Документ описывает инновационный патент в области гидроэнергетики, предлагающий улучшение конструкции гидроагрегата. Основное нововведение заключается в использовании дополнительного уплотнения для сальника подшипника, состоящего из лабиринтовых ячеек и накопителя воды, что предотвращает попадание влаги на подшипник и обеспечивает надежность работы генератора. Это улучшение позволяет повысить эффективность и безопасность работы гидротурбин.

1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28725
(51) F03B 13/00 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0470.1
(22) 11.04.2013
(45) 15.07.2014, бюл. №7
(72) Кошумбаев Марат Булатович; Боканов Болат
Бауржанович; Квасов Петр Андреевич; Мырзакулов
Бахытжан Куралбаевич; Ержан Асем Ануаркызы
(73) Кошумбаев Марат Булатович; Боканов Болат
Бауржанович; Квасов Петр Андреевич; Мырзакулов
Бахытжан Куралбаевич; Ержан Асем Ануаркызы;
Акционерное общество "Казахский научно-
исследовательский институт энергетики им.
академика Ш.Ч. Чокина"
(56) RU №2372538, 2009
(54) ГИДРОАГРЕГАТ
(57) Изобретение позволяет повысить надежность и
эффективность работы гидроагрегата путем
устранения попадания воды на подшипник,
расположенный на входе в гидротурбину, устраняет
влажность окружающей среды для гидротурбины.
Дополнительное уплотнение для сальника
подшипника состоит из лабиринтовых ячеек и
накопителя воды.
(19)KZ(13)A4(11)28725

2. 28725
2
Изобретение относится к гидроэнергетике и
может быть использовано в устройствах для
преобразования энергии движения воды в
электрическую энергию.
Известна конструкция прямоточной поворотно-
лопастной гидротурбины /А.с. СССР №128378.
Прямоточная поворотно-лопастная гидротурбина,
Бугрин С.К., Каган М.Л., Стеклов М.Л., опубл. В БИ
№9, 1960./, состоящая из рабочего колеса, лопастей,
горизонтального вала турбины, вертикального вала
ротора, подшипников, генератора. Соединение вала
горизонтальной прямоточной гидротурбины с валом
вертикального генератора производится при
помощи универсального шарнира, представляющего
собой двойной, кардан Гука. Использование этого
способа позволяет вынести генератор с его
вспомогательными механизмами из проточной части
гидротурбины. Однако, при больших оборотах
вращения гидротурбины возможны поломки
двойного кардана из-за трения между узлами. Это
усугубляется тем, что лопасти крепятся на рабочем
колесе только с одной стороны, т.е. находятся в
консольном положении и испытывают от потока
нагрузку, направленную перпендикулярно
поверхности и имеющую момент вращения с плечом
равную длины лопасти. Такая нежелательная
нагрузка вызывает вибрацию турбины, что также
связана с кавитацией лопастей, которые
представляют собой плохо обтекаемое тело.
Вертикальный вал генератора также имеет
консольное крепление, поэтому испытывает
большие перегрузки и в связи с этим изготовляется
из металла большой прочности.
Ликвидировать консольное положение вала
генератора и вибрацию турбины представляется
возможным у прямоточных гидроагрегатов
/Предварительный патент №13064 KZ.
Гидротурбина. Кошумбаев М.Б. Опубл. 15.05.2003,
бюл. №5./, где турбина выполнена в виде
цилиндрической трубы, внутри которой
расположены плавно обтекаемые пластины. Одной
стороной пластины прикреплены к внутренней
стороне трубы, а другой соединяются с другими
пластинами вдоль оси трубы. Ротор генератора
размещен на внешней стороне трубы и сверху
накрывается неподвижным цилиндром статора
генератора. Труба устанавливается на напорном
участке водовода и соединено с ним подшипниками
и сальниками. Конструкция имеет ряд преимуществ
по сравнению с вертикальным генератором
прямоточной гидротурбины: увеличение оборотов
турбины за счет улучшения обтекания лопастей;
устойчивая и надежная работа подшипников.
Однако при больших оборотах гидротурбины
возникает течь из сальника на входной части
турбины и вода попадает в подшипник. Наличие
воды и повышенной влажности могут негативно
влиять не только на безопасную работу
подшипника, но и на выработку электроэнергии и
состояние генератора.
Целью предлагаемого изобретения является
повышение надежности работы агрегата за счет
использования дополнительного уплотнителя для
сальника подшипника, расположенного на входной
части прямоточной гидротурбины.
Поставленная цель достигается тем, что
устраняется течь воды из сальника подшипника,
расположенного на входной части турбины,
посредством выполнения дополнительного
уплотнения из лабиринтовых ячеек и накопительной
камеры для воды, которая удаляется из нее
отводящей трубкой. Вода, попадая в данную камеру,
удаляется из нее через трубку, не доходя до
подшипника.
Отличительные признаки предлагаемой
конструкции по сравнению с прототипом:
- сальник имеет дополнительное уплотнение;
- дополнительное уплотнение представляет собой
лабиринтовые ячейки и камеру для сбора воды;
- камера для сбора воды имеет отводящую
трубку, по которой вода удаляется из
дополнительного уплотнения.
Существует уплотнительное кольцо для сальника
/Патент РФ №2372538. Уплотнительное кольцо для
сальника. Епишов А.П. и Клепцов И.П. Опубл.
10.11.2009./, которое образовано путем навивки
ленты из фольги расширенного графита,
содержащей непрерывные канавки, расположенные
на каждой поверхности ленты между канавками
противоположной поверхности ленты и глубиной не
более половины толщины ленты, и плакирующего
слоя на вышеуказанном кольце, образованного
лентой пористого политетрафторэтилена,
намотанной по спирали вокруг вышеуказанного
навитого кольца, при этом каждый следующий
виток спирали ленты пористого
политетрафторэтилена частично перекрывает
предшествующий ему виток спирали. Основное
назначение уплотнительного кольца - защита от
пыли и работает при малых давлениях. Таким
образом, сходный признак в известном решении
отличается конструктивно и служит решению иной
задачи.
Составные части в предлагаемой конструкции
кроме криволинейных пластин, находятся вне
напорного водовода, что обеспечивает
определенные удобства при его эксплуатации,
упрощение конструкции и надежность его работы.
Дополнительное уплотнение размещается рядом с
подшипником, что позволяет уменьшить трение
материала уплотнителя (набивки) подшипника, т.к.
вода не достигает подшипника, т.е. обеспечивается
новый технический эффект.
Других технических решений со сходными
признаками не обнаружено. Использование
указанных отличительных признаков обеспечивает
достижение цели: устраняется попадание воды на
подшипник. Вода просачивается между подводящим
водоводом и гидротурбиной и попадает в лабиринт
между стенками, закрепленных на неподвижной
поводящей трубе и на внутренней стенке трубы
гидротурбины. При вращении турбины вращаются
закрепленные стенки относительно стенок внутри
поводящего канала и создаю лабиринтовые ячейки,
в которых создаются вихревое движение воды, что
уменьшает попадание воды в накопительную

3. 28725
3
камеру. Небольшое количество воды, которое
попадает в накопитель воды, удаляется из него через
трубку отвода воды, установленный с нижней
стороны дополнительного уплотнителя. Применение
предлагаемого дополнительного уплотнителя
сальника устраняет попадание воды на подшипник и
обеспечивает надежность его работы, а также
повышает надежность работы генератора за счет
снижения влажности воздуха рядом с генератором.
Таким образом, предлагаемое техническое
решение соответствует критериям «новизна»,
«существенные отличия» и «положительный
эффект».
На фиг.1 приведена предлагаемая конструкция
гидроагрегата, где 1 - подводящий водовод; 2 -
подшипник; 3 - турбина в виде полой трубы; 4 -
криволинейные пластины, описываемые
логарифмической зависимостью; 5 - ротор
генератора; 6 - статор генератора; 7 - отводящий
водовод; 8 - дополнительное уплотнение сальника.
На фиг.2 показана сечение нижней части
дополнительного уплотнителя, где 9 - стенки
лабиринта, закрепленные на неподвижной
подводящей трубе; 10 стенки лабиринта,
закрепленные на трубе гидротурбины; 11 -
лабиринтовые ячейки; 12 - накопитель воды; 13 -
сжимающая шайба; 14 - уплотнитель; 15 - трубка
отвода воды; 16 - поддерживающая стенка
подшипника.
Подводящий 1 и отводящий 7 водоводы
соединяются с турбиной 3 посредством
подшипников 2 и дополнительного уплотнения 8.
Пластины 4 одним ребром крепятся на внутренней
стороне турбины 3, а другим ребром соединяются
между собой вдоль оси турбины. На турбину с
внешней стороны крепится ротор 5, который будет
иметь угловую скорость при вращении турбины.
Статор 6 представляет собой неподвижный цилиндр,
внутри которого вращается ротор.
Устройство работает следующим образом.
Поток, двигаясь по подводящему водоводу 1,
поступают в турбину 3, в нижнем бьефе.
Воздействуя на пластины 4 турбины, поток вращает
турбину вокруг своей оси относительно водовода.
Вращение турбины возможно из-за ее соединения с
неподвижным водоводом с помощью подшипников
2. Из турбины поток поступает в отводящий водовод
7. При движении воды из подводящего водовода 1 в
турбину 3 появляется течь воды между их стыком.
Для устранения попадания воды на подшипник
создаются лабиринтовые ячейки 11, которые
образуются с помощью стенок 9, закрепленные на
неподвижном подводящем водоводе 1, и стенок 10,
закрепленные на внутренней стенке трубы
гидротурбины 3. В случае проникновения воды
через лабиринт ячеек 11 вода поступает в
накопитель воды 12, который разделен с
подшипником с помощью сжимающей шайбы 13 и
уплотнителя 14. Подшипник 2 находится между
уплотнителем 14 и поддерживающей стенкой 16.
Вода, попадая в накопитель 12, за счет
центробежной силы удаляется из нее через трубку
отвода воды 15, что устраняет попадание воды через
сжимающую шайбу 13 и уплотнитель 14 на
подшипник 2.
Внедрение предлагаемой конструкции
целесообразно для проектируемых, строящихся и
существующих станциях. Дело в том, что
практически на любой гидротурбине имеются
сальники и подшипники. На сальниках
подшипников можно установить предлагаемую
конструкцию дополнительного уплотнителя.
Эффективность данной конструкции проявляется
особенно для микро - и малых ГЭС в виду
несложной конструкции, надежной работы и
экологически безвредного его использования.
Предлагаемое решение позволяет повысить
безопасность работы генератора и увеличить
мощность ГЭС до расчетного на существующем
напоре и расходе потока воды. При этом
повышается надежность работы турбины ГЭС, ее
эксплуатационные характеристики.
Технико-экономическая эффективность
предложенного решения заключается в обеспечении
надежности агрегата для различных по мощности
ГЭС, в улучшении работы подшипников, снижение
влажности воздуха для генератора.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Гидроагрегат, содержащий турбину, лопасти,
генератор, подводящий и отводящий водоводы,
сальники и подшипники, отличающийся тем, что
сальники подшипника снабжены дополнительным
уплотнением, которое состоит из лабиринтовых
ячеек и накопителя воды.
2. Гидроагрегат по п.1, отличающийся тем, что
лабиринтовые ячейки образованы стенками,
закрепленные на внутренней стенке подводящей
трубы и внутренней стенки трубы гидротурбины.

4. 28725
4
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч