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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wasserturbine, insbesondere eine axiale Kaplanturbine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Kaplanturbinen weisen neben Laufschaufeln, welche die kinetische und potentielle Energie des Wassers in mechanische Energie des Rotors umwandeln auch Leitschaufeln auf. Diese sind den Laufschaufeln vorgelagert und garantieren, dass das einströmende Wasser unter optimalem Winkel auf die Laufschaufeln auftrifft, wodurch die Strömungsenergie optimal ausgenutzt werden kann Sie dienen weiters der Regelung der Durchflussmenge bzw. auch zur kompletten Absperrung des Durchflusses
Bei bekannten axialen Kaplanturbinen sind vor den Leitschaufeln zusätzlich noch sogenannte Stützschaufeln angeordnet, welche im ringförmigen Zuströmkanal speichenförmlg um die Birne herum angeordnet sind und so die Abtriebswelle des Rotors bzw. die sie umgebende Birne in ihrer Position konzentrisch zum Leitradring halten.
Sie tragen zur Stabilität der gesamten Turbine bei.
Die Leitschaufeln samt Leitschaufelbolzen haben bei diesen bekannten axialen Kaplanturbinen lediglich die Aufgabe, das einstromende Wasser entsprechend auf die Laufschaufeln zu lenken.
Sie sind auf mit den Zuströmkanalwänden drehbar verbundenen Leitschaufelbolzen angeordnet.
Die Leitschaufelbolzen sind in den Zuströmkanalwänden angeordneten Buchsen mit entsprechender Passung drehbar gelagert, können dadurch jedoch keinerlei Stützaufgaben betreffend die Birne bzw. die Rotorwelle übernehmen.
Die Stutzschaufeln bewirken jedoch ein zusätzliches Hindernis in der Strömung, wodurch die Strömung nachhaltig gestört wird, der Einströmdruck verringert und so der Wirkungsgrad der gesamten Turbine herabgesetzt wird.
Es sind weiters axiale Kaplanturbinen bekannt, bei weichen die Leitschaufeln auf starren, nicht drehbaren Leitschaufelbolzen angeordnet sind, welche zwischen Leitradring und Leitraddeckei eingebaut sind.
Eine solche axiale Kaplanturbine mit starren Leitschaufelbolzen ist beispielsweise aus der DE 270 428 C bekannt. Der dort offenbarte Leitschaufelbolzen ist jedoch nicht dazu geeignet, den genauen Abstand zwischen Leitradring und Leitraddeckel herzustellen. Dazu sind die Leitradbolzen umgebende, zusätzliche Distanzrohre erforderlich, welche jedoch wiederum eine unerwünschte Verengung des Strömungsquerschnittes bewirken.
Die DE 26 38 147 A1 offenbart ein Spiralgehäuse für Turbomaschinen, welches ebenfalls Leitschaufeln auf starr angeordneten Leitschaufelbolzen aufweist. Die Durchströmung ist dort allerdings radial gerichtet und nicht axial. Die Leitschaufelbolzen sind ausserdem nicht geeignet, den Abstand zwischen den beiden Deckelteilen zu sichern
Auch aus Quantz-Meerwarth "Wasserkraftmaschinen", Springer Verlag Berlin/Göttmgen/Hei- delberg 1963, Seite 135ff sind starr zwischen Leitradring und Leitraddeckel angeordnete Leitschaufelbolzen bekannt. Die Ansteuerung der Leltschaufeln erfolgt dort jedoch über in der Strömung angeordnete Lenkerlaschen. Eine Behinderung der Strömung ist somit unvermeidlich.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil zu verhindern und eine axiale Kaplanturbine der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die diese Nachteile verhindert und es ermöglicht, dass das einströmende Wasser ungehindert auf die Leltschaufeln auftreffen kann, wobei die Festigkeit der gesamten Turbine nicht beeinträchtigt wird darf.
Erfindungsgemäss wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
Dadurch können die Leitschaufelbolzen die Fixierung der Birne bzw. in weiterer Folge die Fixierung der Rotorwelle im Zuströmkanal vornehmen, jene Aufgabe also, die bei bekannten axialen Kaplanturbinen von den Stützschaufeln übernommen wird. Der Einsatz von Stützschaufeln entfällt gänzlich Die Strömung kann somit ungehindert auf die Leitschaufeln auftreffen. Um die Verstellbarkeit der Leitschaufeln trotzdem zu gewährleisten, sind diese um die fix mit den Zuströmkanalwanden verbundenen Leitschaufelbolzen drehbar angeordnet.
Durch die Merkmale des Anspruchs 2 ist die Drehung der Buchsen erleichtert.
Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3 ermöglichen eine gemeinsame Ansteuerung samtlicher Leitschaufeln über einen Regulierring.
Die Merkmale des Anspruchs 4 garantieren eine stabile Befestigung des Leitschaufelbolzens an der Birne.
Im folgenden folgt nun eine detaillierte Beschreibung der Erfindung. Dabei zeigt :
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine axiale Kaplanturbine mit erfindungsgemässen Leitschau-
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felbolzen
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine axiale Kaplanturbine mit erfindungsgemässen Leltschaufelbol- zen
Fig. 3 eine Detailansicht eines erfindungsgemässen Leitschaufelbolzen In Fig. 1 ist ein Rotor 1, an welchem Laufschaufeln 2 angeordnet sind über eine Welle 3 mit ei- nem Generator (nicht gezeichnet) verbunden. Die Welle ist von einer birnenförmigen Verkleidung 4 (=Blrne) umgeben, die gleichzeitig eine Wand des kreisringförmigen Zustromkanal 5 bildet. Die andere Wand des kreisringförmigen Zustromkanal wird durch einen Leitschaufelring 6 gebildet.
Im Zustromkanal 5 sind spelchenförmig um die Birne Leitschaufelbolzen 7 angeordnet. Entlang jedes Leitschaufelbolzen 7 sind die beiden Schaufelblätter 8a, 8b einer Leitschaufel 8 von einer im Leitschaufelring 6 drehbar gelagerten Buchse 10 gehalten.
Jeder Leitschaufelbolzen 7 Ist in seinem einen Endbereich mittels einer Mutter 9 fix an der Birne 4 befestigt. Der andere Endbereich eines jeden Leitschaufelbolzens 7 ist in der Buchse 10 und einem Spannteil 12 gelagert. Eine Mutter 13, welche über den Endbereich des Leitschaufelbolzens 7 angezogen ist, presst den Spannteil 12 gegen die Büchse 10 und diese in die vorgesehene Position im Leitschaufelnng 6.
Zwischen Leitschaufelbolzen 7 und der Buchse 10, sowie zwischen der Buchse 10 und dem Leitschaufelring 6 sowie der Buchse 10 und dem Spannteil 12 ist ein Lagerwerkstoff 11, vorzugsweise Teflon angeordnet, um das Drehen der Buchse 10 zu erleichtern.
Die Steuerung der Drehrichtung und des Ausmasses der Drehung der Buchse 10 erfolgt über einen Lenkhebel 17 und einer daran angeordneten Steuerkugel 14. Letztere kann über korrespondierende Steuerkugeln 15, weiche an einem beweglichen Regulierung 16 angeordnet sind, bewegt werden. Durch die Drehung des Lenkhebels 17 wird die Buchse 10 und In weiterer Folge auch die damit verbundenen Schaufelblätter 8a, 8b der Leitschaufeln 8 verstellt.
Die Steuerung des Regulierrings 16 erfolgt üblicherweise auf elektronischem Wege Durch die starre Befestigung des Leitschaufelbolzens 7 an der Birne 4 bzw. über das Spannelement 12 und die Buchse 10 am Leitschaufelring 6 Ist es möglich, bezogen auf den Leitschaufelbolzen axial wirkende Kräfte zu übertragen. Dadurch kann die Birne 4 samt Rotorwelle 3 stabil in ihrer Position gehalten werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kaplanturbine mit an einem Rotor (1) angeordneten Laufschaufeln (2) und einem den
Laufschaufeln (2) vorgelagerten, im Querschnitt im wesentlichen ringförmigen Zuströmka- nal (5), weicher von einem Leitschaufelring (6) und einer die Rotorwelle (3) umgebende
Birne (4) begrenzt wird, in welchem Leitschaufeln (8) und entsprechende Leitschaufelbol- zen (7) im wesentlichen kreisnngförmig um die Rotorwelle (3) angeordnet sind, wobei die
Leitschaufelbolzen (7) im Zustromkanal starr und nicht drehbar gehalten sind, um den Ro- tor (1) samt Welle (3) und diese umgebende Birne In ihrer Position im Zustromkanal (5) zu fixieren und die Leltschaufeln (8) um die Leitschaufelbolzen (7) drehbar sind, dadurch ge- kennzeichnet, dass jeweils ein Leitschaufelbolzen (7) in einer im Leitschaufelring (6) drehbar gelagerten,
mit jeweils einer Leitschaufel (8) starr verbundenen Buchse (10) sowie in einem daran anschliessenden Spannteil (12) gelagert ist und der Spannteil (12) mittels einer Mutter (13) gegen die im Leitschaufelring (6) sitzende Buchse (10) gepresst wird.