РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ДЛЯ НЕПОСРЕДСТВЕННО СОЕДИНЕННОЙ ТИХОХОДНОЙ МАЛОЙ ГИДРОТУРБИНЫ ДИАГОНАЛЬНОГО ТИПА, ПРИМЕНЯЕМОЙ В ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ БАШНЕ Российский патент 2013 года по МПК F03B3/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к охлаждающей башне, в частности к рабочему колесу гидротурбины, для приведения охлаждающей башни, более конкретно, в изобретении описано рабочее колесо для непосредственно соединенной тихоходной малой гидротурбины диагонального типа, применяемой в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, которая не предусмотрена с редуктором и может обеспечить равенство выходной частоты вращения гидротурбины номинальной величине частоты вращения вентилятора посредством надлежащей конструкции рабочего колеса гидротурбины, чтобы исключить редуктор, используемый традиционной напороструйной гидротурбиной.

Предпосылки создания изобретения

Как нам всем известно, для осуществления цели сбережения энергии, в существующей охлаждающей башне кондиционирования воздуха начали использовать гидротурбину для приведения охлаждающего вентилятора, таким образом, полностью утилизируя энергию циркуляции потока воды охлаждающей башни для преобразования энергии в движущую силу гидротурбины; и гидротурбина используется для преобразования энергии воды в энергию механического вращения для приведения охлаждающего вентилятора, таким образом, исключая традиционный охлаждающий двигатель большой мощности и осуществляя очень значительный эффект сбережения энергии.

В данный момент водяной столб избыточной циркулирующей воды промышленной охлаждающей башни кондиционирования воздуха в Китае составляет 4-15 м, и напорный водяной столб в 0,5-1 м требуется в положении для распределительных водяных труб, чтобы гидротурбина для удаления части водяного столба избыточной циркулирующей воды работала в окружающей среде с противодавлением; но частота вращения вентилятора охлаждающей башни должна быть ниже, чтобы осуществить непосредственное соединение с вентилятором охлаждающей башни, и для этого должна быть выбрана тихоходная гидротурбина диагонального типа; тем не менее, в нынешнем спектре гидротурбин в Китае все еще отсутствует тихоходная гидротурбина диагонального типа, которая может соответствовать рабочей окружающей среде и быть непосредственно соединенной с охлаждающим вентилятором, и должен быть принят режим приведения для соединения обычной гидротурбины диагонального типа с вентилятором охлаждающей башни через редуктор, поскольку рабочие условия редуктора являются хуже не только из-за сильного шума и короткого срока службы, но и из-за соответствующего увеличения производственных затрат. Следовательно, разработана гидротурбина диагонального типа, которая может соответствовать приведенной частоте вращения в условиях рабочей окружающей среды и может быть непосредственно соединена с вентилятором охлаждающей башни, таким образом, имея большую практическую значимость.

Краткое изложение сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является разработка рабочего колеса для непосредственно соединенной тихоходной малой гидротурбины диагонального типа, применяемой в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, преодолевающего проблемы, заключающиеся в том, что выходной вал существующей гидротурбины охлаждающей башни может приводить лопасти вентилятора только через редуктор, а также проблемы высокого шума, большой вероятности отказа и высоких производственных затрат, таким образом, являясь основой для того, чтобы в итоге исключить механизм передачи с редуктором.

Техническая схема изобретения такова:

Рабочее колесо для непосредственно соединенной тихоходной малой гидротурбины диагонального типа, применяемой в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, содержит верхний венец 1, нижнее кольцо 3 и лопасти 2 с изогнутой поверхностью, установленные между верхним венцом 1 и нижним кольцом 3, причем край 4 впуска воды расположен у одного конца каждой лопасти 2 с изогнутой поверхностью, причем каждый край 4 впуска воды является стороной высокого давления рабочего колеса и также стороной радиального притока потока воды, причем край 5 выпуска воды расположен у другого конца каждой лопасти 2 с изогнутой поверхностью, и каждый край 5 выпуска воды является стороной низкого давления рабочего колеса и также стороной осевого притока потока воды; точки соединения между краями 5 выпуска воды и нижним кольцом 2 являются А и точки соединения между краями 5 выпуска воды и верхним венцом являются В, и рабочее колесо отличается тем, что отношение высоты h каждого края 4 впуска воды к диаметру D1, соответствующему краю 4 впуска воды, составляет 0,18-0,22. отношение общей высоты Н лопастей 2 к диаметру D1 составляет 0,35-0,42, отношение диаметра D2, соответствующего точке A пересечения каждого края 5 выпуска воды и нижнего кольца 3, к диаметру D1 составляет 0,4-0,6, отношение диаметра D3, соответствующего точке B пересечения каждого края 4 впуска воды и верхним венцом, к диаметру D1 составляет 0,3-0,45, и отношение диаметра D4 в положении слива воды круглой платформы на верхнем венце 1 к диаметру D1 составляет 0,1-0,2, и отношение между диаметром D1 каждого края впуска воды и частотой вращения лопастей охлаждающего вентилятора составляет $$\text{D1}=\text{n11}\times \sqrt{\text{H}}\text{/n}$$ , в котором n11 является постоянным числом и называется приведенной частотой вращения, величина лежит в диапазоне 28-42, n является номинальной частотой вращения лопастей охлаждающего вентилятора, и H является давлением впуска воды (водяной столб принят за единицу: м).

Количество лопастей 2 с изогнутой поверхностью составляет 16-20, и отношение минимальной толщины к максимальной толщине крыловидных форм лопастей составляет 0,28-0,34.

Изобретение имеет следующие преимущества:

Изобретение может положить основу для того, чтобы в итоге исключить редуктор для гидротурбины для охлаждающей башни, посредством использования рабочего колеса, разработанного в изобретении, причем могут быть полностью удовлетворены рабочие требования, и эксперименты доказывают, что выходная частота вращения гидротурбины, оснащенной рабочим колесом, может полностью соответствовать рабочим требованиям, и диапазон пульсации частоты вращения уменьшен.

Конструкция является простой, и установка и использование очень удобны.

В отношении характеристик гидротурбины для охлаждающей башни приведенная частота n11 вращения преимущественно уменьшена с уровня не менее 80 во время существующего применения традиционной напороструйной гидротурбины, до 28-42; одновременно с этим уравнение кривой ключевых элементов, а именно, направляющих лопаток, которое может влиять на эффективность гидротурбины, определено согласно приведенной частоте вращения, причем отношение между размером рабочего колеса и размером D1 краев впуска воды лопастей получается из множества вычислений и экспериментов, и одновременно получается отношение между D1 и частотой вращения охлаждающего вентилятора, таким образом, обеспечивая быстрый и удобный способ разумной разработки рабочего колеса.

Эксперименты подтверждают, что пока приведенная частота вращения составляет 28-42, определенный размер D1 краев впуска воды лопастей и определенный размер рабочего колеса могут сохранять общую эффективность гидротурбины на уровне около 86%, причем когда приведенная частота вращения больше чем 42 или меньше чем 28, эффективность резко линейно падает.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схематичный вид пространственной конструкции рабочего колеса согласно изобретению.

Фиг.2 представляет собой схематичную диаграмму размеров всех частей рабочего колеса согласно изобретению.

Фиг.3 представляет собой схематичный вид лопасти с изогнутой поверхностью согласно изобретению.

Фиг.4 представляет собой чертеж в трех проекциях лопасти с изогнутой поверхностью согласно изобретению.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

Далее следует подробное описание изобретения посредством комбинации чертежей и описания варианта осуществления. Как видно из фиг.2, рабочее колесо для непосредственно соединенной тихоходной малой гидротурбины диагонального типа, применяемой в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, содержит верхний венец 1, нижнее кольцо 3 и 16-20 лопастей 2 с изогнутой поверхностью, установленных между верхним венцом 1 и нижним кольцом 3, как видно из фиг.1, причем лопасти 2 с изогнутой поверхностью имеют крыловидную структуру, как видно из фиг.3 и фиг.4, причем отношение минимальной толщины к максимальной толщине крыловидных форм лопастей составляет 0,28-0,34, причем край 4 впуска воды расположен у одного конца каждой лопасти 2 с изогнутой поверхностью, причем каждый край 4 впуска воды является стороной высокого давления рабочего колеса и также стороной радиального притока потока воды, причем край 5 выпуска воды расположен у другого конца каждой лопасти 2 с изогнутой поверхностью, и каждый край выпуска воды является стороной низкого давления рабочего колеса и также стороной осевого оттока потока воды; причем точки A являются точками соединения между краями 5 выпуска воды и нижним кольцом 3, и точки B являются точками соединения между краями 5 выпуска воды и верхним венцом, причем отношение минимальной толщины к максимальной толщине крыловидных форм лопастей с изогнутой поверхностью составляет 0,28-0,34, причем отношение между размером лопастей 2 с изогнутой поверхностью и размеров соответствующих частей всего рабочего колеса следующее: отношение высоты h каждого края 4 впуска воды к диаметру D1. соответствующему краю 4 впуска воды, составляет 0,18-0,22, отношение общей высоты H лопастей 2 к диаметру D1 составляет 0,35-0,42, отношение диаметра D2, соответствующего точке A пересечения каждого края 5 выпуска воды и нижнего кольца 3, к диаметру D1 составляет 0,4-0,6, отношение диаметра D3, соответствующего точке В пересечения каждого края 4 впуска воды и верхнего венца, к диаметру D1 составляет 0,3-0,45, и отношение диаметра D4 в положении слива воды круглой платформы на верхнем венце 1 к диаметру D1 составляет 0,1-0,2, как видно из фиг.2. Отношение между диаметром D1 каждого края впуска воды и частотой вращения лопастей охлаждающего вентилятора составляет $$\text{D1}=\text{n11}\times \sqrt{\text{H}}\text{/n}$$ , в котором n11 является постоянным числом и называется приведенной частотой вращения, величина лежит в диапазоне 28-42, n является номинальной частотой вращения лопастей охлаждающего вентилятора, и H является давлением впуска воды (водяной столб принят за единицу: м).

В конкретном варианте осуществления, когда частота вращения лопастей вентилятора охлаждающей башни определена, далее выбирается величина n11 согласно окружающей среде при использовании, в сущности, выбранная величина выше на юге, и на севере выбранная величина ниже, в большинстве ситуаций подходящая выбранная величина равна 35, затем величина D1 может быть определена посредством давления Н впуска воды, и размеры всех частей, а именно, лопастей с изогнутой поверхностью, верхним венцом и нижнего кольца наконец определяются согласно величине D1, посредством этого приводя рабочее колесо в соответствие требованию к номинальной частоте вращения.

Далее следует описание нескольких конкретных примеров вычисления:

Пример 1

Допустим, что n11 равно 35, давление Н впуска воды равно 14 м и номинальная частота n вращения вентилятора равна 136 об/мин, тогда D1 равен 0,928 м, и одна лопасть с изогнутой формой разработана в форме, изображенной на фиг.3 и 4. Действительно измеренная частота вращения установленных лопастей вентилятора равна 137 об/мин, что соответствует требованию к конструкции.

Пример 2

Допустим, что n11 равно 30, давление Н впуска воды равно 15 м и номинальная частота n вращения вентилятора равна 140 об/мин, тогда D1 равен 0,830 м, и одна лопасть с изогнутой формой разработана в форме, изображенной на фиг.3 и 4. Действительно измеренная частота вращения установленных лопастей вентилятора равна 138 об/мин, что соответствует требованию к конструкции.

Пример 3

Допустим, что n11 равно 40, давление Н впуска воды равно 15 м и номинальная частота n вращения вентилятора равна 130 об/мин, тогда D1 равен 1,192 м, и одна лопасть с изогнутой формой разработана в форме, изображенной на фиг.3 и 4. Действительно измеренная частота вращения установленных лопастей вентилятора равна 131 об/мин, что соответствует требованию к конструкции.

Пример 4

Допустим, что n11 равно 28, давление Н впуска воды равно 13 м и номинальная частота n вращения вентилятора равна 136 об/мин, тогда D1 равен 0,742 м, и одна лопасть с изогнутой формой разработана в форме, изображенной на фиг.3 и 4. Действительно измеренная частота вращения установленных лопастей вентилятора равна 130 об/мин, что соответствует требованию к конструкции.

Пример 5

Допустим, что n11 равно 42, давление Н впуска воды равно 10 м и номинальная частота n вращения вентилятора равна 140 об/мин, тогда D1 равен 0,949 м, и одна лопасть с изогнутой формой разработана в форме, изображенной на фиг.3 и 4. Действительно измеренная частота вращения установленных лопастей вентилятора равна 145 об/мин, что соответствует требованию к конструкции.

Пример 6

Допустим, что n11 равно 27, давление Н впуска воды равно 13 м и номинальная частота n вращения вентилятора равна 136 об/мин, тогда D1 равен 0,712 м, и одна лопасть с изогнутой формой разработана в форме, изображенной на фиг.3 и 4. Действительно измеренная частота вращения установленных лопастей вентилятора равна 110 об/мин, что не соответствует требованию к конструкции.

Пример 7

Допустим, что n11 равно 43, давление Н впуска воды равно 10 м и номинальная частота n вращения вентилятора равна 140 об/мин, тогда D1 равен 0,969 м, и одна лопасть с изогнутой формой разработана в форме, изображенной на фиг.3 и 4. Действительно измеренная частота вращения установленных лопастей вентилятора равна 120 об/мин, что не соответствует требованию к конструкции.

Для специалистов в данной области техники будет понятно, что деревянный шаблон может быть получен очень просто посредством обращения к отношению всех параметров между лопастями и рабочим колесом, а также к отношению между диаметром края впуска воды каждой лопасти и приведенной частотой вращения, и между водяным столбом и частотой вращения лопастей вентилятора, и, следовательно, может быть получена идеальная конструкция посредством разработки после непосредственной или небольшой окончательной обработки деревянного шаблона.

Неописанные части являются такими же, как в предшествующем уровне техники или могут быть выполнены посредством заимствования предшествующего уровня техники.

Изобретение относится к рабочему колесу для непосредственно соединенной тихоходной малой гидротурбины диагонального типа, применяемой в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, которое содержит верхний венец, нижнее кольцо и лопасти с изогнутой поверхностью, установленные между верхним венцом и нижним кольцом. Отношение высоты h края 4 впуска воды каждой лопасти к диаметру D1, соответствующему краю 4 впуска воды, составляет 0,18-0,22. Отношение общей высоты H лопастей к диаметру D1 составляет 0,35-0,42. Отношение диаметра D2, соответствующего точке A пересечения каждого края 4 выпуска воды и нижнего кольца, к диаметру D1 составляет 0,4-0,6. Отношение диаметра D3, соответствующего точке B пересечения каждого края 4 выпуска воды и верхнему венцу, к диаметру D1 составляет 0,3-0,45. Отношение диаметра D4 в положении круглой платформы слива воды на верхнем венце к диаметру D1 составляет 0,1-0,2. Диаметр D1 и частота вращения лопастей охлаждающего вентилятора связаны определенной зависимостью. Изобретение направлено на обеспечение простой конструкции, удобства в разработке и установке и высокой эффективности преобразования энергии. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Рабочее колесо для непосредственно соединенной тихоходной малой гидротурбины диагонального типа, применяемой в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, содержащее верхний венец (1), нижнее кольцо (3) и лопасти (2) с изогнутой поверхностью, установленные между верхним венцом (1) и нижним кольцом (3), причем край (4) впуска воды расположен у одного конца каждой лопасти (2) с изогнутой поверхностью, причем каждый край (4) впуска воды является стороной высокого давления рабочего колеса и также стороной радиального притока потока воды, причем край (5) выпуска воды расположен у другого конца каждой лопасти (2) с изогнутой поверхностью, и каждый край выпуска воды является стороной низкого давления рабочего колеса и также стороной осевого оттока потока воды; причем точки соединения между краями (5) выпуска воды и нижним кольцом (2) являются A, точки соединения между краями (5) выпуска воды и верхним венцом являются B, отличающееся тем, что отношение высоты h края (4) впуска воды каждой лопасти (2) к диаметру D1, соответствующему краю (4) впуска воды, составляет 0,18-0,22, отношение общей высоты H лопастей (2) к диаметру D1 составляет 0,35-0,42, отношение диаметра D2, соответствующего точке A пересечения каждого края (5) выпуска воды и нижнего кольца (3), к диаметру D1 составляет 0,4-0,6, отношение диаметра D3, соответствующего точке B пересечения каждого края (5) выпуска воды и верхнего венца, к диаметру D1 составляет 0,3-0,45, отношение диаметра D4 в положении слива воды круглой платформы на верхнем венце (1) к диаметру D1 составляет 0,1-0,2 и отношение между диаметром D1 и частотой вращения лопастей охлаждающего вентилятора составляет $$\text{D1}=\text{n11}\cdot \sqrt{\text{H}}\text{/n}\text{,}$$ причем D1 является диаметром, соответствующим каждому краю (4) впуска воды, единицей диаметра D1 является м, n11 является постоянным числом и называется приведенной частотой вращения, указанная величина лежит в диапазоне 28-42, n является номинальной частотой вращения лопастей охлаждающего вентилятора, единицей номинальной частоты вращения является n в об/мин, H является давлением впуска воды, и единицей водяного столба является м водяного столба.

2. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что количество лопастей (2) с изогнутой поверхностью составляет 16-20, и отношение минимальной толщины к максимальной толщине крыловидных форм лопастей составляет 0,28-0,34.