Турбина каплана своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 06.09.2024

Турбины Каплана, как и турбины Френсиса, состоят из следующих основных элементов: 1) рабочее колесо, 2) направляющий аппарат, 3) всасывающая труба, 4) спиральная камера. Все элементы, за исключением рабочего колеса, имеют много общего в конструктивном оформлении с турбинами Френсиса, поэтому ниже, при рассмотрении узлов турбин Каплана, остановимся более подробно лишь на тех, которые имеют свои особенности.
Турбины Каплана, установленные на ряде гидростанций имеют некоторые различия в конструктивном оформлении, однако принципиально весьма сходны между собой. Для примера рассмотрим конструкцию главной турбины Каплана одной из гидроэлектрических станций, представленную на рис. 23 (схема) и рис. 24 (разрез). Основные данные турбины: мощность N= 11 000 квт, напор H=17,5 м, скорость n=150 об/мин, диаметр рабочего колеса D= = 3,6 м. Турбина спроектирована, изготовлена и смонтирована ЛМЗ им. Сталина. По своей конструкции, расположению оборудования и компоновке она имеет много общего с турбинами многих других гидростанций и принадлежит к числу мощных турбин, а потому ее описание является до некоторой степени обобщающим.

Pис. 23. Конструктивная схема турбины Каплана.

Рис. 24. Турбина Каплана (поперечный разрез)

Общее описание

Турбины Каплана, как правило, устанавливаются в здании ГЭС, непосредственно примыкающем к плотине, т. е. на приплотинных станциях. Подвод воды осуществляется через бетонную спиральную камеру, обычно таврового сечения. Отводится вода по бетонной изогнутой всасывающей трубе. Вертикальный вал турбины непосредственно соединен с валом генератора.
В спиральной камере, по окружности вокруг лопаток направляющего аппарата, расположено четырнадцать опорных колонн 1, которые (аналогично статору в турбинах Френсиса) служат для передачи нагрузки от веса агрегата, гидравлического давления и веса бетонного перекрытия фундаменту установки. Колонны имеют удобообтекаемую форму. В нижнем конусе спиральной камеры забетонированы: фундаментное кольцо 2, камера рабочего колеса 3 и нижнее кольцо направляющего аппарата 4.

Фундаментное кольцо

Фундаментное кольцо здесь служит для таких же целей, как и в турбинах Френсиса. На кольце устанавливается литая чугунная (или стальная) камера рабочего колеса. Чугунное фундаментное кольцо с внутренней стороны облицовывается листами из нержавеющей или углеродистой стали, во избежание разъедания и разрушений вследствие явления кавитации.

Камера рабочего колеса

Камера, в которой вращается рабочее колесо турбины, имеет полусферическую поверхность. Радиальный зазор между лопастью колеса и поверхностью камеры обычно принимается около 1/1000 от диаметра рабочего колеса.
Камера отлита из чугуна и состоит из четырех частей, причем три из них забетонированы, а четвертая выполнена съемной. Съемная часть закрывает собой специальный люк, через который можно, в случае необходимости, произвести выем лопасти рабочего колеса без демонтажа всей турбины.
Опыт эксплуатации турбин Каплана показал, что камера рабочего колеса очень часто подвергается разъеданию и разрушению вследствие кавитации. Поэтому за состоянием ее поверхности необходимо вести систематическое наблюдение. Хорошей мерой против разъедания является облицовка камеры стальными листами. За последнее время имеются тенденции изготовлять камеры стальными литыми, что облегчает их ремонт путем электрозаварки.

Нижнее кольцо направляющего аппарата

В нижнем кольце направляющего аппарата 4 имеется 28 отверстий с запрессованными втулками для нижних цапф лопаток направляющего аппарата. Верхняя поверхность кольца (под направляющими лопатками) покрыта съемными стальными листами 5, которые можно сменить в случае их износа.

Направляющий аппарат

Направляющий аппарат турбины Каплана ничем существенным не отличается от направляющего аппарата турбины Френсиса, описание которого приводилось в § 10.

Вал турбины и уплотнения вала

Вал турбины и генератора имеет, по всей своей длине сквозное осевое отверстие, в котором заложены штанги рабочего колеса в виде сдвоенных труб с хорошо пригнанными фланцами. Эти штанги-трубы предназначены для подвода масла к сервомотору рабочего колеса, расположенному во втулке последнего.
Иногда по тем же соображениям, что и в крупных турбинах Френсиса, вал турбины Каплана изготовляется из двух частей: собственно турбинный и промежуточный. Последний своим верхним фланцем присоединяется к фланцу вала генератора.
Лабиринтные уплотнения турбины ясны из приведенных чертежей, а описание их достаточно подробно приведено в § 10.

Направляющий подшипник

Направляющий подшипник турбины имеет вкладыш с баббитовой заливкой и масляной смазкой (см. § 10).

Рабочее колесо

Рабочее колесо турбины Каплана представляет собой сложную конструкцию, несущую весьма большую нагрузку.
На рис. 25 представлено рабочее колесо турбины Каплана конструкции ЛМЗ им. Сталина (нумерация деталей согласована с рис. 23 и 24). Оно имеет четыре лопасти 7, отлитых из нержавеющей стали, и стальную литую втулку d, в которой закреплены цапфы лопастей и расположен механизм1 для поворота лопастей. В верхней части втулки находится масляный сервомотор с перемещающимся в нем поршнем 9, сидящим на штоке 10. В нижней части штока закреплена крестовина 11, в которой установлены четыре проушины 12, соединенные с помощью шарниров 13 и серег 14 с рычагами 15. Последние помощью шпонок укреплены на отъемных цапфах 16 лопастей. При перемещении поршня под давлением масла шток с крестовиной перемещается в осевом направлении и при помощи серег поворачивает рычаги, а вместе с ними—лопасти рабочего колеса.
Каждая лопасть своим фланцем присоединяется болтами 17 к цапфе 16, которая направляется в двух бронзовых втулках 18 и 19. Для восприятия центробежных сил, развивающихся в лопасти при работе турбины, служит упорное стальное кольцо 20, закрепленное во втулке болтами. При этом для уменьшения трения буртик цапфы опирается на буртик бронзовой втулки 19, запрессованной в упорное кольцо. Для поворота лопасти между фланцем ее и цапфой установлен припасованный цилиндрический штифт 21. Возникающие при перемещении крестовины скручивающие усилия воспринимаются двумя направляющими призматическими шпонками 22.

Рис. 25. Рабочее колесо турбины Каплана (разрезы)

Для смазки трущихся частей поворотного механизма предусмотрен зазор между штоком и бронзовой втулкой 23. В процессе регулирования по этому зазору периодически поступает масло под давлением из нижней полости сервомотора в кольцевое пространство 24 между штоком и торцами цапф лопастей. Снизу шток уплотнен кожаной манжетой 25. Из этого пространства, по центральным и радиальным отверстиям в цапфах, масло для смазки поступает к бронзовым втулкам.
Внутренняя полость втулки всегда заполнена маслом и через канал 26 и центральное отверстие в штоке всегда соединяется, со сливным резервуаром золотника или резервуаром маслоприемника, расположенным на верхней крестовине генератора. Благодаря этому устройству, давление внутри втулки всегда постоянно и равно давлению столба масла от втулки рабочего колеса до сливного резервуара.
В целях предохранения просачивания масла наружу, а также попадания воды внутрь втулки, между фланцем лопасти и упорным кольцом 20 установлено специальное уплотнение. Это уплотнение состоит из кожаного кольца 27, прижимающегося с помощью двух пружинящих колец 28 из фосфористой бронзы к фланцу лопасти. Между пружинящими кольцами проложены резиновые кольца. Вся конструкция уплотнения крепится на винтах к упорному кольцу. Уплотнение такого рода хорошо зарекомендовало себя в эксплуатации и установлено на многих турбинах Каплана, работающих на наших ГЭС.
Крышка 29 рабочего колеса служит крышкой сервомотора и при помощи припасованных болтов соединяется с валом турбины.
Для передачи крутящего момента, между крышкой и втулкой установлены поперечные цилиндрические штифты 30. К нижней части втулки крепится чугунный конус обтекаемой формы. Для полного заполнения втулки маслом перед первоначальным пуском турбины воздух из втулки выпускается через отверстие, обычно закрытое пробкой 31.
Рабочие колеса турбин Каплана весьма редко подвергаются полной ревизии, так как для этого приходится разбирать почти весь агрегат и выводить его на длительное время из эксплуатации. Поэтому при проектировании механизмов и деталей втулки для надежности предусматривают возможно большие запасы прочности с максимальным заполнением внутренней полости втулки маслом. Это значительно уменьшает износ механизма, работающего в весьма тяжелых условиях.

Золотник сервомотора рабочего колеса

У некоторых вертикальных турбин Каплана, установленных на отечественных ГЭС, золотник расположен на верхнем конце вала агрегата над генератором.

Рис. 26. Золотник сервомотора рабочего колеса (разрезы)

Конструкция такого золотника представлена на рис. 26. Чугунный масляный резервуар 1 установлен сверху на генераторе. На резервуаре установлен корпус золотника 2, имеющий две камеры; нижняя камера 3 соединена с напорным масляным трубопроводом, идущим от маслонапорной установки регулятора, а верхняя камера 4 соединяется с резервуаром 1, к которому присоединяется сливной масляный трубопровод. Золотник 5 представляет собой точно и чисто обработанную стальную трубу, направленную в трех бронзовых втулках корпуса золотника. Золотник, с помощью двух запрессованных внутри него бронзовых втулок, охватывает головку 6 полой выключающей штанги, проходящей внутри вала агрегата и соединенной со штоком сервомотора рабочего колеса. В головке штанги имеются каналы 7 и 8 с отверстиями, перекрываемыми в среднем положении буртиками бронзовых втулок золотника. Эти каналы соединяются с центральным1 9 и кольцевым 10 пространствами штанги, которые соединены, соответственно, с нижней и верхней полостью цилиндра сервомотора рабочего колеса. Золотник вверху имеет головку с роликом 11, который прижимается к криволинейному клину комбинатора 12. Усилие для прижатия ролика к клину комбинатора создается тем, что в области камеры 3 золотник выполнен двух разных диаметров, и на полученный таким образом буртик действует масло под давлением, создающее усилие, направленное вверх. Клин зажат между двумя щеками 13, поворачивающимися вокруг оси 14. Перемещение щек с клином производится системой тяг и рычагов, связанных со штоком поршня сервомотора направляющего аппарата турбины.
При нормальной работе золотник перемещается лишь вверх и вниз, а головка штанги вращается вместе с валом агрегата. Специально установленный предохранительный стопор 15 служит для предотвращения проворота золотника. Однако в случае заедания золотник срезает стопор и при повороте включает контакты сигнала.
Между головкой ролика и золотником установлен шарикоподшипник 16. Головка с роликом и золотником закреплена в направляющем кольце 17, которое имеет, направляющий стержень 18, предохраняющий головку от вращения. К стержню 18 прикреплен указатель 19, контролирующий относительное положение золотника и штанги (поршня сервомотора) рабочего колеса.
При перемещении золотника вниз, от действия клина комбинатора канал 8 сообщится с напорной камерой 3, и масло под давлением пройдет в кольцевой канал 10 штанги. По каналу 10 масло под давлением попадет в верхнюю полость цилиндра сервомотора рабочего колеса и, воздействуя на поршень, переместит последний вниз, поворачивая лопасти рабочего колеса на открытие. Масло из нижней полости цилиндра сервомотора одновременно будет выжиматься по центральному пространству штанги 9 и через канал 7 золотника в сливную камеру 4. При перемещении золотника вверх все будет происходить в обратном направлении, и лопасти рабочего колеса повернутся на закрытие.
Поршень сервомотора рабочего колеса всегда перемещается в ту же сторону и на ту же величину, что и золотник, прикрывая распределительные каналы золотника головкой 6 штанги рабочего колеса. Таким образом штанга является гидравлическим выключателем (обратной связью) золотника.
Перед пусков турбины в ход необходимо развернуть лопасти рабочего колеса на пусковой угол. Для этого служит электромоторный привод 20 с червячной и винтовой передачами, при помощи которого золотник перемещают независимо от положения клина комбинатора.
В эксплуатации необходимо следить за состоянием перекрывающих буртиков бронзовых втулок золотника, так как последние сравнительно быстро изнашиваются вследствие вращения головки штанги. Износ перекрывающих буртиков влечет за собой увеличение протечек масла, ухудшающих режим работы масляных насосов маслонапорной установки. Изношенные втулки следует заменять новыми, строго соблюдая при этом необходимую величину перекрытия, заданную обычно заводом-поставщиком турбины.

Колонка комбинатора

Как уже упоминалось выше (§ 12), клин комбинатора иногда располагается в отдельной колонке комбинатора (при этом общая схема управления лопастями рабочего колеса аналогична описанной в § 12). Такое расположение особенно удобно и целесообразно для турбин Каплана, работающих с переменными напорами, когда выгодно применить пространственный клин комбинатора, перемещение которого в поперечном направлении может быть легко осуществлено вручную или автоматически, в зависимости от изменения напора. Кроме того, для мощных турбин Каплана золотники рабочих колес получаются больших размеров и требуют для своего перемещения значительных усилий и весьма громоздких кинематических передач от направляющего аппарата к золотнику. Поэтому в колонке комбинатора помещают вспомогательный золотник с сервомотором, в связи с чем значительно облегчается передача от направляющего аппарата к вспомогательному золотнику колонки комбинатора.
Колонка комбинатора с пространственным клином (рис. 27). Внутри колонки расположен в специальных направляющих клин 1, продольное перемещение которого осуществляется с помощью зубчатой рейки 2 и сектора 3, связанного передачей со штоком сервомотора направляющего аппарата турбины. Поперечное перемещение клина производится вручную с помощью винта и штурвала 4. На клин опирается ролик рычага 5, связанный коромыслом 6 с золотником вспомогательного сервомотора 7. Ролик постоянно прижимается к клину вследствие давления масла на иглу золотника 8. Игла золотника направлена в буксе и своим буртиком перекрывает в среднем положении кольцевой канал буксы, соединяющийся трубопроводом 9 с верхней полостью вспомогательного сервомотора 7.

На верхнем конце штока вспомогательного сервомотора насажена вилка 10, которая связана тягой передачи с золотником рабочего колеса турбины.
При продольном перемещении клина рычаг с роликом будет поворачиваться и перемещать в соответствующую сторону иглу золотника вспомогательного сервомотора. Перемещаясь, игла золотника открывает кольцевой канал буксы и соединяет верхнюю полость вспомогательного сервомотора со сливом или напорным трубопроводом. Если верхняя полость сообщится с напорным трубопроводом, то масло под давлением, воздействуя на поршень, переместит, последний вниз, а вместе с ним, через передачу,— и золотник рабочего колеса. Если верхняя полость сообщится со сливным трубопроводом, то поршень переместится вверх в результате усилия, действующего на буртик золотника рабочего колеса (аналогично усилию, описанному в пункте 9 настоящего параграфа).
Перемещения поршня вспомогательного сервомотора строго пропорциональны перемещению иглы золотника комбинатора, так как коромысло 6 всегда будет возвращать иглу золотника в среднее положение, являясь выключателем (обратной связью) золотника.
В современных мощных турбинах Каплана иногда помещают в колонку комбинатора и золотник рабочего колеса. В этом случае сервомотор рабочего колеса турбины связан с колонкой комбинатора масляными трубопроводами и кинематической передачей от штанги рабочего колеса к выключателю золотника в колонке комбинатора.

Работа крупных ГЭС зачастую очень сложна — она требует профессиональных навыков и точных расчетов. Однако для мини и малых станций все устроено намного проще. Здесь не нужно больших объемов воды и крупных плотин. За счет своей простоты в использовании и компактности мини ГЭС могут выполнять сразу несколько функций. Такие ГЭС не только обеспечивают дома и дачные участки. Их можно перевозить с места на место, например в походы или путешествия. Часто микротурбины используются в производственных и коммерческих целях. Но во многих странах, таких как Япония такие генераторы служат в качестве резервных источников питания в случае катастроф или природных катаклизмов.

Современные разработки позволяют устанавливать ГЭС не только на полноводных реках, но и на небольших ручьях. При этом течение не обязательно должно быть быстрым.

Устройство такой ГЭС не сложнее чем полив огорода. Мини турбины подключаются к шлангам, трубам, рукавам и могут производить электричество мощностью от 20 Вт*ч. Для обеспечения дополнительного напора воды трубы устанавливаются на склонах или перепадах. Причем такой склон можно создать и искусственным образом.

Так как ручьи в своих объемах намного меньше рек, для них характерны микро гэс установки. Вырабатывают они от 5 до 100 кВт.

Гидроагрегаты на микро гэс состоит из:

лопастей;
направляющего аппарата;
ротора;
статора;
вала.

Турбины бывают: диагональные, поворотно-лопастные, осевые, радиально-осевые, ковшовые. Выбор зависит от расчетов и типа местности. За счет малых габаритов скорость ротора увеличивается в два раза, в сравнении со скоростью течения.

Турбины Changsha Lichuan Hydroelectric Power Control Equipment Co., LTD и ASUMB просты в использовании. Они быстро запускаются и останавливаются для проведения техобслуживания. Детали агрегатов заменяемы и сделаны из прочной нержавеющей стали.

Установить агрегат можно как в самом русле реки, так и деривационным методом. Причем второй может использоваться как для поливов, так и для увеличения мощности напора. Для этого возводятся небольшие деривационные каналы со спиралевидным склоном, где устанавливается сама турбина. Использованная вода тут же возвращается в ручей.

Каналы деривации можно защитить от попадания рыбы и ила специальными фильтрами. Это не только положительно повлияет на биоразнообразие ручья, но и увеличит срок эксплуатации турбины.

В целом расходы на установку микро ГЭС составляют от 1000 до 4000 долларов на 1 квт. Но этот показатель зависит от предполагаемой мощности станции. Для производства электричества в малых масштабах существуют более бюджетные варианты. Эксплуатационный срок таких ГЭС от 15 лет. Окупаемость от 3 лет. КПД более 80%.

Пропеллерная турбина имеет самую высокую быстроходность среди всех типов турбин. Что позволяет при малых скоростях потока получать более высокую скорость вращения. Высокие обороты турбины в свою очередь позволяют применять более быстроходные, а значит, более легкие и дешевые электрогенераторы или уменьшать расходы на мультипликаторы. Поэтому пропеллерные турбины применяют при самых низких напорах, когда скорости потока невелики.

ИНСЭТ разработал типовой ряд гидроагрегатов с пропеллерными турбинами на напоры от 2 до 22 метров.

ИНСЭТ разработал и выпускает также ряд микро-гидроэлектростанций с пропеллерными турбинами на напоры от 2 до 18 метров.

По внешнему виду ротор пропеллерной турбины похож на гребной винт судна

Ротор пропеллерной турбины

Ротор пропеллерной турбины в сборе

Направляющий аппарат турбины

Лопасти ротора турбины, работающей в воде, изготавливают значительно шире, чем лопасти пропеллера самолета, что вызвано необходимостью избежать на рабочих режимах кавитации — образования пузырьков разряжения, которые нарушают правильную работу турбины и вызывают быстрое разрушение лопастей. Профили лопастей турбин также сильно отличаются от профилей, применяемых в воздухе. Профиль лопасти имеет гораздо меньшую относительную толщину и меньшую стрелку прогиба. Сделано это для уменьшения коэффициента подъемной силы, а, следовательно, для уменьшения риска возникновения кавитации.

Лопасти в турбине могут изготавливаться как фиксированными, так и поворотными. В первом случае лопасти неподвижно закреплены под выбранным углом, соответствующим рабочему напору и оптимальной нагрузке генератора. Поворотные лопасти оправдано применять при значительных колебаниях напора и работе генератора в энергосистеме с переменной нагрузкой. С помощью поворотных лопастей можно поддерживать неизменную частоту вращения ротора и частоту вырабатываемого напряжения в генераторах.

В пропеллерной турбине имеется направляющий аппарат, который служит для подачи потока воды под нужным углом на лопасти турбины для достижения максимального коэффициента полезного действия. Направляющий аппарат позволяет регулировать мощность турбины, а также, в некоторых случаях, полностью прекращать доступ воды к рабочему колесу турбины.

Пропеллерные турбины снабжаются отсасывающими трубами. Отсасывающая труба представляет собой расширяющийся по сечению канал для отвода воды из турбины. При увеличении сечения трубопровода скорость воды и ее кинетическая энергия уменьшаются, что позволяет уменьшить потери энергии в отходящем потоке. Кроме того, отсасывающая труба позволяет расположить турбину выше уровня воды в нижнем бьефе. Отсасывающие трубы бывают как прямые, так и изогнутые (см. фото)

Изобретение относится к лопасти гидротурбины. Лопасть (1.1) включает в себя тело из стального листа или стального литья, которое при эксплуатации имеет соприкасающиеся с водой противолежащие друг другу наружные поверхности, по меньшей мере одну разгрузочную канавку, которая находится в краевой области лопасти (1.1) и которая проходит через противолежащие друг другу области наружных поверхностей, отверждаемую наполнительную массу, которая заполняет полость канавки. На поверхности канавки зафиксированы удерживающие тела, которые в смонтированном состоянии заделаны в наполнительную массу. Удерживающие тела имеют выступы, которые при затвердевшей наполнительной массе за счет геометрического замыкания препятствуют выпадению наполнительной массы. Изобретение направлено на выполнение лопасти с разгрузочной канавкой с наполнительной массой, которая надежно и долговечно фиксируется без негативного влияния на поток. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение касается гидротурбин, в частности осевых гидротурбин, например турбин Каплана. См., например, DE 10100963 A1.

Такая турбина в качестве основных частей имеет рабочее колесо, направляющий аппарат, а также корпус. Рабочее колесо включает в себя вал, а также некоторое количество лопастей, которые установлены на валу и вращаются вместе с ним. Лопасти в совокупности могут поворачиваться вокруг осей вращения, которые проходят перпендикулярно продольной оси вала.

Поворот лопастей служит для того, чтобы оптимизировать коэффициент полезного действия турбины, причем во всем рабочем диапазоне. Кроме того, при соответствующем повороте уменьшается или предотвращается кавитация.

Кавитация издавна представляет собой серьезную проблему. Она возникает в местах, в которых статическое давление потока падает, в то время как скорость потока возрастает. Это происходит, например, в области хвостовика лопасти, где возникает так называемое местное напряжение.

Во избежание местного напряжения известно, что в материале предусматривается канавка, то есть выемка, которая предотвращает резкие изменения контура и вместо этого создает плавные переходы контура.

Лопасти для гидротурбин состоят из литой стали. Таким образом, они являются массивными. При вырезании разгрузочной канавки опасность высокого местного напряжения устраняется по меньшей мере в значительной степени. Однако образующая канавку полость является нежелательной, так как она приводит к возмущениям потока и тем самым к уменьшению коэффициента полезного действия турбины. Поэтому канавку наполняют наполнительной массой. После этого поверхность наполнительной массы обрабатывается и полируется. Благодаря этому восстанавливается старый контур лопасти, то есть контур до вырезания разгрузочной канавки.

Таким образом, достигнуто следующее: нежелательные воздействия канавки, то есть местное напряжение, предотвращено и лопасть обтекается также в области канавки, как если бы этой разгрузочной канавки совсем не было.

При этом, однако, возникла другая проблема: фиксация наполнительной массы в канавке связана с затратами и, кроме того, ненадежна. Например, существует опасность, что наполнительная масса во время эксплуатации выпадет из канавки либо полностью, либо частично, в частности, в области сбега наполнительной массы, где толщина слоя мала.

В основе изобретения лежит задача выполнить лопасть для гидротурбины согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения таким образом, чтобы при изготовлении разгрузочной канавки наполнительная масса могла фиксироваться надежно и долговечно и без негативного влияния на поток.

Эта задача решается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения.

Существенными признаками являются следующие:

- поверхность канавки снабжена удерживающими телами, которые в смонтированном состоянии заделаны в наполнительную массу;

- удерживающие тела имеют выступы, которые при затвердевшей наполнительной массе препятствуют выпадению этой наполнительной массы.

Удерживающие тела представляют собой лучше всего штифты, или пальцы, или винты. Они жестко соединяются с поверхностью канавки лопасти, например, сваркой. Винты являются идеальными, постольку поскольку они не нуждаются ни в какой дополнительной обработке. С помощью резьбы и головок винтов осуществляется сцепление с наполнительной массой.

Также могут предусматриваться штифтообразные удерживающие тела, которые являются изогнутыми. Другое решение заключается в том, чтобы расположить два или более штифтообразных удерживающих тел таким образом, чтобы они за счет различной ориентации их продольных осей препятствовали выпадению наполнительной массы.

Уровень техники, а также изобретение пояснены подробнее с помощью чертежей, где, в частности, изображено следующее:

фиг. 1 - известная турбина Каплана, имеющая поворотные лопасти, в вертикальной проекции и частично в разрезе;

фиг. 2 - схематичное изображение лопасти на виде сверху, имеющей хвостовик лопасти и незаполненные разгрузочные канавки;

фиг. 3 - лопасть, имеющая хвостовик лопасти и заполненную разгрузочную канавку, по уровню техники;

фиг. 4 - один из вариантов осуществления в соответствии с изобретением, включающий в себя лопасть (перо), хвостовик лопасти, наполнительную массу и винты удерживающего тела;

фиг. 5 - трехмерный вид поверхности канавки в соответствии с изобретением, снабженной удерживающими телами.

Показанная на фиг. 1 турбина Каплана имеет рабочее колесо 1, которое установлено на валу 2. Вал 2 расположен вертикально. Рабочее колесо имеет поворотные (переставляемые) лопасти (перья) 1.1.

Рабочее колесо охвачено направляющей поток стенкой 3. Кроме того, предусмотрен венец 4 направляющих лопастей. Он установлен в стенке 3. Направляющие лопасти 4.1 также являются поворотными (переставляемыми).

Для поворота (перестановки) служит предлагаемое изобретением перестановочное устройство, у которого прикладывается перестановочное усилие поворота, пропорциональное высоте напора.

Из фиг. 2 видна традиционная лопасть 1.1 турбины Каплана, имеющая хвостовик 1.2 лопасти. В области хвостовика лопасть 1.1 имеет две разгрузочные канавки 5. Они еще не заполнены наполнительной массой.

Фиг. 3 поясняет один из известных вариантов осуществления, включающий в себя рабочую лопасть 1.1, хвостовик 1.2 рабочей лопасти и наполнительную массу 6. Наполнительная масса 6 приклеена к основанию разгрузочной канавки 5 слоем 7 эпоксидной смолы и, кроме того, еще сварена с лопастью 1.1 - см. сварной шов 8.

Фиг. 4 представляет собой очень схематичное изображение предлагаемой изобретением лопасти 1.1, имеющей хвостовик 1.2 лопасти, наполнительный материал 6 и удерживающие тела 10. Наполнительная масса 6 состоит из отверждаемого материала, например двухкомпонентного клея или полимерного материала. Кроме того, она содержит путанину из волокон, например из металлических нитей.

На фиг. 4 показана поверхность 5.1 канавки. На этом виде она представляет собой круглый сегмент. Относительно лопасти 1.2 она является кольцеобразной. Удерживающие тела в настоящем случае представляют собой винты 10. Одним своим концом они приварены к поверхности 5.1 канавки.

В смонтированном состоянии винты 10 вдаются в наполнительную массу 6, полностью заделаны в нее и сцепляются с путаниной из волокон, так что наполнительная масса после отверждения этой наполнительной массы надежно зафиксирована.

Винты ориентированы под разными углами, а именно с учетом того, чтобы они вместе препятствовали вытягиванию наполнительной массы 6.

Список ссылочных позиций

1	Рабочее колесо
1.1	Лопасть
1.2	Хвостовик лопасти
2	Вал
3	Стенка
4	Венец направляющих лопастей
4.1	Направляющая лопасть
5	Разгрузочная канавка
5.1	Поверхность канавки
6	Наполнительная масса
7	Слой эпоксидной смолы
8	Сварной шов
10	Удерживающее тело

1. Лопасть (1.1) для гидротурбины, включающая в себя следующие признаки или, соответственно, конструктивные элементы:

тело из стального листа или стального литья, которое при эксплуатации имеет соприкасающиеся с водой, противолежащие друг другу наружные поверхности;

по меньшей мере одну разгрузочную канавку (5), которая находится в краевой области лопасти (1.1) и которая проходит через противолежащие друг другу области наружных поверхностей;

отверждаемую наполнительную массу (6), которая заполняет полость канавки (5);

отличающаяся тем, что

на поверхности (5.1) канавки зафиксированы удерживающие тела (10), которые в смонтированном состоянии заделаны в наполнительную массу (6);

удерживающие тела (10) имеют выступы, которые при затвердевшей наполнительной массе препятствуют выпадению этой наполнительной массы (9).

2. Лопасть (1.1) по п. 1, отличающаяся тем, что в наполнительную массу (6) заделана путанина из волокон.

3. Лопасть (1.1) по п. 1, отличающаяся тем, что удерживающие тела (10) состоят из винтов.

4. Лопасть (1.1) по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что удерживающие тела являются штифтообразными и изогнутыми.

5. Лопасть (1.1) по одному из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что наполнительная масса (6) представляет собой синтетический материал, например двухкомпонентный клей или полимер.

Группа изобретений касается винта для гидравлической машины, в частности типа турбины, а также гидравлической машины, снабженной таким винтом, и способа соединения такого винта.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к конструкции свободнопоточных микрогидроэлектростанций, преобразующих кинетическую энергию свободного потока воды в электрическую.

Группа изобретений относится к устройству генерирования энергии из текучей среды и лопасти, использующейся в нем, и может быть использована, в частности, в ветровых генераторах.

Универсальный ротор относится к отрасли машиностроения, в частности к производству роторов для ветродвигателей, гидротурбин, гребных винтов, вентиляторов и летательных аппаратов.

Изобретение относится к технологиям и средствам преобразования и образования кинетической энергии газовых и жидкостных потоков в механическую и образования потоков от привода энергомеханизмов.

Изобретение относится к области гидроэлектрической выработки электроэнергии. Сферическая турбина 96 выполнена для вращения в поперечном направлении в цилиндрической трубе под действием рабочего вещества, протекающего через трубу в любом направлении.

Изобретение относится к колесу типа Френсис для гидравлической машины, к гидравлической машине, содержащей такое колесо, а также к способу сборки такого колеса. Колесо 1 типа Френсис для гидравлической машины имеет в своем составе наружный обод, обладающий симметрией вращения относительно центральной оси этого колеса, внутренний обод 4, обладающий симметрией вращения относительно упомянутой оси, и множество лопаток 2, проходящих между внутренним ободом и наружным ободом.

Изобретение относится к турбинным установкам, которые могут быть использованы для производства электроэнергии. Турбинная установка содержит облопачивание 11, включающее криволинейные лопатки, внутренний конец каждой из которых заделан в полости 14, открытой с одной стороны; и генератор 20, расположенный в полости 14 и соединенный с облопачиванием 11.

Изобретение относится к рабочему колесу для непосредственно соединенной тихоходной малой гидротурбины диагонального типа, применяемой в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, которое содержит верхний венец, нижнее кольцо и лопасти с изогнутой поверхностью, установленные между верхним венцом и нижним кольцом.

Изобретение относится к области ветрогидроэнергетики. Ветрогидроэнергетическая установка с составными лопастями, использующая в потоке эффект Магнуса, содержит ветрогидроколесо с горизонтальной осью вращения, на которой закреплен электрогенератор, и радиально установленные на махах цилиндры с приводом, каждый из цилиндров имеет на одном конце невращающуюся корневую часть, на другом - вращающуюся концевую часть, оснащенную шайбой, усеченным конусом, и содержит на своей поверхности и на поверхности конуса спиральные ребра-шнеки, при этом основание конуса обращено к цилиндру, диаметр которого больше диаметра цилиндра. По обе стороны цилиндров на махах закреплены с возможностью поворота кронштейны, между кронштейнами расположены по оси направления потока роторы, типа Савониуса, причем роторы расположены впереди или позади цилиндров, а их лопасти установлены на согласованное с цилиндрами направление вращения. Изобретение направлено на увеличение аэродинамической подъемной силы рабочих цилиндров на основе эффекта Магнуса. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в гидроэнергетике, но может быть использовано и в других отраслях техники. Способ придания вращательного движения рабочему колесу состоит в том, что образуют основной крутящий момент, используя реакцию втекающей жидкости при взаимодействии потока с основными лопастями 5, расположенными выпуклой стороной к потоку и максимально изменяющими его радиальное направление, и дополнительный крутящий момент, используя реакцию вытекающей жидкости при дальнейшем взаимодействии потока с дополнительными лопастями, расположенными вогнутыми сторонами к потоку. Изобретение обеспечивает увеличение коэффициента полезного действия гидротурбины за счет дополнительного отбора энергии у жидкости на выходе из рабочего колеса. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Группа изобретений относится к гидравлическим турбинам. Узел гидравлической турбины 50 содержит ступицу 54, выполненную с возможностью вращения вокруг центральной оси 71 и с возможностью установки в водяном канале, и по меньшей мере три лопасти 52 рабочего колеса. Ступица 54 содержит верхний по потоку конец, нижний по потоку конец и внешнюю поверхность между верхним по потоку концом и нижним по потоку концом, и по меньшей мере три установочных углубления. Каждое установочное углубление содержит первую установочную поверхность 56 ступицы 54 и вторую установочную поверхность 58 ступицы 54. Поверхность 58 расположена ниже по потоку и радиально внутри от поверхности 56. Подъем продолжается между поверхностями 56 и 58. Каждая из лопастей 52 содержит основание 64, выполненное с возможностью установки в соответствующее одно из установочных углублений. Основание 64 содержит первую установочную поверхность 68, выполненную с возможностью упора в поверхность 56, и вторую установочную поверхность 70, выполненную с возможностью упора в поверхность 58. Группа изобретений направлена на увеличение генерируемой турбиной мощности. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 16 ил.

Группа изобретений относится к глубинному приводному буру для вращательного бурения. Узел статора и ротора турбины содержит размещенные соосно статор (1) и ротор (2). Статор (1) содержит корпус, лопатку и обод. Ротор (2) содержит корпус, лопатку и обод. Внутренняя стенка обода статора соосно размещена с внешней стенкой корпуса ротора. Линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки статора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой первую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается с первой прямой линией проекции, продолжающейся через обод статора. Линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки ротора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой вторую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается со второй прямой линией проекции, продолжающейся через корпус ротора. Группа изобретений направлена на обеспечение высокой гидравлической эффективности, простой конструкции, высокого крутящего момента и пригодности для бурения ствола скважины различных размеров. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к лопасти гидротурбины. Лопасть включает в себя тело из стального листа или стального литья, которое при эксплуатации имеет соприкасающиеся с водой противолежащие друг другу наружные поверхности, по меньшей мере одну разгрузочную канавку, которая находится в краевой области лопасти и которая проходит через противолежащие друг другу области наружных поверхностей, отверждаемую наполнительную массу, которая заполняет полость канавки. На поверхности канавки зафиксированы удерживающие тела, которые в смонтированном состоянии заделаны в наполнительную массу. Удерживающие тела имеют выступы, которые при затвердевшей наполнительной массе за счет геометрического замыкания препятствуют выпадению наполнительной массы. Изобретение направлено на выполнение лопасти с разгрузочной канавкой с наполнительной массой, которая надежно и долговечно фиксируется без негативного влияния на поток. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Читайте также: