ГИДРОАГРЕГАТ ПРЯМОТОЧНЫЙ ЛОПАСТНОЙ

Полезная модель гидроагрегат прямоточный лопастной относится к области гидромашиностроения и может быть использован для малых и средних ГЭС. Гидроагрегат по конструкции представляет электрогенератор с полым ротором, внутри которого закреплены под углом к оси вращения лопатки. Прохождение потока воды через ротор заставляет его вращаться и магнитное поле, образованное полюсами ротора, возбуждает электрический ток в статоре.
Ближайшим техническим прототипом является гидротурбина с внешним приводом, патент №2132965, содержащая неподвижный корпус, рабочее колесо с лопастями, установленными на внутренней поверхности обода, размещенное с зазором относительно корпуса. Обод размещен в кольцевой выемке корпуса, на смежных поверхностях корпуса с ободом размещены поддерживающие ролики, а концы лопастей рабочего колеса свободно размещены относительно друг друга в центральной части горловины рабочего колеса, при этом на внешней поверхности обода установлено зубчатое колесо, кинематически связанное с приводным валом электрогенератора. Такая конструкция гидротурбины имеет недостатки. Это потери в зубчатой передаче, расходы на ее изготовление, монтаж и эксплуатацию, дополнительная сложность изготовления, монтажа и технического обслуживания закрытых узлов зубчатой передачи, поддерживающих роликов и подшипников. Усиленный износ задних опорных роликов по сравнению с передними, что приводит к неравномерному износу зубчатой передачи.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание простого компактного гидроагрегата с повышенной эффективностью работы путем исключения механической зубчатой передачи от рабочего колеса на генератор, роликов и поддерживающих узлов, корпуса турбины.
Технический результат предлагаемой полезной модели достигается тем, что гидроагрегат прямоточный лопастной, используя то же физическое взаимодействие с рабочим телом, как и в прототипе, имеет простую конструкцию, благодаря которой проявляются значительные преимущества:
- при одинаковых напорах воды выходная мощность больше, т.к. нет потерь на зубчатую передачу и ролики;
- меньшие размеры и масса, меньшие трудозатраты из-за отсутствия наружного корпуса турбины, зубчатой передачи и узлов с поддерживающими роликами;
Конструктивно модель представляет электрогенератор с полым ротором, выполняющим роль рабочего колеса. К внутренней поверхности ротора прикреплены радиально лопасти под углом к оси вращения, внутренние концы которых соединены вместе в геометрической оси вращения. Такая жесткая конструкция, обладая меньшей массой по сравнению с лопастными роторами турбин, закрепленных одним концом, позволяет работать при высоких скоростях и давлениях проходящего внутри потока. Размеры лопастей, их форма, угол поворота зависят от напора потока и мощности гидроагрегата. По наружной поверхности ротора закреплены полюса возбуждения как у электрогенераторов для создания вращающегося магнитного поля, а сам ротор вращается в подшипниковых узлах корпуса статора. Выступающие из корпуса статора цилиндрические концы ротора вращаются в соединительных муфтах 6 с уплотнениями для предотвращения протечек рабочего потока. Одна муфта крепится к входному трубопроводу 5 или к регулирующему устройству, если оно есть. Вторая муфта крепится к отсасывающей трубе 11. Такой гидроагрегат может работать в любом положении от вертикального до горизонтального в зависимости от подводящего водовода без изменения самой конструкции, при этом меняется крепление опорного подшипника выходящего конца ротора.
На чертеже представлен предлагаемый гидроагрегат вертикального крепления в разрезе.
Гидроагрегат содержит неподвижный корпус статора Электрогенератора, внутри которого вращается в подшипниках 4 полый ротор 7 с полюсами 3 и токосъемными кольцами (не показаны) для регулирования напряженности вращающегося магнитного поля и, следовательно, выходной мощности гидроагрегата. На внутренней поверхности ротора - цилиндра закреплены лопасти 12, соединенные в центре для жесткости конструкции. Корпус статора закреплен на фундаменте 8 для принятия нагрузки всей массы электрогенератора основанием 9. Ротор вращается в подшипниковых узлах статора 4, выходной нижний конец вращается в упорном подшипнике 10 на основании гидроагрегата для восприятия осевого усилия потока на лопасти. Проходящий внутри ротора рабочий поток охлаждает весь гидроагрегат и улучшает температурный режим его эксплуатации.
Гидроагрегат работает следующим образом. Рабочий поток воды проходит по водоводу через регулирующее устройство, через соединительную муфту 6, предохраняющую от протечек в машинный зал, попадает внутрь цилиндра - ротора на лопасти и приводит его во вращение, проходит через нижнюю соединительную муфту в отсасывающую трубу 11. При вращении ротора появляется вращающееся магнитное поле полюсов, возбуждающее в статоре электрический ток. Изменяя силу тока, проходящего через токосъемные кольца и полюса, можно менять выходную мощность гидроагрегата при постоянной скорости вращения ротора, сохраняющейся с помощью регулирующего устройства.