1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 29674
(51) F03B 13/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2013/1498.1
(22) 05.11.2013
(45) 16.03.2015, бюл. №3
(72) Есполов Тлектес Исабаевич; Яковлев Александр
Александрович; Саркынов Ербол; Асанбеков
Бакдаулет Абибуллаевич; Малау Рахима
Сулеймановна; Баймаганбетова Махаббат Орынбаевна
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный аграрный университет" Министерства
образования и науки Республики Казахстан
(56) Яковлев А.А., Саркынов Е., Погуляев А.Д.,
Асанбеков Б.А. Теоретические исследования
гидротурбинного способа водоподъема из водотоков /
Проблемы инновационного и конкурентоспособного
развития агроинженерной науки на современном
этапе. Материалы международной научно-
практической конференции. Часть 2. Алматы, изд-во
КазНАУ, 2008, с.279-284.
KZ 17789 A, 15.09.2006
WO 2009/086593 A1, 16.07.2009
RU 2459109 C2, 20.08.2012
(54) ГИДРОТУРБИННАЯ НАСОСНАЯ
УСТАНОВКА
(57) Гидротурбинная насосная установка
Изобретение относится к области
насосостроения, в частности, к конструкциям
насосных установок, использующих энергию текучей
среды, например, воды в водотоках, которая за счёт
применения гидротурбины преобразуется в
механическую энергию, крутящий момент которой
передаётся на вал колеса насоса, создающего
необходимую подачу и напор воды и обеспечивающих
её подъём на большую высоту.
Техническим результатом изобретения является
улучшение энергетических показателей насосной
установки и увеличение диапазона ее использования
по геометрическому напору.
Это достигается тем, что в гидротурбинной
насосной установке (Фиг.1), состоящей из
гидротурбинной 1, насосной 2 и удерживающей 3
частей: гидротурбинная часть 1 - из корпуса 4 с
приемным фильтром 5, рабочего колеса 6 турбины с
приводным валом 7, вращающимся в подшипниках
скольжения, крышек входной 8 и выходной 9,
приёмного переходника 10, зубчатых колёс 11 и 12 и
промежуточного вала 13; насосная часть 2 - из
центробежного насоса 14, включающего рабочие
колеса 15 с приводным валом 16, направляющих 17,
корпуса 18 с всасывающим 19 и нагнетательным 20
патрубками и крышек торцевой 21 и глухой 22, на
нагнетательном патрубке 20 корпуса 18 установлен
рукав 23 с вентилем 24, на всасывающем патрубке -
приемный фильтр совмещённый с приёмным
переходником 10, а вал 16 рабочего колеса 15
вращается в подшипниках скольжения с приводом от
вала 7 турбины 1, приемный фильтр гидротурбинной
части выполнен из входного конуса с фильтром 25 и
двух трубных патрубков 26 и 27 Z-образной формы,
соединенных фланцево 28 с фильтром 25 и корпусом 4
гидротурбины с возможностью регулирования по
высоте и ширине его расположения в виде
телескопического соединения между собой двух
трубных патрубков 26 и 27 и фланцевого соединения
его крепления при помощи пазовых отверстий 29 по
диаметру с корпусом 4 гидротурбины, а в зависимости
от условий применения насосной установки,
например, для арычной системы, входной конус с
фильтром 25 выполнен разъёмным и непосредственно
соединяется с корпусом 4 турбинной части 1, при этом
входной конус с фильтром 25 снабжен рамой-щитом 3
для увеличения подпора воды в водотоке перед
приёмной частью и одновременного удержания
насосной установки в водотоке и выполненной,
например, разъёмной в виде усечённой призмы по
профилю лотков арычной системы; рабочее колесо 6
турбины с приводным валом 7 выполнено с лопатками
31, расположенными под углом 45° к оси вала 7 и
плавным переходом их боковой симметричной
поверхности 32, направленных противоположно друг к
другу и жёстко соединённых с валом 7 рабочего
колеса 6; насосная часть выполнена, например, из
центробежного насоса 14, вал 16 рабочих колёс 15
которого приводится во вращательное движение от
вала 7 гидротурбины 1 через, например, снабжённые
две пары одинаковых зубчатых колёс 11 и 12,
размещённых в приёмном переходнике 10 и
вращающихся на валах 7 рабочего колеса 6 турбины,
рабочих колёс 15 насоса и промежуточного вала 13 в
подшипниках скольжения 33.
(19)KZ(13)B(11)29674
2. 29674
2
Изобретение относится к области
насосостроения, в частности, к конструкциям
насосных установок, использующих энергию
текучей среды, например, воды в водотоках, которая
за счёт применения гидротурбины преобразуется в
механическую энергию, крутящий момент которой
передаётся на вал колеса насоса, создающего
необходимую подачу и напор воды и
обеспечивающих её подъём на большую высоту.
Известна насосная установка с использованием
гидроэнергии водотоков с активным рабочим
органом - роторно-пластинчатого типа (Иванов В.Г.,
Культяпов С.Ю. Повышение эффективности
безмоторного водоподъёмника роторно-
пластинчатого типа / Энергообеспечение и
энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 4-ой
Международной научно-практической
конференции. Часть 3. Энергосберегающие
технологии в животноводстве и стационарной
энергетике. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004, с.388- 394),
состоящая из роторно-пластинчатого насоса с
впускным, сливным и нагнетательным патрубками.
Впускной патрубок через питающий трубопровод
соединён с водоисточником, имеющим
геометрический напор, сливной патрубок через
сливной трубопровод - со сливной ёмкостью, а
нагнетательный патрубок через обратные клапаны -
со сливной ёмкостью и водоподающим
трубопроводом.
Принцип работы насосной установки роторно-
пластинчатого типа основан на приводе ротора во
вращательное движение от давления движущейся
воды на его лопатки и нагнетания части воды в
водоподъемный трубопровод с одновременным
подсосом воды за счёт разряжения в сливной
ёмкости.
Недостатком известной насосной установки
является малый диапазон её использования из-за
необходимости выбора естественных условий, при
которых место расположения насосной установки
по отношению к водотоку должно иметь
геометрический перепад высот необходимой
величины, требует дополнительной сливной
ёмкости, сложен в конструктивном исполнении.
Причиной недостатка является конструкция
насосной установки.
Известна гидротурбинная насосная установка
(Яковлев А.А., Саркынов Е., Погуляев А.Д.,
Асанбеков Б.А. Теоретические исследования
гидротурбинного способа водоподъёма из
водотоков / Проблемы инновационного и
конкурентоспособного развития агроинженерной
науки на современном этапе: Материалы
Международной научно-практической
конференции. Часть 2 - Алматы: КазНАУ, 2008,
с.279-284), состоящая из гидротурбинной, насосной
и удерживающей частей: гидротурбинная часть - из
корпуса с приемным фильтром, рабочего колеса
турбины с приводным валом, вращающимся в
подшипниках скольжения; насосная часть - из
центробежного насоса, включающего рабочие
колеса с приводным валом, направляющих, корпуса
с всасывающим и нагнетательным патрубками и
крышек торцевой и глухой, на нагнетательном
патрубке установлен рукав с вентилем, а на
всасывающем патрубке - приемный фильтр, вал
рабочего колеса вращается в подшипниках
скольжения и его привод от вала турбины
осуществляется посредством муфты; а
удерживающая часть – из рамы-пантона, на которой
крепятся турбинная и насосные части, тяги гибкой и
удерживающего груза, соединённых между собой.
Недостатком данной гидротурбинной насосной
установки является отсутствие дополнительного
подпора воды в водотоке перед приёмной частью,
регулирование приёмной части в горизонтальном и
вертикальном направлениях, нет надёжного
удержания насосной установки в водотоке и не
достаточно эффективно используются скоростной и
геометрический напоры. Причиной недостатка
является конструкция гидротурбинной насосной
установки.
Задачей изобретения является создание
гидротурбинной насосной установки с
улучшенными энергетическими показателями и
увеличенным диапазоном ее использования по
геометрическому напору.
Технический результат достигается тем, что в
гидротурбинной насосной установке, состоящей из
гидротурбинной, насосной и удерживающей частей:
гидротурбинная часть - из корпуса с приемным
фильтром, рабочего колеса турбины с приводным
валом, вращающимся в подшипниках скольжения;
насосная часть - из центробежного насоса,
включающего рабочие колеса с приводным валом,
направляющих, корпуса с всасывающим и
нагнетательным патрубками и крышки, на
нагнетательном патрубке корпуса установлен рукав
с вентилем, на всасывающем патрубке - приемный
фильтр, а вал рабочего колеса вращается в
подшипниках скольжения с приводом от вала
турбины, приемный фильтр гидротурбинной части
выполнен из входного конуса с фильтром и двух
трубных патрубков Z-образной формы,
соединенных фланцево с фильтром и корпусом
гидротурбины с возможностью регулирования по
высоте и ширине его расположения в виде
телескопического соединения между собой двух
трубных патрубков и фланцевого соединения его
крепления при помощи пазовых отверстий по
диаметру с корпусом гидротурбины, а в
зависимости от условий применения насосной
установки, например, для арычной системы,
входной конус с фильтром выполнен разъёмным и
непосредственно соединяется с корпусом турбинной
части, при этом входной конус с фильтром снабжен
рамы-щитом для увеличения подпора воды в
водотоке перед приёмной частью и одновременного
удержания насосной установки в водотоке; рабочее
колесо турбины с приводным валом выполнено с
лопатками, расположенными под углом 45° к оси
вала и плавным переходом их боковой
симметричной поверхности, направленных
противоположно друг к другу и жёстко
соединённых с валом рабочего колеса; насосная
часть выполнена, например, из центробежного
3. 29674
3
насоса, вал рабочих колёс которого приводится во
вращательное движение от вала гидротурбины
через, например, снабжённые две пары одинаковых
зубчатых колёс, размещённых в приёмном
переходнике и вращающихся на валах рабочего
колеса турбины, рабочих колёс насоса и
промежуточного вала в подшипниках скольжения, а
корпус турбины на выходной его части снабжён
сливными отверстиями в виде радиально
расположенных по диаметру пазов.
Удерживающая часть состоит из рамы - щита
съемной конструкцией, установленной на приемной
части фильтра.
Выполнение приемного фильтра гидротурбинной
части из входного конуса с фильтром и двух
трубных патрубков Z-образной формы,
соединенных фланцево с фильтром и корпусом
гидротурбины с возможностью регулирования по
высоте и ширине его расположения в виде
телескопического соединения между собой двух
трубных патрубков и фланцевого соединения его
крепления при помощи пазовых отверстий по
диаметру с корпусом гидротурбины, а в
зависимости от условий применения насосной
установки, например, для арычной системы,
выполнение входного конуса с фильтром
разъёмным и непосредственно соединяемым с
корпусом турбинной части, и снабжение при этом
входного конуса с фильтром рамы-щитом для
увеличения подпора воды в водотоке перед
приёмной частью и одновременного удержания
насосной установки в водотоке, позволяют на
коротком участке водотока использовать
необходимый для технологического процесса
геометрический перепад высот, эффективно
использовать скоростной и геометрический напоры,
способствующие увеличению диапазона
использования по геометрическому напору.
Выполнение рабочего колеса турбины с
приводным валом с лопатками, расположенными
под углом 45° к оси вала и плавным переходом их
боковой симметричной поверхности, направленных
противоположно друг к другу и жёстко
соединённых с валом рабочего колеса; выполнение
насосной части, например, из центробежного
насоса, вал рабочих колёс которого приводится во
вращательное движение от вала гидротурбины
через, например, снабжённые две пары одинаковых
зубчатых колёс, размещённых в приёмном
переходнике и вращающихся на валах рабочего
колеса турбины, рабочих колёс насоса и
промежуточного вала в подшипниках скольжения, а
также снабжение корпуса на выходной его части
сливными отверстиями в виде радиально
расположенных по диаметру пазов, приводят к
улучшению энергетических показателей:
увеличению напора, подачи, полезной мощности и
КПД гидротурбинной насосной установки. Для
расширения области применения насосной
установки - в арычной системе по озеленению
городских территорий, рама-щит, например,
выполнена в виде усечённой призмы по профилю
лотков арычной системы.
Таким образом, заявленная группа признаков
обеспечивает повышение энергетических
показателей гидротурбинной насосной установки и
увеличение диапазона ее использования по
геометрическому напору.
Сущность изобретения поясняется чертежами,
где на фиг.1 показана схема гидротурбинной
насосной установки, а на фиг.2 - размещение
приемного фильтра гидротурбинной части с рамой-
щитом в водотоке.
Гидротурбинная насосная установка состоит из
гидротурбинной 1, насосной 2 и удерживающей 3
частей: гидротурбинная часть 1 - из корпуса 4 с
приемным фильтром 5, рабочего колеса 6 турбины с
приводным валом 7, вращающимся в подшипниках
скольжения, крышек входной 8 и выходной 9,
приёмного переходника 10, зубчатых колёс 11 и 12
и промежуточного вала 13; насосная часть 2 - из
центробежного насоса 14, включающего рабочие
колеса 15 с приводным валом 16, направляющих 17,
корпуса 18 с всасывающим 19 и нагнетательным 20
патрубками и крышек торцевой 21 и глухой 22, на
нагнетательном патрубке 20 корпуса 18 установлен
рукав 23 с вентилем 24, на всасывающем патрубке -
приемный фильтр совмещённый с приёмным
переходником 10, а вал 16 рабочего колеса 15
вращается в подшипниках скольжения с приводом
от вала 7 турбины 1, приемный фильтр
гидротурбинной части выполнен из входного конуса
с фильтром 25 и двух трубных патрубков 26 и 27
Z-образной формы, соединенных фланцево 28 с
фильтром 25 и корпусом 4 гидротурбины с
возможностью регулирования по высоте и ширине
его расположения в виде телескопического
соединения между собой двух трубных патрубков
26 и 27 и фланцевого соединения его крепления при
помощи пазовых отверстий 29 по диаметру с
корпусом 4 гидротурбины, а в зависимости от
условий применения насосной установки, например,
для арычной системы, входной конус с фильтром 25
выполнен разъёмным и непосредственно
соединяется с корпусом 4 турбинной части 1, при
этом входной конус с фильтром 25 снабжен рамой-
щитом 3 для увеличения подпора воды в водотоке
перед приёмной частью и одновременного
удержания насосной установки в водотоке и на
поверхности опорой 30; рабочее колесо 6 турбины с
приводным валом 7 выполнено с лопатками 31,
расположенными под углом 45° к оси вала 7 и
плавным переходом их боковой симметричной
поверхности 32, направленных противоположно
друг к другу и жёстко соединённых с валом 7
рабочего колеса 6; насосная часть выполнена,
например, из центробежного насоса 14, вал 16
рабочих колёс 15 которого приводится во
вращательное движение от вала 7 гидротурбины 1
через, например, снабжённые две пары одинаковых
зубчатых колёс 11 и 12, размещённых в приёмном
переходнике 10 и вращающихся на валах 7 рабочего
колеса 6 турбины, рабочих колёс 15 насоса и
промежуточного вала 13 в подшипниках
скольжения 33, а корпус 4 на выходной его части
4. 29674
4
снабжён сливными отверстиями в виде радиально
расположенных по диаметру пазов 34.
Гидротурбинная насосная установка работает
следующим образом. Поток воды через приемный
фильтр 5 гидротурбинной части 1, погруженный в
водоток, поступает за счёт геометрического напора
Нг (от перепада высот погружения), создания
дополнительного подпора воды в водотоке Нп
рамой-щитом 3 и скоростного напора (от скорости
движения воды) по трубопроводу приёмного
фильтра 5, поступает в корпус 4 и, распределяясь
порциями, действует за счет силы энергии воды на
лопатки 31 рабочего колеса 6 турбины, приводя ее
во вращательное движение, которая через вал 7 и
две пары зубчатых колес 11 и 12 приводит во
вращательное движение рабочие колеса 15
центробежного насоса 14. Отработанная вода из
гидротурбины свободно выходит через пазовые
отверстия 34 корпуса, отверстий выходной крышки
9 и отверстий приёмного переходника 10. Вода из
приёмного переходника 10 через приемный фильтр
18 всасывающего патрубка 19 корпуса насоса
засасывается во внутреннее отверстие рабочего
колеса 15 насоса и своими лопатками 31 через
направляющие 17 нагнетается в нагнетательный
патрубок 20 корпуса, а при открытии вентиля 24
вода через рукав 23 поступает потребителю. При
закрытии вентиля 24, подача воды прекращается,
однако насосная установка работает, создавая
максимальный напор в нагнетательном патрубке 20
корпуса насоса, а при последующем открытии
вентиля 24 процесс подачи воды потребителю
продолжается.
Таким образом, предлагаемая конструкция
гидротурбинной насосной установки обеспечивает
повышение энергетических показателей и
увеличение диапазона её использования по
геометрическому напору.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Гидротурбинная насосная установка,
состоящая из гидротурбинной, насосной и
удерживающей частей: гидротурбинная часть - из
корпуса с приемным фильтром, рабочего колеса
турбины с приводным валом, вращающимся в
подшипниках скольжения, входной и выходной
крышек, приёмного переходника, зубчатых колёс;
насосная часть - из центробежного насоса,
включающего рабочие колеса с приводным валом,
направляющих, корпуса с всасывающим и
нагнетательным патрубками и торцевой и глухой
крышек, на нагнетательном патрубке корпуса
установлен рукав с вентилем, на всасывающем
патрубке - приемный фильтр, совмещённый с
приёмным переходником, а вал рабочего колеса
вращается в подшипниках скольжения с приводом
от вала турбины, отличающаяся тем, что
приемный фильтр гидротурбинной части выполнен
из входного конуса с фильтром и двух трубных
патрубков Z-образной формы, соединенных
фланцево с фильтром и корпусом гидротурбины с
возможностью регулирования по высоте и ширине
его расположения в виде телескопического
соединения между собой двух трубных патрубков и
фланцевого соединения его крепления при помощи
пазовых отверстий по диаметру с корпусом
гидротурбины, при этом входной конус с фильтром
снабжен рамой-щитом для увеличения подпора
воды в водотоке перед приёмной частью и
одновременного удержания насосной установки в
водотоке; рабочее колесо турбины с приводным
валом выполнено с лопатками, расположенными
под углом 45° к оси вала и плавным переходом их
боковой симметричной поверхности,
направленными противоположно друг к другу и
жёстко соединёнными с валом рабочего колеса.
2. Насосная установка по п.1, отличающаяся
тем, что корпус гидротурбины на выходной его
части снабжён сливными отверстиями в виде
радиально расположенных по диаметру пазов.
