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Laufrad einer Wasserturbine mit hydraulisch verstellbaren Schaufeln
Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung des Laufrades bei einer Wasserturbine mit hydraulisch verstellbaren Schaufeln. die innerhalb des Laufradkörpers über einen Kurbeltrieb von einem Servomotor ver- drehbar sind, dessen Druckhohlraum mit dem Hohlraum des Schaufelwerkes vereinigt ist und dessen Ölzuleitung mittels einer Rohrstange an Stelle einer Kolbenstange erfolgt, die über dem Kolben angeordnet ist, mit ihm verbunden ist und von einem zweiten Führungsträger in unmittelbarer Nähe des Kolbens abgestützt ist, wobei die Schaufeldichtung durch Radialnuten in der Stirnfläche der Schaufelzapfen und einer Axialbohrung des Zapfens, die den Dichtungshohlraum mit dem Abflusshohlraum des Laufrades verbinden, entlastet wird. Derartige Wasserturbinen sind, z.
B. gemäss der Schweizer Patentschrift Nr. 272376, bekannt.
Die derzeit bekannten Konstruktionen der Laufräder der Wasserturbinen mit drehbaren Schaufeln besitzen gewöhnlich einen Servomotor, welcher die Drehung der Schaufeln mit Hilfe eines Drehmechanismus bewirkt. Hiebei wird der untere Zylinderraum des Servomotors und der Nabenraum zur Unterbringung des Drehmechanismus entweder durch einen Zwischenboden - den Boden des Servomotorsoder durch die Wand des Zylinders des Servomotors voneinander abgeteilt. Der erste Fall bezieht sich auf die Laufräder mit einem Kreuzstück und einer Kolbenstange des Servomotors oder auf die Laufräder mit zylindrischen Gabellagen, welche mit Hilfe von Verschwenkhebeln der Laschen des Drehmechanismus der Schaufeln bewegbar sind, welche sich in den Öffnungen des Zwischenbodens bewegen. Der zweite Fall bezieht sich auf Laufräder mit einem Differentialkolben.
Die Konstruktion dieser Laufräder weist folgende Nachteile auf : Das Vorhandensein eines Kreuzstückes und einer langen Kolbenstange des Servomotors, was das Gewicht vergrössert und die Herstellung und Montage des Laufrades kompliziert; die Anordnung der zylindrischen Gabellager, der beweglichen Verschwenkhebel der Laschen des Drehmechanismus der Schaufeln am Umfang des Zwischenbodens, was bis zu einem gewissen Grade die Verminderung der Durchmesserausmasse des Laufradkörpers verhindert, die technologisch schwierige Anpassung der zylindrischen Bohrungen an die entsprechenden Öffnungen im Zwischenboden und die zeitraubende genaue Zentrierung des Differentialkolbens auf zwei zylindrische Führungsoberflächen von verschiedenem Durchmesser.
Hauptziel der gegebenen Erfindung ist die Verminderung der Abmessungen des Laufradkörpers, folglich die Herabsetzung seines Metallvolumens, was die Erhöhung des Nutzeffektes und des Koeffizienten der spezifischen Geschwindigkeit der Wasserturbine gewährleistet und ihre Kavitationseigenschaften verbessert.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Vereinfachung der Herstellung und die Herabsetzung der Montagezeiten des Laufrades.
Dies wird bei Wasserturbinen der eingangs genannten Art durch die an sich bekannten Merkmale dadurch erreicht, dass der Servomotor im oberen Teil des Laufradkörpers untergebracht ist und dass die Schaufelverschwenkhebel unmittelbar mit dem Boden des Stellmotors verbunden sind.
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Die Haupteigenschaft, welche die neue Konstruktion des Laufrades der gegebenen Erfindung von den vorhandenen Konstruktionen von Laufrädem unterscheidet, ist, dass die oben aufgezählten Konstruktionsmerkmale in ihr in einer einheitlichen Kombination verwendet worden sind. Diese Kombination aller oben aufgezählten Konstruktionsmerkmale in dem gleichen Laufrad gestattet einen bemerkenswerten, technischen Effekt zu erzielen, nämlich :
1. Schaffung eines Laufrades einer Kaplanturbine mit einem Nabenverhältnis 0, 35-0, 33, und einem Verhältnis des Durchmessers des sphärischen Teiles des Laufradkörpers zum Nominaldurchmesser des Laufrades von 0,42 bis 0,4.
Die Verminderung des Nabenverhältnisses um einen Wert von nur 0,05 gibt die Möglichkeit, den Nutzeffekt um 1 - 1, 511/0, die spezifische Durchlasskapazität Q um 100 1/sec und die spezifische Geschwindigkeit um 7-10% zu erhöhen und die Kavitationseigenschaften der Wasserturbine zu verbessern.
2. Herabsetzung des Gewichtes des Laufrades um 20 - 40go im Vergleich zu den Laufrädem frühere Konstruktionen.
3. Eine wesentliche Vereinfachung zur Herstellung eines Laufrades in der Fabrik.
4. Die Verkürzung der Dauer des Zusammenbaues und der Montage des Laufrades im Wasserkraftwerk.
Die Besonderheiten und Vorteile der Konstruktion des in der gegebenen Erfindung vorgeschlagenen Laufrades gehen aus der folgenden Konstruktionsbeschreibung und der beigefügten Zeichnung hervor, welche eine schematische Darstellung des Längsschnittes des Laufrades gibt.
Das Laufrad besitzt einige Drehschaufeln 8. Die Drehung der Schaufeln wird durch den Servomotor 1 mit Hilfe einer kurbelförmigen Drehvorrichtung 2 der Schaufeln bewirkt, welche in dem Innenraum 3 des Laufradkörpers angeordnet ist ; der Raum 3 dient gleichzeitig als unterer Zylinderraum des Servomotors 1. Jede Schaufel 8 ist mit dem Zapfen 5 und an dem auf diesem Zapfen aufgesetzten Hebel 22 mit Hilfe von Bolzen und zylindrischen Stiften verbunden. Der Hebel 22 stützt sich am Ring 21 in einer Öffnung in der Nabenwand ab. Der Lagerbolzen 10 des Hebels 22 ist mit Hilfe der Lasche 11 und der Lagergabel 13 unmittelbar mit der Kolbenscheibe 14 des Servomotors gelenkig verbunden. Zur Verhinderung der Drehung des Kolbens 14 während seiner Vorwärtsverschiebung wird der Kolben mit Hilfe zweier Einsätze 18,20 geführt, welche am Zylinder des Servomotors befestigt sind.
Zur Verhinderung des Auslaufens des Öles aus dem Nabenraum 3 und zum Schutz gegen das Eindringen von Wasser durch den Ringspielraum in diesen Raum ist zwischen den Flansch der Schaufel 8 und dem Nabenkörper 12 eine Dichtung 7 vorgesehen. Die Dichtung ist abnehmbar ausgeführt, besteht aus einer Garnitur Gummimanschetten und erlaubt es, ihre Kontrolle und den Ersatz der Manschetten ohne Demontieren der Schaufeln durchzuführen.
Zur Entlastung der Dichtung 7 der Schaufeln 8 von dem erhöhten Ölinnendruck, der in dem Innenraum 3 entsteht, sind radiale Kanäle 4 in der Stirnfläche des Zapfens 5 und eine Axial- öffnung 6 in diesem Zapfen vorgesehen. Die Entlastung erfolgt durch den Zufluss des Öles aus dem Raum 3 in den Raum für die Dichtung 7 der Schaufel 8 und weiter über die radialen Kanäle 4 und die Axialbohrung 6 im Zapfen 5 in den Ölsammelraum 9 des Servomotors, welcher im Inneren des Laufradkörpers untergebracht ist. Aus dem Ölsammelraum 9 fliesst das Öl über das axial innerhalb des Servomotors 1 gelegene Ableitungsrohr 19 und die Rohrstange 15, weiters über die Radialöffnung des Einsatzes 18 in der Rohrstange 15 in den ringförmigen Raum 16 zwischen der Wand der Welle 17 und der Rohrstange 15 und weiter in die Ölwanne der Turbine.
Von dort wird das Öl zur Pumpeinrichtung abgeleitet, welche in-der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Bei der Durchführung der Konstruktion des erfindungsgemässen Laufrades wird die Verwendung lasttragender Kreuzstücke und der Kolbenstange des Servomotors oder schwer herzustellender zylindrischer Gabellager überflüssig und in der Variante mit dem Servomotor mit Differentialkolben wird die Verwendung einer komplizierten und schweren Ölzuführung im Inneren des Laufradkörpers und das mühsame genaue Zentrieren des Differentialkolbens an zwei zylindrischen Führungsflächenmitverschiedenem Durchmesser überflüssig.