Спиральная камера гидротурбины или насоса

 

Изобретение относится к гидротурбо- и насосостроению и может быть использовано в конструкциях гидротурбин и насосов со сварной металлической спиральной камерой, имеющей меридианные сечения, близкие к круговым. Спиральная камера имеет плоскость симметрии, перпендикулярную оси гидромашины. Камера изготовлена из сваренных между собой звеньев из листового проката, форма сечений которых меридианными, проходящими через ось гидромашины плоскостями близка к круговой. Размеры и положение торцевых сечений звеньев, определяемые результатами гидродинамического расчета, характеризуются двумя параметрами - радиусом сечения и расстоянием центра сечения от оси гидромашины. Каждое звено выполняется как фрагмент прямой круговой конической или цилиндрической оболочки. Изобретение позволяет снизить трудоемкость изобретения и повысить точность формы звеньев спиральной камеры. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к гидротурбо - и насосостроению и может быть использовано в конструкциях гидротурбин и насосов со сварной металлической спиральной камерой (далее СК), имеющей меридианные сечения, близкие к круговым.

Известна [1, стр. 214-216] конструкция сварной, имеющей плоскость симметрии спиральной камеры, в которой звенья представляют собой оболочки, близкие к некруговым конусам. Недостатком такой конструкции является то обстоятельство, что срединная поверхность оболочки является неразворачиваемой, т.е. она теоретически не может быть развернута на плоскость без деформаций.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является конструкция СК, выбранная нами в качестве прототипа, описанная в [3, стр. 275-283], состоящая из звеньев, форма и размеры которых определяются условиями: 1. торцовые сечения звена - плоские; 2. указанные плоскости торцевых сечений пересекаются между собой под заданным расчетным углом; 3. форма торцевого сечения срединной поверхности - часть окружности, 4. размеры звена определяются параметрами: координаты центров окружностей, радиусы окружностей в торцевых сечениях, толщина оболочки.

Срединная поверхность оболочки является линейчатой: прямолинейные образующие соединяют точки окружностей торцевых сечений, расположенные под одинаковыми углами относительно плоскости симметрии спиральной камеры.

Недостатком такой конструкции является то обстоятельство, что срединная поверхность оболочки является неразворачиваемой, т.е. она теоретически не может быть развернута на плоскость без деформаций. Примерами линейчатых неразворачиваемых поверхностей являются: - геликоид - поверхность, образуемая винтовым движением горизонтальной прямой, пересекающей вертикальную ось [5, стр.833]; - однополостный гиперболоид - поверхность, полученная при вращении вокруг оси прямой, не проходящей через ось вращения и наклонной к плоскости, перпендикулярной оси вращения [6, стр.251].

Следствиями этого обстоятельства являются: - невозможность аналитического описания контура плоской заготовки звена (поэтому применяются приближенные методы графического [1], [2] или численного с помощью ЭВМ [3] разворачивания поверхностей); - теоретическая и практическая невозможность образования требуемой формы оболочки путем операции гибки плоской заготовки в вальцах, т.к. для получения правильной формы звена необходимо в процессе гибки располагать его таким образом, чтобы продольная ось штампа строго совпадала с линиями гиба - прямолинейными образующими оболочки, нанесенными на плоской заготовке при разметке.

Технический результат изобретения состоит в снижении трудоемкости изготовления и повышении точности формы звеньев спиральной камеры.

В заявляемом изобретении решена задача разворачивания звеньев спиральной камеры на плоскость без деформаций.

Указанный технический результат достигается тем, что в спиральной камере гидротурбины или насоса, имеющей плоскость симметрии, перпендикулярную оси гидромашины, изготовленной из сваренных между собой звеньев из листового проката, форма сечений которых меридианными, проходящими через ось гидромашины плоскостями близка к круговой, а размеры и положение торцевых сечений звеньев, определяемые результатами гидродинамического расчета, характеризуются двумя параметрами - радиусом сечения и расстоянием центра сечения от оси гидромашины, согласно изобретению каждое звено спиральной камеры выполнено как фрагмент прямой круговой конической или цилиндрической оболочки.

Конструкция звеньев и СК определяется алгоритмом, при котором максимальные размеры торцевых сечений по внутренней поверхности звеньев в направлении, перпендикулярном плоскости симметрии спиральной камеры, принимаются равными расчетным значениям радиусов круглых сечений спиральной камеры; углы конусности звеньев принимаются в соответствии с расчетными значениями радиусов круглых торцевых сечений спиральной камеры и расчетным расстоянием между центрами соответствующих круглых торцевых сечений; углы наклона стыковых сечений соседних звеньев относительно осей соответствующих звеньев принимаются из условия равенства лежащих в плоскости симметрии спиральной камеры диаметров стыковых торцевых сечений соседних звеньев, а взаимное расположение соседних звеньев принимается по условию совмещения периферийных точек внутренней поверхности стыковых торцевых сечений.

Исходными данными для определения размеров звеньев являются данные теоретического гидравлического расчета спиральной камеры, представляемые в соответствии с общепринятой практикой [4] в виде таблицы данных, которая включает: а) координату, определяющую положение сечения спиральной камеры относительно осей турбины (насоса);
б) для каждого сечения спиральной камеры:
- расстояние от оси вращения турбины до центра круглого сечения;
- радиус сечения по внутренней (обтекаемой) поверхности.

Формирование звена - фрагмента прямого кругового конуса (далее конуса) - осуществляется следующим образом.

Ось звена - конуса - прямая, проходящая через заданные центры соседних торцевых сечений спиральной камеры; высота конуса - расстояния между центрами соседних торцевых сечений спиральной камеры; угол конусности определяется по разности радиусов сечений спиральной камеры и высоте конуса; значения радиусов по внутренней поверхности сечения звена - конуса, нормальных к его оси и проходящих через заданные центры торцевых сечений, принимаются равными заданным радиусам круглых сечений; основания звена - конуса - лежат в плоскостях, перпендикулярных к плоскости симметрии спиральной камеры, проходящих через заданные центры торцевых сечений и наклоненных к оси конуса, при этом углы наклона плоскостей - оснований двух сопрягаемых звеньев - определяются из условия равенства лежащих в плоскости симметрии спиральной камеры диаметров стыковых торцевых сечений сопрягаемых звеньев.

Взаимное расположение звеньев, обеспечивающее практическое отсутствие уступов в стыковых сечениях сопрягаемых звеньев, принимается по условию совмещения периферийных точек внутренней поверхности стыковых торцевых сечений сопрягаемых звеньев.

Предлагаемый способ формообразования звена позволяет
1. дать в замкнутом виде аналитическое описание контуров торцевых сечений звена;
2. дать в замкнутом виде аналитическое описание контура развертки звена на плоскость;
3. соответственно обеспечить высокую точность изготовления плоской заготовки звена;
4. обеспечить высокую производительность изготовления звена за счет применения простой технологической операции - гибки в вальцах - при высокой точности формы изделия, представляющего фрагмент простого геометрического тела - прямого кругового конуса.

Список литературы
1. Гамзе З.М., Гольдшер А.Я. Технология производства крупных гидротурбин. Машгиз, М., 1950.

2. Шриро И.И. О развертывании звеньев спиральной камеры. В кн. Гидротурбостроение., 8, М., 1961.

3. Броновский Г.А., Гольдфарб А.И., Фасулати Р.К. Технология гидротурбостроения, Машгиз, Л., 1978.

4. Колтон А.Ю., Этинберг И.Э. Основы теории и гидродинамического расчета водяных турбин, Машгиз, М., 1958.

5. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. "Джангар, Б. Медведица", М., 2000.

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. "Тойбнер", Лейпциг, "Наука", М., 1981.

Формула изобретения

1. Спиральная камера гидротурбины или насоса, имеющая плоскость симметрии, перпендикулярную оси гидромашины, изготовленная из сваренных между собой звеньев из листового проката, форма сечений которых меридианными, проходящими через ось гидромашины плоскостями близка к круговой, а размеры и положение торцевых сечений звеньев, определяемые результатами гидродинамического расчета, характеризуются двумя параметрами - радиусом сечения и расстоянием центра сечения от оси гидромашины, отличающаяся тем, что каждое звено спиральной камеры выполнено как фрагмент прямой круговой конической или цилиндрической оболочки.

2. Спиральная камера по п. 1, отличающаяся тем, что конструкция звеньев спиральной камеры определяется алгоритмом, при котором максимальные размеры торцевых сечений по внутренней поверхности звеньев в направлении, перпендикулярном плоскости симметрии спиральной камеры, принимаются равными расчетным значениям радиусов круглых сечений спиральной камеры; углы конусности звеньев принимаются в соответствии с расчетными значениями радиусов круглых торцевых сечений спиральной камеры и расчетным расстоянием между центрами соответствующих круглых торцевых сечений; углы наклона стыковых сечений соседних звеньев относительно осей соответствующих звеньев принимаются из условия равенства лежащих в плоскости симметрии спиральной камеры диаметров стыковых торцевых сечений соседних звеньев, а взаимное расположение соседних звеньев принимается по условию совмещения периферийных точек внутренней поверхности стыковых торцевых сечений.