения 8, вращает корпус 2 барабана-рыхлителя и передает усилие на закрепленные на нем резцы 3.

Резцы захватывают с поверхности дна конкреции вместе с илом и песком и проталкивают их к всасывающему соплу 4 гибкого шарнирного пульпопровода 17 положительной плавучести, закрепленному на тележке 1 на гусеничном ходу (см. фиг.1).

Барабан-рыхлитель 2 закреплен на рычагах 6 при помощи цапф 5.

В крышке 13 имеется сливной патрубок, через который поток воды выбрасывается в водовод 16. Конкреции, отбрасываемые исполнительным органом назад в овальное сопло 4, смешиваясь с водой, образуют пульпу, которая всасывается в гибкий шарнирный пульпопровод 17 положительной плавучести. Из водовода 16 через каналы 18 смесителя, на которых установлены задвижки 19 с электроприводами, проходит' вода, при открывании соответствующей задвижки поток жидкости из турбины сбрасывается в гибкий пульпопровод 17 положительной плавучести, изменяя напор в ней, за счет чего изменяется мощность гидротурбины.

Статор 9 закреплен на неподвижном полом валу 7. За счет выбранных углов решеток лопастей 20 и 21 (см. фиг.3) параллелограммы скоростей потока обеспечивают вращение ротора 10 с частотой, не превышающей 100 об/мин.

Для установки были получены новые углы выхода в статоре 9 гидротурбины α1=77-83°, а в роторе 10 - углы входа β1p и выхода β потока равные, β1p=42-46° и β=15-20°, которые обеспечивают максимальный КПД при заданных параметрах гидротурбины (производительность Q м3/с, средний диаметр решетки лопастей Dcp м, радиальная длина лопасти 1 м, коэффициент стеснения потока K, осевая скорость потока C0), возможность регулирования прямоточной многоступенчатой гидротурбины. При этом количество ступеней гидротурбины принимают равным 8.

Похожие патенты RU2352783C1

название год авторы номер документа
УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ СО ДНА АКВАТОРИИ 2001
  • Маховиков Б.С.
  • Шорников В.В.
  • Незаметдинов А.Б.
  • Шалыгин А.В.
RU2203421C1
Бесплотинная гидроэлектростанция 2017
  • Литвиненко Александр Михайлович
  • Кирилов Андрей Бориславов
RU2681060C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПУТЕМ ЕЕ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Хомяков Лев Николаевич
RU2311558C1
БЕЗВАЛЬНАЯ ПРЯМОТОЧНАЯ ГИДРОТУРБИНА 2021
  • Желваков Владимир Валентинович
RU2778191C1
ГИДРОАГРЕГАТ 1994
  • Кузнецов Е.Г.
RU2080475C1
СИММЕТРИЧЕСКАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 2006
  • Моргунов Геннадий Михайлович
  • Моргунов Кирилл Геннадьевич
RU2338086C1
ГИДРОТУРБИНА М.А.СОБОЛЕВА И СПОСОБ ПРОПУСКА ВОДЫ ЧЕРЕЗ НЕЕ 1989
  • Соболев Михаил Антонович
RU2020241C1
ГИДРОТУРБИНА 2023
  • Попов Александр Ильич
  • Щеклеин Сергей Евгеньевич
RU2806776C1
ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА 2023
  • Голубенко Михаил Иванович
RU2821669C1
САМОХОДНАЯ ТЕЛЕЖКА ДЛЯ СБОРА КОНКРЕЦИЙ В УСЛОВИЯХ ДНА МИРОВОГО ОКЕАНА 2003
  • Маховиков Б.С.
  • Незаметдинов А.Б.
  • Шалыгин А.В.
RU2231643C1

Реферат патента 2009 года ПРЯМОТОЧНАЯ МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ГИДРОТУРБИНА

Изобретение относится к горному делу, а именно к технологии подводных разработок полезных ископаемых. Технический результат - повышение КПД гидротурбины и обеспечение регулирования мощности гидротурбины. Прямоточная многоступенчатая гидротурбина, расположенная в барабане-рыхлителе перед соплом гибкого шарнирного пульпопровода положительной плавучести, снабженная сидящими на концах полого вала подшипниками скольжения со сквозными подводящими каналами на одном конце и отводящими на другом конце вала, крышками с отверстиями, соосными подводящим и отводящим каналам подшипников, и цапфами. При этом ступени статора гидротурбины закреплены на полом валу, а ступени ротора - на корпусе барабана-рыхлителя, подвешенного на двух рычагах. Прямоточная многоступенчатая гидротурбина снабжена смесителем, выполненным в виде нескольких каналов, соединенных с гибким шарнирным пульпопроводом положительной плавучести и водоводом, с расположенными на них задвижками с электроприводами. Крышка гидротурбины со стороны слива снабжена патрубком слива, соединенным с водоводом. Углы выхода α1 потока из статора гидротурбины принимают равными α1=77-83°, углы входа β1p и выхода β потока в роторе соответственно принимают равными β1p=42-46° и β=15-20°. Количество ступеней n гидротурбины принимают равным 8. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 352 783 C1

Прямоточная многоступенчатая гидротурбина, расположенная в барабане-рыхлителе перед соплом гибкого шарнирного пульпопровода положительной плавучести, снабженная сидящими на концах полого вала подшипниками скольжения со сквозными подводящими каналами на одном конце и отводящими на другом конце вала, крышками с отверстиями, соосными подводящим и отводящим каналам подшипников, и цапфами, при этом ступени статора гидротурбины закреплены на полом валу, а ступени ротора - на корпусе барабана-рыхлителя, подвешенного на двух рычагах, отличающаяся тем, что прямоточная многоступенчатая гидротурбина снабжена смесителем, выполненным в виде нескольких каналов, соединенных с гибким шарнирным пульпопроводом положительной плавучести с одной стороны и водоводом с другой, с расположенными на них задвижками с электроприводами, а крышка гидротурбины со стороны слива снабжена патрубком слива, соединенным с водоводом, при этом углы выхода α1 потока из статора гидротурбины принимают равными α1=77°-83°, углы входа β1p и выхода β потока в роторе соответственно принимают равными β1p=42°-46° и β=15°-20°, при этом количество ступеней n гидротурбины принимают равным 8.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2352783C1

УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ СО ДНА АКВАТОРИИ 2001
  • Маховиков Б.С.
  • Шорников В.В.
  • Незаметдинов А.Б.
  • Шалыгин А.В.
RU2203421C1
Многоступенчатая гидротурбина для турбобура 1957
  • Гусман М.Т.
  • Иоаннесян Р.А.
  • Иоаннесян Ю.Р.
SU112149A1
RU 2052065 C1, 10.01.1996
УСТАНОВКА С САМОХОДНОЙ ТЕЛЕЖКОЙ ДЛЯ СБОРА КОНКРЕЦИЙ В УСЛОВИЯХ ДНА МИРОВОГО ОКЕАНА 1996
  • Маховиков Б.С.
  • Незаметдинов А.Б.
RU2112139C1
САМОХОДНАЯ ТЕЛЕЖКА ДЛЯ СБОРА КОНКРЕЦИЙ В УСЛОВИЯХ ДНА МИРОВОГО ОКЕАНА 1999
  • Маховиков Б.С.
  • Кабанов О.В.
  • Шорников В.В.
  • Шмидт В.Э.
RU2150004C1
УСТАНОВКА ДЛЯ СБОРА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ С ПОВЕРХНОСТИ МОРСКОГО ДНА 1999
  • Маховиков Б.С.
  • Кабанов О.В.
  • Братчиков Н.В.
  • Шорников В.В.
RU2165021C1
САМОХОДНАЯ ТЕЛЕЖКА ДЛЯ СБОРА КОНКРЕЦИЙ В УСЛОВИЯХ ДНА МИРОВОГО ОКЕАНА 2003
  • Маховиков Б.С.
  • Незаметдинов А.Б.
  • Шалыгин А.В.
RU2231643C1

RU 2 352 783 C1

Авторы

Маховиков Борис Серафимович

Незаметдинов Айдар Бариевич

Шорников Виталий Викторович

Екимов Николай Александрович

Даты

2009-04-20Публикация

2007-12-19Подача