Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2544402C1 - Hydraulic turbine - Google Patents

Hydraulic turbine Download PDF

Info

Publication number
RU2544402C1
RU2544402C1 RU2013143279/06A RU2013143279A RU2544402C1 RU 2544402 C1 RU2544402 C1 RU 2544402C1 RU 2013143279/06 A RU2013143279/06 A RU 2013143279/06A RU 2013143279 A RU2013143279 A RU 2013143279A RU 2544402 C1 RU2544402 C1 RU 2544402C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impeller
turbine
water
stator
buckets
Prior art date
Application number
RU2013143279/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013143279A (en
Inventor
Анатолий Александрович Кудинов
Геннадий Владимирович Судаков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Амурский государственный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Амурский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Амурский государственный университет"
Priority to RU2013143279/06A priority Critical patent/RU2544402C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2544402C1 publication Critical patent/RU2544402C1/en
Publication of RU2013143279A publication Critical patent/RU2013143279A/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: this turbine comprises water duct 1 connected with top and bottom cases 3 and 6 accommodating impeller 2 with buckets 4 arranged regularly at the disc and made of two identical all-in-one metal sheets to produce the angle smaller than 180 degrees there between and stiffness rib on opposite side. Through hole is made at the centre of every sheet. Turbine impeller 2 shaft 5 is arranged on LH and RH interconnected stator column reinforced concrete supports. Stator sealing walls, inner surfaces of cases 3 and 6 and rings 11 secured at stator columns to cover the disc of impeller 2 form the toroid rectangular section channel.
EFFECT: simple and reliable high output turbine, longer life.
5 dwg

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к области производства электрической энергии.The invention relates to hydropower, and in particular to the field of electric energy production.

Известное устройство по патенту RU 2162914 наиболее близко подходит к предлагаемому решению.The known device according to the patent RU 2162914 is closest to the proposed solution.

Известное устройство включает напорный водовод с водозабором в реке и затвором. Напорный водовод имеет уклон, меньший уклона дна реки, и соединяет водозабор с промежуточным резервуаром, из которого берет начало напорный водовод активной турбины, связанной с валом генератора. В промежуточном резервуаре между вводом напорного водовода и входом в водовод турбины установлен успокоитель потока, выполненный в виде стенки с отверстиями. Каждый ковш рабочего колеса турбины выполнен в виде двух расходящихся под углом гнутых желобов и закреплен на рабочем колесе с возможностью поворота вокруг оси своего крепления. Известное устройство позволяет уменьшить емкость промежуточного уравнительного резервуара без нарушения процессов его наполнения и опорожнения и повысить эффективность активных ковшовых турбин при их использовании для получения электроэнергии от малых рек.A known device includes a pressure head conduit with a water intake in the river and a gate. The pressure water conduit has a slope smaller than the slope of the river bottom and connects the water intake to the intermediate reservoir, from which the pressure water conduit of the active turbine connected with the generator shaft originates. In the intermediate tank between the inlet of the pressure head conduit and the inlet to the turbine conduit, a flow damper is installed, made in the form of a wall with holes. Each turbine impeller bucket is made in the form of two bent gutters diverging at an angle and mounted on the impeller with the possibility of rotation around its mounting axis. The known device allows to reduce the capacity of the intermediate surge tank without disturbing the processes of filling and emptying it and to increase the efficiency of active bucket turbines when used to generate electricity from small rivers.

Недостатками известного устройства являются наличие промежуточного уравнительного резервуара, наличие сопловой системы подачи воды и успокоителя потока, в котором перемещаются ковши, преодолевая сопротивление воды.The disadvantages of the known device are the presence of an intermediate surge tank, the presence of a nozzle water supply system and a flow damper in which the buckets move, overcoming the water resistance.

Задачей изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков и разработка конструкции проточного тракта турбины, и рабочего колеса турбины и ковшей с привязкой к проточному тракту.The objective of the invention is to remedy the above disadvantages and to develop the design of the flow path of the turbine, and the impeller of the turbine and buckets with reference to the flow path.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что гидротурбина включает водовод, соединенный с верхним и нижним кожухами, внутри которых расположено рабочее колесо, с установленными равномерно на диске ковшами, выполненными из неразъемно-соединенных друг с другом двух одинаковых металлических листов с образованием между ними угла меньше 180° и ребра жесткости с противоположной стороны, причем в центре каждого листа выполнено сквозное отверстие, а вал рабочего колеса турбины расположен на правой и левой скрепленных между собой железобетонных опорах колонн статора, уплотнительные стенки которого, внутренние поверхности кожухов и кольца, закрепленные на колоннах статора и закрывающие диск колеса, формируют канал прямоугольного сечения тороида.The essence of the proposed device lies in the fact that the hydraulic turbine includes a water conduit connected to the upper and lower casings, inside which there is an impeller, with buckets mounted uniformly on the disk, made of two identical metal sheets that are inseparably connected to each other with an angle less than between them 180 ° and stiffeners on the opposite side, with a through hole in the center of each sheet, and the turbine impeller shaft located on the right and left fastened together reinforced concrete supports of the stator columns, the sealing walls of which, the inner surfaces of the casings and the rings mounted on the stator columns and covering the wheel disk, form a channel of rectangular cross-section of the toroid.

Устройство иллюстрируется следующими чертежами:The device is illustrated by the following drawings:

фиг.1 - схема гидротурбинной установки; figure 1 - diagram of the turbine installation;

фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;figure 2 - section aa in figure 1;

фиг.3 - схема соединения ковшей с рабочим колесом;figure 3 - connection diagram of the buckets with the impeller;

фиг.4 - вид Б на фиг.2;figure 4 is a view of B in figure 2;

фиг.5 - вид В на фиг.2.5 is a view In figure 2.

Заявляемое устройство состоит из следующих элементов:The inventive device consists of the following elements:

На фиг.1-2 представлены: 1 - водовод, 2 - рабочее колесо турбины, 3 - верхний кожух рабочего колеса, 4 - ковш, 5 - вал рабочего колеса, 6 - нижний кожух, 7 - левая колона статора, 8 - правая колона статора, 9 - уплотняющая стенка, 10 - ограждение водосброса, 11 - кольцо.Figure 1-2 presents: 1 - water conduit, 2 - turbine impeller, 3 - upper impeller casing, 4 - bucket, 5 - impeller shaft, 6 - lower casing, 7 - left stator column, 8 - right column stator, 9 - sealing wall, 10 - spillway guard, 11 - ring.

На фиг.3-5 представлены: 12 - соединительная шпилька.Figure 3-5 presents: 12 - connecting pin.

Устройство работает следующим образом. Вода из верхнего бьефа по водоводу 1 подводится к рабочему колесу турбины и из него выпускается в нижний бьеф.The device operates as follows. Water from the upper pool through the water conduit 1 is supplied to the turbine impeller and is discharged from it into the lower pool.

В рабочем колесе 2 (фиг.1-2) турбины энергия воды преобразуется в механическую энергию вращения вала рабочего колеса 5, от которого приводится во вращение ротор электрогенератора, преобразующий механическую энергию в электрическую (на фигуре не приведен).In the impeller 2 (Fig.1-2) of the turbine, the energy of the water is converted into mechanical energy of rotation of the shaft of the impeller 5, from which the rotor of the electric generator is converted into rotation, converting mechanical energy into electrical energy (not shown in the figure).

Основными элементами турбинной установки являются рабочее колесо турбины 2, насаженное на вал рабочего колеса 5 и вращающееся между кожухами 3 и 6, закрывающими рабочее колесо с наружной стороны, и кольцами 11 с внутренней стороны, которые закрывают поверхности диска рабочего колеса. Рабочее колесо 2 устанавливается выше уровня воды в нижнем бьефе.The main elements of the turbine installation are the impeller of the turbine 2, mounted on the impeller shaft 5 and rotating between the casings 3 and 6, covering the impeller from the outside, and the rings 11 from the inside, which cover the surface of the impeller disk. Impeller 2 is installed above the water level in the downstream.

Рабочее колесо 2 (фиг.1-2) состоит из диска с ковшами 4. Рабочая поверхность ковша 4 (см. фиг.3-5) выполнена из двух одинаковых листов, соединенных под углом меньше 180°, с образованием в месте соединения ребра жесткости. Для соединения ковша с рабочим колесом служит шпилька 12, приваренная с краю в месте соединения листов, перпендикулярно их кромке. Ковши устанавливаются равномерно по окружности колеса.The impeller 2 (Fig.1-2) consists of a disk with buckets 4. The working surface of the bucket 4 (see Fig.3-5) is made of two identical sheets connected at an angle less than 180 °, with the formation of a stiffener at the junction . To connect the bucket to the impeller, a stud 12 is used, welded to the edge at the junction of the sheets, perpendicular to their edge. Buckets are mounted evenly around the circumference of the wheel.

Между кожухами 3 и 6, уплотнительными стенками 9 и кольцами 11, прикрепленными к колоннам статора, образуется канал прямоугольного сечения для прохождения ковшей 4. При натекании струи на рабочую поверхность ковша 4 происходит преобразование энергии воды в механическую энергию вращения рабочего колеса 2 турбины. Вода, попадая из водовода на рабочую поверхность ковша, перемещается вместе с ним к водосбросу.Between the casings 3 and 6, the sealing walls 9 and the rings 11 attached to the stator columns, a rectangular channel is formed for passing the buckets 4. When the jet flows onto the working surface of the bucket 4, the energy of the water is converted into the mechanical energy of rotation of the impeller 2 of the turbine. Water, falling from the conduit to the working surface of the bucket, moves with it to the spillway.

Для отвода излишней воды в ковшах предусмотрены сквозные отверстия, расположенные в центральной части образующих его листов. При выталкивании воды к водосбросу ребро жесткости ковша 4 рассекает поток воды, снижая вероятность возникновения гидроударов. Ковши 4, освободившись от воды, перемещаются по каналу прямоугольного сечения, но уже в свободном пространстве без воды. Таким образом, образуется непрерывный тороидальный канал прямоугольного сечения для прохождения ковшей 4 рабочего колеса 2. Кольца 11 закрывают пространство канала прямоугольного сечения от излишней воды, которая может поступать к плоскости диска рабочего колеса 2.To drain excess water in the buckets, through holes are provided located in the central part of the sheets forming it. When pushing water to the spillway, the stiffener of the bucket 4 cuts through the flow of water, reducing the likelihood of water hammer. Ladles 4, freed from water, move along a channel of rectangular cross section, but already in free space without water. Thus, a continuous rectangular toroidal channel is formed for the passage of buckets 4 of the impeller 2. The rings 11 close the space of the rectangular channel from excess water, which can enter the plane of the disk of the impeller 2.

Ковши 4 крепятся к краю диска рабочего колеса 2 с помощью шпилек 12, приваренных к ковшам.Buckets 4 are attached to the edge of the impeller disk 2 using studs 12 welded to the buckets.

Основание гидротурбины состоит из левой и правой железобетонных колонн статора 7 и 8. На опорах этих конструкций монтируется вал рабочего колеса турбины с выходом на электрогенератор. Между колоннами 7 и 8 монтируется канал прямоугольного сечения, сформированный уплотнительными стенками 9, кольцами 11 и кожухами 3 и 6. Железобетонные колонны соединены между собой и с кожухами гидротурбины болтовыми соединениями.The base of the hydraulic turbine consists of left and right reinforced concrete columns of the stator 7 and 8. On the supports of these structures, the turbine impeller shaft is mounted with access to the electric generator. A rectangular channel formed by sealing walls 9, rings 11 and casings 3 and 6 is mounted between columns 7 and 8. Reinforced concrete columns are connected to each other and to hydraulic turbine casings by bolted connections.

Таким образом, достоинством предлагаемого устройства является компактность гидротурбины в связи с тем, что используется канал прямоугольного сечения. Для устранения гидравлических ударов по ковшу о струю воды предусмотрены отверстия и ребро жесткости, образованное поверхностями ковша.Thus, the advantage of the proposed device is the compactness of the hydraulic turbine due to the fact that a rectangular channel is used. To eliminate hydraulic shock to the bucket against the stream of water, holes and a stiffener formed by the surfaces of the bucket are provided.

Предполагаемая гидротурбина по сравнению с существующими конструктивно проста и дешева в изготовлении и эксплуатации и предназначена для мини-ГЭС. В результате повышается мощность гидротурбины за счет более полного использования энергии воды в предлагаемом цилиндрическом канале с прямоугольным сечением.The proposed hydraulic turbine is structurally simple and cheap to manufacture and operate compared to existing ones and is designed for a mini-hydroelectric power station. As a result, the power of the turbine increases due to a more complete use of water energy in the proposed cylindrical channel with a rectangular cross section.

Для вращения рабочего колеса используются следующие виды энергии воды:The following types of water energy are used to rotate the impeller:

1) энергия давления p ρ g

Figure 00000001
, где p - давление воды, ρ - удельная плотность воды, g - ускорение свободного падения;1) pressure energy p ρ g
Figure 00000001
where p is the water pressure, ρ is the specific gravity of water, g is the acceleration of gravity;

2) потенциальной энергии z=z1-z2, где z1 - уровень верхнего бьефа воды, z2 - уровень нижнего бьефа воды;2) potential energy z = z 1 -z 2 , where z 1 is the level of the upper pool of water, z 2 is the level of the lower pool of water;

3) кинетической энергии ν 2 2 g

Figure 00000002
, где ν - скорость движения воды.3) kinetic energy ν 2 2 g
Figure 00000002
where ν is the water velocity.

Турбина обеспечивает превращение энергии воды в энергию вращения вала при низких и средних напорах и предназначена для привода электрогенератора ГЭС и других машин и механизмов.The turbine provides the conversion of water energy into shaft rotation energy at low and medium pressures and is designed to drive a hydroelectric generator and other machines and mechanisms.

Технический результат использования изобретения заключается в следующем:The technical result of using the invention is as follows:

1. Увеличение мощности ввиду более полного использования энергии потока воды из-за конструктивных особенностей ковша и канала прямоугольного сечения тороидальной формы.1. The increase in power due to a more complete use of the energy of the water flow due to the design features of the bucket and the rectangular channel of the toroidal shape.

2. Простота конструкций и компактность ввиду исключения узлов: промежуточного уравнительного резервуара, сопловой системы подачи воды и успокоителя потока.2. Simplicity of designs and compactness due to the exclusion of nodes: intermediate equalization tank, nozzle water supply system and flow damper.

3. Повышение долговечности гидротурбины ввиду отсутствия при работе гидроударов.3. Increased durability of the hydraulic turbine due to the lack of water hammer during operation.

Claims (1)

Гидротурбина, включающая водовод, соединенный с верхним и нижним кожухами, внутри которых расположено рабочее колесо, с установленными равномерно на диске ковшами, выполненными из неразъемно-соединенных друг с другом под углом меньше 180° двух одинаковых металлических листов с образованием между ними ребра жесткости с противоположной стороны, причем в центре каждого листа выполнено сквозное отверстие, а вал рабочего колеса турбины расположен на правой и левой скрепленных между собой железобетонных опорах колонн статора, уплотнительные стенки которого, внутренние поверхности кожухов и кольца, закрепленные на колоннах статора и закрывающие диск колеса, формируют канал прямоугольного сечения тороида. A hydraulic turbine, including a water conduit connected to the upper and lower casings, inside which the impeller is located, with buckets mounted uniformly on the disk, made of two identical metal sheets, which are permanently connected to each other at an angle of less than 180 ° with the formation of stiffeners between them with the opposite side, with a through hole in the center of each sheet, and the turbine impeller shaft located on the right and left reinforced concrete supports of the stator columns, sealing the walls of which, the inner surfaces of the housings and rings, mounted on the stator columns and covering the wheel disk, form a channel of a rectangular cross section of the toroid.
RU2013143279/06A 2013-09-24 2013-09-24 Hydraulic turbine RU2544402C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013143279/06A RU2544402C1 (en) 2013-09-24 2013-09-24 Hydraulic turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013143279/06A RU2544402C1 (en) 2013-09-24 2013-09-24 Hydraulic turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2544402C1 true RU2544402C1 (en) 2015-03-20
RU2013143279A RU2013143279A (en) 2015-03-27

Family

ID=53286567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013143279/06A RU2544402C1 (en) 2013-09-24 2013-09-24 Hydraulic turbine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2544402C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU56082A1 (en) * 1938-02-21 1939-11-30 А.В. Толмачев Hydro turbine installation
WO1999056017A2 (en) * 1998-04-24 1999-11-04 Universal Electric Power Corp. High torque impulse turbine
RU2162914C2 (en) * 1998-09-08 2001-02-10 Ушаков Григорий Германович Damless hydro-electric station with intermediate reservoir
CN201835968U (en) * 2010-11-11 2011-05-18 高升荣 Delivery gate mill wheel
KR20130018223A (en) * 2011-02-10 2013-02-20 흐시엔-밍 린 Power generating apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU56082A1 (en) * 1938-02-21 1939-11-30 А.В. Толмачев Hydro turbine installation
WO1999056017A2 (en) * 1998-04-24 1999-11-04 Universal Electric Power Corp. High torque impulse turbine
RU2162914C2 (en) * 1998-09-08 2001-02-10 Ушаков Григорий Германович Damless hydro-electric station with intermediate reservoir
CN201835968U (en) * 2010-11-11 2011-05-18 高升荣 Delivery gate mill wheel
KR20130018223A (en) * 2011-02-10 2013-02-20 흐시엔-밍 린 Power generating apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013143279A (en) 2015-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10202960B2 (en) Systems and methods for hydroelectric systems
US20120313375A1 (en) Rotational force generating device and a centripetally acting type of water turbine using the same
KR20130011881A (en) Hydroelectric power generator with spiral waterway
CN107381683A (en) A kind of filter for being used for muddy sewage in hydroelectric generation
CA2752343A1 (en) Water wheel
RU2544402C1 (en) Hydraulic turbine
KR101256823B1 (en) Small hydro-power device
CN203239485U (en) Bulb through-flow turbine used for micro waterhead power station
DE202009010280U1 (en) Hydroelectric power plant to use the wave energy of the oceans
JP6464492B2 (en) Small hydro turbine
KR101376254B1 (en) Rotating power increasing device for water-wheel of hydroelectric power generation apparatus
JP2015140802A (en) Hydraulic generating equipment
CN208235464U (en) A kind of novel vertical shaft energy dissipator
CN104989579A (en) Novel water conservancy steam power generation turbine
JP3174549U (en) Watermill equipment
KR101932965B1 (en) device for hydro-electric
KR101389054B1 (en) Hhydrodynamic machine including monolithic structure casing system
CN217002124U (en) Horizontal water turbine and water resource utilization device using same
WO2015053734A1 (en) Energy device
CN106013339A (en) Water absorption tube underwater combined blade vortex-eliminating device
CN109973281B (en) Intelligent and efficient water turbine volute for hydroelectric generation device
KR100569610B1 (en) Water gravity turbine of spiral construction
RU2146336C1 (en) Hydraulic turbine with water input
KR20130063567A (en) Turbine to produce electricity
KR102134630B1 (en) Inverted small hydraulic device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150925