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Laufradring für Kaplanturbinen oder Kaplanpumpen
Die Erfindung betrifft einen aus vorgefertigten Ringsegmenten hergestellten Laufradring für Kaplan- turbinen oder Kaplanpumpen. Die Unterteilung in Ringsegmente geschieht aus Gründen der handlicheren
Fertigung und Montage und insbesondere aus Transportgründen. Die Ringe werden jedoch im Herstellung- werk vormontiert, meistens in diesem vormontierten Zustande, z. B. spanabhebend, bearbeitet und dann, nachdem sie zum Transport wieder in Segmente zerlegt worden sind, an ihrem endgültigen Einbauort wieder montiert und in Beton eingegossen.
Bei den heute sehr grossen Ausführungen von Kaplanturbinen und nach dem gleichen Prinzip arbei- tenden Pumpen setzt dies voraus, dass die Ringe nicht nur im Hinblick auf ein zur Erzielung eines hohen
Wirkungsgrades erforderliches geringes Spiel, sondern auch für die mechanische Bearbeitung des Werk- stückes und für den Einbau eine hohe Verwindungssteifigkeit und Formhaltung aufweisen müssen. Insbe- sondere ist letzteres im Hinblick auf die mechanische Bearbeitung für die Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Ringsegmenten erwünscht.
Es ist bekannt, die Verwindungssteifigkeit durch Anschweissen von Verstärkungsflanschen, Rippen od. dgl. zu erhöhen. Aber bei den immer grösser werdenden Laufrad- und damit Laufradringabmessungen erwies sich diese Massnahme als nicht mehr ausreichend. In einer ebenfalls bekannten Konstruktion wurde deshalb der wasserführende rohrförmige Ringteil wenigstens auf einem Teil seiner Länge von einem kon- zentrischen Mantel grösseren Durchmessers umgeben und mit letzteren zu einer tragenden Kónstruktion verbunden. Eine solche doppelwandige Ausführung gibt zwar eine grössere Steifigkeit, aber abgesehen davon, dass sie den heutigen Anforderungen auch nicht mehr völlig genügt, hat sie den schwerwiegenden
Nachteil, dass die bei diesen bekannten Konstruktionen entstehenden glatten Blechflächen sich nicht oder nur unzureichend mit dem Beton verbinden.
Dies hat Schwingungen in dem rohrförmigen Teil zur Folge, die Kavitationsschäden auslösen können. Zur Verminderung dieser Schäden sollte der Ring deshalb mit der grossen Betonmasse möglichst satt verankert sein, wodurch eine weitgehende Schwingungsdämpfung erhalten wird. Darüber hinaus ergeben sich bei dieser doppelwandigen Ausführung wegen der ungünstigen
Zugängigkeit zu dem rohrförmigen Ringteil Schwierigkeiten bei der Montage der einzelnen Segmente.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen aus vorgefertigten Ringsegmenten zusammensetz- baren Laufradring für Kaplanturbinen oder Kaplanpumpen zu schaffen, der die erwähnten Nachteile nicht hat.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass an der Aussenseite der Segmente des wasserführenden rohrförmigen Ringteiles ein räumlicher Fachwerkverband fest mit diesem zu einer tragenden Konstruktion verbunden ist. Dabei besteht der Fachwerkverband in einer bevorzugten Ausführung aus mindestens zwei Fachwerkringen, die durch Fachwerkstreben miteinander verbunden sind und es können je nach der Beanspruchung und Grösse des Laufradringes zwischen zwei äusseren Ringen noch ein oder mehrere sol- cher Fachwerkringe angeordnet sein. Die Fachwerkringe können entweder alle die gleiche Breite haben oder auch von unterschiedlicher Breite sein. Auch die Abstände, in denen die einzelnen Fachwerkringe voneinander angeordnet werden, können den Anforderungen entsprechend verschieden gross gewählt werden.
Es sind zwar Schachtpanzerungen für Freistrahlturbinen bekannt, die auf ihrer Aussenseite fachwerkartige Abstützungen aufweisen. Abgesehen davon, dass es sich hier nicht um einen ringförmigen Bauteil, sondern um einen eckigen, mit ebenflächigen Aussenseiten versehenen Bauteil handelt, dienen die Abstüt-
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zungen hier lediglich zur Verankerung im Beton und sind nicht als räumliches Fachwerk, sondern als sich schneidende ebene Fachwerkbänder ausgeführt, die nicht eine solche Verwindungssteifigkeit ergeben-die hier auch nicht erforderlich ist-wie der räumliche Fachwerkverband gemäss der Erfindung. Bei der Schachtpanzerung handelt es sich um Bauteile, an die auch nicht derartig hohe Anforderungen bezüglich Formhaltigkeit und Massgenauigkeit, wie an Laufradringe, gestellt werden und die auch nicht nachträglich mechanisch bearbeitet werden.
Der räumliche Fachwerkverband gibt dem Laufradring eine ausserordentliche Verwindungssteifigkeit und Formhaltigkeit und ist auch für eine einwandfreie Verankerung im Beton besonders geeignet. Man erhält eine schwingungsvermindemde Eisen-Beton-Verbundkonstruktion, was sich günstig in bezug auf Kavitationsgefährdung auswirkt. Als weitere Vorteile kommen hinzu, dass zu seiner Herstellung weniger Material erforderlich ist und sich auch kein grösserer Lohnaufwand als bei den bekannten Ausführungen ergibt.
Ein solcher erfindungsgemässer Fachwerkverband bietet eine sehr gute Zugängigkeit für die Schraubenverbindungen, insbesondere zwischen den einzelnen Segmenten des Laufradringes.
Nach einer weiteren zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Ringsegmente desrohrförmigen wasserführenden Laufradringes mittels zumindest an der dem Fachwerkverband zugelegenen Aussenseite durch sich axial erstreckende Flanschen untereinander verbindbar. Dabei ist vorzugsweise mindestens einer der beiden einander zugeordneten Flanschen zweier benachbarter Ringsegmente im Abstand von der Stossfuge def rohrförmigen Ringteilsegmente angeordnet. Diese Ausbildung gestattet nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, die Bolzen zur Verbindung der Flanschen nahe an der Aussenseite des rohrförmigen Ringteiles anzuordnen, so dass sie diese, lediglich unter Berücksichtigung der erforderlichen Toleranzen, im Bereich der Stossfugen annähernd berühren.
Zweckmässigerweise ist dabei der eine axial sich erstreckende Flansch genau an der Stossfuge angeordnet, um ein genaues Ausgangsmass für die mechanische Bearbeitung zu erhalten, und die Bolzen sind vorzugsweise als Innensechskantschrauben ausgebildet und in Gewindebohrungen in den an der Stossfuge angeordneten Flansch eingeschraubt. Diese nahe Anordnung der Bolzen an derAussenwand desrohrförmigenRingteiles wirkt sich hinsichtlich des Kraftverlaufes vorteilhaft auf die Schraubenverbindung. aus, da die Beanspruchung der Schrauben mit wachsendem Abstand von dem rohrförmigen Ringteil zunimmt.
Darüber hinaus ergibt diese weitere erfindungsgemässe Ausbildung des Laufradringes eine grosse fe- dernde Schraubenlänge, die sich für eine weitgehend verwindungssteife Verbindung zwischen den ein- zelnen Segmenten sehr vorteilhaft auswirkt. Die Schrauben können vor der Montage durch Erwärmung, etwa in einem Ölbad, gelängtwerden und erhalten so bei Abkühlung durch Schrumpfung die richtige Vor- spannung. Für die Zerlegung des Ringes zum Transport können die Schrauben, falls erforderlich, zum leichteren Lösen z. B. autogen angewärmt werden, was wegen der durch die Fachwerkkonstruktion gegebenen guten Zugängigkeit leicht durchführbar ist.
Da durch die verwindungssteife Konstruktion kein Verziehen der ringförmigen Flanschen zu beftirchten ist, können die einzelnen Ringsegmente nach dem endgültigen Einbau an den Flanschen verschweisst werden. Die Flanschen selbst können sehr schmal ausgebildet werden, was zur Materialersparnis und Gewichtsverminderung beiträgt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, u. zw. zeigen Fig. l in per- spektivischer Ansicht das als räumliches Fachwerk ausgebildete Versteifungssystem eines Segmentes eines Laufradringes, Fig. 2 einen ausschnittsweisen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung durch einen gemäss dem in Fig. l dargestellten System versteiften Laufradring im Bereich der Stossfugen zwischen zwei Ringsegmenten.
In dem in Fig. l dargestellten segmentförmigen Ausschnitt des Versteifungssystems eines Laufradringes. in perspektivischer Ansicht ist der wasserführende rohrförmige Ringteil l von einem räumlichen Fachwerkverband umgeben, der aus den beiden Fachwerkringen 2 mit äusseren, ein Polygon bildenden Streben 3 und im Dreiecksverband angeordneten Fachwerkstreben 4 besteht, die beide mittels an dem Ringteil l angebrachter Versteifüngsringe ; 5 fest mit diesem verbunden sind. Auf ihrer Aussenseite sind die Fachwerkringe 2 untereinander mittels. Längs- und Diagonalstreben 6 bzw. 7 zu einer tragenden Konstruktion verbunden. Die festen Verbindungen werden vorzugsweise durch Nietung und/oder Schweissung hergestellt.
Zwischen den Fachwerkringen 2 des räumlichen Fachwerkverbandes sind zur Abstützung des Ringteiles 1, insbesondere im Bereich der Flügel der Kaplanturbine bzw. Pumpe, weitere Fachwerkringe 8 angeordnet, die in der gleichen Weise wie die Fachwerkringe 2 gestaltet sind. In dem dargestellten Beispiel haben die einzelnen Fachwerkringe 2 und 8 untereinander verschieden grosse Abstände, jedoch alle eine annähernd gleiche Breite, so dass die Längsstreben 6 praktisch vertikal, d. h. parallel zur Turbinenachse verlaufen. Es ist aber auch möglich, die Fachwerkringe 2 und 8 unterschiedlich breit auszuführen, so dass die Längs-
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streben 6 zur Turbinenachse geneigt verlaufen.
Dabei können die verschiedenen Breiten der Fachwerkringe
2 und 8 so gewählt sein, dass die Längsstreben 6 und die Diagonalstreben a entweder in sich gerade oder abgewinkelt sind.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist in vergrössertem Massstab in einem horizontalen Schnitt ober- halb eines Fachwerkringes 8 die Verbindungsstelle zweier Ringsegmente dargestellt, die an der Stossfuge 9 verbunden sind. Im übrigen wurden für analoge Teile die gleichen Ziffern wie in Fig. 1 verwendet. An den wasserführenden rohrförmigen Ringteil l sind im Höhenabstand entsprechend der Anzahl der überein- ander angeordneten Fachwerkringe 2 bzw. 8 der Fig. 1 Versteifungsringe 5 von z. B. im wesentlichen rechteckigem oder L-förmigem Querschnitt angeschweisst, die zur Befestigung der aus den Streben 3 und
4 mit vorzugsweise L-förmigem Querschnitt gebildeten Fachwerkkonstruktion dienen.
Die entsprechenden
Segmente des Ringteiles 1 werden mittels an ihnen angeschweisster Flanschen 10 und 11 verbunden, von denen der Flansch 10 an dem einen Ringteil-Segment bündig mit der Stossfuge 9 angeordnet ist, während der zugeordnete Flansch 11 am andern Ringteil-Segment im Abstand von der Stossfuge befestigt ist. Als
Verbindungselemente dienen Innensechskantschrauben 12, die es gestatten, so nahe, wie es die vorge- schriebenen Toleranzen erlauben, an der Aussenwand des Ringteiles 1 und diese fast im Bereich der Stoss- fuge 9 berührend angeordnet zu werden. Aus diesem Grund sind sie direkt in dem mit Gewindebohrungen
13 versehenen Flansch 10 eingeschraubt. Ein am Flansch 11 angeschweisstes Stützblech 14 dient zur Abstützung der Flanschen 10 und 11, um Biegebeanspruchungen zu vermeiden. Weiterhin sind zur Versteifung im Bereich der Stossfuge 9 Rippenbleche 15 vorgesehen.
Die flanschartigen Knotenstützen 16 an der Aussenseite des Gehäuseringes dienen zur weiteren verwindungssteifen Verbindung der einzelnen Ring- segmente.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Aus vorgefertigten Ringsegmenten zusammensetzbarer Laufradring für Kaplanturbinen oder Kaplan- pumpen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenseite der Segmente des wasserführenden rohrförmigen Ringteiles ein räumlicher Fachwerkverband fest mit diesem zu einer tragenden Konstruktion verbunden ist.