Рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины

Рабочее колесо (РК) предназначено для использования в радиально-осевых гидротурбинах, устанавливаемых на гидроэлектростанциях или используемых в качестве гидропривода. Устройство содержит размещенные между ободьями лопасти (Л), имеющие цилиндрические поверхности с образующей, возрастающей к оси гидротурбины и параллельной ей. Форма Л РК образована углом наклона скелетной линии профиля Л, переходящим от изменяющегося по линейной зависимости на большей частя профиля Л к неизменному на остальной части, а также выбором параметров РК из следующих соотношений: изменение β по линейной зависимости от β₁ до β₂ на большей части профиля Л соответственно на расстоянии от D₁ до 1,01 D₂, β=const=β₂ на остальной части от 1,01 D₂ до D₂, диапазон возрастания образующей поверхностей Л - от (0,08-0,20)D₁ при входе жидкости на РК до (0,15-0,30)D₁ при выходе с него, D₂/D₁=(0,6-0,73), где D₁ - наружный диаметр РК, D₂ - внутренний диаметр РК, D₂/D₁ - относительный диаметр РК, β - угол наклона скелетной линии профиля Л, β₁ - угол наклона входного элемента скелетной линии профиля Л к окружному направлению, β₂ - угол наклона выходного элемента скелетной линии профиля Л. Конструкция РК обеспечивает расширение диапазона использования турбины. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к гидротурбинам и может быть использовано применительно к гидроэлектростанциям или в качестве гидропривода различных потребителей энергии.

Известны радиально-осевые насос-турбины, геометрические параметры которых позволяют повысить единичную мощность путем увеличения пропускной способности, при этом КПД остается неизменным (Патент РФ №1258138, F 03 В 3/02, 1985 г.).

Известно также рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины, содержащее размещенные между ободьями лопасти (Авт. свидетельство СССР №450027, F 03 В 3/02, 1972 г.). В данном изобретении для повышении КПД и упрощения технологии изготовления колеса лопасти выполнены в виде цилиндров с образующей, возрастающей к оси турбины и параллельной ей.

Известное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому по техническому результату. Однако оно позволяет получить указанные преимущества только в тех случаях, когда приведенное число оборотов гидротурбины лежит в пределах n'_I=60÷65 об/мин, а приведенный расход рабочей жидкости Q'_I=(0,23÷0,3 м³/с.

Предлагаемое изобретение является дальнейшим усовершенствованием данного технического решения и позволяет расширить диапазон использования рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины до n'_I=50÷75 об/мин и Q'_I=0,13÷0,5 м³/с.

Для достижения указанного технического результата форма лопастей рабочего колеса образована углом наклона скелетной линии профиля лопасти, переходящим от изменяющегося по линейной зависимости на большей части профиля лопасти к неизменному - на остальной части, а также выбором следующих параметров рабочего колеса:

изменение β по линейной зависимости от β₁ до β₂, на большей части профиля лопасти соответственно на расстоянии "а-в" от D₁ до 1.01 D₂,

β=const=β₂ на остальной части "в-с" от 1,01 D₂ до D₂,

диапазон возрастания образующей поверхностей лопастей - от (0,08÷0,20)D₁ при входе жидкости на рабочее колесо до (0,15÷0,30)D₁ при выходе с него,

D₂/D₁=(0,60-0,73),

где D₁ - наружный диаметр рабочего колеса,

D₂ - внутренний диаметр рабочего колеса,

D₂/D₁ - относительный диаметр рабочего колеса,

β - угол наклона скелетной линии профиля лопасти,

β₁ - угол наклона входного элемента скелетной линии профиля лопасти к окружному направлению,

β₂ - угол наклона выходного элемента скелетной линии профиля лопасти.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показана схема рабочего колеса в меридиональной проекции, на фиг.2 - вид по "А" фиг.1.

В пространстве, ограниченном ободьями 1 и 2 колеса, размещены лопасти 3, имеющие цилиндрические поверхности с образующей, параллельной оси O-O гидротурбины. Линия 4 является скелетной линией профиля лопасти. Высота лопасти "в" возрастает от в=в₀ до в=в₂ при уменьшении диаметра расположения элемента лопасти от D₁ до D₂.

Предлагаемое колесо не уступает обычным радиально-осевым колесам и прототипу с быстроходностью n_S=80÷175 по величине площади вращения, ограниченной выходными кромками лопастей.

Экспериментальные исследования гидротурбин с предлагаемым рабочим колесом проводились на крупномасштабных моделях диаметром D₁=800 мм и 400 мм. Исследования гидротурбин РО 400/2701÷2705, РО 310/2715÷2722 и РО 230/2711 позволили определить влияние параметров β₁, β₂, D₂/D₁, в₀/D₁ и в₂/D₁ на гидравлические качества гидротурбин и определить диапазон изменения параметров, обеспечивающий эффективность применения предлагаемого рабочего колеса.

Рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины, содержащее размещенные между ободьями лопасти, имеющие цилиндрические поверхности с образующей, возрастающей к оси гидротурбины и параллельной ей, отличающееся тем, что форма лопастей рабочего колеса образована углом наклона скелетной линии профиля лопасти, переходящим от изменяющегося по линейной зависимости на большей части профиля лопасти к неизменному на остальной части, а также выбором параметров рабочего колеса из следующих соотношений: изменение β по линейной зависимости от β₁ до β₂ на большей части профиля лопасти соответственно на расстоянии от D₁ до 1,01 D₂, β=const=β₂ на остальной части от 1,01 D₂ до D₂, диапазон возрастания образующей поверхностей лопастей от (0,08÷0,20)D₁ при входе жидкости на рабочее колесо до (0,15÷0,30)D₁ при выходе с него, D₂/D₁=(0,6÷0,73), где D₁ - наружный диаметр рабочего колеса, D₂ - внутренний диаметр рабочего колеса, D₂/D₁ - относительный диаметр рабочего колеса, β - угол наклона скелетной линии профиля лопасти, β₁ - угол наклона входного элемента скелетной линии профиля лопасти к окружному направлению, β₂ - угол наклона выходного элемента скелетной линии профиля лопасти.