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Gleichdruckturbinenrad
Die Erfindung betrifft ein Gleichdruckturbinenrad mit kranzförmig um eine Nabe angeordneten und gegeneinander in radialen Ebenen festgespannten einzelnen Peltonschaufeln.
Solche Gleichdruckturbinenräder bestehen in bekannter Weise aus zwei Radscheiben, zwischen denen die Lappen der becherförmigen Schaufeln gegeneinander durch dazwischen ein getriebene Spannelemente, wie z. B. konische Bolzen, verspannt werden, so dass sie von innen her fest an den sie aussen übergrei- fenden, gegeneinander gerichteten, ringsumlaufenden Vorsprüngen der beiden Radscheiben anliegen.
Anderseits ist eine Bauart bekannt, bei der ein einstückiger Schaufelkranz an seinem innenseitigen
Fortsatz mittels zweier warm aufgezogener, schalenförmiger Radscheiben in diesen fesigespannt wird. Dies erfolgt aber bei der bekannten Bauart nur zu dem Zweck, das Entstehen von Rissen oder Spalten im Kranz zu verhüten und diesen Kranz gleichzeitig mit der Nabe des Rades zu verbinden. Eine radiale Verspan- nung einzelner Schaufeln kommt dabei nicht vor, weil der ganze Schaufelkranz in einem Stück gegos- sen ist.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Gleichdruckturbinenrad von der eingangs beschriebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass beiderseits der Schaufeln in an sich bekannter Weise warm aufgezogene Schalen vorgesehen sind, die das Festspannen der einzelnen Schaufeln gegeneinander und die Verbindung des Schaufelkranzes mit der Nabe des Laufrades bewirken.
Das Festspannen der einzelnen Schaufeln gegeneinander ist eine Funktion, welche die aufgeschrumpften Schalen gemäss der Erfindung zusätzlich zu der bekannten Wirkung der Verbindung der Schaufeln mit der Radnabe ausüben. Es handelt sich also um eine Konzentration von Bauelementen, die sich in einem überlegenen Effekt für den Gebrauch auswirkt und in der Praxis ausgezeichnete Ergebnisse gezeitigt hat.
Die durch das Erkalten der Scheiben bis zu dem Durchmesser der an den Befestigungsfüssen der Schaufeln ausgebildeten Schultern erzielte Schrumpfverbindung erzeugt radial und in Umfangsrichtung einen elastischen Ausgleich des Beschaufelungskranzes. Bei der Befestigung gemäss der Erfindung haben die Laufschaufeln nach innen keine radiale Abstützung, so dass die durch die Schrumpfverbindung erzeugte Spannung die Schaufeln gegeneinander drückt und jede Schaufel fest zwischen zwei benachbarten Schaufeln eingespannt ist.
Die auf die Schaufeln wirkenden Zentrifugalkräfte und die durch die Schrumpfung erzeugten Kräfte werden von den Scheiben aufgenommen und das Antriebsmoment wird von dem Beschaufelungskranz auf die Scheiben durch die radiale Einspannung der Schaufeln am Schrumpfungsdurchmesser übertragen, ohne dass die Gefahr eines Gleitens des Schaufelkranzes relativ zu den Scheiben besteht.
Diese Schrumpfung ist so berechnet, dass die in Umfangsrichtung zwischen den Schaufeln wirkende Kraft bei der Synchrondrehzahl der Turbine das Mehrfache der durch den Antrieb des Rades erzeugten maximalen Beanspruchung beträgt und gibt der oben erwähnten Einspannung eine grosse Steifigkeit, die sich wirkungsvoll den auf den Beschaufelungskranz wirkenden Erschütterungen entgegensetzt, die durch die wiederholten Schläge des Wasserstrahles entstehen, denen die Schaufeln ausgesetzt sind, Schläge also, die besonders bei Mehrstrahl-
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turbinen und relativ hohen Drehzahlen dicht aufeinander folgen.
Die Scheiben sind entsprechend den auftretenden Schrumpf- und Zentrifugalkräften bei allen Arbeitszuständen der Maschine dimensioniert.
Die Anordnung gemäss der Erfindung gestattet es, alle auf das Rad wirkenden Radial- oder Umfangskräfte durch eine Einspannung aufzunehmen, die durch ein Zusammendrucken der Schaufeln erreicht wird, ohne dass die auftretenden Kräfte entweder von Bolzen oder von Keilen aufgenommen werden, so dass sich das Rad wie ein aus einem Stück gefertigtes Organ verhält.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen an Hand der Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist eine Teilansicht bzw. ein Teilschnitt eines Pelton-Turbinenrades gemäss der Erfindung in Achsrichtung gesehen : Fig. 2 ist ein Schnitt entsprechend der Linie U-II der Fig. 1 durch die Achse der Turbine.
Jede Laufschaufel wird durch die eigentliche Beschaufelung l, durch den Stiel 2 und durch den
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Tragflächen 6 und 7 gegeneinandergelegt. sorgfältig ausgerichtet und justiert.
Auf den so gebildeten Beschaufelungskranz werden beiderseits der Mittelebene des Kranzes die beiden Scheiben 8 und 9 um die beiden Schultern 4 und 5 jeder Schaufel symmetrisch zueinander aufgeschrumpft.
Die beiden Scheiben 8 und 9 sind auf der Welle 10 durch Bolzen 11 befestigt.
Bolzen 12 und Muttern 13 haben die Aufgabe, die Scheiben 8 und 9 zu verbinden und den durch die wirkenden Fliehkräfte hervorgerufenen Deformationen ihrer ringförmigen äusseren Verdickungen 14 und 15 entgegenzuwirken. DieBolzen 12 gehen. frei durch grosse, rechteck ähnliche Öffnungen 16 hindurch, die durch je zwei einander ergänzende Ausnehmungen benachbarter Stiele der Laufschaufeln gebildet werden, und nehmen daher keine der auf die Schaufeln wirkenden Radial- oder Umfangskräfte auf.
Aus der Fig. 1 geht deutlich hervor, dass die Laufschaufeln 1 keine radiale Abstützung haben, und dass die von den Scheiben 8 und 9 auf die Schultern 4 und 5 der Schaufeln 1 ausgeübten Schrumpfkräfte ausschliesslich in Druckkräfte umgewandelt werden, die auf die radialen Flächen 6 und 7 der Schaufeln wirken, wodurch die Schaufeln starr gegeneinander eingespannt werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht durch das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern gestattet alle möglichen Varianten.
Beispielsweise kann man für den Bau eines Rades gemäss der Erfindung nicht nur Einzelschaufeln benutzen, sondern auch aus einem Block bestehende, zwei, drei, vier oder noch mehr Schaufeln umfassende Guss-Stücke.