RU1795143C - Пропеллерное колесо лопастной гидромашины - Google Patents

Abstract

Использование: при сооружении малых ГЭС. Сущность изобретени : корпус установлен на валу. Обтекатель и лопасти закреплены на корпусе. Лопасти снабжены хвостовиками с фланцами. В корпусе и фланце выполнены соосные резьбовые отверсти  дл  размещени  ст жного элемента Хвостовики выполнены коническими. отверсти  в них - по оси лопасти, их фланцы - с посадочным по ском. На торцах вала и обтекател  выполнены фланцы с по сками, на торцах корпуса - проточки дл  размещени  по сков вала и обтекател . Вал снабжен хвостовиком, гайкой раст жени  и ст жным болотом. В хвостовике вала выполнено осевое резьбовое отверстие, в обтекателе - со- осное ему ступенчатое отверстие дл  размещени  в них болта. На внешней поверхности хвостовика выполнена резьба дл  установки гайки дл  креплени  корпуса к валу. Ст жной элемент, выполнен в виде шпильки. Лопасть снабжена гайкой раст жени , установленной в отверстии корпуса на свободном конце шпильки. Посадочный по сок фланца лопасти и отверстие корпуса выполнены в виде многогранника. Ст жной элемент выполнен в виде болта с посадочным по ском у головки, размещенным в корпусе . 2 з.п. ф-лы, 2 ил. ел С

Description

Изобретение относитс  к гидромашиностроению , а именно к гидротурбинам малых ГЭС (к гидромашинам ГАЭС), малых гидро- аккумулирующих электростанций (МГАЭС).

Прототипом предлагаемого технического решени   вл етс  рабочее колесо лопаточной гидромашины, содержащее корпус с лопаст ми, снабженными хвостовиками, расположенными между клиновыми вставками и имеющими фланцы, отличающеес  тем, что, с целью снижени  трудоемкости изготовлени , каждый фланец снабжен пазом , закрепленной в нем радиальной шпонкой , соединенной со вставками и имеющей со стороны последних цилиндрические поверхности .

Недостатком этой конструкции  вл етс  наличие большого количества крепежных

деталей, расположенных на фланцах лопастей и в корпусе. Это существенно усложн ет технологию изготовлени  и монтажа колеса и снижает его прочностную надежность . Кроме того, выполнение такого рабочего колеса дл  гидротурбин малых ГЭС будет св зано с дополнительными трудност ми по обеспечению надежности узла соединени , на котором невозможно разместить требуемое количество крепежных деталей без существенного ослаблени  перемычки корпуса между окнами дл  фланцев лопастей. Болтовые отверсти  на фланце лопасти ослабл ют фланец и корневое сечение лопасти, что приводит к необходимости увеличени  фланца лопасти. Необходимость увеличени  размеров перемычек и фланцев лопастей приведет к увеличению

ю ел

Ј

со

диаметра корпуса, что, в свою очередь, приведен к увеличению втулочного отношени , и, как следствие этого, к ухудшению энергетических и кавитационных качеств турбины.

Цель изобретени  - повышение надежности рабочего колеса гидротурбины за счет создани  в перемычках корпуса между окнами дл  фланцев лопастей и в самом корпусе - предварительных напр жений сжати ..

Поставленна  цель достигаетс  тем, что фланцы лопастей выполнены с развитыми хвостовиками, на которых выполнены посадочные по ски и конические части, внутри которых выполнены нарезки дл  ст жных шпилек (болтов), С внутренней стороны корпуса выполнены опорные поверхности дл  гаек, заворачиваемых на ст жные шпильки. При зат ге этих шпилек в корпусе создаютс  предварительные напр жени  сжати , направленные радиально.

По торцам корпуса выполнены посадочные обнизки, а во фланце вала и в обтекателе - ответные по ски. Фланец вала развит в центральной части хвостовиком, проход щим через корпус. В конце хвостовика выполнены наружна  и внутренн   резьбы дл  ст жной гайки и болта, при зат ге которых в перемычках корпуса и во фланцах лопастей создаютс  осевые напр жени  сжати . Напр жени  сжати , создаваемые таким образом в корпусе предлагаемого рабочего колеса, уменьшают нагрузочные напр жени  раст жени  в опасных сечени х, повыша  тем самым надежность колеса.

Во втором варианте решени , с целью повышени  надежности узла креплени  лопастей , в отверсти  в корпусе дл  лопастей с внутренней стороны корпуса вставлены болты с припасованными в корпус по сками , ст гивающие фланцы лопастей с корпусами , а по сок фланца выполнен в виде многогранника с ответной выточкой в корпусе .

Дл  повышени  надежности хвостовика фланца вала и упрощени  конструкции вала в необходимых случа х хвостовик может быть изготовлен объемным, закрепл емым на резьбе во фланце вала. В этом случае хвостовик может изготавливатьс  из высокопрочной поковки.

На фиг. 1 и 2 представлено диаметральное сечение предлагаемого рабочего колеса осевой гидромашины.

Фланец 1 вала наружным посадочным по ском входит в обнизку на внутреннем торце корпуса 2. С помощью гайки 3 и шпильки 4 (фиг,1) фланец лопасти 5 закреплен в корпусе 2. Выполнение гайки 3 и хвостовика фланца 5 в виде гаек раст жени ,

обеспечивающих равномерную работу резьбовой части соединени , позвол ет создать значительный нат г в соединении, фиксирующий фланец лопасти в корпусе без

5 дополнительных устройств.

На наружную резьбу хвостовика 6 вала навернута гайка раст жени  7, котора  опираетс  на наружный торец корпуса. Торец обтекател . 8 заканчиваетс  посадным по- Ю.  ском, который входит в обнизку на наружном торце корпуса и опорной поверхностью, которой обтекатель прижимаетс  к торцу корпуса при зат ге болта 9. При зат ге гайки 1 и болта 9 сжимаютс 

15 перемычки корпуса и фланцы лопастей, а посадные по ски фланца вала и обтекател  создают напр жени  сжати  в корпусе.

При выполнении лопастей со значительными прот женност ми в окружном направ0 лении, .когда могут сильно возрасти крут щие моменты вокруг осей шпилек, посадные по ски фланцев лопастей могут быть выполнены в виде многогранников с ответными выточками в корпусе, что обеспе5 цит жесткое ограничение фланцев лопастей от проворота и повысит надёжность креплени  лопасти. В отверстие корпуса с внутренней стороны в этом случае вставлен болт 4 (фиг.2) с по ском у головки, припасованным

0 в корпусе, ст гивающий фланец лопасти с корпусом рабочего колеса.

Сборка предлагаемого устройства производитс  в следующей последовательности:

5 шпильки 4 вворачиваютс  в центральные отверсти  фланцев. 5 лопастей и последние вставл ютс  в окна корпуса 2. Таким образом чтобы были бы обеспечены требуемые углы установки лопастей;

0 гайки раст жени  3 слегка зат гиваютс ,после чего производитс  статическа  балансировка рабочего колеса, мен   центр т жести колеса за счет изменени  глубины ввинчивани  шпилек А и подкладки шайб

5 под гайки 3;

производитс  закрепление лопастей и создание радиальных напр жений сжати  в корпусе путем создани  требуемой зат жки гаек 3, после чего производитс  их стопоре- .

0 ние (при выполнении конструкции по второму варианту фланцы лопастей ст гиваютс  с корпусом болтами);

фланец вала 1 соедин етс  с корпусом 2 рабочего колеса таким образом, чтобы его

5 по сок вошел в обнизку корпуса 1, а гайкой раст жени  7 создают необходимые осевые напр жени  в корпусе и контактные напр жени  по стыку между корпусом и фланцем, после чего стопор т гайку 7. При необходимости зат г гайки 7 производ т путем нагрева хвостовика фланца 6 через его центральное отверстие или путем предварительной выт жки хвостовика с последующей зат жкой гайки 7.

Предлагаемое устройство работает еле- дующим образом.

При работе турбины с номинальной частотой вращени  на лопасти действуют поверхности силы давлени  воды и центробежные силы, которые передаютс  через: фланец лопасти - хвостовик фланца- шпилькэггайка - на корпус рабочего колеса в виде изгибающего момента, радиальной и осевой силы. Зат г гайки 3 (болта) подобран трким образом, что в результате совместно- то действи  изгибающего момента и центробежной силы сохран етс  необходимый запас на нераскрыти  стыкового соединени  фланец лопасти - корпус. В результате этого стык остаетс  спа нным, вследствие чего на шпильку (болт) передаетс  лишь часть внешней нагрузки, соответствующей коэффициенту основной нагрузки (10...30%). Поперечна  сила от лопасти к корпусу передаетс  посадочным по ском фланца лопасти. Перемычки корпуса предварительно сжаты при зат ге гайки 7 и болта 9, зат г их подобран таким образом, что в перемычке корпуса не возникает напр жений раст жени  от осевой силы лопасти, вследствие чего повышаетс  прочностна  надежность наиболее ослабленного сечени  корпуса - перемычки между окнами дл  лопастей, а. следовательно, и всего по са.

Силы предварительного сжати  корпуса , созданные при зат ге гайки 7 и болта 9, создают дополнительные напр жени  сжати  по посадочному по ску фланца лопасти, увеличивающие запас сцеплени  фланца лопасти к корпусу.

Выполнение всех силовых гаек как гаек раст жени , обеспечивающих равномерную нагрузку резьбы, повышает надежность резьбовых соединений (лопасть-корпус, вал-корпус), в которых создаютс  значительные усили  начального зат га, обеспечивающие нераскрытие стыков. Следствием последнего  вл етс  минимизаци  переменных напр жений и повышение усталост- ной долговечности в опасных сечени х рабочего колеса.

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Рабочее колесо лопастной гидромашины , содержащее корпус, установленный на валу, обтекатель и лопасти, закрепленные на корпусе, при этом лопасти снабжены хвостовиками с фланцами, а в корпусе и фланце выполнены соосные резьбовые отверсти  дл  размещени  ст жного элемента, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  конструкции, хвостовики лопастей выполнены коническими, отверсти  в них выполнены по оси лопасти, а их фланцы - с посадочным по ском, на торцах вала и обтекател  выполнены фланцы с по сками, а на торцах корпуса - проточки дл  размещени  по сков вала и обтекател , вал снабжен хвостовиком , гайкой раст жени  и ст жным болтом, в хвостовике вала выполнено осевое резьбовое отверстие, а в обтекателе со- осное ему ступенчатое отверстие дл  размещени  в них болта, при этом на внешней поверхности хвостовика выполнена резьба дл  установки гайки раст жени  дл  креплени  корпуса к валу.
2. 2. Рабочее колесо по п. 1, отличающеес  тем, что ст жной элемент выполнен в виде шпильки, э лопасть снабжена гайкой раст жени  и последн   установлена в отверстии корпуса на свободном конце шпильки.
3. 3. Рабочее колесо по п.1, отличаю- щеес тем, что посадочный по сок фланца лопасти и отверстие корпуса выполнены в виде многогранника, а ст жной элемент выполнен в виде болта с посадочным по ском у его головки, размещенным в корпусе.