ГИДРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Советский патент 1939 года по МПК F03B13/00 

Изобретение касается гидротурбинной установки, в которой пульсирующий поток создается самим ротором с помощью передних отсекающих кромок ковшей.

В предлагаемой установке подобного рода, с целью усиления ударного действия пульсирующего потока на ковши, между задней кромкой ковша и кожухом рабочего колеса оставлен зазор, размер которого определяется наибольшим значением произведения из величин получающегося при этом проходного сечения и давления, вызываемого прямым гидравлическим ударом.

На схематическом чертеже фиг. 1 изображает разрез гидротурбинной установки, фиг. 2, 3, 4 и 5 - поперечные разрезы рабочего колеса турбины в различные моменты его работы, с частью подводящей трубы.

Гидротурбинная установка состоит из рабочего колеса 5 на горизонтальном валу (фиг. 1) и подводящей трубы 6, расположенной вертикально по касательной к рабочему колесу.

Рабочее колесо состоит из нескольких ковшей 1, 2, 3, 4, размещенных по ободу и связанных спицами со ступицей (в данном случае принято колесо с четырьмя ковшами), причем между задней кромкой каждого ковша и кожухом имеется зазор.

В рабочем процессе турбины можно ответить четыре характерные положения ковшей по отношению к подводящей трубе, а именно: перед закрытием трубы, половинное закрытие трубы, полное закрытие трубы и открытие трубы.

При положении ковшей перед закрытием подводящей трубы (фиг. 2) колесо в течение некоторого времени работает подобно колесу турбины Банки. Водный поток, ударяясь в тыловую плоскость ковша 1, сбегает на тыловую плоскость ковша 4, оказывая активное давление и создавая вращающий момент. Одновременно с этим часть потока устремляется внутрь ковша 1, оказывая реактивное давление в направлении того же вращающего момента.

При половинном закрытии трубы (фиг. 3) поток рассекается передней кромкой ковша 2. Правая часть потока омывает внутреннюю поверхность ковша 2 и выбрасывается за пределы рабочего колеса. Конструктивными мерами можно устранить попадание отработавшей воды с ковша 2 на ковш 3 (что создало бы тормозящее усилие) и направить эту воду на тыловую плоскость ковшей 1 и 4.

Правая часть потока работает на пути от рассмотренного выше момента «перед закрытием трубы» (фиг. 2) до момента половинного закрытия по принципу колеса Пельтона, создавая реактивным действием на ковш 2 вращающий момент. Одновременно с этим в ковше 2 будет и давление, создающее тормозящий момент колесу, т.е. давление на заднюю внутреннюю плоскость ковша; величина этого давления определится в большей степени скоростью движения ковша, чем скоростью потока. Левая часть потока работает подобно тому, как в турбине Банки.

Положение половинного открытия при расчете турбины может быть рассматриваемо как начальное положение закрытия трубы для создания гидравлического удара, так как с этого момента начинается сужение живого сечения потока, интенсивно нарастающее вплоть до полного закрытия.

За время закрытия подводящей трубы на внутреннюю поверхность ковша 2 будет действовать ударное давление (т.е. давление, происходящее за счет изменения скорости потока в трубе), возрастающее от нуля в начальном положении закрытия до некоторой величины Н при полном закрытии.

В соответствии с перемещением ковшей за время закрытия реактивное давление на ковш 2 и активное давление на ковши 1 и 4 будут уменьшаться до нуля к моменту полного закрытия трубы (фиг. 4).

Гидравлический удар будет создавать полезную работу установки и, так как сила удара будет значительной, в рабочем процессе установки удар займет превалирующее значение, а реактивное и активное давление на ковши - вспомогательное.

Открытие трубы (фиг. 5) происходит весьма быстро, позволяя улавливать необходимую фазу пробега ударной волны.

Поток вновь разделяется на правую и левую часть, оказывая активное и реактивное давление на ковш 2, а также создает в правой части тормозящий момент, оказывая давление на лобовую плоскость ковша 3. Значение тормозящего момента будет невелико и действие его непродолжительно.

Гидротурбинная установка, в которой пульсирующий поток создается самим ротором с помощью передних отсекающих кромок ковшей, отличающаяся тем, что, для усиления ударного действия на ковши пульсирующего потока, между задней кромкой ковша и кожухом имеется зазор, определяемый наибольшим значением произведения из величины соответствующего зазору проходного сечения и того давления которое при соответствующем числе оборотов и количестве ковшей вызывается прямым гидравлическим ударом.