Составное рабочее колесо для турбины френсиса

Авторы патента:

АМЕЛЬ Марио (CA)

ТЕРУ Эрик (CA)

ХУБЕР Пауль Г. (CA)

КУТЮ Андре (CA)

МОРЭН Жюльен (CA)

F03B3/02 - с радиальным потоком на стороне высокого давления и аксиальным потоком на стороне низкого давления, например турбины Френсиса

Владельцы патента RU 2407913:

АНДРИТЦ ТЕКНОЛОДЖИ ЭНД ЭССЕТ МЕНЕДЖМЕНТ ГМБХ (AT)

Изобретение относится к рабочим колесам для турбины Френсиса. Составное рабочее колесо для турбины Френсиса содержит, по меньшей мере, два сегмента 12, 14 рабочего колеса, выполненных с возможностью соединения вместе по их противолежащим поверхностным участкам 16, 16а, 18, 18а для образования составного рабочего колеса, имеющего верхний обод 28, нижний обод 30 и множество лопаток 32, проходящих между верхним ободом 28 и нижним ободом 30 и прикрепленных к ним. Противолежащие поверхностные участки 16, 16а, 18, 18а сегментов рабочего колеса расположены только вдоль участков верхнего обода и участков нижнего обода, причем эти противолежащие поверхностные участки 16, 16а, 18, 18а сегментов 12, 14 рабочего колеса расположены между соседними лопатками составного рабочего колеса и отстоят от них. Составное рабочее колесо имеет центральную ось. Верхний обод имеет центральное отверстие круглой формы. Противолежащие поверхностные участки 16, 16а участков верхнего обода 28, если смотреть сверху, проходят от центрального отверстия с радиальным смещением от центральной оси. Изобретение направлено на создание рабочего колеса, обладающего повышенной надежностью и долговечностью. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к рабочим колесам для турбины Френсиса и, в частности, к составному рабочему колесу для турбины Френсиса.

Рабочие колеса для турбины Френсиса содержат верхний обод, нижний обод и множество лопаток турбины, проходящих между верхним ободом и нижним ободом. Пример такого рабочего колеса раскрыт в публикации DE 648174. При изготовлении лопатки обычно закрепляются на верхнем ободе и нижнем ободе сваркой. Когда диаметр начинает превышать 5 метров, например, известно разделение рабочего колеса турбины на два сегмента, отделенных друг от друга плоскостью, проходящей вдоль оси рабочего колеса, так чтобы обеспечить транспортировку рабочего колеса от производственного участка к стройплощадке плотины. Эта радиальная плоскость прорезает насквозь верхний обод, нижний обод и участки некоторых лопаток.

На стройплощадке плотины разрезные сегменты рабочего колеса собираются путем выполнения сварных соединений в верхнем ободе, нижнем ободе и разрезанных лопатках. Сварка лопаток требует большой осторожности вследствие нагрузок, которые должны прикладываться к лопаткам в процессе функционирования турбины. Эти сварные соединения обычно выполняют присадочным металлом на основе материала CA-6NM, который является сплавом железа-хрома-никеля-молибдена, упрочняемым послесварочной термической обработкой. В процессе послесварочной термической обработки сварные соединения являются чувствительными к растрескиванию, которое требует повторной обработки сваренного соединения до тех пор, пока не будет никаких трещин в соединениях.

Соответственно были бы полезными любые усовершенствования в изготовлении составного рабочего колеса для турбины Френсиса, которые бы не приводили к сварным соединениям в лопатках рабочего колеса и потенциальному растрескиванию соединений лопаток в процессе послесварочной термической обработки.

Настоящее изобретение относится к составному рабочему колесу для турбины Френсиса, содержащему, по меньшей мере, два сегмента рабочего колеса, выполненных с возможностью соединения вместе по их противолежащим поверхностным участкам для образования составного рабочего колеса, имеющего верхний обод, нижний обод и множество лопаток, проходящих между верхним ободом и нижним ободом и прикрепленных к ним. Усовершенствование настоящего изобретения относится к противолежащим поверхностным участкам сегментов рабочего колеса, которые расположены только вдоль участков верхнего обода и участков нижнего обода, и к противолежащим поверхностным участкам сегментов рабочего колеса, которые расположены между соседними лопатками составного рабочего колеса и отстоят от них. Поскольку противолежащие поверхностные участки расположены только вдоль участков верхнего обода и участков нижнего обода, ни одна из лопаток не является разрезанной, посредством чего исключается сваривание лопаток в процессе образования составного рабочего колеса на стройплощадке плотины. Соответственно, составное рабочее колесо не имеет сварных соединений, образованных в лопатках, которые являются сильно нагруженными рабочими частями рабочего колеса.

В одном варианте осуществления изобретения сегменты рабочего колеса соединены вместе сварным соединением. Это сваривание может представлять собой частичное получение сварного шва проплавлением основного металла. В альтернативном варианте осуществления верхний обод может быть соединен механическими крепежными средствами, такими как болты и гайки. Дополнительно предусматривается, что свариваемый материал, который используется в сварных соединениях, является материалом, который не требует послесварочной термической обработки. Таким материалом является, например, свариваемый материал E309L.

Таким образом, согласно объекту настоящего изобретения создано составное рабочее колесо для турбины Френсиса, содержащее, по меньшей мере, два сегмента рабочего колеса, выполненных с возможностью соединения вместе по их противолежащим поверхностным участкам для образования составного рабочего колеса, имеющего верхний обод, нижний обод и множество лопаток, проходящих между верхним ободом и нижним ободом и прикрепленных к ним, при этом противолежащие поверхностные участки сегментов рабочего колеса расположены только вдоль участков верхнего обода и участков нижнего обода, а противолежащие поверхностные участки сегментов рабочего колеса расположены между соседними лопатками составного рабочего колеса и отстоят от них, причем составное рабочее колесо имеет центральную ось, а верхний обод имеет центральное отверстие круглой формы, при этом противолежащие поверхностные участки участков верхнего обода, если смотреть сверху, проходят от центрального отверстия с радиальным смещением от центральной оси.

Предпочтительно, сегменты рабочего колеса соединены вместе сварным соединением.

Предпочтительно, свариваемый материал, используемый в сварном соединении, не требует послесварочной термической обработки.

Предпочтительно, свариваемый материал содержит свариваемый материал E309L.

Предпочтительно, противолежащие поверхностные участки расположены на середине расстояния между соседними лопатками.

Предпочтительно, каждая из множества лопаток имеет противолежащие поверхности заданного контура, а противолежащие поверхностные участки, которые проходят вдоль участков верхнего обода и участков нижнего обода, продолжаются вдоль контуров, соответствующих контуру лопатки, соседнему верхнему ободу и соседнему нижнему ободу.

В результате, конструкция согласно настоящему изобретению обеспечивает получение рабочего колеса, обладающего повышенной надежностью и долговечностью.

Для лучшего понимания сущности и целей настоящего изобретения далее приведено более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на приложенные схематические чертежи, на которых:

Фиг.1 - вид сверху составного рабочего колеса для использования в турбине Френсиса;

Фиг.2 - вид сбоку составного рабочего колеса с Фиг.1.

Настоящее изобретение относится к рабочим колесам турбины Френсиса для использования в гидротурбинах, и, в частности, оно относится к составному рабочему колесу 10 типа Френсис. Разрезное рабочее колесо 10, показанное на Фиг.1 и 2, содержит два сегмента 12 и 14 рабочего колеса. На чертежах оба сегмента 12 и 14 рабочего колеса показаны отстоящими друг от друга. При изготовлении на производственном участке сегменты обычно обрабатываются, соприкасаясь друг с другом. Также, на стройплощадке плотины сегменты 12 и 14 будут в контакте друг с другом, когда выполняются сварные соединения между сегментами для образования составного рабочего колеса.

В соответствии с настоящим изобретением эти сегменты 12 и 14 рабочего колеса подогнаны для соединения вместе вдоль противолежащих поверхностных участков 16 и 16а верхнего обода и противолежащих поверхностных участков 18 и 18а нижнего обода для образования составного рабочего колеса. Следует отметить, что на чертежах показано разрезное рабочее колесо 10 из двух сегментов, хотя рабочее колесо может быть разрезано на более чем два сегмента. Однако количество сегментов должно быть минимизировано, поскольку каждый дополнительный сегмент требует большей сборки на стройплощадке плотины. Очевидно, что количество выбранных сегментов определяется размером рабочего колеса и ограничениями, определяемыми при транспортировке сегментов рабочего колеса по пути их перевозки, доставляемых от производственного участка к стройплощадке плотины.

Составное рабочее колесо содержит верхний обод 28, нижний обод 30 и множество лопаток 32, проходящих между верхним ободом 28 и нижним ободом 30 и прикрепленных к ним.

Противолежащие поверхностные участки 16, 16а и 18, 18а сегментов 12, 14 рабочего колеса расположены только вдоль участков 34 верхнего обода 28 и участков 36 нижнего обода 30. Противолежащие поверхностные участки 16, 16а и 18, 18а сегментов 12 и 14 рабочего колеса расположены посередине между соседними лопатками 32а и 32b рабочего колеса 10 и отстоят от них. Каждая из лопаток 32 показана на чертежах выгнутой вдоль противолежащих поверхностей 50, 52 с заданным контуром. Противолежащие поверхностные участки 16, 16а (см. Фиг.2) и 18, 18а также продолжаются вдоль контуров, подобных контуру лопаток, соседнему верхнему ободу 28 и соседнему нижнему ободу 30. Предпочтительно, противолежащие поверхностные участки 16, 16а и 18, 18а расположены на середине расстояния между соседними лопатками 32а, 32b, то есть там, где лопатки 32а, 32b встречаются с верхним ободом 28 и нижним ободом 30. Это размещает сварные соединения на оптимальном расстоянии от наиболее сильно нагруженных лопаток.

Как лучше показано на Фиг.1, составное рабочее колесо 10 и результирующее составное рабочее колесо имеет центральную ось 60 и верхний обод 28, имеющий центральное профильное отверстие 62. Противолежащие поверхностные участки 16, 16а верхнего обода 28, как показано на виде сверху Фиг.1, продолжаются от центрального отверстия 62 с радиальным смещением от центральной оси 60.

Сегменты 12 и 14 рабочего колеса соединяются вместе посредством сварного соединения, которое расположено между противолежащими поверхностными участками 16, 16а и 18, 18а. Предпочтительно свариваемый материал, используемый в сварных соединениях, не требует послесварочной термической обработки и содержит свариваемый материал E309L. Данный сварочный процесс может содержать частичное получение сварного шва проплавлением основного металла.

Несмотря на то что изобретение было описано со ссылкой на конкретный вариант его осуществления, специалисту в данной области будет понятно, что изобретение может быть осуществлено на практике с изменениями, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения.

1. Составное рабочее колесо для турбины Френсиса, содержащее, по меньшей мере, два сегмента рабочего колеса, выполненных с возможностью соединения вместе по их противолежащим поверхностным участкам для образования составного рабочего колеса, имеющего верхний обод, нижний обод и множество лопаток, проходящих между верхним ободом и нижним ободом и прикрепленных к ним, при этом противолежащие поверхностные участки сегментов рабочего колеса расположены только вдоль участков верхнего обода и участков нижнего обода, причем эти противолежащие поверхностные участки сегментов рабочего колеса расположены между соседними лопатками составного рабочего колеса и отстоят от них, причем составное рабочее колесо имеет центральную ось, а верхний обод имеет центральное отверстие круглой формы, при этом противолежащие поверхностные участки участков верхнего обода, если смотреть сверху, проходят от центрального отверстия с радиальным смещением от центральной оси.

2. Рабочее колесо по п.1, в котором сегменты рабочего колеса соединены вместе сварным соединением.

3. Рабочее колесо по п.2, в котором свариваемый материал, используемый в сварном соединении, не требует послесварочной термической обработки.

4. Рабочее колесо по п.3, в котором свариваемый материал содержит свариваемый материал E309L.

5. Рабочее колесо по п.2, в котором противолежащие поверхностные участки расположены на середине расстояния между соседними лопатками.

6. Рабочее колесо по п.1, в котором противолежащие поверхностные участки расположены на середине расстояния между соседними лопатками.

7. Рабочее колесо по п.1, в котором каждая из множества лопаток имеет противолежащие поверхности заданного контура, а противолежащие поверхностные участки, которые проходят вдоль участков верхнего обода и участков нижнего обода, продолжаются вдоль контуров, соответствующих контуру лопатки, соседнему верхнему ободу и соседнему нижнему ободу.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, конкретно гидротурбостроения, в частности к устройству лопаточного аппарата рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины (типа Френсис).

Гидравлический агрегат гэс // 2313001

Изобретение относится к гидротурбиностроению и строительной части ГЭС. .

Рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины // 2279566

Способ восстановления работоспособности гидроагрегата // 2275525

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности способу восстановления работоспособности гидроагрегата, и может быть использовано при ремонтно-восстановительных работах на гидроэлектростанциях (ГЭС), при выполнении работ по реконструкции гидроагрегата, а также при замене гидротурбинной установки на вертикальных гидроагрегатах с зонтичным или подвесным исполнением генератора и с гидротурбиной поворотно-лопастного или радиально-осевого типа.

Турбина // 2263814

Изобретение относится к турбиностроению. .

Рабочее колесо гидротурбины // 2242633

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для превращения энергии водяного потока реки в электрическую, а именно к рабочему колесу гидротурбины, применяемому в гидроэлектростанциях.

Гидроагрегат // 2179260

Лабиринтно-вихревая гидромашина // 2041384

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидромашинам, работающим в турбинном режиме. .

Устройство для отбора энергии текучей среды // 2035615

Изобретение относится к гидро- и ветроэнергетике, в частности, к устройствам для отбора энергии текучей среды для последующего преобразования ее, например, в электроэнергию.

Реактивная гидравлическая турбина // 2019729

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при проектировании гидротурбин. .

Лопаточный аппарат рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины // 2422670

Изобретение относится к области гидротурбостроения и может быть использовано при разработке рабочих колес радиально-осевых гидротурбин

Радиально-осевая гидравлическая машина // 2447315

Изобретение относится к конструкции радиально-осевых гидравлических машин, предназначенных преимущественно для работы на высоких напорах

Рабочее колесо гидравлической машины, гидравлическая машина, содержащая такое рабочее колесо, и установка преобразования энергии, оснащенная такой гидравлической машиной // 2479746

Непосредственно соединенная тихоходная малая гидротурбина диагонального типа, применяемая в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне // 2491444

Изобретение относится к непосредственно соединенной тихоходной малой гидротурбине диагонального типа, применяемой в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне, которая содержит спиральный корпус 1 для впуска воды, посадочное кольцо 2, оборудованное одним рядом направляющих лопаток, расположенных по кругу, рабочее колесо 12, прямую сужающуюся водовыпускную трубу 9 и боковой водовыпускной короб 10

Гидравлическая машина и установка для преобразования энергии, содержащая такую машину // 2508466

Изобретение касается гидравлической машины. Гидравлическая машина содержит колесо, размещенное на валу, при этом колесо и вал установлены подвижно с возможностью вращения вокруг оси Х5. Гидростатический или гидродинамический радиальный подшипник 100 с водяной смазкой образован между, с одной стороны, радиальной периферической поверхностью 52 вала и, с другой стороны, внутренней радиальной поверхностью 102 неподвижного относительно оси органа 101. Подшипник расположен между двумя краями 121, 122, образующими при штатной работе подшипника 100 зоны удаления водяной пленки, образованной в подшипнике. В неподвижном органе 101 выполнена по меньшей мере одна полость 130, которая открывается на его внутреннюю радиальную поверхность 102 вблизи первого края 121 подшипника, из двух краев 121, 122. Неподвижный орган содержит средства 131, 132, 133 для обеспечения жидкостного сообщения полости с объемами, размещенными снаружи подшипника 100 вблизи второго края 122 подшипника из двух краев 121, 122. Полость 130 и средства 131, 132, 123 для обеспечения сообщения выполнены с возможностью удаления частей потока, образующего водяную пленку, в случае, когда удаление пленки на уровне первого края невозможно. Изобретение направлено на обеспечение надежной работы подшипника гидравлической машины. 2 н. и 12 з. п. ф-лы, 4 ил.

Рабочее колесо для гидравлической машины, гидравлическая машина, оборудованная таким колесом, и установка преобразования энергии, содержащая такую гидравлическую машину // 2557837

Группа изобретений относится к рабочему колесу типа колеса Фрэнсиса для гидравлической машины, через которое должен проходить принудительный поток воды. Рабочее колесо типа колеса Фрэнсиса для гидравлической машины содержит венец (1) с симметрией вращения вокруг оси вращения (Z) колеса, потолок (12) и множество изогнутых лопаток (21), неподвижно соединенных с венцом (1) и с потолком (12), каждая из которых имеет периферическую кромку (212). Кромка (212) по меньшей мере одной из лопаток (21) является изогнутой и ее вогнутость обращена наружу колеса. Расстояние, измеренное между любой точкой кромки (212) и прямой, проходящей, с одной стороны, через первую точку сопряжения между кромкой (212) и венцом (1) и, с другой стороны, через вторую точку сопряжения между кромкой (212) и потолком (12), является максимальным на уровне промежуточной точки кромки (212). Радиус промежуточной точки является строго меньшим радиуса первой точки сопряжения и радиуса второй точки сопряжения. Изобретение направлено на разработку рабочего колеса, геометрия которого позволяет стабилизировать скорость вращения колеса во время переходных фаз запуска при относительно малых высотах падения. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ модернизации установки преобразования энергии и модернизированная установка преобразования энергии // 2573861

Группа изобретений относится к способу модернизации для преобразования гидравлической энергии в электрическую энергию или механическую энергию и наоборот и такой модернизированной установке. Турбонасос содержит рабочее колесо, подвижное вокруг оси, предварительный распределитель (204), содержащий статорные лопатки, образующие между каждой парой из двух смежных статорных лопаток первый водопроводный канал (C1), и распределитель (206'), содержащий направляющие лопатки, расположенные ниже по потоку от статорных лопаток в направлении потока воды, подаваемого в турбонасос, работающий в турбинном режиме. Направляющие лопатки образуют между каждой парой из двух смежных направляющих лопаток второй водопроводный канал (C2). Способ включает в себя этапы, на которых уменьшают высоту первых водопроводных каналов (C1), измеренную параллельно оси вращения рабочего колеса, и уменьшают высоту вторых водопроводных каналов (C2), измеренную параллельно оси вращения рабочего колеса. Группа изобретений направлена на обеспечение усиления конструкции. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ придания движения рабочему колесу (варианты) и рабочее колесо // 2599096

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в гидроэнергетике, но может быть использовано и в других отраслях техники. Способ придания движения рабочему колесу состоит в том, что крутящий момент образуют с максимальным использованием реакции втекающей жидкости. Для этого жидкость пропускают в рабочее колесо под возможно большим острым углом к радиальному направлению. Рабочее колесо гидравлической турбины содержит лопасти, закрепленные между верхним и нижним ободами так, что линия, соединяющая точки на входной и выходной кромках лопасти со стороны потока в поперечном сечении между ободами, образует с радиусом рабочего колеса угол больше 45°, но меньше чем 180°(n-2)/2n, где n - число лопастей больше восьми. Лопасти между ободами до отогнутой внизу части со стороны потока выполнены выпуклыми, а с противоположной стороны, обращенной в направление вращения рабочего колеса - вогнутыми. Изобретение обеспечивает возможность применения рабочего колеса гидротурбины в области как высоких, так и небольших напоров - до 40 метров. 3 н.п. ф-лы, 12 ил.

Способ придания движения рабочему колесу и рабочее колесо гидротурбины // 2628254

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.

Компактная лопатка для рабочего колеса турбины френсиса и способ конфигурирования рабочего колеса // 2629849

Группа изобретений относится к форме лопатки для гидротурбины Френсиса и, в частности, к выходному углу и толщине лопатки. Лопатка 20 для рабочего колеса 18 турбины Френсиса, имеющего диаметр (Dth) критического сечения, имеет максимальную толщину не менее 0,03 диаметра (Dth) критического сечения. Входная кромка имеет максимальный угол наклона не менее 45 градусов на своей нижней кромке. Угол наклона определен вертикальной линией и входной кромкой. Группа изобретений направлена на разработку компактных лопаток, имеющих улучшенную рабочую характеристику относительно проблем кавитации и коэффициента полезного действия турбины. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.