RU2413866C2

RU2413866C2 - Hydraulic turbine

Info

Publication number: RU2413866C2
Application number: RU2009110934/06A
Authority: RU
Inventors: Ахмад Шамуниевич Техиев (RU); Ахмад Шамуниевич Техиев
Original assignee: Ахмад Шамуниевич Техиев
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2011-03-10
Also published as: RU2009110934A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed hydraulic turbine comprises cylindrical section-modular housing 1 with vane-screw rigidly fixed on the shaft and appliance to secure the vanes to the housing that allows the shaft rotation. Each section accommodates vane-screw. All vanes feature identical curvature to provide for constant flow rate and synchronous operation of all vane-screws. Attachment mechanism is arranged on opposite side of vane-screw relative to flow direction. Turbine incorporates flow stabilisers made up of metal sheets with their one rib secured to housing 1 and their plane oriented along the radius towards the shaft along housing 1 to stabilise the flow coming from one vane-screw to the other.

EFFECT: simple design and operation, higher output and efficiency, longer life, reduced production costs.

3 dwg

Description

Изобретение относится к гидравлическим турбинам, работающим от энергии естественного потока воды с различными скоростями и мощностями, и может быть использовано в промышленной выработке электроэнергии без строительства плотин и деривации воды.The invention relates to hydraulic turbines operating from the energy of a natural water flow with various speeds and powers, and can be used in industrial power generation without the construction of dams and derivation of water.

Известна вихревая турбомашина, содержащая корпус с впускными и выпускными патрубками и вихревой камерой, рабочее колесо с диском, на поверхности которого расположены лопатки, при этом корпус снабжен центробежным спиралевидным завихрителем с открытыми рабочими каналами со стороны вихревой камеры (см. патент РФ №2027892, МПК⁹F03B 17/00, F04D 17/06, опубл. 27.01.1995 г.).Known vortex turbomachine containing a housing with inlet and outlet nozzles and a vortex chamber, an impeller with a disk on the surface of which the blades are located, while the housing is equipped with a centrifugal spiral swirl with open working channels from the side of the vortex chamber (see RF patent No. 2027892, IPC ⁹ F03B 17/00, F04D 17/06, publ. 01/27/1995).

Недостатками данной гидротурбины являются низкий КПД и высокий расход воды, за счет того, что открытые каналы завихрителя не дают желаемого завихрения рабочей жидкости в вихревой камере. Поток в каналах завихрителя непосредственно контактирует с рабочей жидкостью вихревой камеры, что приводит к уменьшению напора потока в каналах завихрителя, часть потока без завихрения поступает в вихревую камеру. Из-за слабого завихрения рабочей жидкости вихревой камеры, гидротурбина имеет малую мощность. Для нормальной работы такой гидротурбины требуется строительство плотины или деривация воды, что приводит к удорожанию получаемой электроэнергии.The disadvantages of this turbine are low efficiency and high water consumption, due to the fact that the open channels of the swirl do not give the desired turbulence of the working fluid in the vortex chamber. The flow in the swirl channel is in direct contact with the working fluid of the swirl chamber, which leads to a decrease in the flow pressure in the swirl channel, part of the flow enters the swirl chamber without swirl. Due to the weak turbulence of the working fluid of the vortex chamber, the turbine has a low power. For the normal operation of such a hydraulic turbine, the construction of a dam or the derivation of water is required, which leads to a rise in the cost of the generated electricity.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является гидротурбина, содержащая горизонтальный цилиндрический секционно-сборный корпус с рабочими органами в виде лопастных винтов, жестко закрепленных на валу, и механизм крепления лопастного винта к корпусу, установленного с возможностью вращения вала (см. заявку WO 2009/012977 (А2), МПК⁹ F03B 3/04, опубл. 29.01.2009 г.).Closest to the proposed technical solution is a hydraulic turbine containing a horizontal cylindrical sectional-assembled housing with working bodies in the form of rotary blades rigidly fixed to the shaft, and a mechanism for attaching the rotor blade to the housing mounted to rotate the shaft (see application WO 2009/012977 (A2), IPC ⁹ F03B 3/04, published on January 29, 2009).

Недостатками данной гидротурбины являются малая мощность, низкий КПД при довольно сложном решении (регуляция лопастями угла падения потока). В пределах одной секции угол падения потока возможно регулировать в диапазоне от 0° до 90°, к тому же часть потока, закрученная на первом винте, будет проскальзывать по изгибам лопастей следующих винтов, что приведет к малой мощности и низкому КПД. Дальнейшее изменение угла падения потока (уменьшение или увеличение) в следующих секциях сводит на «нет» работу первой секции, так как направление далее закрученного потока будет противоположно направлению потока в цилиндре. Работа всей гидротурбины возможна при изменении угла падения потока от 0° на лопастях первого винта первой секции до 90° на лопастях последнего винта последней секции при условии, что закрученный на последнем винте поток не будет бить в корпус турбины. Здесь так же часть потока, закрученная на первом винте, будет проскальзывать по изгибам лопастей следующих винтов, что приведет к малой мощности и низкому КПД.The disadvantages of this turbine are low power, low efficiency with a rather complicated solution (regulation of the angle of incidence by the blades). Within one section, the angle of incidence of the flow can be adjusted in the range from 0 ° to 90 °, in addition, the part of the flow twisted on the first screw will slip along the bends of the blades of the following screws, which will lead to low power and low efficiency. A further change in the angle of incidence of the flow (decrease or increase) in the following sections nullifies the work of the first section, since the direction of the further swirling flow will be opposite to the direction of flow in the cylinder. The operation of the entire hydraulic turbine is possible when the angle of incidence of the flow changes from 0 ° on the blades of the first screw of the first section to 90 ° on the blades of the last screw of the last section, provided that the flow swirling on the last screw does not beat into the turbine body. Here, too, the part of the flow swirling on the first screw will slip along the bends of the blades of the following screws, which will lead to low power and low efficiency.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в упрощении конструкции и эксплуатации, повышении мощности и КПД гидротурбины, ее долговечности и снижении себестоимости.The technical result of the proposed technical solution is to simplify the design and operation, increase the power and efficiency of a hydraulic turbine, its durability and reduce cost.

Решение технической задачи достигается тем, что в гидротурбине, содержащей горизонтальный цилиндрический секционно-сборный корпус с рабочими органами в виде лопастных винтов, жестко закрепленных на валу, и механизм крепления лопастного винта к корпусу, установленного с возможностью вращения вала, согласно изобретению, в каждой секции установлен лопастный винт, лопасти которого выполнены с одинаковым изгибом для обеспечения постоянной скорости потока и синхронной работы всех лопастных винтов, а механизм крепления расположен с противоположной стороны лопастного винта относительно направления потока, при этом турбина снабжена стабилизаторами потока, выполненными в виде металлических листов, одним ребром закрепленных на корпусе, а плоскостью направленных по радиусу к валу вдоль корпуса и стабилизирующих поток, поступающий с одного винта на следующий.The solution to the technical problem is achieved by the fact that in a hydraulic turbine containing a horizontal cylindrical sectional-assembled housing with working bodies in the form of blade screws rigidly fixed to the shaft, and a mechanism for attaching the blade screw to the housing mounted to rotate the shaft, according to the invention, in each section a blade screw is installed, the blades of which are made with the same bend to ensure a constant flow rate and synchronous operation of all blade screws, and the mounting mechanism is located opposite the positive side of the blade screw relative to the direction of flow, while the turbine is equipped with flow stabilizers made in the form of metal sheets, with one edge fixed to the body, and with a plane directed radially to the shaft along the body and stabilizing the flow coming from one screw to the next.

Данное устройство позволит упростить конструкцию и эксплуатацию, повысить мощность и КПД гидротурбины, повысить эффективность использования гидроресурсов рек, долговечность и снизить себестоимость.This device will simplify the design and operation, increase the capacity and efficiency of a hydraulic turbine, increase the efficiency of the use of river water resources, durability and reduce cost.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид схемы гидротурбины, на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез по В-В на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of a diagram of a hydraulic turbine, figure 2 is a section along aa in figure 1, figure 3 is a section along bb in figure 1.

Гидротурбина состоит из секционно-сборного горизонтального цилиндрического корпуса 1, рабочего лопастного винта 2 с одинаковым изгибом лопасти, механизма крепления 3 винта 2 к корпусу 1, стабилизаторов потока, выполненных в виде металлических листов 4, вала 5, на котором жестко закреплен винт 2. Горизонтальный цилиндрический секционно-сборный корпус 1 установлен на железобетонном основании 6 (см. фиг.1-3).The hydraulic turbine consists of a sectional-assembled horizontal cylindrical body 1, a working blade screw 2 with the same bend of the blade, a mechanism for attaching 3 screws 2 to the body 1, flow stabilizers made in the form of metal sheets 4, a shaft 5, on which the screw 2 is rigidly fixed. Horizontal a cylindrical sectional-prefabricated housing 1 is mounted on a reinforced concrete base 6 (see figures 1-3).

Гидротурбина работает следующим образом. Цилиндрический секционно-сборный корпус 1 гидротурбины закрепляют на железобетонном основании 6, установленном на части русла реки. Естественный поток попадает в корпус 1 на лопасти рабочего винта 2 (см. фиг.2 - для наглядности показано только 3 лопасти рабочего винта), жестко закрепленного на валу 5, лопасти закручивают поток и приводят во вращение винт 2. Закрученный поток, выходя после рабочего винта 2, закрепленного на корпусе 1 механизмом 3, установленным с возможностью вращения вала 5, попадает на металлические листы 4 стабилизатора потока с определенной угловой скоростью вращения, выпрямляется, и стабилизированный прямолинейный поток поступает на следующий винт, далее цикл повторяется. Т.к. лопасти рабочего винта 2 имеют одинаковый изгиб и, следовательно, одинаковую угловую скорость, то в пределах корпуса 1 скорость потока будет постоянной (согласно уравнению непрерывности скорости потока), и все рабочие винты 2 будут работать синхронно. Синхронное вращение винтов 2 посредством вала 5 через соответствующие механизмы (на фиг.1 не показаны) передается на электрогенератор.Hydroturbine works as follows. A cylindrical sectional-prefabricated building 1 of a hydraulic turbine is fixed on a reinforced concrete base 6 installed on a part of the river bed. The natural flow enters the housing 1 on the blades of the rotor 2 (see figure 2 - only 3 rotor blades are shown for clarity), rigidly mounted on the shaft 5, the blades twist the flow and rotate screw 2. The swirling stream, leaving after the working a screw 2, mounted on the housing 1 by a mechanism 3 mounted with the possibility of rotation of the shaft 5, gets on the metal sheets 4 of the flow stabilizer with a certain angular speed of rotation, is straightened, and the stabilized straight flow enters the next screw, then the cycle repeats. Because the blades of the rotor 2 have the same bend and, therefore, the same angular velocity, then within the housing 1, the flow rate will be constant (according to the equation of continuity of the flow velocity), and all the rotors 2 will work synchronously. The synchronous rotation of the screws 2 by means of the shaft 5 through the appropriate mechanisms (not shown in FIG. 1) is transmitted to the generator.

Использование предлагаемой гидротурбины позволит по сравнению с прототипом упростить конструкцию и эксплуатацию, повысить ее мощность и КПД, а также эффективно использовать гидроресурсы рек и сократить расходы на получение электроэнергии.Using the proposed hydraulic turbine will allow, in comparison with the prototype, to simplify the design and operation, increase its power and efficiency, as well as efficiently use the water resources of the rivers and reduce the cost of generating electricity.

Claims

A hydraulic turbine containing a horizontal cylindrical sectional-assembled housing with working bodies in the form of rotary blades rigidly fixed to the shaft, and a mechanism for fastening the rotor blade to the housing mounted to rotate the shaft, characterized in that in each section a rotor blade is installed, the blades of which are made with the same bend to ensure a constant flow rate and synchronous operation of all blade screws, and the mounting mechanism is located on the opposite side of the blade screw relative to flow control board, while the turbine is equipped with flow stabilizers made in the form of metal sheets, with one edge fixed to the body, and with a plane directed along the radius to the shaft along the body and stabilizing the flow coming from one blade screw to the next.