Download to read offline
More Related Content
29674p
- 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 кобласти 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 рабочихколёс 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 отверстиямив 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.
- 5. 29674 5 Верстка А. Сарсекеева КорректорК. Нгметжанова