RU169404U1 - REGULATING VANE FOR AXIAL HYDROTURBINE - Google Patents

Abstract

Лопастной направляющий аппарат относится к области гидроэнергетики для использования на ГЭС с малыми и средними напорами и расходами для установки перед лопатками осевых гидротурбин. Поворотом лопастей изменяется объем и угол падения проходящего рабочего потока на лопатки турбины. Рабочий поток идет параллельно рабочим плоскостям лопаток турбины в режиме холостого хода и при увеличении угла падения до 90 град. на лопатки достигается номинальная выходная мощность гидротурбины. Преимущества этого устройства - простота конструкции, возможность автоматического регулирования выходной мощности в более широком диапазоне или поддержание требуемой мощности при значительных изменениях напора и расхода рабочего потока. При аварийном сбросе нагрузки регулятор мощности поворачивает лопасти направляющего устройства параллельно лопаткам турбины, что соответствует режиму холостого хода, водовод не перекрывается полностью, что предотвращает гидравлический удар в системе.Vane guiding apparatus refers to the field of hydropower for use in hydropower plants with small and medium head and flow rates for installing axial hydraulic turbines in front of the blades. By turning the blades, the volume and angle of incidence of the passing working stream on the turbine blades changes. The working flow is parallel to the working planes of the turbine blades in idle mode and with an increase in the angle of incidence to 90 degrees. the blades reach the rated output of the turbine. The advantages of this device are simplicity of design, the ability to automatically control the output power in a wider range or maintain the required power with significant changes in pressure and flow rate. In case of emergency load shedding, the power controller turns the blades of the guiding device parallel to the turbine blades, which corresponds to the idle mode, the water conduit does not completely overlap, which prevents a hydraulic shock in the system.

Description

Полезная модель регулирующее лопастное устройство для осевой гидротурбины (РЛУ) относится к гидроэнергетике и может быть использовано для автоматического регулирования выходной мощности гидротурбины изменением общего объема протока воды и угла его падения на лопатки осевой гидротурбины путем поворота лопастей устройства.A useful model is a regulating blade device for an axial hydraulic turbine (RLD) that relates to hydropower and can be used to automatically control the output power of a hydraulic turbine by changing the total volume of the water duct and its angle of incidence on the blades of the axial hydraulic turbine by turning the blades of the device.

Известна осевая гидротурбина, патент №2371602, содержащая направляющий регулирующий аппарат, лопатки которого выполнены изогнутой формы и развернуты по направлению вращения рабочего колеса, закреплены с возможностью поворота. Сам направляющий регулирующий аппарат выполнен из соосно расположенных внешнего и внутреннего корпусов и лопаток, закрепленных одними концами на внутреннем корпусе, а другими - соединенных с внешним корпусом с помощью резьбовых соединений с возможностью поворота от -20° до +20° от расчетного положения угла установки лопаток направляющего аппарата. Камера рабочего колеса соединена одним торцом с водоотводящей частью, а другим - с внешним корпусом направляющего аппарата, присоединенного к водоподводящей части изогнутой формы, а корпус рабочего колеса соединен с внутренним корпусом направляющего аппарата, установленным на валу, при этом вал расположен горизонтально относительно плоскости вращения рабочего колеса, размещен посредством подшипниковых узлов на опорах, закрепленных в раме, и имеет возможность соединения с асинхронным двигателем.Known евая containing a guiding control apparatus, the blades of which are made of curved shape and deployed in the direction of rotation of the impeller, are fixed with the possibility of rotation. The guiding control device itself is made of coaxially located external and internal housings and blades, fixed at one end to the inner housing, and the others are connected to the external housing using threaded connections with the possibility of rotation from -20 ° to + 20 ° from the calculated position of the blade installation angle guide vane. The impeller chamber is connected at one end to the drainage part and the other to the outer casing of the guide vane connected to the curved water supply part, and the impeller casing is connected to the inner guide vane mounted on the shaft, with the shaft horizontal to the plane of rotation of the working wheels, placed by means of bearing assemblies on the supports fixed in the frame, and has the ability to connect with an induction motor.

Недостатками такого направляющего регулирующего устройства гидротурбины являются сложность регулирования выходной мощности при изменении потребляемой энергии или напора воды, т.к. используется ручной поворот лопаток и ограниченные эксплуатационные возможности всего агрегата, обусловленные пределом поворота лопаток направляющего аппарата до +20%, а также трудоемкость изготовления из-за применения крупногабаритных и металлоемких узлов крепления лопаток в корпусе подшипников вала и рабочего колеса турбины. Вследствие малой площади лопастей направляющего аппарата проходящий поток приобретает турбулентность, что снижает выходную мощность гидроагрегата, вызывает кавитацию лопастей.The disadvantages of such a guiding control device of a hydraulic turbine are the difficulty in controlling the output power when changing the consumed energy or water pressure, because manual rotation of the blades and limited operational capabilities of the entire unit are used, due to the rotation limit of the blades of the guide apparatus up to + 20%, as well as the complexity of manufacturing due to the use of large and metal-intensive knots for fastening the blades in the housing of the shaft bearings and turbine impeller. Due to the small area of the blades of the guide vane, the passing stream acquires turbulence, which reduces the output power of the hydraulic unit and causes cavitation of the blades.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели регулирующее лопастное устройство для осевой гидротурбины является создание устройства, обеспечивающего возможность автоматического изменения объема и угла падения проходящего на лопатки турбины потока.The technical result of the proposed utility model is a regulating blade device for an axial hydraulic turbine is to create a device that provides the ability to automatically change the volume and angle of incidence of the flow passing to the turbine blades.

Для достижения указанного технического результата регулирующее лопастное устройство, устанавливаемое перед осевой гидротурбиной, состоит из цилиндрического корпуса, внутри него имеются обтекаемая шестигранная втулка и поворотные лопасти, имеющие форму усеченного сектора, которые закреплены и поворачиваются на осях, вставленных одним концом в центр граней втулки, а другим проходят через стенку корпуса наружу, где на них закреплены шестерни, соединенные с зубчатым кольцом. Это кольцо поворачивает оси с лопастями, чем изменяется объем и направление потока, проходящего через регулирующее устройство.To achieve the technical result, the regulating blade device installed in front of the axial hydraulic turbine consists of a cylindrical body, inside it there is a streamlined hexagonal sleeve and rotary blades having the shape of a truncated sector, which are fixed and rotated on axes inserted at one end into the center of the faces of the sleeve, and others pass through the wall of the housing to the outside, where gears are attached to them, connected to the toothed ring. This ring rotates the axis with the blades, which changes the volume and direction of the flow passing through the control device.

Согласно полезной модели через цилиндрический корпус до центра граней проходят оси, на них закреплены поворотные лопасти в форме усеченного сектора круга. В закрытом положении одна боковая сторона каждой лопасти перекрывает сверху прилежащую радиальную сторону соседней лопасти на 10-15%. Внутренние концы осей вращаются в центре граней втулки, а снаружи корпуса на осях закреплены шестерни для поворота лопастей на угол до 180 град. или фиксации их в необходимом положении управляющим зубчатым кольцом, установленным вокруг корпуса. Управляющее зубчатое кольцо поворачивается исполнительным механизмом автоматического регулирования мощности гидротурбины и синхронно разворачивает лопасти через шестерни на необходимый угол, в результате чего меняется объем проходящего рабочего потока и угол его падения на фиксированные лопатки турбины. Управляющее кольцо прижато к каждой шестерне поворота управляющей шестерней регулятора мощности для предупреждения разъединения механизма поворота.According to a utility model, axes pass through a cylindrical body to the center of the faces; rotary blades in the form of a truncated circle sector are fixed to them. In the closed position, one side of each blade overlaps from above the adjacent radial side of the adjacent blade by 10-15%. The inner ends of the axes rotate in the center of the faces of the sleeve, and gears are fixed on the axles outside the housing to rotate the blades through an angle of up to 180 degrees. or fixing them in the required position by a control gear ring mounted around the housing. The control gear ring is rotated by the actuator for automatically controlling the power of the turbine and simultaneously rotates the blades through the gears to the required angle, as a result of which the volume of the passing working flow and its angle of incidence on the fixed turbine blades changes. The control ring is pressed against each rotation gear by the control gear of the power regulator to prevent separation of the rotation mechanism.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:The proposed utility model is illustrated by drawings:

фиг. 1 - регулирующее лопастное устройство, продольный разрез без лопастей:FIG. 1 - regulatory blade device, a longitudinal section without blades:

1 - шестерни поворота лопастей, 2 - ось крепления лопастей, 3 - обтекаемые пилоны крепления центральной втулки, 4 - обтекаемая втулка с шестью гранями, 5 - цилиндрический корпус РЛУ;1 - blades rotation gears, 2 - blades fastening axis, 3 - streamlined pylons of central hub fastening, 4 - streamlined hub with six faces, 5 - RLU cylindrical body;

фиг. 2 - регулирующее лопастное устройство, продольный разрез с лопастями в вертикальном положении: 6 - вид лопасти в вертикальном положении;FIG. 2 - regulating blade device, longitudinal section with blades in a vertical position: 6 - view of the blade in a vertical position;

фиг. 3 - поперечный разрез по осям лопастей РЛУ в закрытом положении, верхний край каждой лопасти перекрывает нижний край соседней;FIG. 3 is a transverse section along the axes of the blades of the RLU in the closed position, the upper edge of each blade overlaps the lower edge of the adjacent one;

фиг. 4 - управляющее зубчатое колесо с шестернями - поворота лопастей снизу и шестерней управляющего механизма сверху.FIG. 4 - control gear with gears - rotation of the blades from below and the gear of the control mechanism from above.

1 - шестерня поворота лопастей, 7 - зубчатое колесо поворота, 8 - шестерня исполнительного механизма регулятора мощности гидроагрегата.1 - the gear of rotation of the blades, 7 - the gear of rotation, 8 - the gear of the actuator of the power unit of the hydraulic unit.

Регулирующее лопастное устройство работает следующим образом.Regulating blade device operates as follows.

В закрытом положении плоскости лопастей 6 находятся перпендикулярно оси водовода и за счет плотного прилегания внутренних краев к граням втулки, внешних круговых краев к внутренней цилиндрической поверхности направляющего аппарата и взаимного перекрытия радиальных кромок вода не проходит через водовод на турбину. При повороте зубчатого кольца 7 шестерни 1 поворачивают лопасти 6 до угла, равного углу установки лопаток турбины, поток воды проходит в пространство между лопастями и, закручиваясь, идет параллельно лопаткам турбины, не оказывая на них значительного воздействия. Это режим холостого хода. Установка лопастей 6 перпендикулярно к поверхностям лопаток турбины увеличивает выходную мощность гидротурбины до номинальной. В случае аварийного сброса мощности регулирующее устройство поворачивает лопасти 6 параллельно лопаткам турбины, что соответствует режиму холостого хода. В таком положении водовод не перекрывается, поток закручивается и проходит параллельно лопаткам, что предотвращает гидравлический удар в системе. Крепление осей 2 с лопастями 6 в двух точках - центре граней втулки 4 и в корпусе 5 повышает прочность конструкции и виброустойчивость на критических режимах работы. Использование предлагаемой полезной модели при малых и средних потоках воды с небольшими расходами и напорами приводит к улучшению эксплуатационных показателей за счет возможности автоматического регулирования объема потока и угла его падения на лопатки турбины.In the closed position, the plane of the blades 6 are perpendicular to the axis of the conduit and due to the tight fit of the inner edges to the faces of the sleeve, the outer circular edges to the inner cylindrical surface of the guide apparatus and the mutual overlapping of the radial edges, the water does not pass through the conduit to the turbine. When the toothed ring 7 is rotated, gears 1 rotate the blades 6 to an angle equal to the angle of installation of the turbine blades, the water flow passes into the space between the blades and, spinning, runs parallel to the turbine blades, without significantly affecting them. This is the idle mode. The installation of the blades 6 perpendicular to the surfaces of the turbine blades increases the output power of the turbine to nominal. In the event of an emergency power reset, the control device rotates the blades 6 parallel to the turbine blades, which corresponds to the idle mode. In this position, the water conduit does not overlap, the flow swirls and runs parallel to the blades, which prevents water hammer in the system. The mounting of the axles 2 with the blades 6 at two points - the center of the faces of the sleeve 4 and in the housing 5 increases the structural strength and vibration resistance at critical operating conditions. Using the proposed utility model for small and medium water flows with low flow rates and pressures leads to improved performance due to the ability to automatically control the volume of the stream and its angle of incidence on the turbine blades.

Claims (1)

Регулирующее лопастное устройство для осевой турбины, устанавливаемое перед осевой гидротурбиной, состоящее из цилиндрического корпуса с обтекаемой шестигранной втулкой и поворотных лопастей внутри, отличающееся тем, что лопасти имеют форму усеченного сектора, закреплены и поворачиваются на осях, вставленных одним концом в центр граней втулки, а другим проходят через стенку корпуса наружу, где на них закреплены шестерни, соединенные с зубчатым кольцом, которое поворачивает оси с лопастями устройства, чем изменяет объем и направление потока, проходящего через него.Regulating blade device for an axial turbine, installed in front of an axial hydraulic turbine, consisting of a cylindrical body with a streamlined hexagonal sleeve and rotary blades inside, characterized in that the blades have the shape of a truncated sector, are fixed and rotated on axes inserted at one end into the center of the faces of the sleeve, and others pass through the wall of the housing to the outside, where gears are attached to them, connected to a gear ring, which rotates the axis with the blades of the device, thereby changing the volume and direction of outflow passing through it.

Images