ГИДРОТУРБИНА
HYDRAULIC TURBINE

Изобретение относится к гидромашиностроению, а именно к устройству поворотно-лопастных гидромашин.
Известны различные поворотно-лопастные гидромашины, такие, например, как лопастная гидромашина с установленными на втулке лопастями (см. Ковалев Н.Н. Гидротурбины, Конструкции и вопросы проектирования, Москва, Ленинград, Машгиз, 1961, с. 178-181, фиг. V.29) или поворотно-лопастная гидротурбина, поворот лопастей которой реализован с помощью концентрично установленного в ней трубопровода (см. SU 378652 А, 18.04.1973, F03B 11/00). Этим устройствам присущи такие недостатки, как ограниченность диапазона регулирования геометрических параметров рабочего колеса и инерционность поворота лопастей.
Наиболее близкой к заявляемой по совокупности существенных признаков является поворотно-лопастная гидротурбина [Пат. РФ №2410565, заявка №2008150990/06, 22.12.2008, опубл. 27.01.2011 Бюл. №3 / Литвиненко A.M.], которая содержит основание с подшипниками, ступицу, горизонтальный вал, лопатки, кинематически с помощью редукторов соединенные с роторами, имеющими магнитный контакт со статорами, установленными на основании.
Недостатком данной гидротурбины является узкий диапазон регулирования, обусловленный или изменением частоты вращения вала, или изменением угла наклона лопаток.
Изобретение направлено на расширение диапазона регулирования путем изменения числа лопаток.
Это достигается тем, что гидротурбина, содержащая основание с подшипниками, ступицу, горизонтальный вал, лопатки, кинематически соединенные с роторами, имеющими магнитный контакт со статорами, установленными на основании, редукторы, согласно изобретению выполнена таким образом, что выходные валы редукторов соединены с промежуточным полым валом с дополнительными лопатками с вращением относительно главной оси, причем профили основных и дополнительных лопаток выполнены с возможностью наложения друг на друга.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 и фиг. 2 схематично изображено колесо гидротурбины соответственно с разложенными и сложенными лопатками, на фиг. 3 - вид на торцы лопаток в разложенном состоянии, на фиг. 4 - в сложенном, на фиг. 5 - вид сбоку в разрезе, на фиг. 6 - кинематическая схема поворота лопаток, внешний и внутренний статоры изображены фрагментарно, чтобы не загромождать чертеж.
Гидротурбина содержит основные лопатки 1, дополнительные поворотные (относительно главной оси) лопатки 2, защитный колпак 3 (условно показан пунктиром), внешний 4 и внутренний 5 статоры, закрепленные на основании, роторы дискового типа 6, установленные на валах 7, на которых также установлены входные шестерни 8 редукторов, редукторы содержат выходные колеса 9, которые соединены с промежуточным полым валом 10, на котором установлены дополнительные лопатки 2 с вращением относительно главной оси, причем профили основных и дополнительных лопаток выполнены с возможностью наложения друг на друга. Горизонтальный вал 11 вращается в подшипниках 12 и 13. Также на валу 11 установлены стойки 14 с подшипниками 15, в которых вращаются валы 7 редукторов. В варианте с червячным редуктором роторы 6 установлены на одних валах с червяками 16, которые входят в контакт с червячными колесами 17, установленными на валах 18. На конце валов установлены конические шестерни 19, вращающие конические колеса 20, на валу 21 которых закреплены поводки 22, к которым, в свою очередь, крепятся дополнительные лопатки 2. На фиг. 5 лопатки 1 и 2 условно показаны в одной плоскости и лопатки 1 условно показаны пунктиром.
В варианте с цилиндрическим редуктором на промежуточном полом валу 10 установлены выходные колеса 9, с которыми контактируют входные шестерни 8 редукторов. Таким образом, при наличии самоторможения вал 10 вращается относительно вала 11 концентрично.
Гидротурбина работает следующим образом: набегающий поток, взаимодействуя с лопатками, приводит их во вращение. При изменении скорости потока, на статоры 4 и 5 подается напряжение, обеспечивающее бегущее магнитное поле разной направленности, которое приводит к вращению роторов 6 и валов 7 с шестернями 8, которые, в свою очередь, вращают выходные колеса 9, которые установлены на валах 10, на которых закреплены дополнительные лопатки 2, которые в результате накладываются на основные лопатки 1, при этом скорость перемещения потока жидкости изменяется, тем самым осуществляется регулирование скорости. При перемене полярности перемещения полей на статорах процессы происходят в обратном порядке, а при отсутствии напряжения на статорах вследствие наличия трения в механизмах или свойств самоторможения червячной пары, лопатки неподвижны друг относительно друга.
Технико-экономическими преимуществами данной гидротурбины являются: во-первых, обеспечение бесконтактности передачи усилия со статора на вращающую часть, во-вторых, возможность изменения числа лопаток, что существенно расширяет регулировочные возможности гидротурбины.