Гидротурбина

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. Гидротурбина содержит горизонтальный цилиндрический секционно-сборный корпус 1 с рабочими органами в виде лопастных винтов, жестко закрепленных на валу, и механизм крепления лопастного винта к корпусу, установленного с возможностью вращения вала. В каждой секции установлен лопастный винт, лопасти которого выполнены с одинаковым изгибом для обеспечения постоянной скорости потока и синхронной работы всех лопастных винтов. Механизм крепления расположен с противоположной стороны лопастного винта относительно направления потока. Турбина снабжена стабилизаторами потока, выполненными в виде металлических листов, одним ребром закрепленных на корпусе 1, а плоскостью направленных по радиусу к валу вдоль корпуса 1 и стабилизирующих поток, поступающий с одного лопастного винта на следующий. Изобретение направлено на упрощение конструкции и эксплуатации, повышение мощности и КПД гидротурбины, ее долговечности и снижение себестоимости.

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 вихревая турбомашина, содержащая корпус с впускными и выпускными патрубками и вихревой камерой, рабочее колесо с диском, на поверхности которого расположены лопатки, при этом корпус снабжен центробежным спиралевидным завихрителем с открытыми рабочими каналами со стороны вихревой камеры (см. патент РФ № 2027892, МПК⁹ F03B 17/00, F04D 17/06, опубл. 27.01.1995 г.).

Недостатками данной гидротурбины являются низкий КПД и высокий расход воды, за счет того, что открытые каналы завихрителя не дают желаемого завихрения рабочей жидкости в вихревой камере. Поток в каналах завихрителя непосредственно контактирует с рабочей жидкостью вихревой камеры, что приводит к уменьшению напора потока в каналах завихрителя, часть потока без завихрения поступает в вихревую камеру. Из-за слабого завихрения рабочей жидкости вихревой камеры, гидротурбина имеет малую мощность. Для нормальной работы такой гидротурбины требуется строительство плотины или деривация воды, что приводит к удорожанию получаемой электроэнергии.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является гидротурбина, содержащая горизонтальный цилиндрический секционно-сборный корпус с рабочими органами в виде лопастных винтов, жестко закрепленных на валу, и механизм крепления лопастного винта к корпусу, установленного с возможностью вращения вала (см. заявку WO 2009/012977 (А2), МПК⁹ F03B 3/04, опубл. 29.01.2009 г.).

Недостатками данной гидротурбины являются малая мощность, низкий КПД при довольно сложном решении (регуляция лопастями угла падения потока). В пределах одной секции угол падения потока возможно регулировать в диапазоне от 0° до 90°, к тому же часть потока, закрученная на первом винте, будет проскальзывать по изгибам лопастей следующих винтов, что приведет к малой мощности и низкому КПД. Дальнейшее изменение угла падения потока (уменьшение или увеличение) в следующих секциях сводит на «нет» работу первой секции, так как направление далее закрученного потока будет противоположно направлению потока в цилиндре. Работа всей гидротурбины возможна при изменении угла падения потока от 0° на лопастях первого винта первой секции до 90° на лопастях последнего винта последней секции при условии, что закрученный на последнем винте поток не будет бить в корпус турбины. Здесь так же часть потока, закрученная на первом винте, будет проскальзывать по изгибам лопастей следующих винтов, что приведет к малой мощности и низкому КПД.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в упрощении конструкции и эксплуатации, повышении мощности и КПД гидротурбины, ее долговечности и снижении себестоимости.

Решение технической задачи достигается тем, что в гидротурбине, содержащей горизонтальный цилиндрический секционно-сборный корпус с рабочими органами в виде лопастных винтов, жестко закрепленных на валу, и механизм крепления лопастного винта к корпусу, установленного с возможностью вращения вала, согласно изобретению, в каждой секции установлен лопастный винт, лопасти которого выполнены с одинаковым изгибом для обеспечения постоянной скорости потока и синхронной работы всех лопастных винтов, а механизм крепления расположен с противоположной стороны лопастного винта относительно направления потока, при этом турбина снабжена стабилизаторами потока, выполненными в виде металлических листов, одним ребром закрепленных на корпусе, а плоскостью направленных по радиусу к валу вдоль корпуса и стабилизирующих поток, поступающий с одного винта на следующий.

Данное устройство позволит упростить конструкцию и эксплуатацию, повысить мощность и КПД гидротурбины, повысить эффективность использования гидроресурсов рек, долговечность и снизить себестоимость.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид схемы гидротурбины, на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез по В-В на фиг.1.

Гидротурбина состоит из секционно-сборного горизонтального цилиндрического корпуса 1, рабочего лопастного винта 2 с одинаковым изгибом лопасти, механизма крепления 3 винта 2 к корпусу 1, стабилизаторов потока, выполненных в виде металлических листов 4, вала 5, на котором жестко закреплен винт 2. Горизонтальный цилиндрический секционно-сборный корпус 1 установлен на железобетонном основании 6 (см. фиг.1-3).

Гидротурбина работает следующим образом. Цилиндрический секционно-сборный корпус 1 гидротурбины закрепляют на железобетонном основании 6, установленном на части русла реки. Естественный поток попадает в корпус 1 на лопасти рабочего винта 2 (см. фиг.2 - для наглядности показано только 3 лопасти рабочего винта), жестко закрепленного на валу 5, лопасти закручивают поток и приводят во вращение винт 2. Закрученный поток, выходя после рабочего винта 2, закрепленного на корпусе 1 механизмом 3, установленным с возможностью вращения вала 5, попадает на металлические листы 4 стабилизатора потока с определенной угловой скоростью вращения, выпрямляется, и стабилизированный прямолинейный поток поступает на следующий винт, далее цикл повторяется. Т.к. лопасти рабочего винта 2 имеют одинаковый изгиб и, следовательно, одинаковую угловую скорость, то в пределах корпуса 1 скорость потока будет постоянной (согласно уравнению непрерывности скорости потока), и все рабочие винты 2 будут работать синхронно. Синхронное вращение винтов 2 посредством вала 5 через соответствующие механизмы (на фиг.1 не показаны) передается на электрогенератор.

Использование предлагаемой гидротурбины позволит по сравнению с прототипом упростить конструкцию и эксплуатацию, повысить ее мощность и КПД, а также эффективно использовать гидроресурсы рек и сократить расходы на получение электроэнергии.

Формула изобретения

Гидротурбина, содержащая горизонтальный цилиндрический секционно-сборный корпус с рабочими органами в виде лопастных винтов, жестко закрепленных на валу, и механизм крепления лопастного винта к корпусу, установленного с возможностью вращения вала, отличающаяся тем, что в каждой секции установлен лопастный винт, лопасти которого выполнены с одинаковым изгибом для обеспечения постоянной скорости потока и синхронной работы всех лопастных винтов, а механизм крепления расположен с противоположной стороны лопастного винта относительно направления потока, при этом турбина снабжена стабилизаторами потока, выполненными в виде металлических листов, одним ребром закрепленных на корпусе, а плоскостью направленных по радиусу к валу вдоль корпуса и стабилизирующих поток, поступающий с одного лопастного винта на следующий.