Способ получения рабочего тела для гидротурбины и установка для его осуществления

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА ДЛЯ ГИДРОТУРБИНЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Манкевич Эдуард Александрович(72) Автор Манкевич Эдуард Александрович(73) Патентообладатель Манкевич Эдуард Александрович(56) ОСИПОВ П.Е. Гидравлика и гидравлические машины. - М. Лесная промышленность, 1965. - С. 273-274. ДОЛГАЧЕВ Ф.М. и др. Основы гидравлики и гидропривод. - М. Издательство литературы по строительству,1970. - С. 90-91.2002109568 , 2003.7754 1, 2006.(57) 1. Способ получения рабочего тела для гидротурбины, при котором поток рабочей жидкости от насоса разветвляют на отдельные потоки, каждый из которых в качестве рабочей жидкости подают в кольцевые сопла соплового аппарата и формируют полые конически сходящиеся струи таким образом, что как внутренняя поверхность струй, так и наружная контактируют с окружающей средой с образованием одной общей и по одной 12476 1 2009.10.30 смежной с общей для всех потоков области разрежения первичного увеличения объема и ряда других областей разрежения, последовательно расположенных в стороны от общей и смежных с ней областей разрежения, подводят к общей и смежным областям разрежения из дополнительных источников жидкость и обеспечивают всасывание ее в полученные области разрежения, смешивание с потоком рабочей жидкости и преобразование кинетической энергии каждого полученного суммарного потока рабочей жидкости в потенциальную энергию, направляют потоки рабочей жидкости в последующие для каждого потока области разрежения, в которых многоступенчато потоком рабочей жидкости от насоса разгоняют до требуемой скорости и направляют в кольцевые сопла вторичного увеличения объема потоков жидкости, где формируют цилиндрические полые кольцевые струи, которые, контактируя с окружающей средой одновременно своими внутренними и наружными поверхностями, образуют по две области разрежения, в которые обеспечивают всасывание жидкости из дополнительных источников, ее смешивание с потоком рабочей жидкости и преобразование энергий, при этом весь объем полученных и разогнанных до требуемой скорости потоков первичного увеличения объема потоков используют в качестве рабочей жидкости для вторичного увеличения объема, полученные потоки объединяют, закольцовывая общей гидролинией, и направляют в гидравлические тараны, в которых энергией гидравлического удара увеличивают давление рабочей жидкости до требуемых значений, осуществляют сбор полученных в гидротаранах высоконапорных потоков жидкости в общую гидросистему высокого давления для возможности направления на лопатки гидротурбины для привода ее в действие и связанных с ней электрогенераторов. 2. Установка для получения рабочего тела для гидротурбины способом по п. 1, содержащая сопловой аппарат, выполненный многоветвевым, а каждая ветвь выполнена многоступенчатой и включает ступень первичного увеличения объема потока рабочей жидкости, ступень разгона полученного увеличенного объема потока рабочей жидкости до требуемой скорости, ступень вторичного увеличения объема потока рабочей жидкости и ступень увеличения давления всего полученного объема потока рабочей жидкости до требуемых значений, при этом ступень первичного увеличения объема потока рабочей жидкости выполнена в виде содержащего цилиндры блока, расчлененного на центральное кольцо, общее для всех ветвей соплового аппарата, и смежные с центральным последовательно расположенные друг за другом кольца и цилиндры, каждый из которых снабжен соединительными фланцами, между которыми установлены дополнительные фланцы,частично входящие внутрь колец и цилиндров на расчетную глубину, и к которым присоединены усеченные конусы различной длины с общим углом наклона и сопряженные так между собой, что образуют кольцевые конически сходящиеся сопла, направленные своими меньшими основаниями в противоположные стороны и в стороны движения потоков рабочей жидкости с образованием за счет разницы в длине конусов в пространстве между фланцами конусов, их наружными поверхностями и внутренними поверхностями колец замкнутых областей высокого давления, имеющих возможность сообщения с полостями кольцевых конически сходящихся сопел и с атмосферой через патрубки, закрепленные на наружных поверхностях колец, против каждого сопла установлены конфузоры с горловинами, переходящими в диффузоры, сопряженные с дополнительными фланцами,которые соединены с фланцами цилиндров каждой ветви соплового аппарата, переходящих в напорные трубопроводы ступень разгона полученного увеличенного объема потока рабочей жидкости герметично соединена со ступенью первичного увеличения объема потока рабочей жидкости и выполнена в виде одного или нескольких полублоков, включающих те же конструктивные элементы, что и блок ступени первичного увеличения объема потока рабочей жидкости, при этом в полублоке вершины конически сходящихся сопел направлены в стороны движения потоков рабочей жидкости, а для обеспечения взаимодействия обеих поверхностей полых кольцевых конически сходящихся струй с окружающей средой напорный трубопровод каждого полублока снабжен дополнительными 2 12476 1 2009.10.30 наружными трубопроводами для соединения с образующимися в процессе работы областями разрежения ступень вторичного увеличения объема потока рабочей жидкости каждой ветви выполнена в виде блока, включающего кольцевое сопло, состоящее из заглушенных с одной стороны коаксиально расположенных цилиндров, соединенных своей цилиндрической частью с напорным трубопроводом ступени разгона полученного увеличенного объема потока рабочей жидкости и входящих своим открытым сопловым торцом в полость сферического кольцевого элемента разрежения, переходящего в сужающееся кольцевое сопло - горловину, сопряженную с расширяющимся кольцевым соплом-диффузором, переходящим в напорный трубопровод кроме этого, общее для всех ветвей центральное кольцо, цилиндры ступени первичного увеличения объема потока рабочей жидкости и ступени разгона полученного увеличенного объема потока рабочей жидкости и сферический кольцевой элемент разрежения блока ступени вторичного увеличения объема потока рабочей жидкости снабжены всасывающими трубами-зумпфами для сообщения образующихся в процессе работы областей разрежения с атмосферой ступень увеличения давления всего полученного объема потока рабочей жидкости включает систему параллельно действующих гидравлических таранов, кольцевой переходник с патрубками для соединения напорных трубопроводов блоков ступени вторичного увеличения объема потока рабочей жидкости всех ветвей с гидравлическими таранами и сборник жидкости высокого давления для сбора ее от всех гидравлических таранов и направления на лопатки гидротурбины для привода ее в действие и связанных с ней электрогенераторов, выполненный в виде закольцованной системы соединенных между собой сосудовбарабанов высокого давления. Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано преимущественно в гидроэнергетике для получения рабочего тела (РТ) требуемых параметров и привода им в действие гидротурбин и связанных с ними электрогенераторов, а также другого энергетического оборудования. По известному способу поток жидкости, произведенный насосом, подают в насадок сопло, увеличивают с его помощью скорость выброса потока - струи, кинетической энергией ее создают область разрежения, подводят к ней из дополнительного источника жидкость, под действием разрежения в которую обеспечивают ее всасывание, смешивание с напорным потоком, а затем кинетическую энергию полученного суммарного потока преобразуют в потенциальную и направляют на технологические нужды 1. Недостатки описанного способа в малой эффективности использования кинетической энергии напорного потока, отсутствии возможности достичь высоких параметров получаемого потока (количества и качества) и использования его для нужд большой энергетики. Установка для осуществления описанного известного способа имеет сопловой аппарат, состоящий из корпуса - блока, насадка - сопла, конфузора, горловины и диффузора,подводящую, всасывающую и напорную трубы 2. Недостатки ее низкие параметры получаемого потока низкий к.п.д. невозможность увеличения давления произведенного ею общего суммарного потока жидкости. Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что поток рабочей жидкости от насоса разветвляют на отдельные потоки, каждый из которых в качестве рабочей жидкости подают в кольцевые сопла соплового аппарата и формируют полые конически сходящиеся струи таким образом, что как внутренняя поверхность струй, так и наружная контактиру 3 12476 1 2009.10.30 ют с окружающей средой с образованием одной общей и по одной смежной с общей для всех потоков области разрежения первичного увеличения объема и ряда других областей разрежения, последовательно расположенных в стороны от общей и смежных с ней областей разрежения, подводят к общей и смежным областям разрежения из дополнительных источников жидкость и обеспечивают всасывание ее в полученные области разрежения,смешивание с потоком рабочей жидкости и преобразование кинетической энергии каждого полученного суммарного потока рабочей жидкости в потенциальную энергию, направляют потоки рабочей жидкости в последующие для каждого потока области разрежения, в которых многоступенчато потоком рабочей жидкости от насоса разгоняют до требуемой скорости и направляют в кольцевые сопла вторичного увеличения объема потоков жидкости, где формируют цилиндрические полые кольцевые струи, которые, контактируя с окружающей средой одновременно своими внутренними и наружными поверхностями,образуют по две области разрежения, в которые обеспечивают всасывание жидкости из дополнительных источников, ее смешивание с потоком рабочей жидкости и преобразование энергий, при этом весь объем полученных и разогнанных до требуемой скорости потоков первичного увеличения объема потоков используют в качестве рабочей жидкости для вторичного увеличения объема, полученные потоки объединяют, закольцовывая общей гидролинией, и направляют в гидравлические тараны, в которых энергией гидравлического удара увеличивают давление рабочей жидкости до требуемых значений,осуществляют сбор полученных в гидротаранах высоконапорных потоков жидкости в общую гидросистему высокого давления для возможности направления на лопатки гидротурбин для привода их в действие и связанных с ними электрогенераторов, а в установке для осуществления описанного способа получения рабочего тела для гидротурбин, содержащей сопловой аппарат, последний выполнен многоветвевым, а каждая ветвь выполнена многоступенчатой и включает ступень первичного увеличения объема потока рабочей жидкости, ступень разгона полученного увеличенного объема потока рабочей жидкости до требуемой скорости, ступень вторичного увеличения объема потока рабочей жидкости и ступень увеличения давления всего полученного объема потока рабочей жидкости до требуемых значений, при этом ступень первичного увеличения объема потока рабочей жидкости выполнена в виде содержащего цилиндры блока, расчлененного на центральное кольцо, общее для всех ветвей соплового аппарата, и смежные с центральным последовательно расположенные друг за другом кольца и цилиндры, каждый из которых снабжен соединительными фланцами, между которыми установлены дополнительные фланцы,частично входящие внутрь колец и цилиндров на расчетную глубину, и к которым присоединены усеченные конусы различной длины с общим углом наклона и сопряженные так между собой, что образуют кольцевые конически сходящиеся сопла, направленные своими меньшими основаниями в противоположные стороны и в стороны движения потоков рабочей жидкости с образованием за счет разницы в длине конусов в пространстве между фланцами конусов, их наружными поверхностями и внутренними поверхностями колец замкнутых областей высокого давления, имеющих возможность сообщения с полостями кольцевых конически сходящихся сопел и с атмосферой через патрубки, закрепленные на наружных поверхностях колец, против каждого сопла установлены конфузоры с горловинами, переходящими в диффузоры, сопряженные с дополнительными фланцами,которые соединены с фланцами цилиндров каждой ветви соплового аппарата, переходящих в напорные трубопроводы ступень разгона полученного увеличенного объема потока рабочей жидкости герметично соединена со ступенью первичного увеличения объема потока рабочей жидкости и выполнена в виде одного или нескольких полублоков, включающих те же конструктивные элементы, что и блок ступени первичного увеличения объема потока рабочей жидкости, при этом в полублоке вершины конически сходящихся сопел направлены в стороны движения потоков рабочей жидкости, а для обеспечения взаимодействия обеих поверхностей полых кольцевых конически сходящихся струй с ок 4 12476 1 2009.10.30 ружающей средой напорный трубопровод каждого полублока снабжен дополнительными наружными трубопроводами для соединения с образующимися в процессе работы областями разрежения ступень вторичного увеличения объема потока рабочей жидкости каждой ветви выполнена в виде блока, включающего кольцевое сопло, состоящее из заглушенных с одной стороны коаксиально расположенных цилиндров, соединенных своей цилиндрической частью с напорным трубопроводом ступени разгона полученного увеличенного объема потока рабочей жидкости и входящих своим открытым сопловым торцом в полость сферического кольцевого элемента разрежения, переходящего в сужающееся кольцевое сопло - горловину, сопряженную с расширяющимся кольцевым соплом-диффузором, переходящим в напорный трубопровод кроме этого, общее для всех ветвей центральное кольцо, цилиндры ступени первичного увеличения объема потока рабочей жидкости и ступени разгона полученного увеличенного объема потока рабочей жидкости и сферический кольцевой элемент разрежения блока ступени вторичного увеличения объема потока рабочей жидкости снабжены всасывающими трубами-зумпфами для сообщения образующихся в процессе работы областей разрежения с атмосферой ступень увеличения давления всего полученного объема потока рабочей жидкости включает систему параллельно действующих гидравлических таранов, кольцевой переходник с патрубками для соединения напорных трубопроводов блоков ступени вторичного увеличения объема потока рабочей жидкости всех ветвей с гидравлическими таранами и сборник жидкости высокого давления для сбора ее от всех гидравлических таранов и направления на лопатки гидротурбин для привода их в действие и связанных с ними электрогенераторов, выполненный в виде закольцованной системы соединенных между собой сосудовбарабанов высокого давления. Описанный способ и установка для его осуществления позволяют получать рабочее тело в требуемых объемах, увеличивать давление их до расчетных значений и приводить им в действие гидрогенераторы и гидротурбины, приводящие в действие другое энергетическое оборудование, что дает возможность строить гидроэлектростанции в любой местности без продолжительного возведения дорогостоящих гидротехнических сооружений. Все изложенное поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема четырехветвевой установки в плане, а на фиг. 2 - одна из ветвей установки в продольном разрезе со схемой ступени повышения давления. Установка содержит сопловой аппарат 1, выполненный в виде двух или нескольких ветвей 2, каждая из которых состоит из ступени первичного увеличения объема потока жидкости 3, ступени разгона 4 полученного в ступени 3 объема, ступени вторичного увеличения объема потока жидкости 5, полученного из ступени 4, и ступени повышения давления потока жидкости 6, полученного из ступени 5, при этом ступень первичного увеличения объема 3 состоит из цилиндрического (круглого в сечении) блока 7, расчлененного на центральное 8, общее для всех ветвей установки, и смежные с центральным 8 последовательно расположенные друг за другом кольца 9 и цилиндры 10, каждый из которых снабжен соединительными фланцами 11, между ними установлены дополнительные фланцы 12, частично входящие внутрь колец 8 и 9 и цилиндров 10 блока 7 на расчетную глубину, к которым присоединены усеченные конусы 13 и 14 разной длины с общим углом наклона и сопряженные так между собой, что образуют кольцевые конически сходящиеся сопла 15, направленные своими меньшими основаниями в противоположные стороны и в стороны движения потоков и образующими за счет разницы в длине конусов в пространстве между фланцами 12 конусов 13 и 14, их наружными поверхностями и внутренними поверхностями колец 9 замкнутые области высокого давления 16, сообщенные с полостями кольцевых конически сходящихся сопел 15 и с атмосферой через патрубки 17 колец 9, закрепленных на их наружных поверхностях против каждого сопла 15 установлены конфузоры 18 с горловинами 19, переходящими в диффузоры 20, сопряженные с дополнительными фланцами 12, которыми соединены с фланцами 11 цилиндров 5 12476 1 2009.10.30 10 блока 7, переходящих в напорные трубопроводы 21 ступень разгона 4 полученного в ступени 3 объема, герметично соединенная со ступенью 3, имеет один или несколько полублоков 22 ступени 3, включающих те же элементы, что и блок 7, вершины кольцевых конически сходящихся сопел 15 которых направлены в стороны движения потоков, а для обеспечения контакта - взаимодействия с окружающей средой обеих поверхностей полых кольцевых конически сходящихся струй - напорные трубопроводы 21 каждого из полублоков 22 снабжены дополнительными наружными трубопроводами 23, соединенными с областями разрежения 24 ступень вторичного увеличения объема 5 имеет блок 25, состоящий из кольцевого сопла 26 в виде заглушенных с одной стороны коаксиально расположенных цилиндров 27 и 28 с открытым сопловым торцом 29, соединенных своей цилиндрической частью с напорными трубопроводами 21 полублоков 22 разгонной ступени 4 и входящих своим открытым сопловым торцом 29 в полость 30 сферического кольцевого элемента разрежения 31, переходящего в сужающееся кольцевое сопло - горловину 32, сопряженную с расширяющимся кольцевым соплом-диффузором 33, переходящим в напорный трубопровод 34 кроме этого, кольцо 8, цилиндры 10 блока 7,полублоков 22 и сферический кольцевой элемент разрежения 31 снабжены всасывающими трубами 35 для сообщения образующихся в процессе работы установки областей разрежения 24 с атмосферой (источником питания) ступень повышения давления 6 состоит из системы гидравлических таранов 36, кольцевого переходника 37 с патрубками 38 для соединения напорных трубопроводов 21 блоков вторичного увеличения объема 25 всех ветвей 2 установки с системой параллельно действующих гидравлических таранов 36 и сборника жидкости высокого давления 39 для приема ее от всех гидротаранов 36 и обеспечения технических средств потребителя жидкостью высокого давления, выполненного в виде системы соединенных между собой сосудов-барабанов высокого давления. Работает установка следующим образом. Высоконапорный поток жидкости от источника высокого давления разветвляется и подается через патрубки 17 в замкнутые кольцевые области высокого давления 16 ступеней первичного увеличения объема 3 и разгона 4,откуда с большей скоростью устремляется в кольцевые конически сходящиеся сопла 15,создавая тонкостенные высокоскоростные кольцевые конически сходящиеся потокиструи, направленные в противоположные стороны и в стороны движения потоков каждой ветви, замыкающиеся на оси и входящие в конфузоры 18, образуя области разрежения 24,в которые через всасывающие трубы-зумпфы 35 из дополнительных источников поступает жидкость, вступает в контакт с наружной и внутренней поверхностями полых струй,захватывается ими и уносится далее через конфузоры 18 всех ветвей горловины 19 и диффузоры 20 в напорные трубопроводы 21 каждой ветви 2, полученные напорные потоки направляются в полублоки 22 ступени разгона 4 суммарного потока, где разгоняются до требуемой скорости взаимодействием с внутренней поверхностью высоконапорных полых струй и с их наружной поверхностью через дополнительные наружные трубопроводы 23, а затем устремляются в кольцевые полости сопел 26, в которых весь полученный высокоскоростной суммарный поток используется в качестве рабочей жидкости, а из них - в кольцевые горловины 32, образуя по две области разрежения 24 в сферических кольцевых элементах 31, куда через трубы-зумпфы 35 всасывается из дополнительных источников жидкость, захватывается кольцевыми напорными потоками-струями и выбрасывается через кольцевые сопла - горловины 32 в кольцевые сопла-диффузоры 33 и далее - в напорные трубопроводы 21 и в ступень повышения давления 6 через кольцевой переходник 37 и патрубки 38 в систему параллельно действующих гидравлических таранов 36, в которых энергией гидравлического удара повышается давление всех увеличенных потоков жидкости каждой ветви до расчетного, после чего все высоконапорные потоки жидкости направляются в объединенную высоконапорную систему взаимосвязанных сосудовбарабанов 39, а оттуда - на лопатки турбин и другие технологические нужды. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7