РЕГУЛИРУЮЩЕЕ ЛОПАСТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСЕВОЙ ГИДРОТУРБИНЫ

Полезная модель регулирующее лопастное устройство для осевой гидротурбины (РЛУ) относится к гидроэнергетике и может быть использовано для автоматического регулирования выходной мощности гидротурбины изменением общего объема протока воды и угла его падения на лопатки осевой гидротурбины путем поворота лопастей устройства.
Известна осевая гидротурбина, патент №2371602, содержащая направляющий регулирующий аппарат, лопатки которого выполнены изогнутой формы и развернуты по направлению вращения рабочего колеса, закреплены с возможностью поворота. Сам направляющий регулирующий аппарат выполнен из соосно расположенных внешнего и внутреннего корпусов и лопаток, закрепленных одними концами на внутреннем корпусе, а другими - соединенных с внешним корпусом с помощью резьбовых соединений с возможностью поворота от -20° до +20° от расчетного положения угла установки лопаток направляющего аппарата. Камера рабочего колеса соединена одним торцом с водоотводящей частью, а другим - с внешним корпусом направляющего аппарата, присоединенного к водоподводящей части изогнутой формы, а корпус рабочего колеса соединен с внутренним корпусом направляющего аппарата, установленным на валу, при этом вал расположен горизонтально относительно плоскости вращения рабочего колеса, размещен посредством подшипниковых узлов на опорах, закрепленных в раме, и имеет возможность соединения с асинхронным двигателем.
Недостатками такого направляющего регулирующего устройства гидротурбины являются сложность регулирования выходной мощности при изменении потребляемой энергии или напора воды, т.к. используется ручной поворот лопаток и ограниченные эксплуатационные возможности всего агрегата, обусловленные пределом поворота лопаток направляющего аппарата до +20%, а также трудоемкость изготовления из-за применения крупногабаритных и металлоемких узлов крепления лопаток в корпусе подшипников вала и рабочего колеса турбины. Вследствие малой площади лопастей направляющего аппарата проходящий поток приобретает турбулентность, что снижает выходную мощность гидроагрегата, вызывает кавитацию лопастей.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели регулирующее лопастное устройство для осевой гидротурбины является создание устройства, обеспечивающего возможность автоматического изменения объема и угла падения проходящего на лопатки турбины потока.
Для достижения указанного технического результата регулирующее лопастное устройство, устанавливаемое перед осевой гидротурбиной, состоит из цилиндрического корпуса, внутри него имеются обтекаемая шестигранная втулка и поворотные лопасти, имеющие форму усеченного сектора, которые закреплены и поворачиваются на осях, вставленных одним концом в центр граней втулки, а другим проходят через стенку корпуса наружу, где на них закреплены шестерни, соединенные с зубчатым кольцом. Это кольцо поворачивает оси с лопастями, чем изменяется объем и направление потока, проходящего через регулирующее устройство.
Согласно полезной модели через цилиндрический корпус до центра граней проходят оси, на них закреплены поворотные лопасти в форме усеченного сектора круга. В закрытом положении одна боковая сторона каждой лопасти перекрывает сверху прилежащую радиальную сторону соседней лопасти на 10-15%. Внутренние концы осей вращаются в центре граней втулки, а снаружи корпуса на осях закреплены шестерни для поворота лопастей на угол до 180 град. или фиксации их в необходимом положении управляющим зубчатым кольцом, установленным вокруг корпуса. Управляющее зубчатое кольцо поворачивается исполнительным механизмом автоматического регулирования мощности гидротурбины и синхронно разворачивает лопасти через шестерни на необходимый угол, в результате чего меняется объем проходящего рабочего потока и угол его падения на фиксированные лопатки турбины. Управляющее кольцо прижато к каждой шестерне поворота управляющей шестерней регулятора мощности для предупреждения разъединения механизма поворота.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:
фиг. 1 - регулирующее лопастное устройство, продольный разрез без лопастей:
1 - шестерни поворота лопастей, 2 - ось крепления лопастей, 3 - обтекаемые пилоны крепления центральной втулки, 4 - обтекаемая втулка с шестью гранями, 5 - цилиндрический корпус РЛУ;
фиг. 2 - регулирующее лопастное устройство, продольный разрез с лопастями в вертикальном положении: 6 - вид лопасти в вертикальном положении;
фиг. 3 - поперечный разрез по осям лопастей РЛУ в закрытом положении, верхний край каждой лопасти перекрывает нижний край соседней;
фиг. 4 - управляющее зубчатое колесо с шестернями - поворота лопастей снизу и шестерней управляющего механизма сверху.
1 - шестерня поворота лопастей, 7 - зубчатое колесо поворота, 8 - шестерня исполнительного механизма регулятора мощности гидроагрегата.
Регулирующее лопастное устройство работает следующим образом.
В закрытом положении плоскости лопастей 6 находятся перпендикулярно оси водовода и за счет плотного прилегания внутренних краев к граням втулки, внешних круговых краев к внутренней цилиндрической поверхности направляющего аппарата и взаимного перекрытия радиальных кромок вода не проходит через водовод на турбину. При повороте зубчатого кольца 7 шестерни 1 поворачивают лопасти 6 до угла, равного углу установки лопаток турбины, поток воды проходит в пространство между лопастями и, закручиваясь, идет параллельно лопаткам турбины, не оказывая на них значительного воздействия. Это режим холостого хода. Установка лопастей 6 перпендикулярно к поверхностям лопаток турбины увеличивает выходную мощность гидротурбины до номинальной. В случае аварийного сброса мощности регулирующее устройство поворачивает лопасти 6 параллельно лопаткам турбины, что соответствует режиму холостого хода. В таком положении водовод не перекрывается, поток закручивается и проходит параллельно лопаткам, что предотвращает гидравлический удар в системе. Крепление осей 2 с лопастями 6 в двух точках - центре граней втулки 4 и в корпусе 5 повышает прочность конструкции и виброустойчивость на критических режимах работы. Использование предлагаемой полезной модели при малых и средних потоках воды с небольшими расходами и напорами приводит к улучшению эксплуатационных показателей за счет возможности автоматического регулирования объема потока и угла его падения на лопатки турбины.