РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ОРТОГОНАЛЬНОЙ ГИДРОТУРБИНЫ

Область техники
Предложение относится к гидросооружениям, осуществляющим пропуск рыбы через турбинную камеру, поперек которой установлено колесо ортогональной гидротурбины.
Уровень техники
Известно рабочее колесо ортогональной гидротурбины, содержащее вал, вдоль которого на поперечных траверсах установлены лопасти аэродинамического профиля, имеющие напорную часть со скругленной передней кромкой и тыльную часть с задней кромкой [RU 2369770].
В сечении, разделяющем профиль на напорную часть и тыльную часть, профиль лопасти имеет максимальную высоту. Отношение радиуса скругления передней кромки лопасти к максимальной высоте профиля в устройстве-прототипе не превышает 0,3. Выбранное соотношение обеспечивает для данной турбины максимальный КПД.
Это устройство выбрано в качестве прототипа.
Недостаток прототипа - высокий процент гибели рыбы при столкновении с лопастями колеса. Задача полезной модели - уменьшить гибель рыбы, сохранив при этом приемлемый КПД рабочего колеса турбины.
Раскрытие сущности полезной модели
Предметом полезной модели является рабочее колесо ортогональной гидротурбины, содержащее вал, вдоль которого на поперечных траверсах установлены лопасти аэродинамического профиля, имеющие напорную часть со скругленной передней кромкой и тыльную часть с задней кромкой, отличающееся тем, что отношение радиуса скругления передней кромки к максимальной ширине профиля лежит в пределах 0,35÷0,37.
Это позволяет повысить процент выживаемости особей рыбы, сталкивающихся с вращающейся лопастью рабочего колеса, без существенного снижения КПД.
Краткое описание фигур
На фиг.1 показано рабочее колесо ортогональной гидротурбины, на фиг.2 - профиль его лопасти.
Осуществление полезной модели
Рабочее колесо 1 ортогональной гидротурбины содержит вал 2, лопасти 3, траверсы 4 и установлено в турбинной камере, которая не показана на фиг.1.
На фиг.2 показаны напорная часть 5 профиля лопасти 3 со скругленной передней кромкой 6 и тыльная часть 7 профиля лопасти 3 с задней кромкой 8. В сечении, разделяющем профиль на напорную часть 6 и тыльную часть 7, он имеет максимальную ширину Н.
Отношение радиуса R скругления передней кромки 8 к максимальной ширине Н удовлетворяет соотношению
Во всем указанном диапазоне обеспечивается высокая выживаемость особей рыбы при столкновении с лопастью 3 без существенного снижения КПД, т.е. сохраняется КПД рабочего колеса турбины, приемлемый для практического использования.
Устройство работает следующим образом.
Водный поток 9, набегая на переднюю кромку 6, разделяется и обегает лопасть 3 по внешней и внутренней (направленной к валу 2) поверхностям. За счет того, что лопасть 3 имеет аэродинамический профиль, длина пути потока по внешней поверхности лопасти больше, чем по внутренней. При этом образуется разность давлений и подъемная сила лопасти приводит колесо 1 во вращение.
Рыба, проходящая через турбинную камеру вместе с потоком 9, сталкивается с вращающимися лопастями 3. Сталкиваясь с лопастями 3, часть рыб травмируется и погибает.
Как видно из фиг.2, радиус R в крайней точке передней кромки 6 минимален и постепенно увеличивается к максимальному сечению Н (иначе профиль лопасти 3 перестает быть аэродинамическим, т.е. создающим подъемную силу при обтекании потоком среды).
Поэтому, если в крайней точке кромки 6 радиус скругления R=0,35H, то будет существовать некоторый участок профиля (дуга передней кромки), где соотношение (1) соблюдается. Длина этого участка определяется величиной разности (0,37-0,35)H. Если в крайней точке передней кромки 6 радиус скругления R=0,37H, то в интервал (1) попадает только крайняя точка кромки 6. При этом во всех случаях наиболее травматичны столкновения особей рыбы с крайней точкой кромки 6, имеющей минимальный радиус скругления, а остальные участки напорной части 5 профиля лопасти 3 травмируют рыбу меньше.
В таблице приведены результаты проведенных исследований при скорости вращения рабочего колеса до 12 м/с. Как видно из таблицы, во всем диапазоне значений R от R=0,35H до R=0,37H выживаемость особей радужной форели сохраняется выше 83%, а снижение КПД от максимального для данной турбины значения (достигаемого при R/H≈0,3) не превышает 4%.
Таблица
Отношение R/H
Выживаемость особей радужной форели %
Снижение КПД %
0,35
83
2,1
0,36
87
2,5
0,37
90
4,0