Гидросиловая установка - RU2488713C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение касается гидросиловой установки.

Известны различные гидросиловые установки.

Пример одной из известных гидросиловых установок, имеющей S-образную геометрию трубы, показан на фиг. 1. При этом проточный канал 40 может быть выполнен S-образно, включая в себя первый, второй и третий участки 100, 200, 300. При этом первый и третий участки 100, 300 могут быть выполнены практически прямыми, а первый и второй участки - располагаться на расстоянии друг от друга. Второй участок 200 служит для того, чтобы соединять первый участок 100 с третьим участком 300. В области первого участка может быть предусмотрено рабочее колесо с турбинными лопатками 10. Посредством вала 20 турбинные лопатки 10 могут быть соединены с генератором 30. С помощью потока воды, который течет через проточный канал 40, турбинные лопатки 10 приводятся в движение, и это вращательное движение в генераторе 30 преобразуется в электрическую энергию. Генератор 30 обычно расположен на фундаменте 50 из бетона.

В качестве уровня техники заявитель ссылается на FR 2550826, US 4319142, US 1859215 и JP 60-008474 A.

Задачей настоящего изобретения является создание гидросиловой установки с улучшенным коэффициентом полезного действия.

Эта задача решается с помощью гидросиловой установки по пункту 1 формулы изобретения.

Таким образом, предусмотрена гидросиловая установка, содержащая выполненный в виде S-образной трубы проточный канал, включающий в себя первый, второй и третий участки, причем проточный канал имеет на первом участке первый диаметр и первую осевую линию, а на третьем участке - второй диаметр и вторую осевую линию, причем предусмотрено расстояние между первой и второй осевыми линиями, турбинные лопатки на первом участке и соединенный с турбинными лопатками посредством вала генератор на третьем участке, причем проточный канал в области генератора состоит в основном из стали, причем отношение длины второго участка к расстоянию между первой и второй осевыми линиями составляет от 2 до 4, причем генератор имеет фундамент из стальных рельсов или стальных балок, причем фундамент скомбинирован с крышей третьего участка.

По одному из аспектов настоящего изобретения отношение длины к расстоянию составляет 3.

По другому аспекту настоящего изобретения фундамент выполнен таким образом, что он обеспечивает снижение гидродинамических нагрузок в проточном канале на третьем участке.

По другому аспекту настоящего изобретения на первом и/или третьем участках предусмотрены первое и/или второе расширения.

По другому аспекту настоящего изобретения на первом и/или третьем участках предусмотрены первое и/или второе расширения.

Изобретение основано на том утверждении, что характерным образом рассматривается только ситуация перед лопатками рабочего колеса и после них. При этом возможно, что пренебрегают потерями, возникающими в проточном канале, а также во всасывающей трубе. В частности, конфигурация третьего участка должна быть такой, чтобы возникающие во всасывающей трубе гидродинамические нагрузки уменьшались. Для этого крыша проточного канала на третьем участке должна иметь соответствующую конфигурацию. Конфигурация крыши проточного канала на третьем участке влияет, однако, также на угол подъема во всасывающей трубе или, соответственно, во втором участке проточного канала. За счет улучшенной конфигурации крыши проточного канала на третьем участке необходимый угол подъема во втором участке может быть уменьшен. Это может осуществляться, в частности, за счет применения стали для уменьшения гидродинамических нагрузок. Таким образом, может быть достигнут меньший угол подъема, увеличенные радиусы кривизны и более оптимальные гидродинамические свойства в проточном канале 40.

Другие варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов.

Примеры осуществления и преимущества изобретения поясняются ниже более подробно со ссылкой на чертежи, где:

Фиг. 1 - схематичное изображение гидросиловой установки согласно уровню техники,

Фиг. 2 - схематичное изображение гидросиловой установки по первому примеру осуществления изобретения,

Фиг. 3 - схематичный вид сверху гидросиловой установки по второму примеру осуществления изобретения, и

Фиг. 4 - схематичное изображение гидросиловой установки по второму примеру осуществления изобретения.

На фиг. 2 показано схематичное изображение гидросиловой установки по первому примеру осуществления изобретения. Гидросиловая установка включает в себя первый, второй и третий участки 100, 200, 300. Проточный канал 40 выполнен практически в виде S-образной трубы и проходит через первый, второй и третий участки 100, 200, 300. На первом участке 100 проточный канал 40 выполнен практически прямолинейным и имеет первый диаметр 400 и первую осевую линию 410. На третьем участке 300 проточный канал также выполнен практически прямолинейным и имеет второй диаметр 500 и вторую осевую линию 510. Второй участок 200 соединяет первый участок 100 с третьим участком 300. Первая и вторая осевые линии 410, 510 расположены на первом расстоянии 600 друг от друга.

В области первого участка 100 предусмотрено рабочее колесо с турбинными лопатками 10. Генератор 30 расположен в области третьего участка 300 на фундаменте 50. Рабочее колесо 10 посредством вала 20 соединяется с генератором 30.

При необходимости на первом и/или третьем участках 100, 300 могут быть предусмотрены первое или второе расширения 800, 900 проточного канала. Второй участок 200 может иметь осевую линию 220. Осевая линия 220 может иметь угол подъема, равный α. α может составлять от 10° до 30°, в частности, от 18° до 22°. Угол α может составлять предпочтительно 21°.

На первом участке 100 предусмотрена область нагнетания, а на втором участке после рабочего колеса 10 область всасывания проточного канала.

Первый, второй и третий участки 100, 200, 300 выполнены при этом, в частности, таким образом, что поток не отрывается от стенки канала. Благодаря конфигурации проточного канала 40 по первому примеру осуществления второй участок 200 может быть выполнен длиннее, чем в уровне техники.

Крыша 41 проточного канала 40 на третьем участке выполнена таким образом, что она может воспринимать возникающие гидродинамические нагрузки. Крыша 41 может, например, состоять из стали для уменьшения гидродинамических нагрузок. Крыша 41 или, соответственно, участок проточного канала 40 в области, расположенной под генератором 30 при необходимости содержит сталь и, в частности, нержавеющую сталь. Нержавеющая сталь применяется, в частности, для соприкасающейся с водой поверхности. Таким образом, проточный канал 40 может быть выполнен преимущественно из бетона, при этом предусматривается область, расположенная под генератором 30, из (нержавеющей) стали.

Генератор 30 по первому примеру осуществления может быть расположен на стальных рельсах или стальных балках, служащих фундаментом 50, который может быть скомбинирован с крышей 41. Эти стальные балки служат для того, чтобы воспринимать гидродинамические нагрузки проточного канала.

Генератор 30 может быть предпочтительно без передачи соединен с валом 20 или, соответственно, лопатками рабочего колеса. Тем самым можно уменьшить потери в приводной ветви и избежать быстро вращающихся конструктивных элементов. Это, в частности, предпочтительно, потому что требуются меньшие затраты на техническое обслуживание и меньший расход маслосодержащих рабочих материалов. Рабочее колесо 10 может быть предпочтительно выполнено в виде наветренного ротора, что позволяет получить оптимальные условия набегающего потока. Направляющее колесо может быть выполнено в виде несущей конструкции, так что необходимо минимальное количество встроенных компонентов в подводящем канале. Благодаря этой конфигурации гидросиловой установки, и, в частности, благодаря этой конфигурации проточного канала 40 можно избежать малых радиусов поворота, так что возникающие в турбине потери напора являются минимальными.

На фиг. 3 показан вид сверху на гидросиловую установку по второму примеру осуществления изобретения. Гидросиловая установка включает в себя первый, второй и третий участки 100, 200, 300 с проточным каналом 40. В проточном канале 40 предусмотрены также турбинные лопатки 10 и соединенный с ними вал. Вне проточного канала 40 предусмотрен генератор 30 на фундаменте 50.

На фиг. 4 показано схематичное изображение гидросиловой установки по второму примеру осуществления изобретения. Гидросиловая установка включает в себя первый, второй и третий участки 100, 200, 300. Проточный канал 40 выполнен практически в виде S-образной трубы и проходит через первый, второй и третий участки 100, 200, 300. На первом участке 100 проточный канал 40 выполнен практически прямолинейным и имеет первый диаметр 400 и первую осевую линию 410. На третьем участке 300 проточный канал также выполнен практически прямолинейным и имеет второй диаметр 500 и вторую осевую линию 510. Второй участок 200 соединяет первый участок 100 с третьим участком 300. Первая и вторая осевые линии 410, 510 расположены на первом расстоянии 600 друг от друга.

В области первого участка 100 предусмотрено рабочее колесо с турбинными лопатками 10. Генератор 30 расположен в области третьего участка 300 на фундаменте 50. Рабочее колесо 10 посредством вала 20 соединяется с генератором 30.

При необходимости на первом и/или третьем участках 100, 300 могут быть предусмотрены первое или второе расширения 800, 900 проточного канала. Второй участок 200 может иметь осевую линию 220. Осевая линия 220 может иметь угол подъема, равный α. Угол α может составлять от 10° до 30°, в частности, от 18° до 22°. Угол α может составлять предпочтительно 21°.

Первый и второй диаметры 400, 500 могут составлять от 4 м до 6 м, предпочтительно от 4,5 м до 5 м и, в частности, 4,8 м. Длина 700 второго участка 200 может составлять от 15 м до 21 м, предпочтительно 18 м. Расстояние 600 между двумя осевыми линиями 410, 510 может составлять от 4 м до 8 м, предпочтительно 6 м.

Отношение длины 700 второго участка 200 к расстоянию между первой и второй осевыми линиями 410, 510 составляет от 2 до 4, предпочтительно 3.

По другому примеру осуществления изобретения отношение между первым и вторым диаметрами 400, 500 и длиной 700 второго участка 200 может составлять, в частности, от 0,15 до 0,35. По другому аспекту настоящего изобретения отношение между первым и вторым диаметрами 400, 500 и углом α может составлять от 0,2 до 0,3 и, в частности, 0,229.

С помощью предлагаемой изобретением конфигурации S-образной трубы или, соответственно, проточного канала может быть достигнут гармоничный переход между первым и вторым, а также между вторым и третьим участками. Это, в частности, предпочтительно, так как благодаря этому могут быть уменьшены завихрения в проточном канале.

Реферат

Изобретение относится к гидросиловой установке. Гидросиловая установка содержит выполненный в виде S-образной трубы проточный канал 40, включающий в себя первый, второй и третий участки 100, 200, 300. Проточный канал 40 имеет на первом участке 100 первый диаметр 400 и первую осевую линию 410. На третьем участке 300 имеет второй диаметр 500 и вторую осевую линию 510. Предусмотрено расстояние 600 между первой и второй осевыми линиями. Установка также содержит турбинные лопатки 10 на первом участке 100 и соединенный с турбинными лопатками 10 посредством вала 20 генератор 30 на третьем участке 300. Проточный канал 40 в области генератора 30 состоит в основном из стали. Генератор 30 имеет фундамент 50 из стальных рельсов или стальных балок, фундамент 50 скомбинирован с крышей 41 третьего участка 300. Изобретение направлено на повышение коэффициента полезного действия. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула