Изобретение относится к гидроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии напорного потока воды в электрическую или другую энергию.

Известны конструкции гидравлических энергетических станций (Турбинное оборудование для малой энергетики: Отраслевой каталог. М.:2001, - с. 51), которые имеют корпус, подводной напорный и отводной водоводы и установленную на подшипниковых опорах турбину с периферийными лопастями, подача воды на которые осуществляется из напорного водовода через направляющие аппараты или конфузоры (инжекторы).

Недостатком этих турбин является то, что при взаимодействии потока воды с лопастями турбины возникает интенсивная кавитация, которая оказывает разрушительное воздействие на материал лопастей и негативно влияет на структуру воды. Кроме того, потери напора в подающем водопроводе и конфузоре значительно снижают их производительность.

Известна вихревая гидротурбина (Инновационный патент РК N° 23032, опубл. 15.10.2010 г.), которая выполнена в форме конуса со спиральными лезвиями и вкладышами, переходящими у основания в лопасти. Спиральные лезвия и вкладыши изготовлены отдельно, установлены попарно в определенном количестве и закреплены на корпусе турбины при помощи планшайб.

Недостатком этой гидротурбины является то, что в вихревой камере возникают турбулентные потоки воды, что приводит к потерям энергии потока и, соответственно снижается производительность гидротурбины.

Наиболее близким аналогом, то есть прототипом изобретения является вихревая гидротурбина (Инновационный патент РК N° 21232, опублик. 15.05.2009г., бюл. N° 5), состоящая из корпуса, вихревой камеры цилиндрической или конической формы, завихрителя (инжектора), сливной емкости, подводящего напорного и отводного водопроводов, конической осевой турбины с несколькими спиралеобразными лезвиями в виде штопора переходящими в лопасти.

Недостатком прототипа также являются гидравлические потери напора в подводящем напорном водопроводе и в инжекторе (конфузоре), которые приводят к снижению производительности.

Задача изобретения - повышении производительности гидравлической станции за счет снижения гидравлических потерь в напорном водопроводе, в инжекторе и ускорения потока воды в рабочих органах турбины. Поставленная задача достигается тем, что гидравлическая энергетическая установка, состоящая из корпусов, инжектора, жестко установленной на валу отбора мощности конической осевой турбины с несколькими спиральными лезвиями, образующими проходные каналы, сливного патрубка, подводящего напорного и отводного водопроводов, снабжена одним или несколькими устройствамидля ускорения напорного потока воды в виде проходных фланцев или втулок с периферийными отверстиямии конусной фаской проходного отверстия и/или в виде фланца или втулки с выступом разделителя потока, который образован фаской периферийной проточки переходящей впериферийные отверстия и фаской центрального проходного отверстия, по которой вода направляется к центру потока, которые устанавливаются в напорном водопроводе и/или перед инжектором и также снабжена направляющим конусом турбины, а спиральные лезвия турбины выполнены таким образом, что угол конуса внутренней кромки лезвия больше угла конуса внешней кромки лезвия и этим обеспечивают сужение проходных щелей между лезвиями от входа в конусную турбину до выходу из неё воды. При этом периферийные отверстия выполнены в виде цилиндрических, конусных или резьбовых отверстий или сопел Лаваля, а оси этих отверстий расположены под углом к образующим напорного водопровода или конуса инжектора.

На фиг.1 представлена принципиальная схема гидравлической энергетической установки; на фиг.2 - вариант исполнения устройства для ускорения потока воды; на фиг.З - сечение А-А фиг.2 устройства для ускорения потока воды.

Гидравлическая энергетическая станция (фиг.1) состоит из корпуса 1, корпуса 2, подшипниковой опоры 3, вала 4 отбора мощности, конусной турбины 5, инжектора 6, напорного подводящего водопровода 7, патрубка 8 длят сброса воды, устройства 9 для ускорения потока воды.

Конусная турбина 5 жестко установлена соосно на валу 4 и снабжена конусно- винтовыми лезвиями 10 и вкладышами 11, которые закреплены на турбине 5 при помощи конуса 12. Конусно-винтовые лезвия 10 изготавливаются таким образом, что угол конуса внутренней кромки лезвия больше угла конуса внешней кромки лезвия. Этим достигается постепенное сужение проходных каналов, которые образуются между лезвиями, и тем самым ускорение воды в этих проходных каналах.

Устройство 9 для ускорения потока водывыполнено в виде фланца с периферийными отверстиями 13 и конусной фаской 14 проходного отверстия 15. или в виде втулки 22.

Также устройство для ускорения потока воды может быть выполнено в виде фланца или втулки 16 с выступом 17 разделителя потока, который образован фаской периферийной конусной проточки 18 переходящей в периферийные отверстия 19 и фаской 20 центрального проходного отверстия 21 , по которой вода направляется к центру потока.

Устройство для ускорения потока может быть выполнено в виде втулки 22, которая может жестко закрепляться на внутренней поверхности водопровода 7 или инжектра 6 на местах стыков труб или известными способами на промежуточных расстояниях по длине трубы или инжектора.

Варианты устройств для ускорения потока воды могут использоваться по отдельности (фиг.1) или совместно (фиг.2). В случае совместного использования этих устройств (фиг.2) выступ 17 разделителя потока располагается по оси отверстий 13.

Отверстия 13 и 19 выполняются конусными иди резьбовыми (на фигурах не показаны) или в виде сопел Лаваля (фиг.1), а оси этих отверстий 13 и 19 расположены под углом (Хк образующим напорного водопровода или конуса инжектора. Угол аопределяется в зависимости от внутреннего диаметра напорного водопровода или углом конусности инжектора и может быть в диапазоне 10-40 градусов.

Гидравлическая энергетическая станция (фиг.1) работает следующим образом.

Вода из водозаборного устройства (не показан) поступает в подающий напорный водопровод 7, в которой из-за трения воды о стенки водопровода и турбулентных потоков возникают гидравлические сопротивления и происходит потеря напора и снижение скорости потока. Использование предлагаемых устройств для ускорения потока 9, 16 и 22 позволяет достичь уменьшения гидравлических сопротивлений и ускорения потока воды за счет того, что при стенные потоки воды, попадая в отверстия 13 или 19, направляютструйки воды вдоль стенок водопровода или инжектора по винтовым линиям. Это приводит к значительным снижениям гидравлического сопротивления о стенки трубы. Кроме того, конусные фаски 14 проходного отверстия 15 обеспечивают градиент скорости к центру потока. В результате при незначительном торможении потока воды вблизи стенок трубы 7 и инжектора 6 происходит ускорение центрального потока воды, снижаются гидравлические потери напора и увеличивается пропускная способность трубы и инжектора.

Далее вода, проходя в полости инжектора 6 в зоне конуса 12 также ускоряется за счет сужения этой полости и попадает в проходные щели между лезвиями турбины. За счет сцепления воды с поверхностью лезвий происходит раскручивание турбины. Перемещаясь по проходным щелям между лезвиями от входа по конусной винтовой траектории поток воды получает дополнительный импульс за счет центробежных сил инерции и увеличения скорости благодаря сужению проходных каналов между лезвиями от входа в конусную турбину до выхода из неё воды. При выходе воды из проходных щелей за счет реактивного эффекта возникает дополнительный импульс сил на турбине.

В итоге располагаемая мощность напорного потока воды увеличивается и, соответственно возрастает мощность на валу конусной гидротурбины и повышается её производительность.

Механическое вращение гидротурбины передается механическими средствами генератору тока (не показан), который вырабатывает соответствующую напору и расходу воды электрическую мощность.