ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МАШИНА САМОЙЛЕНКО

Полезная модель относиться к гидроэнергетике, в частности к реактивным гидравлическим машинам, предназначенным для гидроэнергетических установок электрических станций, которые используют рабочую среду, например воду, в широком диапазоне низких напоров. Гидравлическая машина может быть использована как для выработки механической энергии, так и для осуществления подачи воды под давлением.
9
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату, является гидравлическая машина, включающая направляющий аппарат, снабженный приводом и установленный в водоводе перед турбинной камерой, выполненной в виде винтообразного полого цилиндра, в полости которого размещены лопасти рабочего колеса, разъемно закрепленные на его корпусе, установленном на валу, который размещен в подшипнике, а также отсасывающую трубу (см. патент Украины на полезную модель №52552, заявл. 29.03.2010 г., опубл. 25.08.2010 г., МПК F03B, 3/00, 3/12).
В известной гидравлической машине направляющий аппарат выполнен в виде игольчатого затворного устройства, установленного перед турбинной камерой в напорном водоводе. Игольчатый направляющий аппарат приводится в движение с помощью привода, расположенного внутри направляющего аппарата, осуществляет регулирование расхода воды через турбину и выполняет роль затвора.
Недостатком известной гидравлической машины являются ограниченные функциональные возможности и пониженный коэффициент полезного действия (КПД). Это связано с тем, что при открытии игольчатого направляющего аппарата, он остается в единой конструкционной линии проточной части гидравлической машины и при этом оказывает некоторое гидравлическое сопротивление протекающей воде. Это приводит к снижению первичной потенциальной гидравлической энергии воды, которая определяет технологические условия работы гидравлической машины и ее технико-экономические характеристики. Кроме того, привод направляющего аппарата размещен в замкнутой полости, что ограничивает возможности его обслуживания и ремонта.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования конструкции гидравлической машины путем нового исполнения отдельных узлов, а также нового их взаимного расположения, благодаря чему повышается эффективность использования потенциальной гидравлической энергии потока воды, улучшаются условия эксплуатации гидравлической машины, что позволяет обеспечить расширение функциональных возможностей машины, а именно использовать ее в системах низкого напора воды с водоводами преимущественно прямоугольного сечения при обеспечении высокого КПД гидравлической машины.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемой гидравлической машине, включающей направляющий аппарат, снабженный приводом и установленный в водоводе перед турбинной камерой, выполненной в виде винтообразного полого цилиндра, в полости которого размещены лопасти рабочего колеса, разъемно закрепленного на его корпусе, установленном на валу, который размещен в подшипнике, а также отсасывающую трубу, согласно полезной модели, новым является то, что направляющий аппарат выполнен в виде секторного затворного устройства, размещенного в камере на поворотной опоре.
Новым является также то, что гидравлическая машина дополнительно снабжена вторым секторным затворным устройством, расположенным симметрично первому относительно оси водовода, при этом оба устройства размещены так, что в положении «закрыто» имеют общую линию сопряжения.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Выполнение направляющего аппарата в виде секторного затворного устройства, которое в компоновке гидравлической машины оказывает минимальное гидравлическое сопротивление потоку воды, а в положении «полностью открыто» оно находится за пределами потока и практически не создает гидравлическое сопротивление. Это дает возможность максимально использовать потенциальную гидравлическую энергию потока, улучшить гидродинамические характеристики проточной части гидравлической машины, а также повысить ее пропускную способность и КПД. Все это позволит расширить функциональные возможности гидравлической машины, благодаря чему ее можно использовать в водоводах с очень низким напором воды и при любом соотношении размеров прямоугольного сечения водовода. Кроме того, снабжение гидравлической машины вторым секторным затворным устройством, при эксплуатации его совместно с первым, позволяет осуществлять более плавное регулирование мощности гидравлической машины за счет обеспечения задаваемой величины расхода воды через турбинную камеру.
Техническая сущность заявляемой гидравлической машины поясняется чертежами.
На фиг.1 схематически показана гидравлическая машина;
на фиг.2 - вид А на фиг.1;
на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1 (положение затворного устройства - «открыто»);
на фиг.4 сечение Б-Б на фиг.1 (положение затворного устройства - «закрыто»);
на фиг.5 - изображены первое и второе затворное устройство в водоводе гидравлической машины в положении «закрыто» (сечение Б-Б на фиг.1);
на фиг.6 - изображены первое и второе затворное устройство в водоводе гидравлической машины в положении «открыто» (сечение Б-Б на фиг.1).
Гидравлическая машина включает направляющий аппарат 1, выполненный в виде секторного затворного устройства 2, которое размещено в замкнутой камере 3 и вращается в шарнирной опоре 4.
Гидравлическая машина может содержать второе секторное затворное устройство 2, которое установлено симметрично к первому, относительно оси водовода 5. При полном закрытии двух секторных затворных устройств 2, они имеют общую линию сопряжения, благодаря чему полностью перекрывается водовод 5.
Турбинная камера 6 выполнена в виде двукратного винтообразного полого цилиндра. Секторное запорное устройство 2 снабжено приводным устройством 7 для его открытия или закрытия при подаче воды в турбинную камеру 6. Направляющий аппарат 1 установлен перед турбинной камерой 6 в напорном водоводе 5, который имеет прямоугольное сечение. Рабочее колесо 8 с помощью болтов закреплено на валу 9, который кинематически связан с внешней электрической машиной (не показана). Лопасти 10 рабочего колеса 8 размещены в полости винтообразного цилиндра турбинной камеры 6, выходной конец которой неразъемно соединен с отсасывающей трубой 11. Отсасывающая труба 11 выполнена прямоточной.
Гидравлическая машина работает следующим образом.
Вода из напорного водовода 5 под давлением верхнего бьефа через открытое секторное затворное устройство 2 направляющего аппарата 1, установленное на шарнирной опоре 4, поступает в турбинную камеру 6. Расход подаваемой в турбинную камеру 6 воды регулируется с помощью привода 7, который поворачивает в сторону открытия или закрытия секторное затворное устройство 2, расположенное в замкнутой камере 3. В случае установки в камеру 3 дополнительного секторного устройства 2 (рис.5, 6) осуществляют синхронный поворот этих устройств в сторону их открытия или закрытия. Далее поток воды, двигаясь по винтовой полости турбинной камеры 6, по винтовой траектории проходит пространство между лопастями 10 рабочего колеса 8, выходит с другого конца винтовой турбинной камеры 6 и через отсасывающую трубу 11 попадает в нижний бьеф. Проходя через рабочее колесо 8, вода отдает ему энергию давления и скоростного напора, которая преобразуются в механическую энергию в виде вращающего момента на валу 9. Механическая энергия с рабочего колеса 8 через вал 9 передается на ротор электрической машины (не показана). В случае работы гидравлической машины в насосном режиме, механическая энергия передается на рабочее колесо 8, которое, вращаясь в обратном направлении, передает энергию реверсивному потоку воды.
Заявляемая гидравлическая машина является компактной и отличается высокой пропускной способностью и удельной мощностью, может соединяться с напорным водоводом прямоугольного сечения при любом соотношении его размеров. Благодаря этому возможно ее использование в широком диапазоне низких напоров воды, например от 1 до 50 м. Относительно малые габариты, а также возможность использования гидравлической машины в любой пространственной компоновке без увеличения ее строительной части позволяет также использовать заявляемую гидравлическую машину вместо сложных капсульных гидроагрегатов на низконапорных гидроэлектростанциях. При этом заглубление рабочего колеса относительно уровня нижнего бьефа, с целью исключения режима кавитации, не требует дополнительных строительных работ. Использование заявляемой гидравлической машины в составе гидроэнергетического оборудования гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций дает возможность эффективно использовать энергию малонапорных створов рек и строить электростанции с меньшими габаритами здания ГЭС.
Промышленная применимость заявляемой гидравлической машины подтверждается возможностью ее производства на известном оборудовании, в условиях отечественного промышленного производства, с использованием известных материалов и приспособлений.