RU2668189C2

RU2668189C2 - Spiral casing for a hydraulic turbine (options)

Info

Publication number: RU2668189C2
Application number: RU2016112544A
Authority: RU
Inventors: Найджел МЕРРИ; Кристин МОНЕТТ; Норман ДЭСИ
Original assignee: Андритц Гидро Лтд.
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2018-09-26
Also published as: WO2015031987A1; CN105849405B; CA2922196A1; CN105849405A; RU2016112544A; RU2016112544A3

Abstract

FIELD: turbines or turbomachines.

SUBSTANCE: group of inventions relates to a spiral casing for a hydraulic turbine. Casing 32 comprises an array of spiral segments 37, 38 defining a passage to direct liquid entering the casing to a runner, inlet segment 36 defining a passage to receive liquid flowing into segments 37, 38, transition segment 34 connecting segment 36 segment 37 and defining a passage to direct liquid passing from segment 36 to segment 37, 38. Segment 36 extends at least partially around the runner and has an inner perimeter defining an opening to receive the runner. Cross-sectional areas of segments 37, 38 gradually decrease from inlet segment 37 of segments 37, 38 to a last one of segments 37, 38. Each of segments 37, 38 includes a gap aligned with the opening and the cross sections of segments 37, 38 do not correspond to a circular cross section. Segment 36 has a circular cross section. Segment 34 has a non-circular cross section, along at least a portion of its length. Cross sections of segment 34 include cross-sections having a height dimension greater than a width dimension.

EFFECT: group of inventions is aimed at providing the possibility of reducing the size of the casing.

17 cl, 5 dwg

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0001] Настоящее изобретение относится к спиральной камере турбомашины и, в частности, к спиральной камере гидравлической турбины, такой как радиально-осевая гидротурбина (турбина Френсиса), поворотно-лопастная гидротурбина (турбина Каплана) и ковшовая гидротурбина (турбина Пелтона).[0001] The present invention relates to a spiral chamber of a turbomachine and, in particular, to a spiral chamber of a hydraulic turbine, such as a radial-axis hydraulic turbine (Francis turbine), a rotary vane hydraulic turbine (Kaplan turbine), and a bucket hydraulic turbine (Pelton turbine).

[0002] Фиг.1 показывает обычную радиально-осевую гидротурбину 10, которая включает в себя спиральную камеру 12, кольцевой ряд статорных колонн 14, кольцевой ряд лопаток 15 направляющего аппарата, рабочее колесо 16 и отсасывающую трубу 18. Спиральная камера 12 образует закрытый канал для прохода воды, поступающей в турбину 10. Внутренняя окружная периферия 20 спиральной камеры 12 открыта для воды, проходящей из спиральной камеры 12 к рабочему колесу 16. Статорные колонны 14 и лопатки 15 направляющего аппарата обеспечивают ориентирование потока воды, когда она поступает к рабочему колесу 16. Вода вызывает вращение рабочего колеса 16 вокруг оси 19, которая обычно представляет собой вертикальную ось. Вращение обеспечивает приведение в движение вала 22, который может быть соединен с электрическим генератором. Поток воды, проходящей через рабочее колесо 16, превращается из по существу кругового потока в спиральной камере 12 в по существу спиральный поток в отсасывающей трубе 18. Ось спирального потока совпадает с осью 19 рабочего колеса.[0002] Figure 1 shows a conventional radial-axis hydraulic turbine 10, which includes a spiral chamber 12, an annular row of stator columns 14, an annular row of vanes 15 of the guide apparatus, an impeller 16, and a suction pipe 18. The spiral chamber 12 forms a closed channel for the passage of water entering the turbine 10. The inner peripheral periphery 20 of the spiral chamber 12 is open to water passing from the spiral chamber 12 to the impeller 16. The stator columns 14 and vanes 15 of the guide vane provide orientation of the water flow when it enters the impeller 16. Water causes the impeller 16 to rotate about an axis 19, which is usually a vertical axis. The rotation provides the driving of the shaft 22, which can be connected to an electric generator. The flow of water passing through the impeller 16 is converted from a substantially circular flow in the spiral chamber 12 into a substantially spiral flow in the suction pipe 18. The axis of the spiral flow coincides with the axis 19 of the impeller.

[0003] Фиг.1 показывает обычную спиральную камеру 12, которая имеет по существу круглое поперечное сечение. Некруглая часть соответствует отверстию на внутренней окружной периферии 20 камеры. Спиральная камера часто представляет собой комплект сегментов, расположенных вокруг оси рабочего колеса. Каждый сегмент может представлять собой металлическую панель (металлические панели), которой(-ым) придана такая форма, чтобы они образовывали стенку канала. Каждый сегмент может включать в себя одну или более статорных колонн 14.[0003] Figure 1 shows a conventional spiral chamber 12, which has a substantially circular cross section. The non-circular portion corresponds to the hole on the inner circumferential periphery 20 of the chamber. The spiral chamber is often a set of segments located around the axis of the impeller. Each segment can be a metal panel (s), which are shaped so that they form a channel wall. Each segment may include one or more stator columns 14.

[0004] Диаметры всех сегментов последовательно уменьшаются по мере «продвижения» сборки сегментов вокруг оси. Таким образом, проточный канал, проходящий через спиральную камеру 12, имеет большой диаметр (D1) во входном сегменте 26. Диаметры (см. D2) последующих сегментов постепенно уменьшаются по мере закручивания камеры вокруг наружной окружной периферии направляющего аппарата 15 и рабочего колеса 16. Спиральная камера 12, как правило, «охватывает» одну окружность или почти одну окружность вокруг направляющего аппарата 15 и рабочего колеса 16.[0004] The diameters of all segments decrease sequentially as the assembly of segments “advances” around the axis. Thus, the flow channel passing through the spiral chamber 12 has a large diameter (D1) in the inlet segment 26. The diameters (see D2) of the subsequent segments gradually decrease as the chamber twists around the outer peripheral periphery of the guide apparatus 15 and the impeller 16. Spiral the camera 12, as a rule, "covers" one circle or almost one circle around the guide apparatus 15 and the impeller 16.

[0005] Фиг.2 показывает обычную спиральную камеру 12, установленную в камере 24, образованной бетонными стенами в машинном зале. В центральном цилиндрическом отверстии 31 в спиральной камере 12 размещены направляющий аппарат 15 и рабочее колесо 16. Входной сегмент 26 спиральной камеры 12 выровнен относительно канала для входа воды в камеру 24. Входной сегмент 26 обычно имеет прямолинейную ось 28 и имеет круглое поперечное сечение на всей его длине. Внутренняя боковая стенка входного сегмента 26 образует линию 30, касательную к окружной периферии цилиндрического отверстия 31. Каждый сегмент также может иметь прямолинейную ось, но оси сегментов не находятся на общей оси. Скорее, ось каждого сегмента может быть расположена под углом относительно осей предшествующего и последующего сегментов.[0005] Figure 2 shows a conventional spiral chamber 12 mounted in a chamber 24 formed by concrete walls in a machine room. A guide apparatus 15 and an impeller 16 are placed in the central cylindrical hole 31 in the spiral chamber 12. The inlet segment 26 of the spiral chamber 12 is aligned with the channel for entering water into the chamber 24. The inlet segment 26 usually has a straight axis 28 and has a circular cross section throughout length. The inner side wall of the inlet segment 26 forms a line 30 tangent to the circumferential periphery of the cylindrical hole 31. Each segment may also have a straight axis, but the axis of the segments are not on a common axis. Rather, the axis of each segment can be angled relative to the axes of the preceding and subsequent segments.

[0006] Входной сегмент 26 спиральной камеры 12 образует первый наружный край 33 спиральной камеры 12. Расстояние (D3) от первого наружного края до противоположного наружного края 35 часто составляет 30 футов (10 м) или более. Ширина и длина камеры 24 заданы такими, чтобы можно было вместить спиральную камеру 12. Камера 24, как правило, представляет собой большое железобетонное сооружение, которое может иметь высоту от 20 до 60 футов (от 8 до 20 метров) и длину и ширину от 50 до 80 футов (от 12 до 18 метров). Камеры 24 должны быть сооружены на месте машинного зала, в котором гидротурбина должна работать. Строительство камер 24 имеет тенденцию быть дорогостоящим и трудоемким.[0006] The inlet segment 26 of the spiral chamber 12 forms a first outer edge 33 of the spiral chamber 12. The distance (D3) from the first outer edge to the opposite outer edge 35 is often 30 feet (10 m) or more. The width and length of the chamber 24 are set so that it is possible to accommodate the spiral chamber 12. The chamber 24, as a rule, is a large reinforced concrete structure, which can have a height of 20 to 60 feet (8 to 20 meters) and a length and width of 50 up to 80 feet (12 to 18 meters). Chambers 24 should be built in place of the turbine room, in which the turbine should operate. The construction of chambers 24 tends to be expensive and time consuming.

Камера вышеуказанного типа раскрыта, например, в RU2491444 C1.A camera of the above type is disclosed, for example, in RU2491444 C1.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0007] Имеет место давно испытываемая потребность в уменьшении размера камеры (24). Размер камеры (24) зависит от габаритного размера спиральной камеры. Уменьшение наружного размера (D4-фиг.3) спиральной камеры позволило бы уменьшить размер камеры (24). Спиральные камеры, раскрытые в данном документе, могут быть применены для различных типов гидротурбин, включая турбины Френсиса, Каплана, Пелтона и диагональные гидротурбины.[0007] There is a long-felt need to reduce the size of the chamber (24). The size of the chamber (24) depends on the overall size of the spiral chamber. Reducing the outer size (D4-FIG. 3) of the spiral chamber would reduce the size of the chamber (24). The spiral chambers disclosed herein can be used for various types of hydraulic turbines, including Francis, Kaplan, Pelton and diagonal hydraulic turbines.

[0008] Наружный размер (D4) спиральной камеры может быть уменьшен за счет придания определенных форм поперечным сечениям спирального сегмента спиральной камеры, смещения входного сегмента внутрь и добавления переходного сегмента между входным и спиральными сегментами. Входной сегмент может быть смещен за счет смещения входа в боковом направлении к оси вращения турбины, как показано на фиг.3. Входной сегмент также может быть эффективно смещен за счет поворота турбины относительно оси машин в машинном зале, как показано на фиг.4. Если турбина повернута, входной сегмент может удерживаться в положении, в котором он перпендикулярен к оси 73 машины за счет поворота нерадиальных сегментов вокруг мест их крепления к остальным сегментам.[0008] The outer dimension (D4) of the spiral chamber can be reduced by shaping the cross sections of the spiral segment of the spiral chamber to certain shapes, shifting the inlet segment inward and adding a transition segment between the inlet and spiral segments. The inlet segment can be offset by shifting the inlet laterally to the axis of rotation of the turbine, as shown in FIG. The input segment can also be effectively offset by turning the turbine relative to the axis of the machines in the engine room, as shown in FIG. If the turbine is rotated, the inlet segment can be held in a position in which it is perpendicular to the axis 73 of the machine by rotating the non-radial segments around their attachment points to the remaining segments.

[0009] Формы поперечных сечений спиральных и переходного сегментов являются некруглыми. Поперечные сечения спиральных и переходного сегментов могут иметь эллиптическую, параболическую или гиперболическую форму сегментов или другую некруглую форму с непрерывной касательной. Непрерывная касательная означает, что поперечное сечение ограничено непрерывной кривой. Данные формы поперечных сечений могут иметь меньшую ширину (в направлении, перпендикулярном к оси вращения турбины) и большую высоту (в направлении, параллельном оси вращения) по сравнению с круглыми поперечными сечениями в обычных спиральных камерах. Некруглые поперечные сечения спирального сегмента имеют такую конфигурацию, чтобы их площадь была достаточной для воды, необходимой для турбины. За счет придания поперечным сечениям сегментов спиральной камеры определенной формы габаритный размер (D4) спирального сегмента может быть уменьшен по сравнению с размером (D3) спиральной камеры, имеющей сегменты, которые все имеют по существу круглые поперечные сечения.[0009] The cross-sectional shapes of the spiral and transition segments are non-circular. Cross sections of spiral and transition segments can have elliptical, parabolic or hyperbolic shape of segments or other non-circular shape with a continuous tangent. A continuous tangent means that the cross section is bounded by a continuous curve. These cross-sectional shapes can have a smaller width (in a direction perpendicular to the axis of rotation of the turbine) and a larger height (in a direction parallel to the axis of rotation) compared to circular cross-sections in conventional spiral chambers. The non-circular cross sections of the spiral segment are configured so that their area is sufficient for the water needed for the turbine. By giving the cross sections of the segments of the spiral chamber a certain shape, the overall size (D4) of the spiral segment can be reduced compared to the size (D3) of the spiral chamber having segments that all have essentially circular cross sections.

[0010] Переходный сегмент находится между концом входного сегмента и первым спиральным сегментом. Переходный сегмент образует канал для воды, проходящей из входного сегмента в спиральные сегменты. Поперечные сечения переходного сегмента, могут быть некруглыми, такими как эллиптические, параболические или гиперболические. Переходный сегмент может постепенно изменяться от круглого поперечного сечения в месте его соединения с входным сегментом до некруглого поперечного сечения в месте его соединения с первым спиральным сегментом.[0010] The transition segment is located between the end of the input segment and the first spiral segment. The transition segment forms a channel for water passing from the inlet segment to the spiral segments. Cross sections of the transition segment may be non-circular, such as elliptical, parabolic or hyperbolic. The transition segment can gradually vary from a circular cross section at its junction with the inlet segment to a non-circular cross section at its junction with the first spiral segment.

[0011] Была разработана спиральная камера гидравлической турбины, включающая в себя: ряд спиральных сегментов, определяющих границы канала для направления жидкости, поступающей в камеру, к рабочему колесу в турбине, при этом спиральный сегмент проходит по меньшей мере частично вокруг рабочего колеса и имеет внутреннюю периферию, определяющую границы отверстия, предназначенного для приема рабочего колеса, при этом площади поперечных сечений спиральных сегментов постепенно уменьшаются от входного сегмента из спиральных сегментов до последнего сегмента из спиральных сегментов, при этом каждый из спиральных сегментов включает в себя зазор, выровненный относительно отверстия, и поперечные сечения спирального сегмента не соответствуют круглому поперечному сечению; входной сегмент, определяющий границы канала для приема жидкости, проходящей в спиральные сегменты, при этом входной сегмент имеет круглое поперечное сечение; и переходный сегмент, соединяющий входной сегмент с одним из спиральных сегментов и определяющий границы канала, предназначенного для направления жидкости, проходящей из входного сегмента в спиральные сегменты, при этом переходный сегмент имеет некруглое поперечное сечение, по меньшей мере, вдоль части его длины, при этом поперечные сечения переходного сегмента включают в себя поперечные сечения, имеющие размер по высоте, который превышает размер по ширине.[0011] A spiral chamber of a hydraulic turbine has been developed, including: a series of spiral segments defining a channel boundary for directing fluid entering the chamber to the impeller in the turbine, wherein the spiral segment extends at least partially around the impeller and has an inner the periphery defining the boundaries of the hole for receiving the impeller, while the cross-sectional areas of the spiral segments gradually decrease from the input segment from the spiral segments to after the bottom of the spiral segments, each of the spiral segments includes a gap aligned with the hole, and the cross sections of the spiral segment do not correspond to a circular cross section; an inlet segment defining the boundaries of the channel for receiving fluid passing into the spiral segments, wherein the inlet segment has a circular cross section; and a transition segment connecting the input segment to one of the spiral segments and defining the boundaries of the channel for directing fluid passing from the input segment to the spiral segments, wherein the transition segment has a non-circular cross section at least along part of its length, while the cross sections of the transition segment include cross sections having a height dimension that exceeds a width dimension.

[0012] Машина может быть повернута, например, на угол в диапазоне от 5 градусов до 40 градусов относительно оси машины в машинном зале вокруг оси вращения лопастей рабочего колеса. Ось машины в машинном зале находится в горизонтальной плоскости. Входной сегмент может быть смещен в боковом направлении к оси вращения турбины. Формы поперечных сечений спиральных и переходного сегментов могут представлять собой эллиптическую, параболическую или гиперболическую форму сегмента.[0012] The machine can be rotated, for example, by an angle in the range from 5 degrees to 40 degrees relative to the axis of the machine in the engine room around the axis of rotation of the impeller blades. The axis of the machine in the engine room is in a horizontal plane. The input segment can be offset laterally to the axis of rotation of the turbine. The cross-sectional shapes of the spiral and transitional segments can be an elliptical, parabolic or hyperbolic shape of the segment.

[0013] Была разработана спиральная камера для гидравлической турбины, содержащая: комплект спиральных сегментов, соединенных встык для образования канала, предназначенного для направления воды, поступающей в спиральную камеру, к рабочему колесу в гидравлической турбине, при этом комплект спиральных сегментов определяет границы внутреннего отверстия, образованного с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема ряда лопаток и рабочего колеса гидравлической турбины, и каждый спиральный сегмент в комплекте имеет зазор, выровненный относительно внутреннего отверстия, и имеет некруглую форму поперечного сечения; входной сегмент, определяющий границы канала для приема воды, проходящей в комплект спиральных сегментов, при этом входной сегмент имеет круглое поперечное сечение вдоль всей длины входного сегмента; и переходный сегмент, соединяющий входной сегмент с комплектом спиральных сегментов и определяющий границы канала, предназначенного для направления воды, проходящей из входного сегмента в комплект спиральных сегментов, при этом переходный сегмент имеет некруглое поперечное сечение, по меньшей мере, вдоль части длины переходного сегмента, при этом поперечные сечения переходного сегмента включают в себя поперечные сечения, имеющие размер по высоте, который превышает размер по ширине.[0013] A spiral chamber for a hydraulic turbine has been developed, comprising: a set of spiral segments connected end-to-end to form a channel for directing water entering the spiral chamber to the impeller in a hydraulic turbine, the set of spiral segments defining the boundaries of the inner hole, formed with a configuration that allows the reception of a number of blades and the impeller of a hydraulic turbine, and each spiral segment in the kit has a gap aligned from ositelno inner hole and has a non-circular cross-sectional shape; an input segment defining the boundaries of the channel for receiving water passing into the set of spiral segments, while the input segment has a circular cross section along the entire length of the input segment; and a transition segment connecting the input segment with a set of spiral segments and defining the boundaries of the channel for directing water passing from the input segment to the set of spiral segments, wherein the transition segment has a non-circular cross section at least along a portion of the length of the transition segment, this, the cross sections of the transition segment include cross sections having a height dimension that exceeds the width dimension.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0014] Фиг.1 представляет собой выполненный частично в разрезе вид сбоку обычной гидравлической турбины типа турбины Френсиса.[0014] FIG. 1 is a partially cutaway side view of a conventional hydraulic turbine such as a Francis turbine.

[0015] Фиг.2 представляет собой вид в перспективе спиральной камеры для гидротурбины типа турбины Френсиса, расположенной в камере для турбины.[0015] FIG. 2 is a perspective view of a spiral chamber for a hydraulic turbine, such as a Francis turbine, located in a turbine chamber.

[0016] Фиг.3 представляет собой схематический вид сверху вниз спиральной камеры, имеющей переходный сегмент, поперечное сечение которого изменяется от круглого поперечного сечения до некруглого поперечного сечения вдоль его длины, и обеспечивающий смещение входного сегмента.[0016] FIG. 3 is a top-down schematic view of a spiral chamber having a transition segment, the cross section of which varies from a circular cross section to a non-circular cross section along its length, and allowing for displacement of the input segment.

[0017] Фиг.4 представляет собой схематический вид сверху вниз повернутой спиральной камеры, имеющей переходный сегмент, поперечное сечение которого изменяется от круглого поперечного сечения до некруглого поперечного сечения вдоль его длины.[0017] FIG. 4 is a schematic top down view of a rotated spiral chamber having a transitional segment, the cross section of which varies from a circular cross section to a non-circular cross section along its length.

[0018] Фиг.5 представляет собой схематический вид с торца спирального сегмента.[0018] Figure 5 is a schematic end view of a spiral segment.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

[0019] Фиг.3 представляет собой схематический вид сверху вниз спиральной камеры 32, имеющей переходный сегмент 34 между входным сегментом 36 и спиральным сегментом 37, 38. Входной сегмент 36 смещен в боковом направлении внутрь к оси 40 вращения турбины. Поперечные сечения спиральных сегментов 37, 38 и переходного сегмента 34 являются некруглыми, такими как эллиптические, параболические или гиперболические.[0019] FIG. 3 is a top down diagram of a scroll chamber 32 having a transition segment 34 between the inlet segment 36 and the scroll segment 37, 38. The inlet segment 36 is laterally displaced inwardly to the turbine rotation axis 40. Cross sections of spiral segments 37, 38 and transition segment 34 are non-circular, such as elliptical, parabolic or hyperbolic.

[0020] Габаритный размер (D4) спиральной камеры 32 может быть на пять - десять процентов меньше, чем соответствующий габаритный размер (D3) обычной спиральной камеры 12, которая должна быть заменена спиральной камерой 32. Уменьшение габаритного размера достигается за счет смещения 41 входного сегмента 36 и выполнения некруглыми поперечных сечений спиральных сегментов 37, 38 и переходного сегмента 34.[0020] The overall dimension (D4) of the scroll chamber 32 may be five to ten percent smaller than the corresponding dimension (D3) of a conventional scroll chamber 12, which must be replaced by the scroll chamber 32. The reduction in overall size is achieved by shifting 41 of the input segment 36 and performing non-circular cross sections of the spiral segments 37, 38 and the transition segment 34.

[0021] Уменьшение габаритного размера (D4) спиральной камеры 32 очевидно из различий между сплошными линиями, показывающими спиральную камеру со смещенным входным сегментом, и пунктирными линиями, которые показывают периферию соответствующей обычной спиральной камеры. Расстояния между пунктирными и сплошными линиями обеспечивают приведенное в качестве примера изображение относительного общего уменьшения размера спиральной камеры.[0021] The reduction in the overall dimension (D4) of the spiral chamber 32 is evident from the differences between the solid lines showing the spiral chamber with a biased input segment and the dashed lines that show the periphery of the corresponding conventional spiral chamber. The distances between the dashed and solid lines provide an example image of the relative overall reduction in size of the spiral chamber.

[0022] Входной сегмент 36 имеет круглое поперечное сечение на всей его длине. Диаметр круглых поперечных сечений необязательно должен оставаться постоянным вдоль длины входного сегмента 36. Например, входной сегмент 36 может быть цилиндрическим или может сужаться или расширяться вдоль его длины. Круглое поперечное сечение входного сегмента 36 удовлетворяет требованию выдерживать экстремальное гидравлическое давление потока воды, проходящего через входной сегмент 36. Входной сегмент 36 может иметь прямолинейную ось 46 или может быть изогнутым.[0022] The inlet segment 36 has a circular cross section over its entire length. The diameter of the circular cross-sections does not need to remain constant along the length of the inlet segment 36. For example, the inlet segment 36 may be cylindrical or may taper or expand along its length. The circular cross section of the inlet segment 36 satisfies the requirement to withstand the extreme hydraulic pressure of the water flow passing through the inlet segment 36. The inlet segment 36 may have a straight axis 46 or may be curved.

[0023] Соединение входного сегмента 36 с начальным спиральным сегментом 37 обеспечивается посредством переходного сегмента 34. Переходный сегмент 34 обеспечивает плавный переход канала для прохода воды от входного сегмента 36 к спиральному сегменту 37.[0023] The connection of the input segment 36 with the initial spiral segment 37 is provided by the transition segment 34. The transition segment 34 provides a smooth transition channel for the passage of water from the input segment 36 to the spiral segment 37.

[0024] Переходный сегмент 34 включает в себя входную зону, имеющую круглое поперечное сечение, которая соединяется с входным сегментом 36. Вход в переходный сегмент 34 имеет круглое поперечное сечение для согласования и соединения с входным сегментом 36. Выход из переходного сегмента 34 имеет форму поперечного сечения, которая соответствует входу в начальный спиральный сегмент 37. Формы поперечных сечений переходного сегмента 34 на выходе сегмента являются по существу некруглыми, такими как эллиптическая, параболическая или гиперболическая.[0024] The transition segment 34 includes an input zone having a circular cross section that connects to the input segment 36. The entrance to the transition segment 34 has a circular cross section for alignment and connection with the input segment 36. The exit of the transition segment 34 is transverse a cross-section that corresponds to the entrance to the initial spiral segment 37. The cross-sectional shapes of the transition segment 34 at the output of the segment are substantially non-circular, such as elliptical, parabolic or hyperbolic.

[0025] Переходный сегмент 34 может быть образован путем свертывания стальной плиты в заданную форму. В альтернативном варианте переходный сегмент 34 может быть образован путем соединения короткий трубчатых сегментов встык. Придание определенной формы переходному сегменту 34 используется для обеспечения соединения между смещенным в боковом направлении, входным сегментом 37 и начальным спиральным сегментом 38. Вследствие его бокового смещения 41 входной сегмент 36 не выровнен относительно входа в начальный спиральный сегмент 38. В обычной спиральной камере входной сегмент выровнен относительно начального спирального сегмента, и они оба имеют аналогичные формы поперечных сечений, которые обеспечивают возможность соединения сегментов вместе.[0025] The transition segment 34 may be formed by rolling a steel plate into a predetermined shape. Alternatively, the transition segment 34 may be formed by connecting the short tubular segments butt. Shaping the transition segment 34 is used to provide a connection between the laterally displaced input segment 37 and the initial spiral segment 38. Due to its lateral displacement 41, the input segment 36 is not aligned with the entrance to the initial spiral segment 38. In a conventional spiral chamber, the input segment is aligned relative to the initial helical segment, and they both have similar cross-sectional shapes that allow the segments to be joined together.

[0026] Спиральная камера 32 может быть образована путем сборки с соединением встык трубчатых секций, каждая из которых образует один из спиральных сегментов 38. Спиральные сегменты 37, 38, а также переходный сегмент 34 и входной сегмент 36 могут быть образованы путем свертывания плит из углеродистой стали. Сегменты могут транспортироваться по отдельности и могут быть собраны в камере машинного зала.[0026] The spiral chamber 32 can be formed by assembling end-to-end tubular sections, each of which forms one of the spiral segments 38. The spiral segments 37, 38, as well as the transition segment 34 and the inlet segment 36, can be formed by rolling carbon plates become. Segments can be transported separately and can be assembled in the chamber of the machine room.

[0027] Площадь поперечных сечений спиральных сегментов 37, 38 постепенно уменьшается в направлении потока воды, проходящего через спиральную камеру 32. Формы поперечных сечений спиральных сегментов 37, 38 могут быть, например, эллиптическими, параболическими или гиперболическими. Поперечные сечения спиральных сегментов включают в себя зазор 20 и, следовательно, не образуют замкнутую эллиптическую, параболическую, гиперболическую или другую некруглую форму. Поперечные сечения спиральных сегментов и переходного сегмента называют некруглыми, поскольку профили поперечных сечений не соответствуют форме окружности. Скорее, профили поперечных сечений спиральных и переходного сегментов соответствуют по форме некруглой форме, такой как эллиптическая, параболическая или гиперболическая форма.[0027] The cross-sectional area of the spiral segments 37, 38 gradually decreases in the direction of the flow of water passing through the spiral chamber 32. The cross-sectional shapes of the spiral segments 37, 38 can be, for example, elliptical, parabolic or hyperbolic. Cross sections of spiral segments include a gap 20 and, therefore, do not form a closed elliptical, parabolic, hyperbolic or other non-circular shape. Cross sections of spiral segments and transition segment are called non-circular, because the cross-sectional profiles do not correspond to the shape of the circle. Rather, the cross-sectional profiles of the spiral and transition segments correspond in shape to a non-circular shape, such as an elliptical, parabolic or hyperbolic shape.

[0028] За счет придания поперечным сечениям спиральных сегментов 37, 38 определенной формы наружная периферия спиральной камеры 32 будет смещена 43 в радиальном направлении внутрь к оси 40 вращения турбины. Придание спиральным сегментам 37, 38 определенной формы может привести к увеличению высоты (в направлении, параллельном оси 40 вращения) по сравнению со спиральными сегментами, которые имеют круглое поперечное сечение. Однако увеличение высоты спиральной камеры 32 может быть приемлемым для обеспечения уменьшения габаритного размера (с D3 до D4) спиральной камеры.[0028] By giving the cross-sections of the spiral segments 37, 38 a certain shape, the outer periphery of the spiral chamber 32 will be offset 43 in a radial direction inward to the axis 40 of rotation of the turbine. Giving the spiral segments 37, 38 a certain shape can lead to an increase in height (in a direction parallel to the axis of rotation 40) compared with spiral segments that have a circular cross section. However, increasing the height of the spiral chamber 32 may be acceptable to provide a reduction in the overall size (from D3 to D4) of the spiral chamber.

[0029] Входной сегмент 36 может иметь наружную поверхность 52, которая является ровной и выровнена, например, коаксиально относительно ровной наружной поверхности 54 переходного сегмента 34. Наружные поверхности входного сегмента 36, переходного сегмента 34 и спиральных сегментов 37, 38 представляют собой самые дальние от центра поверхности спиральной камеры 32 в плоскости, перпендикулярной к оси 40 вращения турбины и проходящей через среднюю часть лопаток 56 направляющего аппарата. Вследствие ее смещения 41 внутренняя поверхность 58 входного сегмента 36 не является касательной к круглому отверстию 42, образованному внутренней периферией спиральной камеры 32.[0029] The inlet segment 36 may have an outer surface 52 that is even and aligned, for example, coaxially with a flat outer surface 54 of the transition segment 34. The outer surfaces of the input segment 36, transition segment 34 and spiral segments 37, 38 are farthest from the center of the surface of the spiral chamber 32 in a plane perpendicular to the axis of rotation of the turbine 40 and passing through the middle part of the blades 56 of the guide apparatus. Due to its displacement 41, the inner surface 58 of the input segment 36 is not tangent to the circular hole 42 formed by the inner periphery of the spiral chamber 32.

[0030] Толщина стенок переходного сегмента 34 и спиральных сегментов 37, 38 может быть увеличена по сравнению с толщиной стенок обычной спиральной камеры. Более толстые стенки могут быть необходимы для того, чтобы выдержать гидравлическое давление и гарантировать то, что переходный и спиральные сегменты сохранят их заданные некруглые формы поперечных сечений.[0030] The wall thickness of the transition segment 34 and the spiral segments 37, 38 can be increased in comparison with the wall thickness of a conventional spiral chamber. Thicker walls may be necessary in order to withstand hydraulic pressure and ensure that the transition and spiral segments retain their specified non-circular cross-sectional shapes.

[0031] В отверстии 42 в спиральной камере 32 размещается рабочее колесо (фиг.1) и кольцевой комплект лопаток 56 направляющего аппарата. Угол лопаток 56 направляющего аппарата может быть отрегулирован для изменения направления потока воды, поступающего к лопастям рабочего колеса. Регулирование лопаток 56 направляющего аппарата может выполняться за счет их поворота вокруг их осей.[0031] In the hole 42 in the spiral chamber 32 is placed the impeller (figure 1) and an annular set of vanes 56 of the guide apparatus. The angle of the vanes 56 of the guide vane can be adjusted to change the direction of the flow of water entering the impeller vanes. The adjustment of the vanes 56 of the guide vane can be accomplished by turning them around their axes.

[0032] Кольцевой комплект статорных колонн 62 является концентрическим относительно комплекта лопаток 56 направляющего аппарата. Статорные колонны 62 перекрывают зазор в отверстии 61, образованном в боковой стенке спирального сегмента 38. Отверстие 61 обеспечивает канал для прохода воды, проходящей из спиральных сегментов 37, 38 к направляющему аппарату 56 и рабочему колесу. Статорные колонны 62 также образуют опорную конструкцию для спиральных сегментов 37, 38. Статорные колонны 62 могут быть выровнены так, что они будут параллельными по отношению к направлению потока воды, проходящей из спиральных сегментов 37, 38 к лопаткам 56 направляющего аппарата.[0032] The annular set of stator columns 62 is concentric with respect to the set of vanes 56 of the guide vane. The stator columns 62 cover the gap in the hole 61 formed in the side wall of the spiral segment 38. The hole 61 provides a channel for the passage of water passing from the spiral segments 37, 38 to the guide apparatus 56 and the impeller. The stator columns 62 also form a support structure for the spiral segments 37, 38. The stator columns 62 can be aligned so that they are parallel with respect to the direction of water flow from the spiral segments 37, 38 to the vanes 56 of the guide vane.

[0033] Отражательная плита 44 соединяет конец последнего спирального сегмента 38 с боковой стороной переходного сегмента 34 и, возможно, с входным сегментом 36. Отражательная плита 44 может представлять собой плиту из углеродистой стали, которой придана такая форма, чтобы она соответствовала по форме внутренней периферии переходного сегмента 34 и входного сегмента 36 и образовывала концевую плиту для спирального сегмента 38. Отражательная плита предотвращает проход воды из последнего спирального сегмента в переходный или входной сегменты.[0033] A reflection plate 44 connects the end of the last spiral segment 38 to the side of the transition segment 34 and possibly to the inlet segment 36. The reflection plate 44 may be a carbon steel plate that is shaped to conform to the shape of the inner periphery the transition segment 34 and the input segment 36 and formed the end plate for the spiral segment 38. The reflection plate prevents the passage of water from the last spiral segment into the transition or inlet segments.

[0034] Фиг.4 представляет собой схематический вид сверху вниз спиральной камеры 64. Спиральная камера может быть спроектирована путем поворота камеры с обычной формой (см. пунктирные линии) как камеры, подлежащей замене. Форма спиральной камеры повернута при проектировании вокруг оси 73 гидравлической турбины, предусмотренной для данной камеры. Фактический поворот формы камеры соответствует углу 70, составляющему, например, от пяти до сорока градусов (от 5° до 40°). Поворот входного сегмента 68 способствует уменьшению габаритного размера (D5) спиральной камеры 64. Поворот и некруглые поперечные сечения переходного сегмента 66 и спиральных сегментов 72 обеспечивают уменьшение габаритного размера (D5) спиральной камеры 64. Габаритный размер (D5) соответствует наружной поверхности спиральной камеры вдоль линии 74, которая проходит перпендикулярно через ось 73.[0034] Figure 4 is a schematic top-down view of the spiral chamber 64. The spiral chamber can be designed by rotating the chamber with a conventional shape (see dotted lines) as the camera to be replaced. The shape of the spiral chamber is rotated during design around the axis 73 of the hydraulic turbine provided for this chamber. The actual rotation of the shape of the camera corresponds to an angle of 70, for example, from five to forty degrees (from 5 ° to 40 °). Rotation of the input segment 68 reduces the overall dimension (D5) of the spiral chamber 64. Rotation and non-circular cross sections of the transition segment 66 and spiral segments 72 provide a decrease in the overall dimension (D5) of the spiral chamber 64. The overall dimension (D5) corresponds to the outer surface of the spiral chamber along the line 74, which extends perpendicularly through axis 73.

[0035] Каждому из входного, переходного и спиральных сегментов может быть придана определенная форма путем свертывания соответствующего листа или соответствующей плиты из углеродистой стали. Входной сегмент 68 может иметь круглое поперечное сечение. Поперечные сечения переходного сегмента 66 и спиральных сегментов 72 могут полностью или частично иметь некруглые формы поперечных сечений, такие как эллиптические, параболические или гиперболические. Ось входного сегмента может быть коаксиальной по отношению к оси переходного сегмента, как показано на фиг.4.[0035] Each of the inlet, transitional and spiral segments can be shaped into a certain shape by folding a corresponding sheet or corresponding carbon steel plate. The input segment 68 may have a circular cross section. The cross sections of the transition segment 66 and spiral segments 72 may have fully or partially non-circular cross-sectional shapes, such as elliptical, parabolic or hyperbolic. The axis of the input segment may be coaxial with respect to the axis of the transition segment, as shown in FIG.

[0036] Спиральная камера, образованная путем поворота спиральной камеры так, как показано на фиг.4, может быть дополнительно образована так, что она будет иметь входной сегмент, который является параллельным входному сегменту камеры, подлежащей замене. Подобная спиральная камера может иметь форму, подобную показанной на фиг.3. Переходный сегмент для такой спиральной камеры будет аналогичным переходному сегменту 54, показанному на фиг.3. Ось входного сегмента может быть наклонена относительно оси переходного сегмента, как показано на фиг.3.[0036] The spiral chamber formed by rotating the spiral chamber as shown in FIG. 4 can be further formed so that it will have an input segment that is parallel to the input segment of the camera to be replaced. Such a spiral chamber may have a shape similar to that shown in FIG. The transition segment for such a spiral chamber will be similar to the transition segment 54 shown in FIG. The axis of the input segment can be tilted relative to the axis of the transition segment, as shown in Fig.3.

[0037] Фиг.5 представляет собой схематическое изображение, показывающее конец спирального сегмента 82. Сегмент 82 имеет металлическую боковую стенку 84, которая образует периферию канала 86 для прохода воды. Поперечное сечение боковой стенки 84 вдоль оси 85 сегмента является некруглым, как показано сплошными параллельными линиями на фиг.5. Поперечное сечение сегмента может иметь, например, эллиптическую, параболическую или гиперболическую форму. Круглое поперечное сечение показано пунктирными линиями на фиг.5 в целях сравнения с некруглым поперечным сечением сегмента.[0037] FIG. 5 is a schematic view showing the end of a spiral segment 82. Segment 82 has a metal side wall 84 that forms the periphery of the water passage 86. The cross section of the side wall 84 along the axis 85 of the segment is non-circular, as shown by solid parallel lines in FIG. The cross section of a segment may be, for example, elliptical, parabolic or hyperbolic. A circular cross section is shown. dashed lines in FIG. 5 for comparison with a non-circular cross section of a segment.

[0038] Уменьшение вдоль плоскости 88, проходящей через спиральный сегмент 82, представляет собой расстояние 87 между наружной периферией боковой стенки 84 и окружностью, проиллюстрированной посредством пунктирной линии. Горизонтальная плоскость 88 проходит через середину пролета статорных колонн 62 и включает в себя ось 73 машины машинного зала. Все спиральные сегменты 82 или большинство спиральных сегментов 82 в комплекте сегментов, которые образуют спиральную камеру, могут иметь одну или более статорных колонн 62, которые перекрывают зазор 90 на внутренней периферии 92 спирального сегмента 82. Зазор 90 обеспечивает канал для прохода воды, проходящей из канала 86 для прохода воды, через направляющий аппарат и к рабочему колесу. Статорные колонны 62 могут опираться на кольцевые фланцы 94 у верхнего и нижнего краев 96 зазора 90. Фланцы 94 также могут служить опорой для краев 96 боковой стенки 84, образующей спиральный сегмент 82. Фланцы 94 могут быть прикреплены к камере в машинном зале.[0038] The reduction along the plane 88 passing through the spiral segment 82 is the distance 87 between the outer periphery of the side wall 84 and the circle illustrated by a dotted line. The horizontal plane 88 passes through the mid-span of the stator columns 62 and includes the axis 73 of the machine room machine. All spiral segments 82, or most spiral segments 82 in the set of segments that form the spiral chamber, may have one or more stator columns 62 that overlap the gap 90 on the inner periphery 92 of the spiral segment 82. The gap 90 provides a channel for the passage of water passing from the channel 86 for the passage of water, through the guide apparatus and to the impeller. The stator columns 62 can be supported by annular flanges 94 at the upper and lower edges 96 of the gap 90. The flanges 94 can also support the edges 96 of the side wall 84 forming the spiral segment 82. The flanges 94 can be attached to the chamber in the engine room.

[0039] Несмотря на то, что изобретение было описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления, следует понимать, что изобретение не должно быть ограничено раскрытым вариантом осуществления, но, напротив, предназначено для охвата различных модификаций и эквивалентных конструкций, находящихся в пределах сущности и объема приложенной формулы изобретения.[0039] Although the invention has been described in connection with what is currently considered the most practical and preferred embodiment, it should be understood that the invention should not be limited to the disclosed embodiment, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent structures within the spirit and scope of the appended claims.

Claims

1. The spiral chamber of a hydraulic turbine containing

many spiral segments defining the boundaries of the channel for directing fluid entering the chamber to the impeller in the turbine, the spiral segment extending at least partially around the impeller and having an inner periphery defining the boundaries of the hole for receiving the impeller, the cross-sectional areas of the spiral segments gradually decrease from the input segment from the spiral segments to the last segment from the spiral segments, with each of the spiral segments comrade includes a gap aligned with the openings and cross-sections of the spiral segment does not match the circular cross section;

an inlet segment defining the boundaries of the channel for receiving fluid passing into the spiral segments, wherein the inlet segment has a circular cross section; and

a transition segment connecting the input segment to one of the spiral segments and defining the boundaries of the channel for directing fluid passing from the input segment to the spiral segments, while the transition segment has a non-circular cross section at least along part of its length, while sections of the transition segment include cross-sections having a height dimension that exceeds a width dimension.

2. The spiral chamber according to claim 1, in which the axis of the input segment is inclined with respect to the axis of the transition segment.

3. The spiral chamber according to claim 2, in which the axis of the input segment forms an angle in the range from 5 to 40 degrees relative to the axis of the transition segment.

4. The spiral chamber according to claim 1, in which the axis of the input segment is coaxial with respect to the axis of the transition segment.

5. The spiral chamber according to claim 1, in which the input segment is offset laterally to the axis of rotation of the turbine.

6. The spiral chamber according to claim 1, in which the cross-sections of the spiral segment have at least partially one of elliptical, parabolic and hyperbolic forms.

7. The spiral chamber according to claim 1, in which the cross sections of the transition segment include a circular cross section near the input segment.

8. The spiral chamber of a hydraulic turbine containing

a set of spiral segments connected end-to-end to form a channel for directing water entering the spiral chamber to the impeller in a hydraulic turbine, while the set of spiral segments defines the boundaries of the inner hole formed with a configuration that allows the reception of multiple blades and impeller hydraulic turbines, and each spiral segment in the kit has a gap aligned with the inner hole and has a non-circular cross-sectional shape Nia;

an input segment defining the boundaries of the channel for receiving water passing into the set of spiral segments, while the input segment has a circular cross section along the entire length of the input segment; and

a transition segment connecting the input segment with a set of spiral segments and defining the boundaries of the channel for directing water passing from the input segment to the set of spiral segments, while the transition segment has a non-circular cross section at least along part of the length of the transition segment, the cross sections of the transition segment include cross sections having a height dimension that exceeds a width dimension.

9. The spiral chamber of claim 8, in which the spiral segment in the kit has a smaller diameter compared to the previous spiral segment in the kit.

10. The spiral chamber of claim 8 or 9, in which the axis of the input segment is inclined with respect to the axis of the transition segment.

11. The spiral chamber of claim 10, in which the axis of the input segment forms an angle in the range from 5 to 40 degrees relative to the axis of the transition segment.

12. The spiral chamber of claim 8, in which the axis of the input segment is coaxial with respect to the axis of the transition segment.

13. The spiral chamber of claim 8, in which the input segment is offset laterally to the axis of rotation of the turbine.

14. The spiral chamber of claim 8, in which the cross sections of the spiral segment have at least partially one of elliptical, parabolic and hyperbolic forms.

15. The spiral chamber of claim 8, in which the cross sections of the transition segment include a circular cross section near the input segment.

16. The spiral chamber of claim 8, in which each of the many spiral segments includes a blade in the gap of the segment.

17. The spiral chamber of claim 8, containing a reflective plate that connects a set of spiral segments to the side wall of the input segment.