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Doppelturbine
Bei sehr stark schwankenden Wassermengen, die mit einer einzigen Turbine nicht mehr erfassbar wären, kann man zu dem Ausweg greifen, zwei Turbinen je mit der halben Leistung einzubauen. Sinkt die Wassermenge auf weniger als die Hälfte, so wird die eine Turbine stillgelegt und die zweite ergibt auch für ganz kleine Wassermengen noch gute Wirkungsgrade. Diese Lösung ist jedoch beinahe doppelt so teuer wie eine einzige Turbine und wird daher nicht allzu oft angewendet.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf leitradlose Turbinen mit Spiralgehäuse und Regelung durch eine Regulierklappe im Eingang der Spirale, wie dies bereits bei Freistrahlturbinen und auch bei Reaktionsturbinen bekannt ist. Sie besteht darin, dass aus zwei solchen Turbinen eine Doppelturbine mit zwei Laufrädern zusammengestellt wird und kennzeichnet sich dadurch, dass die Regulierklappen der beiden Teilturbinen entweder gemeinsam oder jede für sich allein betätigbar sind. Dadurch erhält man die Möglichkeit, drei verschiedene Betriebszustände herzustellen :
Turbine 1 allein, Turbine 2 allein und Turbine 1 und 2 gemeinsam.
Wenn man nun noch die beiden Teilturbinen für verschiedene Wassermengen auslegt, beispielsweise für ein Drittel und zwei Drittel der Vollwassermenge, so ergibt sich eine ausserordentlich günstige Gesamtwirkungsgradkurve.
Ausserdem ist die Doppelturbine gemäss der Erfindung auch wesentlich billiger als zwei einfache Turbinen, da die beiden Spiralgehäuse die Mittelwand und den Spiralmantel gemeinsam haben und die wechselweise Betätigung des Regelorgans sich konstruktiv einfach verwirklichen lässt.
In den Fig. 1-6 ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch die Mittelebene des Spiralgehäuses mit dem Regelorgan, Fig. 2 einen Achsschnitt durch eine erfindungsgemässe Doppelturbine mit Francislaufrädern, Fig. 3 einen Achsschnitt durch eine erfindungsgemässe FreistrahlDoppelturbine und Fig. 4 einen Schnitt durch die beiden Regelorgane mit einer Vorrichtung zu deren wechselweiser Betätigung. Die Fig. 5 und 6 zeigen Wirkungsgradkurven bei einer Reaktions-Doppelturbine und bei einer Frei- strahl-Doppelturbine.
Aus Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, dass die beiden Teilturbinen 1 und 2 so angeordnet sind, dass sie die Mittelwand 3 und den Spiralmantel 4 des Spiralgehäuses gemeinsam haben. Die Gehäusebreiten sind verschieden und damit auch die von jeder Teilturbine verarbeitete Wassermenge. Das Doppellaufrad 5 besteht aus zwei Teillaufrädern von verschiedener Schnelläufigkeit n, die von der Austeilung der Gesamtwassermenge auf die zwei Teilturbinen abhängt.
Die Saugrohre 6 und 7 führen das Wasser ab.
Der Achsschnitt Fig. 3 durch eine erfindunggemässe Freistrahlturbine zeigt wieder die beiden Teilturbinen 1 und 2, welche die Mittelwand 3 und den Spiralmantel 4 gemeinsam haben. Auch hier sind die Gehäusebreiten und damit die von jeder Teilturbine verarbeiteten Wassermengen verschieden. Die zwei Freistrahllaufräder 8 und 9 vor der Austrittsöffnung jeder Teilturbine verarbeiten wohl verschiedene Wassermengen, können aber trotzdem mit gleicher Schaufelform ausgeführt werden, da ein Freistrahllaufrad in bezug auf die Füllung nicht empfindlich ist.
Fig. 4 zeigt eine beispielsweise Ausführung einer Vorrichtung für die wechselweise Betätigung der beiden Regelorgane. Die Klappe 10 kann durch ein nach aussen geführtes Rohr 11 und daran befindlichen Hebel mit Verriegelungsvorrichtung 12 betätigt werden ; ebenso die Klappe 13 durch das Rohr 14 und die Verregelung 15. Die Regulierwelle 16, die im Innern der Rohre 11 und 14 verläuft und die Mittelwand 3 des Spiralgehäuses durchsetzt, trägt am Ende den Hebel 17, der mit dem Regler verbunden ist, und die weiteren Hebel 18 und 19. Durch die Verriegelung 12 bzw. 15 kann sowohl die Klappe 10 als auch die Klappe 13 über die Hebel 18 bzw. 19 mit der Regulierwelle 16 gekuppelt werden.
Werden sie entkuppelt, so dienen Rasten 20 bzw. 21 am Gehäuse dazu, die betreffende Regelklappe in Schlussstellung zu verriegeln, so wie das für die Klappe 13 gezeichnet ist, und die dazu gehörige Teilturbine ausser Funktion zu setzen.
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Die mit der erfindungsgemässen Doppelturbine erreichbaren Wirkungsgrade zeigen die Fig. 5 und 6.
Fig. 5 betrifft eine Doppelturbine mit Francis- laufrädern, wobei die Teilturbine 1 für ein Drittel der Vollwassermenge und die Teilturbine 2 mit zwei Drittel der Vollwassermenge ausgelegt ist. Die Wirkungsgradkurve der vereinigten Teilturbinen 1 und 2 würde von A über B nach C verlaufen. Bei Punkt B wird jedoch die Teilturbine 1 abgekuppelt und die Turbine 2 mit zwei Drittel der Vollwassermenge arbeitet mit dem eingezeichneten Wirkungsgrad bis Punkt D, der einem Drittel der Vollwassermenge oder der Hälfte der Normalwassermenge der Teilturbine 2 entspricht. Im Punkt D wird die Teilturbine 2 geschlossen und die Teilturbine 1 mit einem Drittel der Vollwassermenge in Betrieb genommen. Der Wirkungsgrad verläuft dann wie eingezeichnet von D über E.
Die schraffierte Fläche ist der Wirkungsgradgewinn gegenüber einer einfachen Turbine.
Die Fig. 6 zeigt die Wirkungsgradkurve einer Doppelturbine mit Freistrahllaufrädem. Da diese an und für sich flacher verläuft als die Wirkungsgradkurve einer Reaktionsturbine, genügt es, nur eine Teilturbine, u. zw. die grössere, von der Reglerwelle abkuppelbar zu machen. Es entfallen also in Fig. 4 die Teile 11, 12, 18 und 20 und die Regulierwelle 16 ist fest mit der Regelklappe 10 verbunden. Die kleinere Teilturbine sei mit zwei Fünftel der Gesamtwassermenge ausgelegt. Die Wirkungsgradkurve der vereinigten Teilturbinen 1 und 2 würde über F und G nach H verlaufen. In zwei Fünftel der Vollwassermenge, beim Punkt G, wird die grössere Teilturbine 2 abgekuppelt und in Schlussstellung verriegelt.
Die kleinere Teilturbine 1 ergibt noch die Wirkungsgrade von G bis 1. Die schraffierte Fläche ist wieder der Wirkungsgradgewinn.
Man erkennt aus den Fig. 5 und 6, dass für die Punkte C und H, wo die einfache Turbine überhaupt keine Leistung mehr abgibt, der Wirkungsgrad der Doppelturbine gemäss der Erfindung noch erheblich ist.
Die Konstruktion solcher Doppelturbinen ist an die Verwendung von Turbinen ohne Leitapparat, nur mit einem Regelorgan im Spiralgehäuse, gebunden. Denn man kann sich nicht vorstellen, wie etwa zwei Leitapparate von Francisturbinen in der dargestellten einfachen Weise miteinander gekuppelt werden könnten.
Ohne aus dem Rahmen der Erfindung zu treten, kann ihre Durchführung auch anders als dargestellt erfolgen. Beispielsweise kann die Zuund Abschaltung der Teilturbinen je nach der zur Verfügung stehenden Wassermenge auch vollkommen automatisch durchgebildet werden. Als Laufräder können nicht nur Freistrahl-und Francislaufräder, sondern auch Propeller- und Kaplanlaufräder Verwendung finden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Leitradlose Doppelturbine mit Spiralgehäuse und eigener Regulierklappe für jede Turbine im Eingang des Spiralgehäuses, dadurch gekennzeichnet, dass die Regulierklappen der beiden Teilturbinen entweder gemeinsam oder jede für sich allein betätigbar sind.