ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ГИДРОПУЛЬСОР
HORIZONTAL HYDRAULIC PULSER

Предлагаемое изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии и может найти применение в системах и установках водоснабжения, орошения, осушки, увеличения напора на микро- и мини-ГЭС, накопления воды в судовых шлюзах и т.д.
В настоящем изобретении усовершенствуются известные конструкции гидропульсоров, содержащие подвод, направляющий аппарат, турбинное рабочее колесо, напорный отвод, отводящую трубу, а также радиальные и осевую опоры на валу рабочего колеса (см., например, Ф.В. Конради. «Гидропульсор». Ташкент. 1939 г., а также гидропульсоры по авторским свидетельствам и патентам СССР №24710, №65722, №18057, №79816 и др.).
Также известна конструкция гидропульсора, содержащая подвод, направляющий аппарат с лопатками, образующими центростремительные сливные каналы, с размещенными над этими каналами лопатками, образующими центростремительные напорные каналы и установленное на валу рабочее колесо с лопастями, образующими сливные и напорные центростремительные каналы гидротурбинной ступени колеса, причем выход сливных каналов выполнен в диффузор отсасывающей трубы и с размещенными за напорными каналами радиальными лопастями центробежной напорной насосной ступени колеса (см. патент на изобретение №2457367 от 06.07.2010 г. ).
Указанная конструкция гидропульсора может быть принята за базовый объект.
Недостатком конструкции указанного базового объекта может являться малая величина желаемых выходных параметров гидропульсора (подаваемых напора и расхода), особенно при ограниченной малой высоте подпора водяного столба на входе в гидропульсор, т.к. при этом может не хватать мощности двух центростремительных гидротурбинных ступеней радиально-осевого рабочего колеса для обеспечения надежной работы его центробежной насосной ступени и импульсной подачи жидкости в колесо.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, предусматривает устранение указанного недостатка, т.е. обеспечение повышенных параметров жидкости на выходе гидропульсора.
Решение задачи достигается за счет того, что в гидропульсоре, содержащем подвод, направляющий аппарат с лопатками, образующими центростремительные сливные каналы, размещенными над этими каналами лопатками, образующими центростремительные напорные каналы и установленное на валу рабочее колесо с основными и дополнительными лопастями, образующими сливные и напорные центростремительные каналы гидротурбинной ступени колеса, причем выход сливных каналов выполнен в диффузор отсасывающей трубы, и с размещенными за напорными каналами радиальными лопастями центробежной напорной насосной ступени колеса, вал рабочего колеса установлен горизонтально и в его основных лопастях, образующих центростремительные каналы, выполнены полости, сообщенные с этими каналами.
При этом указанные полости при вращении вертикально расположенного рабочего колеса оказываются заполненными жидкостью при спуске их от верхней до нижней точек на окружности вращения и становятся пустыми при подъеме от нижней до верхней точки. Указанное обстоятельство позволяет использовать силу тяжести части перекачиваемой жидкости для повышения момента вращения на рабочем колесе дополнительно к моменту вращения, создаваемому гидравлическими силами на лопастях центростремительных турбинных ступеней рабочего колеса.
Особенной значительно приращение момента вращения, а следовательно, и мощности гидропульсора при больших диаметрах рабочего колеса (1-2 метра) и соответственно больших полостях в лопастях.
Использование предлагаемой конструкции гидропульсоров с увеличенными параметрами напора и расхода на выходе повышает надежность работы и увеличивает КПД при тех же параметрах подаваемой жидкости и тех же габаритах, что и в известных конструкциях гидропульсоров.
Таким образом, заявляемая конструкция гидропульсора имеет технические преимущества по сравнению с известными конструкциями гидропульсоров.
Данные, подтверждающие достоверность достижения решения указанной задачи изобретения, описаны в специальной технической литературе (см., например, Г. Лоренц и Э. Прегер «Таран и гидропульсор», В.Н. Ростовцев «Утилизация малых падений вод». Издание А.Ф. Девриена Петроград 1916 г., Ф.В. Конради «Гидропульсор» Ташкент 1939 г. и др.).
Сущность изобретения поясняется чертежами заявляемой конструкции гидропульсора на фиг. 1-4.
На фиг. 1 изображен вертикальный разрез гидропульсора, снизу от оси - по напорным каналам направляющего аппарата (н.а.) и рабочего колеса (р.к.), а сверху - по сливным каналам н.а. и р.к. при совпадениях соответствующих каналов.
На фиг. 2 - 3-ступенчатый горизонтальный разрез (по напорным центробежным каналам р.к. - левая верхняя четверть окружности рабочего колеса, по напорным центростремительным каналам н.а. и р.к. - правая верхняя четверть окружности и по центростремительным сливным каналам н.а. и р.к. - нижняя половина рабочего колеса).
На фиг. 3 изображены напорный канал и лопатка н.а., а на фиг. 4 - основная лопасть рабочего колеса с выполненной в ней полостью.
Данный гидропульсор включает в себя:
- подвод 1 (например, спиральный), направляющий аппарат 2 с двумя рядами в направлении горизонтальной оси лопаток, правые из которых - лопатки 3 - установлены на основании 27 и образуют сливные каналы 4 и размещенные слева от сливных каналов лопатками 5, образующими напорные 6 каналы (причем лопатки 3 и 5, а следовательно, и соответствующие им сливные 4 и напорные 6 каналы взаимно смещены в разные секторы направляющего аппарата).
- вращающееся рабочее колесо 7 с турбинными основными лопастями 8 с выполненными в них полостями 9 и дополнительными лопастями 10, образующими сливные каналы 11 потока, и размещенными на перегородке 12 слева от указанных лопастей 8 турбинными основными лопастями 13 и дополнительными лопастями 14, между которыми образуются напорные центростремительные каналы 15, а в основных лопастях 13 также выполнены аналогичные полостям 9 полости.
Полости 9 в лопастях 8 и 13 имеют отверстия 16, сообщающие их с каналами 11 и 15, образованные этими лопастями. Сливные каналы 11 и напорные каналы 15 при смещении рабочего колеса на ширину его основной лопасти по высоте и в плане совпадают с соответствующими им лопатками 3 и 5 и расположенными между ними секторами сливных 4 и напорных 6 каналов направляющего аппарата.
На закрывающей сверху напорные каналы перегородке 17 снизу выполнены центробежные насосные лопасти 18, между которыми образуются каналы 19 диагонального рабочего колеса насоса. В полостях 9 для слива из них части жидкости и для предотвращения создания зон вакуума в разделяющей сливные и напорные каналы перегородке 12 выполнены отверстия 20.
- напорный отвод 21 (например, спиральный) выполнен в одном корпусе с подводом 1;
- для слива жидкости выполнена отводящая отсасывающая труба 22;
- вал 23 рабочего колеса 7 установлен в антифрикционных радиальных опорах скольжения 24 и опирается пятой 25 на осевую опору 26. Радиальные и осевая опоры скольжения смазываются перекачиваемой жидкостью.
Спиральный подвод-отвод и направляющий аппарат 2 установлены на основании 27.
При работе гидропульсора жидкость из бассейна под небольшим напором (05-1 м и выше) подается по трубе в подвод 1, из которого попадает в направляющий аппарат 2 и проходит между его неподвижными лопатками 3 в сливные каналы 4, а между лопатками 5 в напорные каналы 6.
Из сливных каналов 4 неподвижного направляющего аппарата 2 жидкость поступает во вращающееся рабочее колесо 7 на его основные лопасти 8 и дополнительные лопасти 10 (приводя во вращение рабочее колесо) и по образованным этими лопастями сливным каналам 11 выходит через отводящую отсасывающую трубу 22 в нижний бьеф реки, канала и т.п.
В этом положении рабочего колеса 7 его напорные центростремительные каналы 15 перекрыты на входе неподвижными лопатками 5 направляющего аппарата 2.
При повороте рабочего колеса 7 на ширину его основной лопасти сливные каналы 11 перекрываются неподвижными лопатками 3 направляющего аппарата 2 и открываются напорные центростремительные каналы 6 и 15. При этом жидкость из напорных каналов 6 направляющего аппарата 2 попадает на основные лопасти 13 и дополнительные лопасти 14, также приводя во вращение рабочее колесо.
При этом в верхнем положении отдельных лопастей 8 и 13 через отверстия 16 в полости 9, расположенные в этих лопастях, втекает перекачиваемая жидкость и при дальнейшем повороте рабочего колеса до нижнего положения этих лопастей сила тяжести жидкости, заполняющей полости (в правой половине рабочего колеса на фиг.2), увеличивает вращающий момент на рабочем колесе, повышая мощность гидропульсора. При дальнейшем повороте рабочего колеса жидкость через отверстия 16 вытекает из полостей 9, облегчая поворот лопастей на их подъеме.
Через напорные центростремительные каналы 15 жидкость поступает в кольцевую (коническую) полость вокруг вала 23 рабочего колеса 7, откуда поступает на центробежные лопасти 18 и по образованным ими каналам 19 диагонального рабочего колеса с повышенным напором попадает в спиральный отвод 21.
Таким образом, предлагаемая конструкция электрогидропульсора имеет практическую ценность и может создать технический и экономический эффект при внедрении возобновляемых гидравлических источников энергии, способствуя решению задач энергосбережения.