Поворотно-лопастная гидротурбина Советский патент 1992 года по МПК F03B13/08 F03B13/12 

-W

Ј

Изобретение относится к гидромашиностроению. Поворотно-лопастная гидротурбина содержит размещенное в камере рабочее колесо. Последнее выполнено в виде втулки, связанной с корневыми частями лопастей при помощи шарниров со штифтами. Механизм поворота и изменения угла наклона лопастей расположен во втулке и кинематически связан с лопастями и приводом. Штифты шарниров установлены с наклоном к оси вращения колеса. Механизм поворота и изменения угла наклона лопастей выполнен в виде планетарного редуктора, а кинематические связи механизма с лопастями и приводом - в виде зубчатых передач. Такое выполнение гидротубины повышает ее надежность и ремонтопригодность, а также упрощает ее конструкцию 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в поворот- но-лопастных турбинах, требующих регулировку постоянства частоты вращения колеса при значительных колебаниях рабочих напоров.

Целью изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности и ремонтопригодности.

На фиг.1 показана схема поворотно-лопастной гидротурбины; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.З - вид Б на фиг.1; на фиг.4 - схема гидротурбины с подвижным диффузором; на фиг.5 - гидротурбина, осевой разрез; на фиг.6 - рабочее колесо гидротурбины; на фиг.7- механизм синхронизации движения лопастей.

Поворотно-лопастная гидротурбина содержит размещенное в камере 1 рабочее колесо 2, выполненное в виде втулки 3, связанной с корневыми частями 4 лопастей 5 с помощью шарниров 6 со штифтами 7 и расположенного во втулке 3 механизма 8 (не показан) поворота и изменения угла наклона лопастей 5, кинематически связанного с лопастями 5 и приводом 9 (не показан). Штифты 7 шарниров 6 установлены с наклоном к оси вращения рабочего колеса 2, механизм 8 (не показан) выполнен в виде планетарного редуктора 10 (не показан), а кинематические связи механизма 8 с лопастями 5 и приводом 9 в виде зубчатых передач 11 (не показаны).

Лопасти 5 подвижно посажены на втулке 3 с помощью штифтов 7 шарниров 6 в подшипниках 12 в диффузоре 13 так, что зазор (не показан) между концом лопастей 5 и диффузором 13 имеет наименьшее расчетное значение во всех положениях лопасти, когда угол установки лопасти наименьший «мин и диаметр наибольший Омакс (показано основной линией) и когда «макс и 0Мин (условная линия). Диффузор 14 ограничивает сверху рабочую зону турбины, переходяVJ

00

ел

8

щую в спиральную камеру (не показана), соединенную с напорной трубой 15, а низ диффузоров 13 соединен с отсасывающей трубой 16, сидящей в фундаменте 17, с вмонтированным в нее гидроцилиндром 18.

Напорная труба 15 через шибер 19 с приводом 20 соединена с водоемом 21 с датчиком 22, указывающим напор Н.

Корпус 23 турбины и генератор 24 с датчиком 25 положения лопастей 5 выполнены в верхней части турбины.

В гидроцилиндре 18 подвижно посажен поршень 26 с уплотнением 27 и кольцевыми направляющими 28, в которые посажен цилиндрический шток-корпус 29 с верхней 30 и нижней 31 крышками.

На подвижном штоке -корпусе 29 выполнен следящий механизм (не показан) с распределителем 32 давления с трубопроводом 33, взаимодействующий с конусом 34, зацепленным с помощью реечной передачи (не показана) с шестерней 35 на валу 36, зацепленном с шестерней 37 механизма 8 привода 9 управления геометрическими параметрами лопастей 5, сидящем на полом валу 38 рабочего колеса 2, установленного в подшипниках 39-41, и зубчатые секторы 42, сидящие на штифтах 7 шарниров 6 лопастей 5 с центральной шестерней 43, сидящей на водиле 44 планетарного редуктора 10 механизма 8 поворота лопастей 5, сателлитами 45, зацепленными с неподвижным звеном 46 и центральной шестерней 47, сидящей на водиле 48 с сателлитом 49, зацепленным с неподвижным звеном 50 и цент- ральной шестерней 51 .сидящей на валу 52 управления в подшипниках 53 и 54.

На валу 52 управления выполнена шестерня 55, зацепленная с шестерней 56, сидящей на поперечном валике 57, сидящем в подшипниках 58, выполненных в утолщении 59 вала 38 рабочего колеса 2 с окном (не показано) и противовесом 60, в котором размещена другая шестерня 61 на том же валу и зацепленная с шестерней 62, свобод- но сидящей на валу 63 продолжения вала 38 рабочего колеса 2 турбины, на котором размещен генератор 24.

Шестерня 62 спарена с шестерней 64, зацепленной с шестерней 65, сидящей на водиле 66 с подшипником 67 и с сателлитами 68., зацепленными с неподвижным звеном 69 корпуса 70 и центральной шестерней 71 на подшипнике 72, спаренной с шестерней 73, закрепленной с сателлитами 74 во- дила 75, зацепленного с неподвижным звеном 76 корпуса 77, сидящем на валу 78, в котором выполнен венец 79, зацепленный с шестерней 80 (не показана) на валу 81 (не показан) с подшипником 82 (не показан) посредством муфты 83 (не показана), соединенной с приводом 9. На конце вала 78 выполнена шестерня 84 (не показана), зацепленная с шестерней 85 (не показана), выполненной на валу 38 рабочего колеса 2 турбины. Диффузор 13 и рабочее колесо 2 могут быть выполнены подвижными в осевом направлении.

Турбина работает следующим образом.

В исходном положении шибер 19 закрыт, уровень воды в водоеме 21 на отметке Н зафиксирован датчиком 22 напора. Лопасти 5 рабочего колеса 2 раздвинуты до Омакс. Угол установки лопастей равен «мин.

После включения привода 20 шибер 19 поднимается и вода поступает через напорную трубу 15 в спиральную камеру 14, в щель между диффузорами 13 и 14, заполняет рабочую камеру турбины, приводит во вращение турбину и уходит в отсасывающую трубу 16, приводя во вращение генератор 24, и начинается разгон турбины.

Блок регулирования частоты тока системы автоматического управления установки (не показан) с помощью датчика 25 частоты вращения генератора 24 приводит лопасти 5 в расчетное положение,для чего включается привод 9, муфта 83 и посредством кинематической цепи 81, 82, 80, 79, 77, 76, 74, 75, 78, 84, 73, 72, 71, 68, 69, 66, 67, 65 осуществляется поворот вала 52 в подшипниках 53 и 54 относительно валов 38,63, вращающихся (или неподвижных, что не имеет значения для данной кинематики привода) в подшипниках 39 и 40, с генератором 24 и датчиком 25 частоты вращения, так как передаточное отношение всей этой кинематики 1:1, .включая шестерни 65, 54 и далее 62 и 61, через вал 57 в подшипниках 58, и пары 56, 55 ввиду того, что, когда привод 9 бездействует вместе со звеном 79, валы 38 и 52 вращаются синхронно и неподвижны один в другом.

Когда вал 52 вращается (от привода 9) относительно вала 38, приходит во вращение цепочка 54, 49 относительно звена 50, водило 48, цепочка 47, 45 относительно цепи 46, 44, 43, секторы 42, штифты 7 шарниров 6, в корневых частях 4 и поворачивается лопасть 5 в подшипниках 12 в заданное угловое положение, после чего привод 9 отключается по команде от системы автоматического управления.

Регулирование зазора между диффузорами 13, 14 и концами лопастей 5 осуществляется путем перемеще ния нижнего диффузора 13 со штоком 29 и с поршнем 26 из положения Ьмакс в положение ЬМин вслед за изменением Омакс до 0Мин, так как после включения привода 9 одновременно с поворотом лопастей 5 датчик 37 поворачивает шестерни 30, 35, а вместе с ними движется копир 34.

Вместе с приводом 34 включается насос гидросистемы (не показан), по трубопроводу 33 подается масло в нижнюю полость гид- роцилиндра 18 с крышкой 31 и по направляющим диффузор 13 начинает двигаться вверх вместе со следящим золотником 32. Так как скорость перемещения копира 34 и поршня 26 с диффузором 13 синхронна и согласована, то упор золотника 32 и выступ копира 34 относительно неподвижны. Однако, если по какой-либо причине поршень 26 отстает от копира 34 или обгоняет его, золотник 32 срабатывает и происходит коррекция расхода масла в трубопроводе 33. Формула изобретения 1. Поворотно-лопастная гидротурбина, содержащая размещенное в камере рабочее колесо, выполненное в виде втулки, связанной с корневыми частями лопастей при помощи шарниров со штифтами, и расположенного во втулке механизма поворота и изменения угла наклона лопастей относительно оси вращения рабочего колеса, кинематически связанного с лопастями и приводом, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности и ремонтопригодности,

штифты шарниров установлены с наклоном к оси вращения рабочего колеса, механизм поворота и изменения угла наклона лопастей выполнен в виде планетарного редуктора, а кинематические связи механизма с

лопастями и приводом - в виде зубчатых передач.

Фиг.1

. /

О)

-Ы

/7

4J

ti

W

45

Фиг. 5

Oi

MOKC