(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13) B1 (51) IntCl7 F03B 3/12 (54) Łopatka wirnika turbiny wodnej o przepływie osiowym (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 12/99 (73) Uprawniony z patentu: Łatyszew Mikołaj, Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/03 (72) Twórcy wynalazku: Mikołaj Łatyszew, Warszawa, PL PL B1 (57) 1. Łopatka wirnika turbiny wodnej o przepływie osiowym, posiadająca krawędź natarcia i krawędź spływu oraz łukowe krawędzie wewnętrzną i zewnętrzną, znamienna tym, że podciśnieniowa, wypukła powierzchnia łopatki wykonana jest z płyty o stałej grubości i posiada kształt wycinka powierzchni cylindra, w przybliżeniu eliptycznego. Fig 3

2 Łopatka wirnika turbiny wodnej o przepływie osiowym Zastrzeżenia paten to we 1. Łopatka wirnika turbiny wodnej o przepływie osiowym, posiadająca krawędź natarcia i krawędź spływu oraz łukowe krawędzie wewnętrzną i zewnętrzną, znamienna tym, że podciśnieniowa, wypukła powierzchnia łopatki wykonana jest z płyty o stałej grubości i posiada kształt wycinka powierzchni cylindra, w przybliżeniu eliptycznego. 2. Łopatka, według zastrz. 1, znamienna tym, że wymieniona płyta posiada dwie warstwy, przy czym zewnętrzna warstwa, wykonana z blachy (1) ze stali nierdzewnej, o grubości od 1,5 do 5 mm, przyspawana jest do blachy (6) ze stali węglowej, o grubości określonej względami wytrzymałościowymi. 3. Łopatka według zastrz. 1 lub 2, znamienna tym, że na krawędzi natarcia (5) blacha (1) jest zagięta promieniem r, odpowiednio do profilu miejscowego łopatki, natomiast odcinek blachy (1) pomiędzy krawędzią (9) blachy (6) i krawędzią spływu (2) posiada wzmocnienia w postaci zastrzałów (12). 4. Łopatka według zastrz, 2 lub 3, znamienna tym, że przestrzeń (10) pomiędzy zadaną powierzchnią nadciśnieniową łopatki i blachami (1) oraz (6) wypełniona jest utwardzalnym materiałem. 5. Łopatka według zastrz. 4, znamienna tym, że materiałem wypełniającym przestrzeń (10) jest poliuretan. * * * Przedmiotem wynalazku jest łopatka wirnika turbiny Kapłana o przepływie osiowym. Łopatka wirnika znanej turbiny Kapłana, osadzona obrotowo na piaście wirnika dla uzyskania dużej sprawności hydrodynamicznej posiada profile cylindryczne zmieniające się wraz z odległością od osi obrotu wirnika. Jest to szczególnie istotne w przypadku małych spadów i dużej szybkobieżności turbiny i wymaga zastosowania wysokosprawnych profili hydrodynamicznych. Takie łopatki są odlewane ze stopów kolorowych lub staliwa stopowego z następną obróbką maszynową. Wysokie koszty łopatek określają cenę turbozespołu i ograniczają opłacalne instalowanie turbin na rzekach nizinnych, przy małych spadach. Łopatka według wynalazku charakteryzuje się tym, że podciśnieniowa, wypukła powierzchnia łopatki posiada kształt wycinka powierzchnia cylindra, w przybliżeniu, eliptycznego. Promienie gięcia R1, R2, R3, orientacja tworzących, wymiar a, położenie osi obrotu łopatki, kąt a, kształt krawędzi natarcia i spływu oraz stosunek promienia Rwdo Rz, zależy od żądanej charakterystyki turbiny. Kształt powierzchni nadciśnieniowej odpowiada żądanym profilom hydrodynamicznym. Promienie Rwi Rz są promieniami powierzchni kulowych zatoczonych z punktu O przecięcia się osi obrotu łopatki i osi obrotu turbiny. Konstrukcja łopatki według wynalazku wpisuje się w wyżej przytoczoną geometrię. Podciśnieniowa, wypukła powierzchnia posiada budowę dwuwarstwową Zewnętrzna blacha o grubości około 2 mm, wykonana ze stali austenitycznej HI8N9, przyspawana jest do blachy ze stali węglowej, konstrukcyjnej. Grubość blachy określają względy wytrzymałościowe. Powierzchnia nadciśnieniowa łopatki wykonana jest z poliuretanu, który wypełnia przestrzeń pomiędzy blachami stalowymi i wyżej wymienioną zewnętrzną powierzchnią nadciśnieniowa. Kształt tej powierzchni i gładkość określa forma odlewnicza. Temperatura obróbki termicznej poliuretanu dopuszcza stosowanie formy wykonanej z laminatu szklanego na bazie taniej żywicy poliestrowej. Znana jest wysoka odporność poliuretanowa na erozję piaskową. Przedmiot wynalazku jest pokazany na przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 pokazuje widok na łopatkę od strony powierzchni nadciśnieniowej, fig. 2 pokazuje przekrój A-A określający prostokreślną, wypukła powierzchnię podciśnieniowa, fig. 3 poka-

3 zuje przekrój cylindryczny B-B łopatki, czyli jej profil hydrodynamiczny. Na rysunkach fig. 3 i fig. 4 linią przerywaną pokazano formę odlewniczą Gabaryt blachy austenitycznej 1 o grubości 2 mm określony jest przez: krawędź spływu 2, wewnętrzną krawędź łukową 3, zakreśloną promieniem kuli zewnętrzną krawędź łukową 4, zakreśloną promieniem kuli oraz krawędź natarcia 5, określoną promieniem r zagięcia blachy 1. Gabaryt grubej, nośnej blachy stalowej 6 określony jest przez wewnętrzną krawędź łukową 3 (jak wyżej), zewnętrzną krawędź łukową 7, określoną promieniem kuli R, krawędzią B, określoną środkiem promienia r noska profilu oraz krawędzią 9. Minimalna grubość warstwy poliuretanu nad blachą 6 wynosi 3 mm. Warunek ten określa położenie krawędzi 9. Promień R jest mniejszy od promienia Rz o 20 mm. Blacha przyspawana jest do blachy 6 spoiną pachwinową wzdłuż krawędzi 7, 8, 9. W przestrzeni 10, wypełnionej poliuretanem osadzony jest przewód 11 doprowadzający powietrze od ujęcia w piaście wirnika do przestrzeni szczelinowej, pomiędzy łopatką i obudową wirnika. W obszarze tym może wystąpić szczelinowa kawitacja i związana z nią erozja kawitacyjna. Swobodne odcinki blachy 1 krawędzi spływu 2 są wzmocnione przy pomocy lokalnych zastrzałów 12.

4

5 Fig. 3 Fig.4

6 Fig.1 Fig.2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.