Низконапорная гидравлическая турбина

Полезная модель относится к области гидроэнергетики и может использоваться при создании гидроагрегатов для низконапорных малых и микроГЭС на равнинных водотоках и гидротехнических сооружениях.
Из уровня техники известна низконапорная пропеллерная турбина (патент CZ 292197 В6, 14.08.2002, F3B 3/12, F3B 3/04), содержащая статор, в камере которого расположен ротор, соединенный с цилиндрическим корпусом рабочего колеса, закрепленным на валу, выведенном за пределы проточной части. На цилиндрическом корпусе рабочего колеса установлен лопастной аппарат, содержащий, по меньшей мере, две одинаковых рабочих лопасти с центральным углом раскрытия α в проекции на плоскость вращения ротора не более 125°, равномерно размещенных по окружности с углом установки β менее 25°.
Недостатком данного технического решения является низкая удельная работа, совершаемая пропеллерной турбиной.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является гидравлическая низконапорная пропеллерная турбина (патент РФ 175269, опубл. 29.11.2017 МПК F03B 3/04, F03B 3/12, F03B 17/06), которая в камере статора содержит ротор, соединенный с цилиндрическим корпусом рабочего колеса, закрепленным на валу и выведенным за пределы проточной части. При этом лопастной аппарат рабочего колеса асимметрично установлен на цилиндрическом корпусе так, что последний имеет осевое удлинение, равное, по меньшей мере, диаметру цилиндрического корпуса рабочего колеса и вращающегося вместе с ротором, на котором он закреплен.
Недостатком настоящей гидравлической низконапорной пропеллерной турбины является не в полной мере эффективная удельная работа, определяющаяся невысокой окружной составляющей скорости потока на выходе из лопастного аппарата.
Технической задачей заявляемой полезной модели является увеличение разности окружной составляющей абсолютной скорости потока на входе в лопастной аппарат и на выходе из него.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение КПД гидравлической низконапорной пропеллерной турбины за счет дополнительного повышения уровня совершаемой ею удельной работы.
Это достигается тем, что известная низконапорная гидравлическая турбина, содержащая проточную часть, ограниченную статором, и расположенным в ней цилиндрическим корпусом рабочего колеса, ротор, лопастной аппарат и вал, снабжена гидрофильным покрытием, расположенным на наружной поверхности свободной части цилиндрического корпуса рабочего колеса.
а,
1
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1, показана низконапорная гидравлическая турбина, на фиг. 2 представлена эпюра  отражающая распределение окружной составляющей скорости v в проточной части гидравлической турбины,
Низконапорная гидравлическая турбина содержит проточную часть 1, ограниченную статором 2, ротор 3, соединенный с цилиндрическим корпусом 4 рабочего колеса с закрепленным на нем лопастным аппаратом 5 и связанным механически с валом 6. На наружной поверхности свободной части L цилиндрического корпуса 4 рабочего колеса нанесено гидрофильное покрытие.
а
1
1
Эпюра  отражает распределение окружной составляющей скорости v в проточной части 1 гидравлической турбины, выполненной с удлиненным корпусом 4 рабочего колеса (сплошными линиями), и распределение окружной составляющей скорости v в низконапорной гидравлической турбине с гидрофильным покрытием этого цилиндрического корпуса 4 (штрихпунктирными линиями). Численное сравнение эпюр показывает, что применение гидрофильного покрытия приводит к приращению скорости потока как минимум в области б, вблизи цилиндрического корпуса 4.
Полезная модель работает следующим образом.
1u,
Цилиндрический корпус 4 рабочего колеса, помещенный в проточную часть 1, ограниченную статором 2, вращается вместе с ротором 3, получая вращающий момент от лопастного аппарата 5, и посредством жесткой механической связи обеспечивает передачу крутящего момента на вал 6. При этом наружная поверхность свободной части L цилиндрического корпуса рабочего колеса имеет гидрофильное покрытие, обеспечивающее повышенную адгезию жидкости к твердой поверхности. Интенсификация действия сил вязкого трения со стороны гидрофильной поверхности цилиндрического корпуса 4 на поток, движущийся вдоль его поверхности в направлении к лопастному аппарату 5, приводит к дополнительному увеличению его отклонения перед входом в лопастной аппарат 5, особенно вблизи этой поверхности (область б). Благодаря данному влиянию обеспечивается дополнительное приращение окружной составляющей скорости v и поток перед входом в лопастной аппарат 5 приобретает ускоренный характер винтового течения за счет повышенных сил вязкого трения.
Удельная работа низконапорной гидравлической турбины, приобретает приращение теоретического напора, обеспечивающее превышение величины удельной работы турбины.
1u
2u
Использование полезной модели позволяет повысить удельную работу низконапорной гидравлической турбины на 3,0…5,0% за счет дополнительного приращения величины разности окружной составляющей абсолютной скорости v на входе и v на выходе из лопастного аппарата гидравлической турбины, вызванного интенсификацией сил вязкого трения.