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Durehströmturbine.
Die Erfindung betrifft die Ausbildung einer Durchströmturbine, die auch bei Teilwassermengen mit annähernd konstantem hydraulischen Wirkungsgrad arbeiten soll.
Um in einer Durchströmturbine grosse Wassermengen bei verhältnismässig kleinem Durchmesser des Schaufelrades verarbeiten zu können, ist bereits die Ausdehnung des Beaufschlagungsbogens über ein Viertel des Radumfanges und darüber hinaus durch eine entsprechende Vergrösserung der Einlauf-
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Teilwassermengen der hydraulische Wirkungsgrad sehr schlecht wird. Um nämlich einen stossfreien Eintritt des Wassers auch bei nur teilweise gefüllter Düse zu erzielen, ist es nötig, ein Regelglied, Schieber
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Länge des Wasserstrahles mit abnehmender Wassermenge und damit der Reibungsverlust bezogen auf die verminderte Leistung und anderseits die freie ungeführte Länge des Wasserstrahles.
Letztere ver- ursacht eine Zerstäubung des Strahles und insofern zusätzliche Verluste, als dadurch ein stossfreies Ein- treten des Wassers in die Schaufeln des Rades verhindert wird.
Der hydraulische Wirkungsgrad ist, wie auch die Versuche zeigen, dann am besten, wenn die Düse voll geöffnet und gefüllt ist, so dass der Wasserstrahl durch seine Leitflächen zwangläufig im richtigen
Winkel gegen die Radschaufelung geführt wird.
Um nun bei grosser Beaufschlagung des Rades auch bei Teilwassermengen den bestmöglichsten
Wirkungsgrad zu erreichen, sollen gemäss der Erfindung mehrere unabhängig voneinander regelbare
Einzeldüsen so am Umfang des Schaufelrades hintereinander angeordnet werden, dass auch bei gleich- zeitigem Arbeiten mehrerer oder aller angebrachter Düsen am Radumfang stets ein geschlossener Be- aufschlagungsbogen erreicht werden kann.
Ausserdem soll nach der Erfindung das in an sich bekannter
Weise mit Zwischenwänden versehene Rad und ebenso die Düsen oder ein Teil derselben in axialer
Richtung ungleich unterteilt werden, wobei die am Umfang des Rades hintereinander angeordneten Düsen zweckmässig verschiedene Querschnitte erhalten und jede so entstehende Teildüse wiederum ! für sich regelbar gemacht wird.
Durch die ungleiche Unterteilung des gesamten Düsenquerschnittes auf mehrere Düsen und durch die Absperrmöglichkeit jeder Düse lässt sich schon mit einer verhältnismässig kleinen Düsenzahl eine grosse Kombinationsmöglichkeit innerhalb des zur Verfügung stehenden Düsenquerschnittes und damit eine weitgehende Anpassung an die jeweils vorhandene Wassermenge erreichen. Diese Art der Regelung ermöglicht - von dem Fall, dass nur eine Düse eingeschaltet ist, abgesehen-stets für eine gewisse
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die nach der Erfindung vorgesehene eigenartige Anordnung mehrerer Düsen am Umfang hintereinander mit unabhängiger Regelung ermöglicht es, die so erzielte stufenweise Regelung zu einer stetigen zu machen.
Der Umtand ferner, dass durch die vorgesehene Unterteilung der sonst üblichen grossen Düse zwei oder mehrere Düsen mit verschieden grosser mittlerer Weglänge entstehen, kann nun zur Vermeidung unnötiger
Reibungsverluste bei Teilwassermengen benutzt werden, indem nämlich bei der Zusammensetzung des erforderlichen Düsenquerschnittes bei Teilwassermengen die Düsen mit kurzer Weglänge benutzt werden.
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ist besonders wichtig, da bei einer Durchströmturbine bei Beaufschlagung von getrennten Stellen des Umfanges aus Stossverluste der im Radinnern sich kreuzenden Wasserstrahlen sich nicht vermeiden lassen.
Auf der Zeichnung zeigt Fig. 1 die Vorderansicht der Durchströmturbine, Fig. 2 einen Schnitt durch die Turbine nach Linie 11-11, Fig. 3 eine Draufsicht auf die Turbine. Die Fig. 4,5 und 6 zeigen verschiedene Anordnungen für die Verteilung des gesamten Düsenquerschnittes auf die Teildüsen und die Fig. 7 zeigt einmal den Verlauf des Wirkungsgrades, wie er mit einer Durchströmturbine gemäss der Erfindung erreicht wird, und anderseits den Verlauf, wie er mit den bisher bekannten Durchströmturbinen mit gleicher Gesamtbeaufschlagung erreicht werden konnte.
In Fig. 1 bezeichnet 1 die Welle des Turbinenrades 2, das durch eine Querwand 3 in zwei ungleiche Hälften 4 und 5 untergeteilt ist.
Oberhalb des Turbinenrades befindet sich ein Rost 6, der die Einlassöffnungen für die vier im Beispiel vorgesehenen und in den Fig. 2 und 3 dargestellten Düsen 7-10 trägt.
Die Fig. 2 zeigt die Düsen 7 und 8 im Schnitt. Jede Düse besitzt evolventenartig gekrümmte Leitflächen, die einen stossfreien Eintritt des Wassers in die Schaufeln des Turbinenrades ermöglichen.
Die inneren Leitflächen werden dabei durch die Regelschieber 11 und 12 gebildet. Jedes Regelglied besitzt einen besonderen Zapfen 13 bzw. 14 und kann unabhängig von den übrigen Regelgliedern verstellt werden.
Wichtig ist bei der Hintereinanderordnung der Düsen 7 und 8 gemäss der Erfindung, dass die in der Drehrichtung des Rades rückwärtige Leitfläche der Düse 7 und die in Bezug auf die Drehrichtung vordere Leitfläche der Düse 8 bei voller Öffnung dieser Düse am Umfang. des Schaufelrades so zusammenlaufen, dass eine Trennung des Wasserstrahles innerhalb des Beaufschlagungsbogens am Radumfang nicht einzutreten braucht.
Die Düsen 7 und 8 bzw. 9 und 10 haben in Richtung des Umfanges verschiedene Breiten a2 und ai und demgemäss verschieden lange Beaufschlagungsböden b2 und bi. Ausserdem unterscheiden sich die
Düsen 7 und 9 bzw. 8 und 10 durch die verschiedene Bemessung ihrer axialen Längen Cs und c4. Die Fig. 4 zeigt schematisch die dabei entstehende Querschnittsunterteilung der Düsen.
Statt der Unterteilung nach Fig. 4 kann auch eine solche nach den Fig. 5 und 6 vorgesehen werden.
Zweckmässig wird die Unterteilung dabei so vorgenommen, dass der gesamte Düsenquerschnitt in möglichst gleichmässige Stufen unterteilt werden kann.
Die Regelung wird so getroffen, dass möglichst viele Düsen mit voller Öffnung arbeiten und bei Teilwassermengen insbesondere die Düsen mit kurzer mittlerer Weglänge benutzt werden. Arbeiten jedoch beispielsweise die Düsen 7 und 8 zusammen, so ist bei der Regelung so vorzugehen, dass zunächst die Düse 8 allein und die Düse 7 erst nach Abschluss der Düse 8 geregelt wird. Dadurch wird erreicht, dass der Wasserstrahl stets zusammenhängend in das Turbinenrad eintritt.
Die Fig. 7 zeigt in der mit Y] bezeichneten Kurve den Verlauf des hydraulischen Wirkungsgrades, wie er sich bei Durehströmturbinen mit besonders grosser Beaufschlagung nach den bisher bekannten
Regelverfahren erreichen lässt. Die Kurve r (zeigt den Verlauf des hydraulischen Wirkungsgrades bei einer Durchströmturbine, bei der die Wahl der Querschnitte und die Regelung des Düsenquerschnittes nach der durch die Erfindung gegebenen technischen Regel vorgenommen worden ist.
Es ist vorstehend ausgeführt worden, dass durch die Anordnung von zwei oder mehr Düsen, die am Radumfang hintereinander angeordnet sind, an Stelle einer einzigen Düse, sich wesentliche Vorteile bei Betrieb mit Teilwassermengen erzielen lassen, teils durch Verkürzung der mittleren Weglänge und teils durch bessere Führung des Wasserstrahles. Für die Erzielung des bestmöglichsten Wirkungsgrades ist es, wie ausgeführt worden ist, dabei wichtig, dass die Düsen am Radumfang so aufeinander folgen, dass ein geschlossener Beaufschlagungsbogen entsteht. Man kann davon, wenn man gewisse Verluste durch Kreuzung der Wasserstrahlen im Radinnern in Kauf nimmt, auch absehen, und den Erfindungsgedanken so ausführen, dass man die Düsen in einem gewissen Abstand voneinander anordnet.
In diesem Falle wird zwar nicht mehr der bestmögliche Wirkungsgrad erreicht, aber durch die oben genannten Vorteile-Verkürzung der Weglänge und bessere Führung des Wasserstrahles-doch noch eine wesentliche Verbesserung gegenüber den bekannten Turbinenausführungen mit einer Düse am Radumfang erzielt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Durchströmturbine mit axial unterteiltem Laufrad und einer Leitvorrichtung, deren Beaufschlagungsbogen sich etwa über einen Quadranten oder darüber hinaus erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere, unabhängig voneinander regelbare, an sich bekannte Einzeldüsen derart hinter-
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bogen, auch bei gleichzeitigem Arbeiten mit mehreren hintereinandergeschalteten Düsen, erzielt werden kann.