Лопасть для гидротурбины

Изобретение относится к лопасти гидротурбины. Лопасть (1.1) включает в себя тело из стального листа или стального литья, которое при эксплуатации имеет соприкасающиеся с водой противолежащие друг другу наружные поверхности, по меньшей мере одну разгрузочную канавку, которая находится в краевой области лопасти (1.1) и которая проходит через противолежащие друг другу области наружных поверхностей, отверждаемую наполнительную массу, которая заполняет полость канавки. На поверхности канавки зафиксированы удерживающие тела, которые в смонтированном состоянии заделаны в наполнительную массу. Удерживающие тела имеют выступы, которые при затвердевшей наполнительной массе за счет геометрического замыкания препятствуют выпадению наполнительной массы. Изобретение направлено на выполнение лопасти с разгрузочной канавкой с наполнительной массой, которая надежно и долговечно фиксируется без негативного влияния на поток. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение касается гидротурбин, в частности осевых гидротурбин, например турбин Каплана. См., например, DE 10100963 A1.

Такая турбина в качестве основных частей имеет рабочее колесо, направляющий аппарат, а также корпус. Рабочее колесо включает в себя вал, а также некоторое количество лопастей, которые установлены на валу и вращаются вместе с ним. Лопасти в совокупности могут поворачиваться вокруг осей вращения, которые проходят перпендикулярно продольной оси вала.

Поворот лопастей служит для того, чтобы оптимизировать коэффициент полезного действия турбины, причем во всем рабочем диапазоне. Кроме того, при соответствующем повороте уменьшается или предотвращается кавитация.

Кавитация издавна представляет собой серьезную проблему. Она возникает в местах, в которых статическое давление потока падает, в то время как скорость потока возрастает. Это происходит, например, в области хвостовика лопасти, где возникает так называемое местное напряжение.

Во избежание местного напряжения известно, что в материале предусматривается канавка, то есть выемка, которая предотвращает резкие изменения контура и вместо этого создает плавные переходы контура.

Лопасти для гидротурбин состоят из литой стали. Таким образом, они являются массивными. При вырезании разгрузочной канавки опасность высокого местного напряжения устраняется по меньшей мере в значительной степени. Однако образующая канавку полость является нежелательной, так как она приводит к возмущениям потока и тем самым к уменьшению коэффициента полезного действия турбины. Поэтому канавку наполняют наполнительной массой. После этого поверхность наполнительной массы обрабатывается и полируется. Благодаря этому восстанавливается старый контур лопасти, то есть контур до вырезания разгрузочной канавки.

Таким образом, достигнуто следующее: нежелательные воздействия канавки, то есть местное напряжение, предотвращено и лопасть обтекается также в области канавки, как если бы этой разгрузочной канавки совсем не было.

При этом, однако, возникла другая проблема: фиксация наполнительной массы в канавке связана с затратами и, кроме того, ненадежна. Например, существует опасность, что наполнительная масса во время эксплуатации выпадет из канавки либо полностью, либо частично, в частности, в области сбега наполнительной массы, где толщина слоя мала.

В основе изобретения лежит задача выполнить лопасть для гидротурбины согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения таким образом, чтобы при изготовлении разгрузочной канавки наполнительная масса могла фиксироваться надежно и долговечно и без негативного влияния на поток.

Эта задача решается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения.

Существенными признаками являются следующие:

- поверхность канавки снабжена удерживающими телами, которые в смонтированном состоянии заделаны в наполнительную массу;

- удерживающие тела имеют выступы, которые при затвердевшей наполнительной массе препятствуют выпадению этой наполнительной массы.

Удерживающие тела представляют собой лучше всего штифты, или пальцы, или винты. Они жестко соединяются с поверхностью канавки лопасти, например, сваркой. Винты являются идеальными, постольку поскольку они не нуждаются ни в какой дополнительной обработке. С помощью резьбы и головок винтов осуществляется сцепление с наполнительной массой.

Также могут предусматриваться штифтообразные удерживающие тела, которые являются изогнутыми. Другое решение заключается в том, чтобы расположить два или более штифтообразных удерживающих тел таким образом, чтобы они за счет различной ориентации их продольных осей препятствовали выпадению наполнительной массы.

Уровень техники, а также изобретение пояснены подробнее с помощью чертежей, где, в частности, изображено следующее:

фиг. 1 - известная турбина Каплана, имеющая поворотные лопасти, в вертикальной проекции и частично в разрезе;

фиг. 2 - схематичное изображение лопасти на виде сверху, имеющей хвостовик лопасти и незаполненные разгрузочные канавки;

фиг. 3 - лопасть, имеющая хвостовик лопасти и заполненную разгрузочную канавку, по уровню техники;

фиг. 4 - один из вариантов осуществления в соответствии с изобретением, включающий в себя лопасть (перо), хвостовик лопасти, наполнительную массу и винты удерживающего тела;

фиг. 5 - трехмерный вид поверхности канавки в соответствии с изобретением, снабженной удерживающими телами.

Показанная на фиг. 1 турбина Каплана имеет рабочее колесо 1, которое установлено на валу 2. Вал 2 расположен вертикально. Рабочее колесо имеет поворотные (переставляемые) лопасти (перья) 1.1.

Рабочее колесо охвачено направляющей поток стенкой 3. Кроме того, предусмотрен венец 4 направляющих лопастей. Он установлен в стенке 3. Направляющие лопасти 4.1 также являются поворотными (переставляемыми).

Для поворота (перестановки) служит предлагаемое изобретением перестановочное устройство, у которого прикладывается перестановочное усилие поворота, пропорциональное высоте напора.

Из фиг. 2 видна традиционная лопасть 1.1 турбины Каплана, имеющая хвостовик 1.2 лопасти. В области хвостовика лопасть 1.1 имеет две разгрузочные канавки 5. Они еще не заполнены наполнительной массой.

Фиг. 3 поясняет один из известных вариантов осуществления, включающий в себя рабочую лопасть 1.1, хвостовик 1.2 рабочей лопасти и наполнительную массу 6. Наполнительная масса 6 приклеена к основанию разгрузочной канавки 5 слоем 7 эпоксидной смолы и, кроме того, еще сварена с лопастью 1.1 - см. сварной шов 8.

Фиг. 4 представляет собой очень схематичное изображение предлагаемой изобретением лопасти 1.1, имеющей хвостовик 1.2 лопасти, наполнительный материал 6 и удерживающие тела 10. Наполнительная масса 6 состоит из отверждаемого материала, например двухкомпонентного клея или полимерного материала. Кроме того, она содержит путанину из волокон, например из металлических нитей.

На фиг. 4 показана поверхность 5.1 канавки. На этом виде она представляет собой круглый сегмент. Относительно лопасти 1.2 она является кольцеобразной. Удерживающие тела в настоящем случае представляют собой винты 10. Одним своим концом они приварены к поверхности 5.1 канавки.

В смонтированном состоянии винты 10 вдаются в наполнительную массу 6, полностью заделаны в нее и сцепляются с путаниной из волокон, так что наполнительная масса после отверждения этой наполнительной массы надежно зафиксирована.

Винты ориентированы под разными углами, а именно с учетом того, чтобы они вместе препятствовали вытягиванию наполнительной массы 6.

Список ссылочных позиций

1 Рабочее колесо
1.1 Лопасть
1.2 Хвостовик лопасти
2 Вал
3 Стенка
4 Венец направляющих лопастей
4.1 Направляющая лопасть
5 Разгрузочная канавка
5.1 Поверхность канавки
6 Наполнительная масса
7 Слой эпоксидной смолы
8 Сварной шов
10 Удерживающее тело

1. Лопасть (1.1) для гидротурбины, включающая в себя следующие признаки или, соответственно, конструктивные элементы:

тело из стального листа или стального литья, которое при эксплуатации имеет соприкасающиеся с водой, противолежащие друг другу наружные поверхности;

по меньшей мере одну разгрузочную канавку (5), которая находится в краевой области лопасти (1.1) и которая проходит через противолежащие друг другу области наружных поверхностей;

отверждаемую наполнительную массу (6), которая заполняет полость канавки (5);

отличающаяся тем, что

на поверхности (5.1) канавки зафиксированы удерживающие тела (10), которые в смонтированном состоянии заделаны в наполнительную массу (6);

удерживающие тела (10) имеют выступы, которые при затвердевшей наполнительной массе препятствуют выпадению этой наполнительной массы (9).

2. Лопасть (1.1) по п. 1, отличающаяся тем, что в наполнительную массу (6) заделана путанина из волокон.

3. Лопасть (1.1) по п. 1, отличающаяся тем, что удерживающие тела (10) состоят из винтов.

4. Лопасть (1.1) по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что удерживающие тела являются штифтообразными и изогнутыми.

5. Лопасть (1.1) по одному из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что наполнительная масса (6) представляет собой синтетический материал, например двухкомпонентный клей или полимер.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в гидроэнергетике, но может быть использовано и в других отраслях техники. Способ придания движения рабочему колесу состоит в том, что крутящий момент образуют с максимальным использованием реакции втекающей жидкости.

Группа изобретений касается винта для гидравлической машины, в частности типа турбины, а также гидравлической машины, снабженной таким винтом, и способа соединения такого винта.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к конструкции свободнопоточных микрогидроэлектростанций, преобразующих кинетическую энергию свободного потока воды в электрическую.

Группа изобретений относится к устройству генерирования энергии из текучей среды и лопасти, использующейся в нем, и может быть использована, в частности, в ветровых генераторах.

Универсальный ротор относится к отрасли машиностроения, в частности к производству роторов для ветродвигателей, гидротурбин, гребных винтов, вентиляторов и летательных аппаратов.

Изобретение относится к технологиям и средствам преобразования и образования кинетической энергии газовых и жидкостных потоков в механическую и образования потоков от привода энергомеханизмов.

Изобретение относится к области гидроэлектрической выработки электроэнергии. Сферическая турбина 96 выполнена для вращения в поперечном направлении в цилиндрической трубе под действием рабочего вещества, протекающего через трубу в любом направлении.

Изобретение относится к колесу типа Френсис для гидравлической машины, к гидравлической машине, содержащей такое колесо, а также к способу сборки такого колеса. Колесо 1 типа Френсис для гидравлической машины имеет в своем составе наружный обод, обладающий симметрией вращения относительно центральной оси этого колеса, внутренний обод 4, обладающий симметрией вращения относительно упомянутой оси, и множество лопаток 2, проходящих между внутренним ободом и наружным ободом.

Изобретение относится к турбинным установкам, которые могут быть использованы для производства электроэнергии. Турбинная установка содержит облопачивание 11, включающее криволинейные лопатки, внутренний конец каждой из которых заделан в полости 14, открытой с одной стороны; и генератор 20, расположенный в полости 14 и соединенный с облопачиванием 11.

Изобретение относится к рабочему колесу для непосредственно соединенной тихоходной малой гидротурбины диагонального типа, применяемой в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, которое содержит верхний венец, нижнее кольцо и лопасти с изогнутой поверхностью, установленные между верхним венцом и нижним кольцом.

Изобретение относится к области ветрогидроэнергетики. Ветрогидроэнергетическая установка с составными лопастями, использующая в потоке эффект Магнуса, содержит ветрогидроколесо с горизонтальной осью вращения, на которой закреплен электрогенератор, и радиально установленные на махах цилиндры с приводом, каждый из цилиндров имеет на одном конце невращающуюся корневую часть, на другом - вращающуюся концевую часть, оснащенную шайбой, усеченным конусом, и содержит на своей поверхности и на поверхности конуса спиральные ребра-шнеки, при этом основание конуса обращено к цилиндру, диаметр которого больше диаметра цилиндра. По обе стороны цилиндров на махах закреплены с возможностью поворота кронштейны, между кронштейнами расположены по оси направления потока роторы, типа Савониуса, причем роторы расположены впереди или позади цилиндров, а их лопасти установлены на согласованное с цилиндрами направление вращения. Изобретение направлено на увеличение аэродинамической подъемной силы рабочих цилиндров на основе эффекта Магнуса. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в гидроэнергетике, но может быть использовано и в других отраслях техники. Способ придания вращательного движения рабочему колесу состоит в том, что образуют основной крутящий момент, используя реакцию втекающей жидкости при взаимодействии потока с основными лопастями 5, расположенными выпуклой стороной к потоку и максимально изменяющими его радиальное направление, и дополнительный крутящий момент, используя реакцию вытекающей жидкости при дальнейшем взаимодействии потока с дополнительными лопастями, расположенными вогнутыми сторонами к потоку. Изобретение обеспечивает увеличение коэффициента полезного действия гидротурбины за счет дополнительного отбора энергии у жидкости на выходе из рабочего колеса. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Группа изобретений относится к форме лопатки для гидротурбины Френсиса и, в частности, к выходному углу и толщине лопатки. Лопатка 20 для рабочего колеса 18 турбины Френсиса, имеющего диаметр (Dth) критического сечения, имеет максимальную толщину не менее 0,03 диаметра (Dth) критического сечения. Входная кромка имеет максимальный угол наклона не менее 45 градусов на своей нижней кромке. Угол наклона определен вертикальной линией и входной кромкой. Группа изобретений направлена на разработку компактных лопаток, имеющих улучшенную рабочую характеристику относительно проблем кавитации и коэффициента полезного действия турбины. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Группа изобретений относится к гидравлическим турбинам. Узел гидравлической турбины 50 содержит ступицу 54, выполненную с возможностью вращения вокруг центральной оси 71 и с возможностью установки в водяном канале, и по меньшей мере три лопасти 52 рабочего колеса. Ступица 54 содержит верхний по потоку конец, нижний по потоку конец и внешнюю поверхность между верхним по потоку концом и нижним по потоку концом, и по меньшей мере три установочных углубления. Каждое установочное углубление содержит первую установочную поверхность 56 ступицы 54 и вторую установочную поверхность 58 ступицы 54. Поверхность 58 расположена ниже по потоку и радиально внутри от поверхности 56. Подъем продолжается между поверхностями 56 и 58. Каждая из лопастей 52 содержит основание 64, выполненное с возможностью установки в соответствующее одно из установочных углублений. Основание 64 содержит первую установочную поверхность 68, выполненную с возможностью упора в поверхность 56, и вторую установочную поверхность 70, выполненную с возможностью упора в поверхность 58. Группа изобретений направлена на увеличение генерируемой турбиной мощности. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 16 ил.

Группа изобретений относится к глубинному приводному буру для вращательного бурения. Узел статора и ротора турбины содержит размещенные соосно статор (1) и ротор (2). Статор (1) содержит корпус, лопатку и обод. Ротор (2) содержит корпус, лопатку и обод. Внутренняя стенка обода статора соосно размещена с внешней стенкой корпуса ротора. Линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки статора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой первую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается с первой прямой линией проекции, продолжающейся через обод статора. Линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки ротора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой вторую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается со второй прямой линией проекции, продолжающейся через корпус ротора. Группа изобретений направлена на обеспечение высокой гидравлической эффективности, простой конструкции, высокого крутящего момента и пригодности для бурения ствола скважины различных размеров. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к лопасти гидротурбины. Лопасть включает в себя тело из стального листа или стального литья, которое при эксплуатации имеет соприкасающиеся с водой противолежащие друг другу наружные поверхности, по меньшей мере одну разгрузочную канавку, которая находится в краевой области лопасти и которая проходит через противолежащие друг другу области наружных поверхностей, отверждаемую наполнительную массу, которая заполняет полость канавки. На поверхности канавки зафиксированы удерживающие тела, которые в смонтированном состоянии заделаны в наполнительную массу. Удерживающие тела имеют выступы, которые при затвердевшей наполнительной массе за счет геометрического замыкания препятствуют выпадению наполнительной массы. Изобретение направлено на выполнение лопасти с разгрузочной канавкой с наполнительной массой, которая надежно и долговечно фиксируется без негативного влияния на поток. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх