AT391167B - Stroemungsmaschine, wie wasserturbine, pumpe oder pumpenturbine - Google Patents

Description

Nr. 391 167

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, wie Wasserturbine, Pumpe oder Pumpenturbine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Derartige Spiralgehäuse sind bezüglich der Anordnung der Rohrschüsse normalerweise so aufgebaut, daß - bezogen auf einen Axialschnitt des Gehäuses - der Mittelpunkt des kreisringförmigen Rohrschußquerschnitts auf der gemeinsamen Mittellinie der Ringkranzquerschnitte liegt. Auf diese Weise greifen beim betrachteten Gehäusequerschnitt die Anschlußpunkte des Rohrschusses an den Ringkränzen auf bezüglich der Maschinenachse gleichen Radien an (DE-PS 1 066 149).

Beim Betrieb der Strömungsmaschine üben die vom Wasserdruck belasteten Rohrschüsse Zugkräfte - den sogenannten Schußzug - auf die Ringkränze des Traversenrings aus. Dieser wird außerdem an einem Ringkranz durch am Deckel wirkende Kräfte (Deckelzug) und am anderen Ringkranz durch am Leitradring wirkende Kräfte sowie durch Kräfte des Fundaments beansprucht. Der Konstrukteur ist daher bestrebt, den Ort des Angriffs dieser Kräfte so zu legen, daß die Beanspruchung aus überwiegend Zug und Biegung des Traversenrings soweit wie möglich vergleichmäßigt wird. Konstruktive Gründe engen jedoch die Zuordnung des Angriffsortes der Kraft aus Deckelzug, der Kraft am Leitradring und der Fundamentkräfte ein, so daß der Querschnitt, insbesondere der Stützschaufel und auch der Ringkränze, relativ groß und ein hochwertiger Werkstoff gewählt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Werkstoffaufwendungen für die Stützschaufeln und die beiden Ringkränze des Traversenrings zu verringern.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs gelöst Mit dieser Lösung ist es trotz Festliegens der Angriffsorte der vorstehend genannten Kräfte möglich, diese bzw. die durch die Kräfte hervorgerufenen Biegemomente durch entsprechende Wahl der Anschlußpunkte des jeweiligen Rohrschusses an dem entsprechenden Ringkranz zum Teil auszugleichen bzw. den Spannungsverlauf in den Stützschaufeln und den Ringkranzquerschnitten zu vergleichmäßigen. Diese Maßnahme wird vorteilhafterweise über einen großen Teil oder entlang dem gesamten Umfang des Traversenrings vorgenommen. Die Lösung ist nicht nur bei Spiralgehäusen mit zusammengefügten Rohrschüssen, sondern auch bei solchen Gehäusen anwendbar, deren Spirale zusammen mit dem Traversenring einstückig, z. B. durch Gießen, hergestellt sind. Die durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung verringerten Spannungen im Traversenring erlauben eine Querschnittsverkleinerung der Stützschaufeln sowie der Ringkränze und/oder die Verwendung eines kostengünstigeren Werkstoffs geringerer Festigkeit Zwar kommt durch diese Maßnahme - bezogen auf einen Axialschnitt des Spiralgehäuses - der Mittelpunkt des Rohrschußquerschnitts außermittig zur gemeinsamen Mittellinie der beiden Ringkranzquerschnitte zu liegen, jedoch ist dies konstruktiv unkritisch.

Aus der japanischen Patentveröffentlichung 55-10005 (A) ist es schon bekannt, die Rohrschüsse des Spiralgehäuses außermittig zur gemeinsamen Ebene der Ringkränze in Richtung auf das Saugrohr der hydraulischen Maschine zu legen. Dies erfolgt aber zu dem Zweck, die Regeleinrichtung des Leitapparates axial näher an das Laufrad der Maschine zu setzen und die Länge der Maschinenwelle zu verringern. Probleme der Beanspruchung des Traversenrings sind hiebei nicht angesprochen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt zum Teil eine Francisturbine im Axialschnitt.

Die Turbine (1) weist eine mit vertikal verlaufender Achse (2) angeordnete Welle (3) auf, an deren unterem Ende ein Laufrad (4) befestigt ist. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Anströmung des Laufrades (4) mit Wasser erstreckt sich um dieses ein in einer horizontalen Ebene angeordnetes Spiralgehäuse (5). Das in einem Fundament (6) einbetonierte Spiralgehäuse (5) besteht aus einem Traversenring (7) und diesen umhüllenden Rohrschüssen (8), von denen in der Zeichnung lediglich ein Rohrschuß im Querschnitt zu sehen ist. Der Traversenring (7) ist aus zwei Ringkränzen (9) und (10) sowie aus Stützschaufeln (11) gebildet. Die Ringkränze (9) und (10) verlaufen koaxial um die Turbinenachse (2) und sind mit axialem Abstand zueinander angeordnet. Die sich in gleichmäßiger Teilung axial zwischen den Ringkränzen (9) und (10) erstreckenden Stützschaufeln (11) sind an diesen befestigt. Die in Umfangsrichtung des Traversenrings (7) aufeinanderfolgend miteinander verbundenen Rohrschüsse (8) haben unterschiedlichen Durchmesser und sind an voneinander abgewandten Seiten der beiden Ringkränze (9) und (10) des Traversenrings (7) angeschweißt. Die Turbine (1) hat außerdem einen am oberen Ringkranz (9) befestigten Deckel (12) sowie einen Leitradring (13), der am unteren Ringkranz (10) des Traversenrings (7) angreift. Im Deckel (12) und im Leitradring (13) sind schwenkbewegliche Leitschaufeln (14) gelagert.

In der Zeichnung sind außerdem durch Pfeile Kräfte angedeutet, welche beim Betrieb der Turbine (1) am Traversenring (7) wirken: Am oberen Ringkranz (9) sind dies der durch hydraulische Kräfte am Deckel (12) erzeugte Deckelzug (Pfeil (15)) sowie der gleichfalls durch hydraulische Kräfte bewirkte Schußzug (Pfeil (16)) im Rohrschuß (8).

In entsprechender Weise sind am unteren Ringkranz (10) die aus dem Leitradring (13) herrührende Kraft (Pfeil (17)) und der Schußzug (Pfeil (18)) dargestellt. Diese auch unter Berücksichtigung der Gewichtskräfte in der Turbine (1) nicht ausgeglichenen Kräfte werden am unteren Ringkranz (10) vom Fundament (6) aufgenommen (Fundamentkraft Pfeil (19)). Die Pfeile (15,16,17,18 und 19) stellen die jeweiligen Kräfte nur ihrem Wesen nach dar; sie geben nicht unbedingt die wahre Größe und Wirkrichtung der Kräfte wieder, weil sich diese in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Turbine (1) ändern.

Wie die Zeichnung deutlich zeigt, befindet sich der Mittelpunkt (20) des dargestellten Rohrschußquerschnitts -2-

Claims (1)

1. Nr. 391167 mit Abstand oberhalb der gemeinsamen Mittelinie (21) der beiden Ringkranzquerschnitte. Der Anschlußpunkt (22) des betrachteten Rohrschußquerschnitts am oberen Ringkranz (9) liegt daher auf einem Radius (rj), der kleiner ist als der Radius (r2), auf dem der Anschlußpunkt (23) des Rohrschusses (8) am unteren Ringkranz (10) liegt. In Abhängigkeit von den am Traversenring (7) wirkenden Kräften kann es in Abweichung vom dargestellten Ausführungsbeispiel auch erforderlich sein, den Ronrschußquerschnitt derart zu legen, daß sich sein Mittelpunkt unterhalb der Mittellinie der Ringkranzquerschnitte befindet. In diesem Fall liegt der Anschlußpunkt des Rohrschusses am oberen Ringkranz auf einem größeren Radius als am unteren Ringkranz. Um relativ große radiale Unterschiede zwischen den Anschlußpunkten (22) und (23') verwirklichen zu können, ist es - wie mit strichpunktierten Linien in der Zeichnung angedeutet - zweckmäßig, den betreffenden Ringkranz (10) radial zu verbreitern und die Stützschaufeln (11) gegen diesen Ringkranz hin in größerer Breite auszufiihren. Durch die unsymmetrische Zuordnung des Rohrschusses (8) zum Traversenring (7) wird das erfindungsgemäße Ziel, die Beanspruchung der Stützschaufeln (11) sowie der beiden Ringkränze (9) und (10) des Traversenrings (7) zu vergleichmäßigen, um diese kostengünstiger herstellen zu können, erreicht. PATENTANSPRUCH Strömungsmaschine, wie Wasserturbine, Pumpe oder Pumpenturbine, mit einem Spiralgehäuse, welches aus einem Traversenring und diesen umhüllenden Rohrschüssen besteht, wobei der Traversenring aus zwei Ringkränzen, die koaxial um die Maschinenachse und mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind, sowie aus sich axial erstreckenden und zwischen den Ringkränzen befestigten Stützschaufeln gebildet ist, während die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend miteinander verbundenen Rohrschüsse unterschiedlichen Durchmessers an voneinander abgewandten Seiten des Rings befestigt sind, sowie mit einem Maschinendeckel und einem Leitradring, welche am Traversenring des mit einem Fundament verbundenen Spiralgehäuses angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß - bezogen auf einen Axialschnit des Spiralgehäuses (5) - der Anschlußpunkt (22; 23) des jeweiligen Rohrschusses (8) am einen Ringkranz (9) auf einem bezüglich der Maschinenachse (2) anderen Radius (rj * r2) liegt als am anderen Ringkranz (10). Hiezu 1 Blatt Zeichnung -3-