НЕПОСРЕДСТВЕННО СОЕДИНЕННАЯ ТИХОХОДНАЯ МАЛАЯ ГИДРОТУРБИНА ДИАГОНАЛЬНОГО ТИПА, ПРИМЕНЯЕМАЯ В ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ БАШНЕ
DIRECT-CONNECTION MIXED-FLOW SLOW-SPEED SMALL-SIZED HYDRAULIC TURBINE USED IN HYDRODYNAMIC POWER-SAVING QUENCHING TOWER

Область техники
Изобретение относится к охлаждающей башне, в частности к гидротурбине для приведения в действие охлаждающего вентилятора охлаждающей башни, более подробно, изобретение описывает тихоходную непосредственно соединенную малую гидротурбину диагонального типа, применяемую в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, которая не оборудована редуктором и может обеспечивать скорость вращения гидротурбины на выходе как номинальное значение скорости вращения вентилятора и дополнительно устранить редуктор, используемый в традиционной напороструйной гидротурбине, при помощи обоснованного проектирования размеров всех частей, в частности, ключевых параметров посадочного кольца на впуске воды и рабочего колеса.
Предшествующий уровень техники
Как всем известно, кондиционирующая охлаждающая башня, в частности промышленная кондиционирующая охлаждающая башня, удерживает по существу избыточную энергию для охлаждения циркулирующей воды в ходе проектирования для реализации энергосберегающей задачи, гидротурбина используется для восстановления части избыточной энергии и трансформации избыточной энергии во вращательную механическую энергию гидротурбины для приведения в действие охлаждающего вентилятора, таким образом устраняя традиционный охлаждающий мотор большой мощности и достигая очень существенного энергосбережения.
В настоящее время избыточный водяной столб циркулирующей воды в промышленной кондиционирующей охлаждающей башне в Китае составляет 4-15 м, и давление водяного столба в 0,5-1 м требуется в положении для распределительных водяных труб, так что гидротурбина для удаления части избыточного водяного столба циркулирующей воды работает в среде с противодавлением; но скорость вращения вентилятора охлаждающей башни ниже для реализации непосредственного соединения с вентилятором охлаждающей башни, и необходимо выбрать тихоходную гидротурбину диагонального типа; однако в представленном спектре гидротурбин в Китае до сих пор отсутствует тихоходная гидротурбина диагонального типа, которая может удовлетворять рабочим условиям и быть непосредственно соединена с охлаждающим вентилятором; необходимо принять режим соединения обычной гидротурбины со смешанным потоком с вентилятором охлаждающей башни при помощи редуктора, поскольку рабочие условия редуктора хуже, не только увеличивается шум и сокращается срок службы, но также возрастают затраты на производство. Поэтому разработка гидротурбины диагонального типа, которая может соответствовать приведенной частоте вращения в условиях рабочей окружающей среды и может быть непосредственно присоединена к вентилятору для охлаждающей башни, таким образом имеет большую практическую значимость.
Заявитель полагает, что скорость вращения на выходе гидротурбины можно поддерживать в желаемом диапазоне при помощи обоснованного проектирования размеров всех частей гидротурбины путем множества расчетов, анализов и экспериментов.
Краткое описание изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание непосредственно соединенной тихоходной малой гидротурбины диагонального типа, которая обладает высокой производительностью и небольшим размером и может широко использоваться в гидродинамических энергосберегающих охлаждающих башнях, избегая проблем с повышенным шумом, большой частотой отказов и больших затрат на изготовление и техническое обслуживание гидротурбины с редуктором, таким образом позволяя гидротурбине для охлаждающей башни избавиться от редуктора.
Техническая схема изобретения представлена ниже
Тихоходная малая гидротурбина диагонального типа, используемая в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, содержит:
спиральный корпус для впуска воды;
посадочное кольцо 2, снабженное одним рядом направляющих лопаток, расположенных по окружности;
рабочее колесо 12 тихоходной гидротурбины диагонального типа, которое содержит нижнее кольцо 3, лопасти 4 с изогнутой поверхностью и верхний венец 5;
прямую сужающуюся водовыпускную трубу 9 и боковой водовыпускной короб 10;
<mrow><msub><mi>n</mi><mrow><mn>11</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>n</mi><msub><mi>D</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msqrt><mi>H</mi></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
посадочное кольцо 2 установлено на внутренней стороне спирального корпуса 1, впуск воды вдоль направляющих лопастей в посадочном кольце 2 сообщается с каналом выпуска воды спирального кожуха 1, впуск воды спирального кожуха 1 сообщается с выпуском воды трубопровода циркулирующей воды охлаждающей башни, выпуск воды среди направляющих лопастей в посадочном кольце 2 сообщается с впуском воды, образованным среди лопастей 4 с изогнутой поверхностью в центре рабочего колеса, выпуск воды, выполненный среди лопастей 4 с изогнутой поверхностью, сообщается с впуском воды прямой сужающейся водовыпускной трубы 9, выпуск воды прямой сужающейся водовыпускной трубы 9 сообщается с впуском воды бокового водовыпускного короба 10, выпуски воды бокового водовыпускного короба 10 сообщаются с впуском воды трубы для циркулирующей воды охлаждающей башни, и непосредственно соединенная тихоходная малая гидротурбина диагонального типа отличается тем, что несущее гнездо 6 установлено на рабочем колесе 12, вал 7 установлен в несущее гнездо 6, и лопасти охлаждающего вентилятора непосредственно установлены на вал 7; и величина скорости вращения блока
составляет 28-42, в формуле n - это номинальная скорость вращения лопастей охлаждающего вентилятора, D1 - это диаметр впуска воды рабочего колеса 12, и H - это давление воды на впуске.
Соотношение между высотой H1 части пути потока рабочего колеса и диаметром впуска воды рабочего колеса 12 следующее: H1/D1=0,35-0,42, соотношение между диаметром D2 выпуска воды рабочего колеса 12 и диаметром D1 впуска воды D2/D1=0,4-0,6, и поверхность верхнего венца и поверхность нижнего кольца рабочего колеса 12 являются изогнутыми поверхностями, где средняя кривизна шины для формирования поверхности верхнего венца составляет 1,6-1,7 рад/м, и средняя кривизна шины для формирования поверхности нижнего кольца составляет 4,8-4,9 рад/м; и количество лопастей 4 с изогнутой поверхностью в рабочем колесе 12 составляет 16-20, и соотношение между минимальной толщиной и максимальной толщиной крыловидных форм лопастей с изогнутыми поверхностями составляет 0,28-0,34.
Направляющие лопасти в посадочном кольце 2 расположены в один ряд, который может не только выполнять функцию отклонения, но также и поддерживающую функцию, отношения диаметра внутренней окружности каждой направляющей лопасти D4 и диаметра наружной окружности D3 к диаметру D1 впуска воды рабочего колеса 12, а именно D4/D1 и D3/D1 составляют 1-1,1 и 1,15-1,25 соответственно, количество направляющих лопастей составляет 15-19, и направляющие лопасти имеют крыловидную форму с отрицательной кривизной.
Высота H2 прямой сужающейся водовыпускной трубы 9 составляет 0,2-0,5 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12, и диаметр D5 выпуска прямой сужающейся водовыпускной трубы 9 составляет 0,45-0,75 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12.
Высота H3 бокового водовыпускного короба 10 составляет 0,2-0,4 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12, боковой водовыпускной короб 10 оборудован в общем 4 выпусками воды, и ширина В каждого выпуска воды составляет 0,4-0,6 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12.
Максимальный размер L1 в направлении слева направо гидротурбины составляет 1,8-2,0 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12, и максимальный размер L2 в направлении спереди назад составляет 1,7-1,9 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
3
2
-8
-8
-5
-5
-5
-5
-1
-1
-2
-1
4
3
2
-9
-9
-6
-6
-4
-3
-1
-1
Уравнение кривой верхней грани направляющих лопастей, которая имеет непосредственное влияние на производительность изобретения, следующее: y=Ax+Bx+Cx+Dx+E, где A=-7×10~-9×10, B=3,5×10~5,5×10, C=-6,5×10~-8,5×10, D=2,2×10~2,6×10 и E=-9×10~-1,3×10; и уравнение кривой нижней грани следующее: y=Ax+Bx+Cx+Dx+E, где A=1,9×10~2,3×10, B=-1,7×10~-2,1×10, С=-9,5×10~-1,0×10, D=2,5×10~-3,0×10 и E=3,1~3,7, в уравнениях величина x и y измеряется в мм, верхняя грань и нижняя грань вершинной части направляющих лопастей плавно соединяются, и верхняя грань и нижняя грань хвостовой части направляющих лопастей соединяются по линии сгиба.
Изобретение обладает следующими преимуществами.
Проблема с контролем скорости вращения на выходе гидротурбины диагонального типа для охлаждающей башни, не генерирующей энергию, по существу решается благодаря соответствующей конструкции и стыковке, размер и форма направляющих лопастей с отрицательной кривизной в посадочном кольце может быть окончательно определена, и форма и размер лопастей с изогнутыми поверхностями в рабочем колесе может быть определена через номинальную скорость вращения, которая требуется для вентилятора охлаждения, и оптимальный размер может быть получен при помощи компьютерной оптимизации так, чтобы соответствовать требованиям по движущей силе.
При помощи изобретения редуктор можно устранить, шум всей машины будет существенно снижен, можно снизить затраты на изготовление и техническое обслуживание, заметно продлить срок службы без отказов и можно поддерживать общую производительность выше 86%.
<mrow><msub><mi>n</mi><mrow><mn>11</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>n</mi><msub><mi>D</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msqrt><mi>H</mi></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
Изобретение расширяет диапазон использования скорости вращения блока в конструкции традиционной гидротурбины, значение скорости вращения блока снижается с традиционного значения 80 до 28-42, а именно, значение
составляет 28-42, где n - это действительная скорость вращения вентилятора (обороты/минуту), D1 - это диаметра (м) впуска воды рабочего колеса, и H - это давление воды на входе (за блок принимается водозаборная колонна: м). Изобретение применимо не только к особенностям гидротурбины охлаждающей башни, но также способствует снижению общего размера и улучшению производительности.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает вид спереди схематичного представления общей конструкции спирального корпуса, когда поперечное сечение имеет форму множественных металлических трапецоидов.
Фиг.2 изображает вид сверху схематичного представления с фиг.1.
Фиг.3 изображает вид спереди схематичного представления общей конструкции спирального корпуса, когда поперечное сечение имеет форму множественных металлических овалов.
Фиг.4 изображает представление в трех видах лопасти рабочего колеса изобретения.
Фиг.5 изображает представление в трех видах крыловидной формы направляющей лопасти с отрицательной кривизной в соответствии с изобретением.
Подробное описание изобретения
<mrow><msub><mi>n</mi><mrow><mn>11</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>n</mi><msub><mi>D</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msqrt><mi>H</mi></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
Далее изобретение будет описано в комбинации описания варианта осуществления и фигур. Как показано на фиг.1-5, непосредственно соединенная тихоходная малая гидротурбина диагонального типа, применяемая в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, содержит металлический спиральный корпус 1 с овальным (фиг.3) или трапециевидным (фиг.1) поперечным сечением впуска воды, посадочное кольцо 2, снабженное одним рядом направляющих лопастей по кругу, рабочее колесо 12 тихоходной малой гидротурбины диагонального типа, которое содержит нижнее кольцо 3, лопасти 4 с изогнутыми поверхностями и верхний венец 5, прямую сужающуюся водовыпускную трубу 9 и боковой водовыпускной короб 10, при этом посадочное кольцо 2 закреплено на внутренней стороне спирального корпуса 1, спиральный корпус 1 поддерживается на опоре 8, и соединительный диск 11 установлен на нижней части рабочего колеса 12; как показано на фиг.1, впуск воды среди направляющих лопастей в посадочном кольце 2 сообщается с каналом выпуска воды спирального корпуса 1, впуск воды спирального корпуса 1 сообщается с выпуском воды трубы для циркуляционной воды охлаждающей башни, выпуск воды среди направляющих лопастей в посадочном кольце 2 сообщается с впуском воды, выполненным среди лопастей 4 с изогнутой поверхностью в центре рабочего колеса 12, выпуск воды, образованный среди лопастей 4 с изогнутой поверхностью, сообщается с впуском воды прямой сужающейся водовыпускной трубы 9, выпуск воды прямой сужающейся водовыпускной трубы 9 сообщается с впуском воды бокового водовыпускного короба 10, выпуски воды бокового водовыпускного короба 10 сообщаются с впуском воды трубопровода циркуляционной воды охлаждающей башни, несущее гнездо 6 установлено на рабочее колесо, вал установлен в несущее гнездо 6, лопасти охлаждающего вентилятора непосредственно закреплены на вале 7 (не показано на чертеже). Значение номинальной скорости вращения блока всей машины
составляет 28-42 (в формуле n - это номинальная скорость вращения лопастей охлаждающего вентилятора, D1 - это диаметр впуска воды рабочего колеса 12, H - это давление воды на впуске, водяной столб принят за единицу м), из формулы можно понять, что если скорость вращения п вентилятора и давление H головки определены (эти два параметра определяются проектными параметрами охлаждающей башни), то можно определить уникальный диаметр D1 впуска воды рабочего колеса, и размеры всех частей (включая рабочее колесо, лопасти, посадочное кольцо, направляющие лопасти, максимальную длину и ширину) всей гидротурбины можно непосредственно определить.
Например, H1/D1=0,35-0,42, где H1 - высота части прохода потока рабочего колеса 12, соотношение диаметра выпуска воды рабочего колеса 12 к диаметру впуска воды D2/D1=0,4-0,6, и поверхность верхнего венца и поверхность нижнего кольца рабочего колеса 12 являются изогнутыми поверхностями, где средняя кривизна шины для формирования поверхности верхнего венца составляет 1,6-1,7 рад/м, и средняя кривизна шины для формирования поверхности нижнего кольца составляет 4,8-4,9 рад/м; и количество лопастей 4 с изогнутой поверхностью в рабочем колесе 12 составляет 16-20, и соотношение между минимальной толщиной и максимальной толщиной крыловидных форм лопастей с изогнутыми поверхностями составляет 0,28-0,34, как показано на фиг.4.
Направляющие лопасти в посадочном кольце 2 расположены в один ряд, который может не только выполнять функцию отклонения, но также и поддерживающую функцию, отношения диаметра внутренней окружности каждой направляющей лопасти и диаметра наружной окружности к нормальному диаметру впуска воды рабочего колеса, а именно D4/D1 и D3/D1 составляют 1-1,1 и 1,15-1,25 соответственно, количество направляющих лопастей составляет 15-19, и направляющие лопасти имеют крыловидную форму с отрицательной кривизной. Фиг.5 изображает в трех видах чертеж одной направляющей лопасти в крыловидной форме с отрицательной кривизной. Высота H2 прямой сужающейся водовыпускной трубы 9 составляет 0,2-0,5 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12, и диаметр D5 выпуска прямой сужающейся водовыпускной трубы 9 составляет 0,45-0,75 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12, как показано на фиг.1 и фиг.3.
Высота H3 бокового водовыпускного короба 10 составляет 0,2-0,4 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12, боковой водовыпускной короб 10 оборудован в общем 4 выпусками воды, и ширина В каждого выпуска воды составляет 0,4-0,6 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12, как показано на фиг.1 и фиг.3.
Максимальный размер L1 в направлении слева направо гидротурбины составляет 1,8-2,0 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12, и максимальный размер L2 в направлении спереди назад составляет 1,7-1,9 от диаметра D1 впуска воды рабочего колеса 12.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
3
2
-8
-8
-5
-5
-5
-5
-1
-1
-2
-1
4
3
2
-9
-9
-6
-6
-4
-3
-1
-1
Уравнение кривой верхней грани направляющих лопастей, которая имеет непосредственное влияние на производительность гидротурбины, следующее: y=Ax+Bx+Cx+Dx+E, где A=-7×10~-9×10, B=3,5×10~5,5×10, C=-6,5×10~-8,5×10, D=2,2×10~2,6×10 и E=-9×10~-1,3×10; и уравнение кривой нижней грани следующее: y=Ax+Bx+Cx+Dx+E,где A=1,9×10~2,3×10, B=-1,7×10~-2,1×10, С=-9,5×10~-1,0×10, D=2,5×10~-3,0×10 и E=3,1~3,7, в уравнениях величина x и y измеряется в мм, верхняя грань и нижняя грань вершинной части направляющих лопастей плавно соединяются, и верхняя грань и нижняя грань хвостовой части направляющих лопастей соединяются по линии сгиба.
11
11
11
Из вышесказанного специалистам в данной области техники понятно, как спроектировать гидротурбину, которая удобным образом отвечает требованиям, в соответствии с формулой, представленной изобретением. Экспериментальные данные показали, что поскольку номинальная величина скорости вращения блока n составляет 28-42, эффективность гидротурбины в соответствии с изобретением может поддерживаться выше 86%, при этом, когда значение n меньше 28, действительно измеренная скорость вращения очевидно ниже, чем номинальная скорость вращения, на более чем 30%, и производительность должна быть увеличена на более чем 90% по сравнению с первоначальной базой для улучшения скорости вращения на 1/3, когда скорость вращения блока n больше 42, увеличивается не только общий размер, но возникает так же ситуация с действительно измеренной скоростью вращения на выходе, так что оптимальное значение номинальной скорости вращения блока лежит в диапазоне 28-42.
Основной рабочий процесс изобретения осуществляется следующим образом:
Вода под определенным давлением и скоростью потока формирует определенную циркуляцию через спиральный корпус для входа в посадочное кольцо, таким образом создавая удар по рабочему колесу гидротурбины путем отклонения и ускорения направляющих лопастей, приводя рабочее колесо во вращение, позволяя рабочему колесу приводить во вращение вал 7, позволяя валу 7 приводить лопасти вентилятора на верхнем конце во вращение и осуществляя преобразование из энергии воды в механическую энергию; и вода, в конечном счете, выпускается из рабочего колеса из бокового водовыпускного короба и входит в систему кондиционирования воздуха для циркуляции.
Неуказанные части такие же, как в предшествующем уровне техники, или могут быть выполнены путем заимствования предшествующего уровня техники.