Гидравлическая турбина

Изобретение относится к гидравлическим турбинам, работающим от энергии естественного потока воды с различными скоростями и мощностями, и может быть использовано в промышленной выработке электроэнергии без строительства плотин и деривации воды. Гидравлическая турбина включает горизонтально расположенный ротор с лопастями 4, выполненными сборными. Ротор выполнен в виде двух полувалов с дисками и снабжен двумя боковыми контурными дисками. Лопасти 4 изготовлены в виде V-образных пластин, расположенных по окружности от диска полувала ротора, и снабжены металлическими листами, жестко соединенными со сторонами V-образных пластин уголками и герметичными прокладками. Уголками на боковых контурных дисках ротора закреплен, по крайней мере, каждый второй металлический лист лопасти 4. Герметичные прокладки, выполненные в виде кольцеобразной формы, расположены от полувала ротора до крепления V-образных пластин к металлическому листу, а выполненные в виде прямоугольной формы расположены под уголками между V-образными пластинами и металлическим листом. Изобретение направлено на упрощение изготовления конструкции и эксплуатации, повышение мощности и КПД гидравлической турбины, эффективность использования гидроресурсов рек, снижение расходов на получение электроэнергии, улучшение экологической обстановки, а также повышение срока ее службы. 4 ил.

Изобретение относится к гидравлическим турбинам, работающим от энергии естественного потока воды с различными скоростями и мощностями, и может быть использовано в промышленной выработке электроэнергии без строительства плотин и деривации воды.

Известна турбина, усовершенствованная Пельтоном в 1860 г. и содержащая колесо-ротор, на котором закреплены несколько лопастей-ковшей, приводимая в работу тугой струей воды из сопла (см. Твайуелл Дж., Уэйр А. «Возобновляемые источники энергии», М., Энергоатомиздат, опубл. 1990 г., с.181).

Недостатками данной гидротурбины являются низкая мощность за счет того, что лопасти-ковши при вхождении в струю воды встречают большое сопротивление, что снижает работу предыдущей лопасти. При перемещении лопастей струя воды уходит под лопасть, приводит к неоправданному расходу воды и соответственно к снижению КПД. Для работы гидротурбины Пельтона необходимы искусственный напор воды и, следовательно, строительство плотины или деривация воды, что удорожает электроэнергию и приводит к дальнейшим экологическим последствиям.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является гидравлическая турбина с водовводом, включающая горизонтально расположенный ротор с лопастями (см. патент RU № 2146336, МПК⁸ F03B 1/00, опубл. 10.03.2000 г.).

Недостатками прототипа являются сложность конструкции, низкая мощность, т.к. при вхождении лопасти в напорный поток плоскость последующей лопасти расположена под углом над плоскостью напорного потока, а плоскость предыдущей лопасти под углом под плоскостью потока, т.е. сила напорного потока будет действовать одновременно в двух противоположных направлениях с различными величинами и, таким образом, одна лопасть будет уменьшать работу другой. При переходе лопастей неизбежна потеря энергии потока, что снижает КПД турбины. Необходимость создания искусственного напора приводит к высоким затратам на строительство плотин, деривацию воды и ухудшению экологической обстановки, а именно к заболачиваемости почвы, повышению уровня грунтовых вод и т.д.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является упрощение изготовления конструкции и эксплуатации, повышение мощности и КПД гидравлической турбины, эффективность использования гидроресурсов рек, снижение расходов на получение электроэнергии, улучшение экологической обстановки, а также повышение срока ее службы.

Данное техническое решение достигается тем, что известная гидравлическая турбина, включающая горизонтально расположенный ротор с лопастями, согласно изобретению ротор и лопасти выполнены сборными, при этом ротор выполнен в виде двух полувалов с дисками и снабжен двумя боковыми контурными дисками, а лопасти изготовлены в виде V-образных пластин, расположенных по окружности от диска полувала ротора и снабжены металлическими листами, жестко соединенными сторонами V-образных пластин, уголками и герметичными прокладками, причем на боковых контурных дисках ротора уголками закреплен, по крайней мере, каждый второй металлический лист лопасти, а герметичные прокладки, выполненные в виде кольцеобразной формы, расположены от полувала ротора до крепления V-образных пластин к металлическому листу, а прямоугольной формы - под уголками, между V-образными пластинами и металлическим листом.

Данное устройство позволяет упростить конструкцию и эксплуатацию, повысить мощность и КПД гидротурбины, повысить эффективность использования гидроресурсов рек и долговечность турбины.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид ротора в разрезе, на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 - гидротурбина, в рабочем положении, установленная на бетонном основании и опорах (вид спереди), на фиг.4 - вид сбоку.

Гидравлическая турбина состоит из сборного ротора, выполненного из двух полувалов 1 с дисками 2 и двух боковых контурных дисков 3 и сборной лопасти, выполненной в виде V-образных пластин 4, расположенных по окружности от диска 2 полувала ротора, стороны которых жестко соединены металлическим листом 5 (см. фиг.1), причем, по крайней мере, каждый второй металлический лист 5 лопасти 4 закреплен уголками 6 на боковых контурных дисках 3 ротора (см. фиг.2). В качестве крепежных элементов 7 использованы, например, болты (см. фиг.2, 4). Герметичные прокладки 8 выполнены в виде кольцеобразной формы и расположены от полувала ротора до крепления V-образных пластин к металлическому листу, а прямоугольной формы - под уголками, между V-образными пластинами и металлическим листом.

Ротор гидравлической турбины полувалами 1 установлен на двух железобетонных опорах 9 с вертикально направляющими прорезями 10 и закреплен на железобетонном основании 11 части русла реки (см. фиг.3, 4).

Гидравлическая турбина работает следующим образом. Естественный поток воды, проходя через железобетонное основание 10 части русла реки, попадает на сборные лопасти 4, 5 турбины, которые выполняют функцию вала. При этом энергия поступательного движения потока преобразуется в энергию вращательного движения сборного ротора 1-3 (см. фиг.1, 4), которая с помощью механизмов (на фиг.3, 4 не показаны) передается на генератор. В работе одновременно участвует несколько лопастей, что повышает мощность турбины. Так как турбина имеет жесткое герметично замкнутое пространство за счет герметичных прокладок 8, она способна работать при любых силовых нагрузках.

Использование предлагаемой гидравлической турбины позволит по сравнению с прототипом упростить конструкцию и эксплуатацию, повысить ее мощность и КПД, а также эффективность использования гидроресурсов рек, сократить расходы на получение электроэнергии и улучшить экологическую обстановку.

Формула изобретения

Гидравлическая турбина, включающая горизонтально расположенный ротор с лопастями, отличающаяся тем, что ротор и лопасти выполнены сборными, при этом ротор выполнен в виде двух полувалов с дисками и снабжен двумя боковыми контурными дисками, а лопасти изготовлены в виде V-образных пластин, расположенных по окружности от диска полувала ротора и снабжены металлическими листами, жестко соединенными со сторонами V-образных пластин, уголками и герметичными прокладками, причем уголками на боковых контурных дисках ротора закреплен, по крайней мере, каждый второй металлический лист лопасти, а герметичные прокладки, выполненные в виде кольцеобразной формы, расположены от полувала ротора до крепления V-образных пластин к металлическому листу, а в виде прямоугольной формы - под уголками между V-образными пластинами и металлическим листом.



  Технические характеристики гидравлической турбины:

 1. Работа без напора от                                2. Работа от напора в

      естественного потока.                                  проточной камере.

  H – 0 м                                                           Н – 0 – 250 м

  Q – 0,5 – 100 м³/с                                          Q – 0,5 – 300 м³/с

  N – 0,5 – 100 МВт                                           N – 0,5 – 1500 МВт

  N на 1 м³/с расхода воды 1 МВт                     N на 1 м³/с расхода воды – 1 – 5 МВт

  КПД – 96%                                                     КПД – 96%

  Индекс эффекта – 2.                                      Индекс эффекта – 2 – 10.