РАБОЧЕЕ КОЛЕСО
IMPELLER

Техническое решение относится к нетрадиционной электроэнергетике, более конкретно к маломощным синхронным явнополюсным тихоходным электрическим машинам с вертикальной осью вращения ротора.
Известно рабочее колесо радиально-осевой гидромашины (см. описание изобретения к А.С. СССР №1603046, МПК F03B 3/02), содержащее ступицу, внутренний флянец, валопровод к электрогенератору.
Данное рабочее колесо предназначено для работы в составе гидрогенератора, его можно рассматривать как прототип по конечному результату, но оно не может быть применено в электромеханической установке.
Наиболее близким аналогом по конструкции можно считать крыло самолета, см. например, описание изобретения к А.С. СССР №453889, МПК В64С 3/18 «Металлический силовой элемент конструкции планера летательного аппарата», в котором крыло выполнено в виде консольной балки уменьшающегося поперечного сечения, состоящее из продольных лонжеронов, скрепленных вертикальной стенкой, стрингеров и обшивки листовым материалом, поперечный набор выполнен нервюрами.
Цель технического решения - создание конструкции рабочего колеса электромеханической установки.
- Рабочее колесо является составной частью электромеханической установки. Его назначение, конструкция и условия работы совершенно иные от назначения, конструкции и условий работы гидравлических турбин.
- В электромеханической установке рабочее колесо радиуса R предназначено для преобразования касательных или окружных сил F, действующих на периферийную или торцевую его часть в механический рычажный момент М=R·F.
- При функционировании электромеханической установки на рабочее колесо рычажный момент М=R·F действует непрерывно, значит рабочее колесо формирует вращающий момент Мвр.=R·F с угловой скоростью Ω также непрерывно.
- Эффективность действия рабочего колеса тем больше, чем больше его радиус R радиуса ротора r электрической машины. В этом случае величина потребной силы F будет уменьшаться.
- Увеличение радиуса R рабочего колеса, в силу ряда причин, имеет ограничения, поэтому соотношение основных параметров электромеханических установок: r, Ω, R, F, Рэл., необходимо назначать и рассчитывать для каждой серии электромеханических установок.
- Размеры рабочего колеса могут быть значительными, радиус его может достигать 20 и более метров, поэтому конструкция его должна удовлетворять ряду условий прежде всего прочности и жесткости в горизонтальной и вертикальной плоскостях не только от внешних сил F, но и от внутренних механических напряжений, кроме того, рабочее колесо может быть подвержено перепаду окружающей температуры от -50°С до +50°С, что может быть причиной деформаций (коробления), и, как следствие, появление вибраций.
- С появлением рабочего колеса с новыми функциями и большими габаритами возникают новые, неизвестные для гидроэнергостроения (точнее новой отрасли электроэнергетики) задачи: в технологии, производстве, сборке, транспортировке и эксплуатации новых установок, узлов и деталей.
1
2
1
2
Поставленная цель достигается тем, что рабочее колесо выполнено в виде диска радиуса R с высотой в ступице h, а в периферийной торцевой части h, снабжено элементами для монтажа узла приложения внешней силы, продольно-поперечный каркас выполнен радиально-кольцевым, скрепленным со ступицей, снабженной креплением к приводной втулке электромеханической установки, состоит из радиальных нервюр конфигурации радиального сечения диска и неполных нервюр, установленных в средней и периферийной частях диска равномерно по окружности, которые жестко скреплены с несколькими внутренними кольцевыми вертикальными лонжеронами, а внешний наружный торцевой лонжерон усилен и снабжен с наружной стороны элементами для монтажа узла приложения внешней силы, а с внутренней стороны - кольцевыми горизонтальными полками, которыми он жестко скреплен с нервюрами, сверху и снизу радиально-кольцевой каркас скреплен с обшивкой, при этом величина R радиуса диска больше величины r радиуса ротора электромеханической установки, а величина h больше величины h.
На представленных чертежах представлено: на фиг.1 показано рабочее колесо (вид сверху, без верхней обшивки), на фиг.2 показано рабочее колесо (вид сбоку), на фиг.3 показан наружный монтажный лонжерон (радиальный разрез), на фиг.4 показан узел соединения ступицы рабочего колеса с приводной втулкой (разрез по вертикальной радиальной плоскости).
Позиции на чертежах:
1 - ступица,
8 - отверстия,
2 - нервюра,
9 - внутренние крепежные полки,
3 - неполная нервюра,
10 - приводная втулка,
4 - лонжерон,
11 - замок радиальный,
5 - внешний монтажный лонжерон,
12 - сквозное отверстие.
6 - обшивка,
7 - монтажная полка,
1
2
Устройство (см. фиг.1, 2). К ступице 1 лучами радиально прикреплены нервюры 2, имеющие конфигурацию радиального сечения рабочего колеса. Плоскость каждой нервюры совпадает с вертикальной радиальной плоскостью рабочего колеса и имеет наибольшую вертикальную высоту h в ступице 1, а наименьшую высоту h на ее торце. По мере увеличения радиальной длины от ступицы до торца устанавливают неполные нервюры 3 разной длины. Все нервюры устанавливают равномерно по окружности. В горизонтальной плоскости рабочего колеса устанавливают кольцевые лонжероны 4 с вертикальной высотой, равной высоте нервюр. Внешний наружный торцевой лонжерон 5 (см. фиг.3) усилен, завершает и стягивает радиально-кольцевой каркас рабочего колеса, кроме того, он снабжен с наружной стороны элементами для монтажа узла приложения внешней силы, например, горизонтальными кольцевыми толстостенными монтажными полками 7 с вертикальными отверстиями 8 с равномерным интервалом, к которым крепятся детали и узлы механизма приложения внешней силы. С внутренней стороны лонжерон 5 снабжен горизонтальными кольцевыми крепежными полками 9, которыми он скреплен с нервюрами 2 и 3.
К радиально-кольцевому каркасу сверху и снизу прикреплена обшивка 6 из листового металла, увеличивающая жесткость всей конструкции. В нижней обшивке выполнены дренажные отверстия 3-6 мм для удаления самотеком, возможно образующейся, влаги от конденсата.
Соединение рабочего колеса с электрической машиной электромеханической установки выполняют посредством приводной втулки 10 (см. фиг.4), которая является промежуточной монтажно-технологической деталью, назначение которой обеспечить раздельное изготовление, монтаж, наладку рабочего колеса и электрической машины. Приводная втулка 6 состоит из двух частей, снабженных радиальными замками 11, в которых, в рабочем положении, находится ступица 1 рабочего колеса. Жесткое неподвижное соединение приводной втулки 10 со ступицей 1 обеспечивается вертикальными болтами в сквозных отверстиях 12.
Приводную втулку 10 изготавливают и подгоняют к электрической машине (к шлицевому соединению вала ротора), после чего электрическую машину можно отправлять заказчику на монтаж, а приводную втулку 10 на заводской участок для подгонки и монтажа к ней ступицы рабочего колеса.
Эффект технического решения в том, что создана принципиально новая функциональная деталь электромеханической установки - рабочее колесо в виде диска с радиусом, большим радиуса электрической машины.