Рабочее колесо пелтона своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 08.09.2024

Изобретение относится к гидростроительству и может быть применено при строительстве гидроэлектростанций. Активная конусная турбина включает диск 4, жестко закрепленный на валу, подшипниковые узлы которого установлены на кожухе, закрывающем рабочее колесо, закрытом крышкой 11, создающем совместно рабочую камеру, лопасти 7 и сопло 6 для подачи воды к ним. Диск 4 выполняет роль делителя потока воды, разрезая струю воды, поступающую из сопла 6 на турбину, на две части. С обеих сторон диска 4 к нему прикреплены два усеченных конуса 5. Вершиной каждый конус 5 закреплен на ступице на расстоянии от диска 4, достаточном для отклонения своей части струи отработанной воды более чем на половину ширины потока воды из сопла 6. Лопасти 7 выполнены плоскими в плоскости продольной оси вала турбины и по кривой к радиусу колеса, так чтобы каждая часть струй отработанной воды из сопла закручивалась на 180°. Суммарный вектор сил от потока на лопасти 7 распределяется ближе к боковым граням лопастей 7. Подшипниковые узлы вала вынесены на внешнюю сторону кожуха, в котором со стороны сопла 6 выполнены воздушные каналы, позволяющие потоку воздуха свободно поступать в рабочую камеру. С противоположной от сопла 6 стороны выполнен водослив. Изобретение направлено на создание активной турбины для гидроэлектростанций с высоким КПД и экономным расходованием энергоносителя. 2 ил.

Изобретение относится к ковшовой турбине. Ковшовая турбина содержит подводящую систему для трех-шести сопел и имеет напорную трубу 1 с распределительным элементом 2, от которого ответвляются подводящие трубопроводы 3 к отдельным соплам для подачи свободной струи на ковши рабочего колеса. Распределительный элемент состоит из центральной распределительной трубы 4 с круговым поперечным сечением с осью 5 и замыкающим дном 6. Подводящие трубопроводы 3, при рассматривании в осевом направлении, с распределением по окружности распределительной трубы отходят в тангенциальном и/или в радиальном направлении наружу. Подводящие трубопроводы 3 противоположно направлению потока в распределительной трубе 4 входят в распределительную трубу 4 с выступом 19 на определенном расстоянии. Изобретение направлено на создание экономичной подводящей системы для ковшовых турбин с тремя-шестью соплами. 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к гидротурбинам и предназначено для преобразования энергии падающей воды в энергию вращения вала агрегата, на котором насажены турбина и генератор. Гидротурбина содержит рабочее колесо с лопастями, неподвижно скрепленными по торцам с дисками. В центральной части гидротурбины установлен аппарат с профилированными лопатками, неподвижно закрепленными по торцам с неподвижными дисками, разделяющимися с дисками рабочего колеса уплотнениями. Вал гидроагрегата заканчивается фланцем, соединенным неподвижно с одним диском рабочего колеса. Другой диск рабочего колеса жестко соединен с корпусом подшипника, опирающимся на неподвижную ось гидротурбины, закрепленную неподвижно в опоре гидротурбины и фланцем неподвижно с диском аппарата. Проточная часть аппарата обеспечивает оптимальный поток жидкости в центральной части рабочего колеса между первой и второй ступенями и позволяет получить минимальные потери энергии в центральной части колеса и максимальный КПД гидротурбины двойного действия и минимизировать гидродинамические возмущающие силы, действующие на элементы проточной части гидротурбины. 2 ил.

Агрегат предназначен для применения на ГЭС с незначительным колебанием уровня нижнего бьефа, с большими диапазонами напора и расхода воды. Вертикальный вал агрегата оперт нижним концом с конусообразной рабочей поверхностью на станину-подпятник. К валу и рабочему колесу герметично прикреплен поддон, по касательной к которому прикреплены отсасывающие трубы. Струи из них направлены на лопасти активного рабочего колеса, свободно вращающегося на валу и передающего ему вращение через повышающий скорость и изменяющий направление вращения редуктор, деталями которого являются части агрегата. Количество труб равно числу лопастей. Струи подводятся непосредственно к их рабочим поверхностям под постоянным эффективным углом воздействия. Уплотнения реактивного колеса выполнены упругими кольцами коробчатого профиля, контактирующими выпуклыми боковыми поверхностями с противоположных сторон, подверженных давлению воды. Подвод воды к уплотнению снизу вверх исключает попадание твердых частиц между трущимися поверхностями. Конструкция устройства позволяет повысить быстроходность и КПД. 5 ил.

Изобретения относятся к области гидроэнергетики. Электростанция содержит несущую конструкцию, установленную на, по меньшей мере, одной паре плавучих элементов, которые выступают сбоку за конструкцию, причем плавучие элементы расположены с противоположных сторон опорной конструкции, и множество несущих кронштейнов для установки генераторных блоков электроэнергии. Последние проходят в поперечном направлении с каждой стороны несущей конструкции и, по существу, перпендикулярно по отношению к продольному направлению несущей конструкции. Каждый несущий кронштейн одним концом установлен с возможностью вращения на несущей конструкции, а на втором его конце установлен генератор электроэнергии. Изобретения можно использовать для производства электроэнергии и в качестве электродвигателя для получения механической энергии вращения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение предназначено для создания ротора ковшовой гидротурбины, а именно к способу сборки рабочего колеса, к лопатке такого колеса и к колесу, оснащенному такими лопатками. Способ содержит: предварительное расположение в гнезде фланца лопатки, удерживаемой частью ее наружной поверхности у кромки гнезда с обеспечением при этом промежутка между выпуклой поверхностью наружной радиальной части лопатки и упомянутой кромкой; обеспечение шарнирного соединения лопатки на ободе и/или на фланце с внутренней стороны лопатки; воздействие на наружную радиальную часть лопатки первой калиброванной силы для сближения ее с кромкой; определение расстояния между наружной радиальной частью и кромкой под действием упомянутой силы; ослабление этой силы; размещение между наружной радиальной частью и кромкой клина, толщина которого фактически равна расстоянию между наружной радиальной частью и кромкой; воздействие на наружную радиальную часть лопатки второй силы для ее сближения с кромкой и удержание второй силы, величина которой составляет не менее величины первой силы. Изобретение позволяет избежать усталостных нагрузок и/или напряжений лопаток по отношению к ободу или к фланцам. 3 с. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Для напора потока воды более 20 м на ГЭС различной мощности используется активная гидравлическая турбина. Ковшовая турбина (зарубежное название – Pelton Turbines, турбина Пелтона) по своей конструкции существенно отличается от устройства реактивных гидротурбин, поскольку вода через специальные сопла подается в виде быстро летящей струи на лопатки турбины. Лопатки турбины Пелтон имеют особенную форму двояковогнутого ковша– лезвие посередине разделяет струю воды на два потока, что значительно улучшает эффективность работы ковша и замедляет износ лопаток. Так как струя направлена по касательной, ударяясь о лопатку, вода легко проворачивает колесо турбины. После проворота колеса, струя ударяет по следующей лопатке. Работа совершается при атмосферном давлении за счет преобразования кинетической энергии струи воды.

Как правило, ковшовая турбина состоит из 40 лопаток. При высоком напоре, скорость потока достаточно низкая – от 5л/с на малых ГЭС и до 1 куб.м/с на больших. Поскольку расходы воды невелики и подводящие трубопроводы изготовляются небольшого диаметра, струйно-ковшовые гидроэлектростанции имеют относительно компактные размеры. Высокий напор достигается в гористой или холмистой местности путем использования напорного трубопровода. Управление работой ковшовой турбины осуществляется регулированием соплом. Перемещая сопло ближе-дальше к лопаткам турбины или изменяя его проходное сечение можно регулировать скорость потока воды, соответственно изменять скорость вращения турбины и выходную мощность гидроэлектростанции.

Поскольку на лопатки турбины постоянно подается поток воды под большим давлением, ковши со временем изнашиваются. Это особенно заметно, если в воде имеется высокая концентрация абразивных частиц. Чтобы противостоять эрозии, ковши обычно изготавливаются из карбида вольфрама или высоколегированных сплавов. В последнее время в малой гидроэнергетике практикуется использование более доступных лопаток, изготовленных из пластика или композитных материалов. Не смотря на то, что они имеют более низкий ресурс, конструкция турбины позволяет легко поменять быстро изношенные, но при этом более дешевые ковши на новые во время остановки ГЭС на техническое обслуживание за минимальный промежуток времени.

Чтобы избежать ударных нагрузок и осевых перекосов в турбине Pelton обычно устанавливается не одно сопло, а несколько, равномерно размещенных на корпусе ковшевой турбины. Классическая конструкция – два сопла на горизонтально установленной турбине, шесть на вертикальной. Практические исследования показали, что использование более шести форсунок вызывает чрезмерное сопротивление и становится критичным при запуске турбины.

Главное достоинство ковшовой турбины Пелтон ее высокая эффективность – до 95%. Даже при использовании в малой гидроэнергетике можно легко достичь КПД 90%. При использовании нескольких сопел, эффективность турбины остается на высоком уровне даже при неполной скорости потока. Еще одним достоинством такой гидроэлектростанции является возможность упрощенной конструкции ГЭС, когда турбина и генератор устанавливаются на одном валу либо сочленяются непосредственно между собой гибким соединением без коробки передач или системы приводов. Высокая скорость струи до 600 км/ч позволяют раскручивать турбину до 3000 оборотов в минуту. Кроме удешевления стоимости оборудования и обслуживания гидроэлектростанции, за счет исключения промежуточных приводов удается сохранить порядка 2%-7% невосполнимых потерь энергии.

Одним из первых изобретателей водяной турбины по праву считают французского инженера и депутата Бенуа́ Фурнеро́н , родившегося 31 октября 1802 года в городе Сент-Этьен.

Турбина Фурнерона располагалась горизонтально, в отличие от традиционно вертикальных водяных колес; два набора лопастей, закругленных в противоположных направлениях извлекали из потока максимум энергии. Изобретение принесло Фурнерону приз Французского общества поощрения индустрии (French Society for the Encouragement of Industry) размером в 6000 франков.

В 1847 году инженер Джеймс Фрэнсис на базе турбины Фурнерона создал радиально-осевую гидротурбину, широко используемую и сейчас, например, на самой большой в мире ГЭС "Три ущелья".

Родился Джеймс Френсис будущий инженер-гидротехник 18 мая 1815 года в Англии. Свою трудовую деятельность Френсис начал в 14 лет как подмастерье у своего отца на железной дороге. Однако уже в возрасте 18 лет эмигрировал в США. Там Френсис работал в компании, специализирующейся на строительстве каналов, железных дорог и других инженерных сооружений. В 1837 году он занял пост главного инженера компании.

В период работы над совершенствованием системы каналов в Лоуэлле, Френсис выполнял также заказы на гидротехнические работы и в других частях страны. Когда возникла потребность в улучшении водоснабжения города Нью-Йорка, Френсис стал консультантом на строительстве дамбы на реке Кротон, а также консультировал на строительстве плотины на водопаде Сейнт-Энтони на реке Миссисипи. В воспоминаниях современников Джеймс Френсис предстает перед нами как замечательный исполнительный и административный сотрудник, а в своих опубликованных работах и докладах - пристальным и внимательным исследователем. В частной жизни господин Френсис был человеком честным и добросовестным. Не спешил давать оценку и выражать мнение. В своих же решениях всегда был последовательным.

Имя этого великого ученого было навсегда вписано в историю гидроэнергетики.

Родившийся в Вермилионе, штат Огайо, в 1829 году, в семье обычных фермеров, Лестер А. Пелтон на себе ощутил все тяготы такого существования. Еще, будучи ребенком, он работал на ферме своей семьи и посещал начальную школу "Каддбак", которая находилась примерно в миле к западу от деревни.

Турбина Пелтона, Также известный как Tangential Hydraulic Wheel или Pelton Wheel, он был изобретен американским Лестером Алленом Пелтоном в 1870-х годах. Хотя несколько типов турбин были созданы до типа Пелтона, это все еще наиболее часто используется из-за его эффективности..

Это импульсная турбина или гидравлическая турбина, которая имеет простую и компактную конструкцию, имеет форму колеса, состоит в основном из ковшей, дефлекторов или разделенных подвижных лопаток, расположенных по ее периферии..

Лопасти могут быть размещены индивидуально или прикреплены к центральной втулке, или все колесо может быть помещено в единый цельный элемент. Для работы он преобразует энергию жидкости в движение, которое генерируется, когда струя воды с высокой скоростью ударяется о движущиеся лопасти, заставляя ее поворачиваться и начинать работу.

Обычно используется для производства электроэнергии на гидроэлектростанциях, где имеющийся резервуар для воды расположен на определенной высоте над турбиной.

1 История
2 Работа турбины Пелтона
3 Применение
4 Ссылки

история

Гидравлические колеса родились от первых колес, которые использовались для отбора воды из рек и были перемещены усилием человека или животных.

Эти колеса датируются вторым веком до нашей эры, когда они добавили весла к окружности колеса. Гидравлические колеса начали использоваться, когда была обнаружена возможность использования энергии токов для работы других машин, в настоящее время известных как турбомашины или гидравлические машины..

Импульсная турбина Пелтона не появлялась до 1870 года, когда шахтер Лестер Аллен Пелтон из США разработал первый механизм с колесами для забора воды, похожий на мельницу, а затем применил паровые двигатели..

Эти механизмы стали представлять сбои в их работе. Оттуда Пелтону пришла в голову идея сконструировать гидравлические колеса с лопастями или лопастями, которые выдерживают удар воды на высокой скорости..

Он заметил, что струя ударила о край лопастей, а не в его центр, и в результате поток воды ушел в обратном направлении, и турбина набрала большую скорость, став более эффективным методом. Этот факт основан на принципе, по которому кинетическая энергия, создаваемая струей, сохраняется и может использоваться для выработки электрической энергии..

Пелтон считается отцом гидроэнергетики за его значительный вклад в развитие гидроэнергетики во всем мире. Его изобретение в конце 1870-х годов, названное им самим Пелтоном Бегуном, было признано наиболее эффективной конструкцией импульсной турбины..

Позже появились новые конструкции, такие как турбина Turgo, запатентованная в 1919 году, и турбина Banki, вдохновленная моделью колеса Пелтона..

Работа турбины Пелтона

Существует два типа турбин: реактивная турбина и импульсная турбина. В реакционной турбине сток осуществляется под давлением закрытой камеры; например, простой садовый спринклер.

В импульсной турбине типа Пелтона, когда ковши, расположенные по периферии колеса, непосредственно принимают воду с высокой скоростью, они активируют вращательное движение турбины, преобразуя кинетическую энергию в динамическую энергию.

Хотя и кинетическая энергия, и энергия давления используются в реакционной турбине, и хотя вся энергия, передаваемая в импульсной турбине, является кинетической, следовательно, работа обеих турбин зависит от изменения скорости воды, оказывать динамическое усилие на этот вращающийся элемент.

приложение

На рынке представлено большое разнообразие турбин разных размеров, однако рекомендуется использовать турбину типа Пелтона на высоте от 300 до 700 и более метров..

Малые турбины используются для бытовых целей. Благодаря динамической энергии, генерируемой скоростью воды, она может легко производить электрическую энергию таким образом, что эти турбины в основном используются для работы гидроэлектростанций..

Например, Беудронская ГЭС в комплексе плотины Гранд Диксенс, расположенном в швейцарских Альпах в кантоне Вале, Швейцария..

Этот завод начал производство в 1998 году с двух мировых рекордов: у него самая мощная турбина Пелтона в мире и самая высокая головка, используемая для производства гидроэлектроэнергии..

На предприятии размещены три турбины Пелтона, каждая из которых работает на высоте около 1869 метров, а скорость потока составляет 25 кубических метров в секунду, а КПД превышает 92%..

В декабре 2000 года у ворот плотины Клеусон-Диксенс, которая питает турбины Пелтона в Бьедроне, был разрыв на 1234 метра, что привело к закрытию электростанции.

Разрыв составлял 9 метров в длину и 60 сантиметров в ширину, в результате чего поток через разрыв превышал 150 кубических метров в секунду, то есть он быстро высвобождал большое количество воды под высоким давлением, разрушая проход около 100 гектаров пастбищ, садов, лесов, мытье нескольких шале и сараев, расположенных вокруг этой области.

Они провели большое расследование происшествия, в результате чего почти полностью переработали форсированную трубу. Коренная причина разрыва пока неизвестна.

Перепроектирование потребовало улучшения облицовки трубы и улучшения почвы вокруг принудительной трубы, чтобы уменьшить поток воды между трубой и камнем..

Поврежденный участок форсированной трубы был перенаправлен с предыдущего места, чтобы найти новую скалу, которая была бы более устойчивой. Строительство реконструированной плотины было завершено в 2009 году..

Установка Bieudron не работала после этой аварии, пока она полностью не возобновила свою деятельность в январе 2010 года.

Читайте также: