AT526789B1 - Pelton turbine with water jet alignment system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Pelton-Turbine (1) umfassend ein Turbinenlaufrad (3) und wenigstens eine Zufluss-Vorrichtung (2) mit einem Düsenstock (5) zum Formen eines Wasserstrahls (6), wobei das Turbinenlaufrad (3) innerhalb eines, auf das rotierende Turbinenlaufrad (3) projizierten Strahlkreises (7) mit einer Strahlachse (8) mit dem Wasserstrahl (6) beaufschlagbar ist. Die wenigstens eine erste Zufluss-Vorrichtung (2) umfasst den Düsenstock (5), eine Rohrleitung (9) und eine zumindest abschnittsweise innerhalb der Zufluss-Vorrichtung (2) positionierte Stellstange (10) mit einer Düsennadel (11) im Bereich einer Austrittsöffnung (12) des Düsenstocks (5). Der Düsenstock (5) ist mittels eines ersten Kugelflansches (17) mit der Rohrleitung (9) fluidisch gekoppelt und die Lage des Düsenstocks (5) relativ zur Rohrleitung (9) ist entlang einer Kugelsphäre (18) des ersten Kugelflansches (17) ausrichtbar, sodass die Form und die Position des, auf das rotierende Turbinenlaufrad (3) projizierten Strahlkreises (7) und die Position der Strahlachse (8) durch eine Verlagerung des Düsenstocks (5) relativ zur Rohrleitung (9) veränderbar sind.The invention relates to a Pelton turbine (1) comprising a turbine runner (3) and at least one inflow device (2) with a nozzle assembly (5) for forming a water jet (6), wherein the turbine runner (3) can be subjected to the water jet (6) within a jet circle (7) projected onto the rotating turbine runner (3) with a jet axis (8). The at least one first inflow device (2) comprises the nozzle assembly (5), a pipeline (9) and an actuating rod (10) positioned at least in sections within the inflow device (2) with a nozzle needle (11) in the region of an outlet opening (12) of the nozzle assembly (5). The nozzle assembly (5) is fluidically coupled to the pipeline (9) by means of a first ball flange (17) and the position of the nozzle assembly (5) relative to the pipeline (9) can be aligned along a sphere (18) of the first ball flange (17), so that the shape and position of the jet circle (7) projected onto the rotating turbine impeller (3) and the position of the jet axis (8) can be changed by displacing the nozzle assembly (5) relative to the pipeline (9).
Description
[0001] Die Erfindung betrifft eine Pelton-Turbine mit einer Zufluss-Vorrichtung mit einem Düsenstock zum Formen eines Wasserstrahls, wobei der Düsenstock mittels einem ersten Kugelflansch an einer Rohrleitung der Zufluss-Vorrichtung gelagert ist. Durch Ausrichten des Düsenstocks und einer Düsennadel zum Turbinenlaufrad der Pelton-Turbine kann der Strahlkreis und die Strahlachse entsprechend unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden. [0001] The invention relates to a Pelton turbine with an inflow device with a nozzle assembly for forming a water jet, wherein the nozzle assembly is mounted on a pipe of the inflow device by means of a first ball flange. By aligning the nozzle assembly and a nozzle needle to the turbine impeller of the Pelton turbine, the jet circle and the jet axis can be adapted to suit different requirements.
[0002] Aus der Schrift EP2035689B1 wurde ein Zulaufsystem für eine Pelton-Turbine bekannt, welches die Herstellung der Pelton-Turbine möglichst wirtschaftlich ermöglicht und auf eine möglichst optimierte Anströmung des Turbinenlaufrades mittels des Wasserstrahls einer Zufluss-Vorrichtung des Zulaufsystems Rücksicht nimmt. [0002] From the document EP2035689B1, an inlet system for a Pelton turbine is known, which enables the manufacture of the Pelton turbine as economically as possible and takes into account the most optimized possible flow of the turbine impeller by means of the water jet of an inlet device of the inlet system.
[0003] Weiters wurde aus der Schrift US 870291 A eine Vorrichtung bekannt, welche einen Mechanismus umfasst, mit dem die Position der Düse für den Prallstrahl bei hydraulischen Maschinen in Abhängigkeit von der, durch den Prallstrahl bedingten Wasserkraft, variiert, d.h. umgelenkt oder angehoben werden kann. Die Vorrichtung umfasst weiters noch Mittel zur selbsttätigen Regulierung oder Veränderung des Strahlkreisdurchmessers des Prallstrahls in Abhängigkeit von den Leistungsanforderungen eines Turbinen-Laufrades der hydraulischen Maschine aufgrund von Lastschwankungen. [0003] Furthermore, a device is known from the document US 870291 A which comprises a mechanism with which the position of the nozzle for the impact jet in hydraulic machines can be varied, i.e. diverted or raised, depending on the water force caused by the impact jet. The device also comprises means for automatically regulating or changing the jet circle diameter of the impact jet depending on the power requirements of a turbine impeller of the hydraulic machine due to load fluctuations.
[0004] Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Zufluss-Vorrichtungen für Pelton-Turbinen ist, dass eine einfache und wirtschaftliche Justage des Strahlkreises und der Strahlachse des Wasserstrahls, die auf Grund von Montage- und Fertigungstoleranzen sowie auf Grund von sich ändernden Anlagenparameter der Pelton-Turbine sowie hinsichtlich der Betriebssicherheit notwendig ist, nicht möglich ist. [0004] A disadvantage of the inflow devices for Pelton turbines known from the prior art is that a simple and economical adjustment of the jet circle and the jet axis of the water jet, which is necessary due to assembly and manufacturing tolerances as well as due to changing system parameters of the Pelton turbine and with regard to operational safety, is not possible.
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein Benutzer in der Lage ist, auf einfache und wirtschaftliche Weise eine Justage des Strahlkreises und der Strahlachse des Wasserstrahls aus eine Zufluss-Vorrichtung für eine Pelton-Turbine vorzunehmen, sodass weiters noch die Betriebssicherheit verbessert ist. [0005] The object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a device and a method by means of which a user is able to adjust the jet circle and the jet axis of the water jet from an inflow device for a Pelton turbine in a simple and economical manner, so that the operational reliability is further improved.
[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst. [0006] This object is achieved by a device and a method according to the claims.
[0007] Die erfindungsgemäße Pelton-Turbine umfasst ein Turbinenlaufrad und wenigstens eine erste Zufluss-Vorrichtung mit einem Strömungskanal und einem Düsenstock zum Formen eines Wasserstrahls, wobei das Turbinenlaufrad innerhalb eines, auf das rotierende Turbinenlaufrad projizierten Strahlkreises mit einer Strahlachse mit dem Wasserstrahl beaufschlagbar ist, sodass die kinetische Energie des Wasserstrahls vom Turbinenlaufrad in ein Drehmoment umwandelbar ist, - die wenigstens eine erste Zufluss-Vorrichtung umfassend den Düsenstock, eine Rohrleitung und eine zumindest abschnittsweise innerhalb der Zufluss-Vorrichtung positionierte Stellstange mit einer Düsen-Nadel im Bereich einer Austrittsöffnung des Düsenstocks, [0007] The Pelton turbine according to the invention comprises a turbine runner and at least one first inflow device with a flow channel and a nozzle assembly for forming a water jet, wherein the turbine runner can be subjected to the water jet within a jet circle projected onto the rotating turbine runner with a jet axis, so that the kinetic energy of the water jet can be converted into a torque by the turbine runner, - the at least one first inflow device comprising the nozzle assembly, a pipeline and an actuating rod positioned at least in sections within the inflow device with a nozzle needle in the region of an outlet opening of the nozzle assembly,
- - wobei der Düsenstock mit der Rohrleitung fluidisch gekoppelt ist, und - - wherein the nozzle assembly is fluidically coupled to the pipeline, and
- - wobei die Stellstange ji in Richtung einer Längsachse der Stellstange zwischen einer Schließposition und einer Offnungsposition stufenlos verlagerbar bzw. positionierbar ist. - - wherein the adjusting rod ji is continuously displaceable or positionable in the direction of a longitudinal axis of the adjusting rod between a closed position and an open position.
[0008] Die erfindungsgemäße Pelton-Turbine ist weiters dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenstock mittels eines ersten Kugelflansches mit der Rohrleitung gekoppelt ist und die Lage bzw. die Ausrichtung des Düsenstocks relativ zur Rohrleitung entlang einer Kugelsphäre des ersten Kugelflansches ausrichtbar bzw. verlagerbar ist, sodass die Form und die Position bzw. die Ausrichtung des, auf das rotierende Turbinenlaufrad projizierten Strahlkreises und die Position bzw. die Ausrichtung der Strahlachse durch eine Verlagerung des Düsenstocks relativ zur Rohrleitung veränderbar sind. [0008] The Pelton turbine according to the invention is further characterized in that the nozzle assembly is coupled to the pipeline by means of a first ball flange and the position or orientation of the nozzle assembly relative to the pipeline can be aligned or displaced along a sphere of the first ball flange, so that the shape and position or orientation of the jet circle projected onto the rotating turbine impeller and the position or orientation of the jet axis can be changed by displacing the nozzle assembly relative to the pipeline.
[0009] Insbesondere kann somit eine Mittelachse des Düsenstocks relativ zu einer Neutralposition des Düsenstocks um einen Verstellwinkel ausgelenkt werden, wobei die Neutralposition durch eine imaginäre Verbindungslinie zwischen einer Mittelachse der Rohrleitung und einen geforderten Anströmpunkt am Turbinenlaufrad vordefiniert sein kann. [0009] In particular, a central axis of the nozzle assembly can thus be deflected by an adjustment angle relative to a neutral position of the nozzle assembly, wherein the neutral position can be predefined by an imaginary connecting line between a central axis of the pipeline and a required inflow point on the turbine impeller.
[0010] Die Kugelsphäre ist dabei durch die gelenkartige Bewegbarkeit des ersten Kugelflansches definiert. Als Kugelflansch kann dabei ein Verbindungsmittel zum Koppeln des Düsenstocks mit der Rohrleitung verstanden werden, mittels welchem der Düsenstock an der Rohrleitung gelenkig gelagert ist und positionsfixierbar ist. Dadurch ist die Möglichkeit geschaffen, dass die Ausrichtung des Düsenstocks gegenüber der Rohrleitung einstellbar ist, sodass in weiterer Folge der maßgeblich durch die Ausrichtung und die Ausgestaltung des Düsenstocks bedingte Wasserstrahl in Bezug auf dessen Strahlkreis und Strahlachse einstellbar ist. In diesem Sinne kann unter dem ersten Kugelflansch auch ein Verbindungs- bzw. Justagemittel verstanden werden, welches als Kompensator oder gegebenenfalls Wellenkompensator oder als justierbares Koppelelement mit einem entsprechenden flexiblen Justage-Bereich ausgebildet ist. [0010] The sphere is defined by the joint-like mobility of the first ball flange. A ball flange can be understood as a connecting means for coupling the nozzle assembly to the pipeline, by means of which the nozzle assembly is mounted on the pipeline in an articulated manner and can be fixed in position. This creates the possibility of adjusting the alignment of the nozzle assembly relative to the pipeline, so that the water jet, which is largely determined by the alignment and design of the nozzle assembly, can subsequently be adjusted in relation to its jet circle and jet axis. In this sense, the first ball flange can also be understood as a connecting or adjustment means which is designed as a compensator or, if necessary, a wave compensator or as an adjustable coupling element with a corresponding flexible adjustment area.
[0011] Unter einem Düsenstock kann weiters synonym ein Injektor verstanden werden, der in Durchströmrichtung der Zufluss-Vorrichtung anschließend an die Rohrleitung mit der Rohrleitung fluidisch gekoppelt ist. Mittels des Injektors bzw. des Düsenstocks wird dabei im Zusammenspiel mit der Düsennadel der Wasserstrahl bzw. die Ausrichtung und die Form des Wasserstrahls in Bezug auf dessen Strahlachse und Strahlkreis bedingt. [0011] A nozzle assembly can also be understood as a synonym for an injector which is fluidically coupled to the pipeline in the flow direction of the inflow device and subsequent to the pipeline. The water jet or the alignment and shape of the water jet in relation to its jet axis and jet circle is determined by means of the injector or nozzle assembly in interaction with the nozzle needle.
[0012] Durch die Ausrichtbarkeit des Düsenstocks können vorteilhafter Weise und beispielhaft nach Fertigung der Zufluss-Vorrichtung und Montage der Pelton-Turbine der Strahlkreis und die Strahlachse des Wasserstrahls justiert werden, um Montage- und Fertigungstoleranzen ausgleichen zu können. So kann der Wirkungsgrad der Pelton-Turbine verbessert werden und die Beaufschlagung des Turbinenlaufrades anforderungsgemäß adaptiert werden. Dies führt zu einem kaufmännischen Vorteil beim Vertrieb der Pelton-Turbine und auch zu einem wirtschaftlichen Vorteil beim Betrieb der Pelton-Turbine. [0012] The ability to adjust the nozzle assembly means that the jet circle and the jet axis of the water jet can be adjusted in an advantageous manner, for example after the inflow device has been manufactured and the Pelton turbine has been assembled, in order to compensate for assembly and manufacturing tolerances. This improves the efficiency of the Pelton turbine and allows the turbine impeller to be adjusted as required. This leads to a commercial advantage when selling the Pelton turbine and also to an economic advantage when operating the Pelton turbine.
[0013] Weiters kann durch die Justage-Möglichkeit des Strahlkreises und der Strahlachse auf sich verändernde Betriebsparameter der Pelton-Turbine reagiert werden. So kann zum Beispiel auf eine Veränderung der Fallhöhe oder des Durchflusses der Pelton-Turbinen-Anlage reagiert werden, um wieder eine entsprechend den geänderten Betriebsbedingungen vorteilhafte Ausrichtung des Wasserstrahls zu schaffen. [0013] Furthermore, the ability to adjust the jet circle and the jet axis makes it possible to react to changing operating parameters of the Pelton turbine. For example, it is possible to react to a change in the head or flow of the Pelton turbine system in order to create an advantageous alignment of the water jet in accordance with the changed operating conditions.
[0014] Auch kann mittels dieser Justage-Möglichkeit auf Erregerfrequenzen im System der Pelton-Turbine reagiert werden, indem beispielsweise das System durch Justage des Strahlkreises und der Strahlachse bewusst verstimmt wird um das Auftreten von Resonanz im Frequenzspektrum zu verschieben oder deren Amplitude abzumildern. Damit geht eine Verbesserung der Betriebssicherheit der Pelton-Turbine einher. [0014] This adjustment option can also be used to react to excitation frequencies in the Pelton turbine system, for example by deliberately detuning the system by adjusting the beam circle and the beam axis in order to shift the occurrence of resonance in the frequency spectrum or to mitigate its amplitude. This is accompanied by an improvement in the operational reliability of the Pelton turbine.
[0015] Weiters ist beispielhaft auch noch denkbar, dass das Turbinenlaufrad der Pelton-Turbine durch die Justage-Möglichkeit austauschbar ist, bzw. dass für geänderte Becher-Geometrien von Turbinenlaufrädern unterschiedliche Ausrichtungen des Düsenstocks und der Düsennadel, bzw. eine Veränderung der Form und Lage des Strahlkreises und der Lage der Strahlachse aus oben genannten Gründen ermöglicht wird. Dies macht die Zufluss-Vorrichtung mehrfach einsetzbar, was wiederum wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt. [0015] Furthermore, it is also conceivable, for example, that the turbine runner of the Pelton turbine is replaceable due to the adjustment option, or that for changed bucket geometries of turbine runners, different alignments of the nozzle assembly and the nozzle needle, or a change in the shape and position of the jet circle and the position of the jet axis are made possible for the reasons mentioned above. This makes the inflow device reusable, which in turn brings economic advantages.
[0016] Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, wenn der erste Kugelflansch eine ringförmige Kegelpfanne und eine, zur ringförmigen Kegelpfanne abschnittweise formkomplementäre Kugelscheibe umfasst, wobei die Kegelpfanne und die Kugelscheibe derart ausgebildet und zueinander positioniert sind, dass der Drehpunkt des ersten Kugelflansches im Bereich der Rohrleitung angeordnet ist. Dadurch wird eine möglichst einfache konstruktive Kopplung zwischen Rohrleitung und Düsenstock ermöglicht. Weiters ist dadurch die Kugelsphäre derart definiert, dass der Drehpunkt außerhalb des Düsenstocks angeordnet ist, was insbesondere die Ausrichtung des Düsenstocks erleichtert bzw. den Kraftaufwand für die Ausrichtung verringert. Damit ergibt sich der Vorteil, dass der Düsenstock gegebenenfalls ohne zusätzliche Hilfsmittel justiert werden kann, was [0016] Furthermore, it can be expedient if the first ball flange comprises an annular conical socket and a spherical disk that is partially complementary in shape to the annular conical socket, the conical socket and the spherical disk being designed and positioned relative to one another in such a way that the pivot point of the first ball flange is arranged in the area of the pipeline. This enables the simplest possible structural coupling between the pipeline and the nozzle assembly. Furthermore, the spherical sphere is defined in such a way that the pivot point is arranged outside the nozzle assembly, which in particular makes it easier to align the nozzle assembly or reduces the amount of force required for alignment. This has the advantage that the nozzle assembly can be adjusted without additional aids if necessary, which
im Hinblick auf die Montage und Justage des Düsenstocks vorteilhaft ist. is advantageous with regard to the assembly and adjustment of the nozzle holder.
[0017] Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kegelpfanne im Bereich des Strömungskanals und der Kugelsphäre eine relativ zum Strömungskanal rückspringende Konusfläche aufweist. Dadurch entsteht ein zusätzlicher Freiraum im Strömungskanal, der den Vorteil hat, dass die Kegelpfanne bei entsprechender Positionierung außerhalb einer Normalposition derselben, also bei einer Auslenkung entlang der Kugelsphäre, nicht in den Strömungskanal hineinragt. Dadurch wird ein möglicher Strömungswiderstand und Strömungsschatten vermieden, was wiederum dazu führt, dass keine Verwirbelungen der Strömung im Düsenstock auftreten und der vom Düsenstock geformte Wasserstrahl gleichgerichtete Stromfäden bzw. eine verbesserte Strömung aufweist. Dies wirkt sich unmittelbar positiv auf die Abrasion des Turbinenlaufrades und auf den Wirkungsgrad der Pelton- Turbine aus. [0017] Furthermore, it can be provided that the conical pan has a conical surface that is set back relative to the flow channel in the area of the flow channel and the spherical sphere. This creates additional free space in the flow channel, which has the advantage that the conical pan does not protrude into the flow channel when positioned outside of a normal position thereof, i.e. when deflected along the spherical sphere. This avoids possible flow resistance and flow shadows, which in turn means that no turbulence in the flow occurs in the nozzle assembly and the water jet formed by the nozzle assembly has aligned flow threads or an improved flow. This has a direct positive effect on the abrasion of the turbine impeller and on the efficiency of the Pelton turbine.
[0018] Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Stellstange mittels einer ersten Lagervorrichtung innerhalb des Düsenstocks gelagerte ist. Vorteilhaft ist dabei, dass die Verstellung bzw. Ausrichtung des Düsenstocks gleichzeitig eine Lageänderung der ersten Lagervorrichtung bedingt. Dadurch werden die Stellstange und die Düsennadel bereits entsprechend der Ausrichtung des Düsenstocks in deren Position und Lage derart verändert, dass eine vorteilhafte Strömung zur Bildung des Wasserstrahlt resultiert. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die Abrasion des Turbinenlaufrades und auf den Wirkungsgrad der Pelton-Turbine aus. [0018] Furthermore, it can be provided that the adjusting rod is mounted within the nozzle assembly by means of a first bearing device. It is advantageous in this case that the adjustment or alignment of the nozzle assembly simultaneously causes a change in the position of the first bearing device. As a result, the adjusting rod and the nozzle needle are already changed in their position and location according to the alignment of the nozzle assembly in such a way that an advantageous flow for the formation of the water jet results. This in turn has a positive effect on the abrasion of the turbine impeller and on the efficiency of the Pelton turbine.
[0019] Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass die erste Lagervorrichtung im Bereich eines Schnittpunktes der Kugelsphäre mit einer Mittelachse des Düsenstocks ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass die Stellstange entsprechend der Ausrichtung des Düsenstocks geringstmögliche Positions- und Lageänderung erfährt. [0019] Another advantageous embodiment is one in which the first bearing device can be designed in the area of an intersection point of the sphere with a central axis of the nozzle assembly. This ensures that the adjusting rod experiences the smallest possible change in position and location depending on the orientation of the nozzle assembly.
[0020] Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass die Stellstange mittels einer Verstell-Vorrichtung gelagert ist, wobei die Verstell-Vorrichtung bezüglich dem Strömungskanal an der Zufluss-Vorrichtung außenliegenden ausgebildet ist und einen zweiten Kugelflansch umfasst, wobei die Stellstange im Bereich des zweiten Kugelflansches gelagert ist. Vorteilhaft ist dabei, dass die Lage der Stellstange und damit der Düsennadel entsprechend der Ausrichtung des Düsenstocks an der zweiten Lagerung derselben, also im Bereich des zweiten Kugelflansches, derart justierbar ist, dass die Stellstange keine Verspannungen erfährt und eine geradlinig ausgerichtete Längsachse aufweist. Somit kann auch in weiterer Folge die Position der Düsennadel verbessert ausgerichtet werden, um eine anforderungsgerechte Form und Lage des Strahlkreises und eine anforderungsgerechte Lage der Strahlachse gewährleisten zu können. [0020] According to a further development, it is possible for the adjusting rod to be mounted by means of an adjusting device, wherein the adjusting device is designed to be external to the flow channel on the inflow device and comprises a second ball flange, wherein the adjusting rod is mounted in the region of the second ball flange. It is advantageous that the position of the adjusting rod and thus of the nozzle needle can be adjusted according to the orientation of the nozzle assembly on the second bearing thereof, i.e. in the region of the second ball flange, in such a way that the adjusting rod is not subjected to any tension and has a straight longitudinal axis. The position of the nozzle needle can therefore also be aligned more effectively in order to be able to guarantee a shape and position of the jet circle that meets the requirements and a position of the jet axis that meets the requirements.
[0021] Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn der zweite Kugelflansch ein Kugelgelenk und eine abschnittsweise zum Kugelgelenk formkomplementäre Kugelschale umfasst, wobei die Stellstange einen Kugelmittelpunkt des Kugelgelenks durchstoßend positioniert ist, sodass die Längsachse der Stellstange bzw. die Düsennadel mittels des zweiten Kugelflansches relativ zum Düsenstock bzw. zur Austrittsöffnung des Düsenstocks verlagerbar ist. Dadurch wird das Justieren der Düsennadel einfach und auf definierte Weise ermöglicht, um wiederum eine anforderungsgerechte Form und Lage des Strahlkreises und eine anforderungsgerechte Lage der Strahlachse gewährleisten zu können. [0021] It can also be useful if the second ball flange comprises a ball joint and a ball socket that is partially complementary in shape to the ball joint, with the adjusting rod being positioned so as to penetrate a ball center of the ball joint, so that the longitudinal axis of the adjusting rod or the nozzle needle can be displaced relative to the nozzle block or the outlet opening of the nozzle block by means of the second ball flange. This enables the nozzle needle to be adjusted easily and in a defined manner, in order to ensure that the shape and position of the jet circle and the position of the jet axis meet the requirements.
[0022] Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Pelton-Turbine weiters eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung und eine Einstell-Vorrichtung mit wenigstens zwei, mittels der Steuer- bzw. Regelvorrichtung automatisiert ansteuerbaren Stell-Organen umfasst, wobei der Düsenstock mittels der Stell-Organe entlang der Kugelsphäre des ersten Kugelflansches ausrichtbar ist. Dadurch kann insbesondere automatisiert eine Verstimmung des Systems der Pelton-Turbine, im Sinne einer Veränderung der Beaufschlagung des Turbinenlaufrades, umgesetzt werden. [0022] Furthermore, it can be provided that the Pelton turbine further comprises a control or regulating device and an adjustment device with at least two actuating elements that can be controlled automatically by means of the control or regulating device, wherein the nozzle assembly can be aligned along the sphere of the first ball flange by means of the actuating elements. In this way, a detuning of the Pelton turbine system can be implemented in an automated manner, in particular in the sense of a change in the loading of the turbine impeller.
[0023] Durch diese Maßnahme können die Betriebssicherheit sowie auch die Standzeit der Pelton-Turbine entscheidend verbessert werden. [0023] This measure can significantly improve the operational reliability as well as the service life of the Pelton turbine.
[0024] Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass zwischen der Kegelpfanne und der Kugelscheibe eine elastisches Ringelement ausgebildet ist, mittels welchem elastischen Ringelementes relativ zu einer Neutralposition des Düsenstocks ein, dem Düsenstock von der Einstell-Vor-[0024] Furthermore, it can be provided that an elastic ring element is formed between the conical socket and the spherical disk, by means of which elastic ring element relative to a neutral position of the nozzle block a setting pre-set by the nozzle block
richtung aufgeprägter Verstellwinkel im Bereich umfassend 0° und 4°, insbesondere bis 2° aufnehmbar bzw. ausgleichbar ist, wobei der Verstellwinkel durch eine Auslenkung des Düsenstocks in eine beliebige Richtung entlang der Kugelsphäre zwischen einer dadurch ausgelenkten Mittelachse des Düsenstocks und der Neutralposition des Düsenstocks definiert ist. Dadurch wird die Möglichkeit der automatisierten Ausrichtung des Düsenstocks verbessert. Um diese Maßnahme umsetzen zu können, können weiters entsprechend überdimensionierte Bohrungen für Schraubenelemente, welche die Komponenten des ersten Kugelflansches zueinander positionieren, vorgesehen sein. direction can be accommodated or compensated for by an adjustment angle in the range comprising 0° and 4°, in particular up to 2°, wherein the adjustment angle is defined by a deflection of the nozzle holder in any direction along the sphere between a central axis of the nozzle holder deflected thereby and the neutral position of the nozzle holder. This improves the possibility of automated alignment of the nozzle holder. In order to be able to implement this measure, appropriately oversized holes for screw elements, which position the components of the first ball flange relative to one another, can also be provided.
[0025] Gemäß einer besonderen Ausprägung ist es möglich, dass der erste Kugelflansch mittels Schraubenelementen mit der Rohrleitung koppelbar ist, wobei jedem Schraubenelement ein zusammengehöriges Paar aus einer Kugelscheiben-Beilagscheibe und einer Kegelpfannen-Beilagscheibe zugeordnet ist, sodass Biegebeanspruchungen der Schraubenelemente auf Grund der Ausrichtung des Düsenstocks relativ zur Rohrleitung von den zusammengehörigen Paaren ausgleichbar sind. Dadurch wird die Fertigung des ersten Kugelflansches vereinfacht, da die Bohrungen für die Schraubenelemente derart ausgebildet sein können, dass eine Vielzahl an Ausrichtungsmöglichkeiten des Düsenstocks entlang der Kugelsphäre ermöglicht sind. In jedem Fall werden nämlich durch die Ausführungsform mit zusammengehörigen Paaren aus KugelscheibenBeilagscheibe und Kegelpfannen-Beilagscheibe Biegebeanspruchungen der Schraubenelemente verhindert. Vorteilhafterweise wird somit die Justage-Möglichkeit des Düsenstocks erweitert. Alternativ zu den genannten Schraubenelementen sind andere und in deren Wirkung gleiche Verbindungselemente denkbar. [0025] According to a particular embodiment, it is possible for the first ball flange to be coupled to the pipeline by means of screw elements, with each screw element being assigned a matching pair of a spherical disk washer and a conical socket washer, so that bending stresses on the screw elements due to the alignment of the nozzle assembly relative to the pipeline can be compensated for by the matching pairs. This simplifies the manufacture of the first ball flange, since the holes for the screw elements can be designed in such a way that a variety of alignment options for the nozzle assembly along the sphere are possible. In any case, the design with matching pairs of spherical disk washer and conical socket washer prevents bending stresses on the screw elements. This advantageously expands the adjustment options for the nozzle assembly. As an alternative to the screw elements mentioned, other connecting elements with the same effect are conceivable.
[0026] In diesem Zusammenhang ist es weiters denkbar, dass entweder die Kugelscheibe oder die Kegelpfanne als Komponente oder auch als Teilabschnitt der Rohrleitung ausgebildet ist. [0026] In this context, it is further conceivable that either the spherical disc or the conical socket is designed as a component or as a partial section of the pipeline.
[0027] Die Erfindung betrifft weiters noch ein Verfahren zur Einstellung der Form und der Position eines, auf ein rotierendes Turbinenlaufrad einer Pelton-Turbine projizierten Strahlkreises eines, von einem Düsenstock gebildeten Wasserstrahls und der Position einer Strahlachse des Wasserstrahls. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei wenigstens die folgenden Verfahrensschritte: [0027] The invention further relates to a method for adjusting the shape and position of a jet circle of a water jet formed by a nozzle assembly, projected onto a rotating turbine wheel of a Pelton turbine, and the position of a jet axis of the water jet. The method according to the invention comprises at least the following method steps:
- Ermitteln einer Ist-Position und einer Soll-Position der aktuellen Strahlachse mittels eines optischen Erfassungs- bzw. Positionierungsmittels oder mittels einer Steuer- bzw. Regelvorrichtung; - Determining an actual position and a target position of the current beam axis by means of an optical detection or positioning means or by means of a control or regulating device;
- Einstellen der Strahlachse entsprechend der Soll-Position mittels Ausrichten des Düsenstocks bzw. einer Austrittsöffnung des Düsenstocks; - Adjusting the jet axis according to the desired position by aligning the nozzle holder or an outlet opening of the nozzle holder;
- Ausrichten einer Längsachse einer Stellstange bzw. der Stellstange mit einer Düsennadel im Bereich der Austrittsöffnung des Düsenstocks relativ zur Austrittsöffnung, wobei die Längsachse in Normalrichtungen zur Längsachse eingestellt wird, sodass sich eine Soll-Form des, auf das Turbinenlaufrad projizierten Strahlkreises ergibt; - Aligning a longitudinal axis of an adjusting rod or the adjusting rod with a nozzle needle in the area of the outlet opening of the nozzle assembly relative to the outlet opening, wherein the longitudinal axis is adjusted in normal directions to the longitudinal axis so that a desired shape of the jet circle projected onto the turbine impeller is obtained;
[0028] Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiters dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Position der Strahlachse durch Ausrichten des Düsenstocks einer, den Wasserstrahl bildenden Zufluss-Vorrichtung der Pelton-Turbine mittels manueller Justage oder automatisiert mittels einer Einstell-Vorrichtung und der Steuer- bzw. Regelvorrichtung entlang einer Kugelsphäre eines ersten Kugelflansches der Zufluss-Vorrichtung eingestellt wird. [0028] The method according to the invention is further characterized in that the desired position of the jet axis is set by aligning the nozzle assembly of an inflow device of the Pelton turbine forming the water jet by means of manual adjustment or automatically by means of an adjustment device and the control or regulating device along a sphere of a first ball flange of the inflow device.
[0029] Unter einem optischen Erfassungs- bzw. Positionierungsmittel kann dabei eine bloße Markierung auf dem Turbinenlaufrad aber auch ein optisches Erfassungsmittel wie ein optischer Sensor oder eine Kamera mit entsprechender Bildverarbeitungseinrichtung verstanden werden. Weiters ist die Verwendung von Laser-, Lidar- oder Radar-Sensoren als Erfassungs- bzw. Positionierungsmittel möglich. [0029] An optical detection or positioning means can be understood as a mere marking on the turbine wheel, but also an optical detection means such as an optical sensor or a camera with a corresponding image processing device. Furthermore, the use of laser, lidar or radar sensors as detection or positioning means is possible.
[0030] Weiters können in der Steuer- bzw. Regelvorrichtung vorgegebene Positionierungsdaten für die Ausrichtung des Düsenstocks hinterlegt sein. Entsprechend dieser hinterlegten Daten kann eine Ausrichtung des Düsenstocks mittels der Einstell-Vorrichtung automatisiert umgesetzt werden. [0030] Furthermore, predetermined positioning data for the alignment of the nozzle assembly can be stored in the control or regulating device. According to these stored data, the alignment of the nozzle assembly can be implemented automatically using the adjustment device.
[0031] Durch die Ausrichtbarkeit des Düsenstocks können vorteilhafter Weise und beispielhaft nach Fertigung der Zufluss-Vorrichtung und Montage der Pelton-Turbine der Strahlkreis und die Strahlachse des Wasserstrahls justiert werden, um Montage- und Fertigungstoleranzen ausgleichen zu können. So kann der Wirkungsgrad der Pelton-Turbine verbessert werden und die Beaufschlagung des Turbinenlaufrades anforderungsgemäß adaptiert werden. Dies führt zu einem kaufmännischen Vorteil beim Vertrieb der Pelton-Turbine und auch zu einem wirtschaftlichen Vorteil beim Betrieb der Pelton-Turbine. [0031] The ability to adjust the nozzle assembly means that the jet circle and the jet axis of the water jet can be adjusted in an advantageous manner, for example after the inflow device has been manufactured and the Pelton turbine has been assembled, in order to compensate for assembly and manufacturing tolerances. This improves the efficiency of the Pelton turbine and allows the turbine impeller to be adjusted as required. This leads to a commercial advantage when selling the Pelton turbine and also to an economic advantage when operating the Pelton turbine.
[0032] Weiters kann durch die Justage-Möglichkeit des Strahlkreises und der Strahlachse auf sich verändernde Betriebsparameter der Pelton-Turbine reagiert werden. So kann zum Beispiel auf eine Veränderung der Fallhöhe oder des Durchflusses der Pelton-Turbinen-Anlage reagiert werden, um wieder eine entsprechend den geänderten Betriebsbedingungen vorteilhafte Ausrichtung des Wasserstrahls zu schaffen. [0032] Furthermore, the ability to adjust the jet circle and the jet axis makes it possible to react to changing operating parameters of the Pelton turbine. For example, it is possible to react to a change in the head or flow of the Pelton turbine system in order to create an advantageous alignment of the water jet in accordance with the changed operating conditions.
[0033] Auch kann mittels dieser Justage-Möglichkeit auf Erregerfrequenzen im System der Pelton-Turbine reagiert werden, indem beispielsweise das System durch Justage des Strahlkreises und der Strahlachse bewusst verstimmt wird um das Auftreten von Resonanz im Frequenzspektrum zu verschieben oder deren Amplitude abzumildern. Damit geht eine Verbesserung der Betriebssicherheit der Pelton-Turbine einher. [0033] This adjustment option can also be used to react to excitation frequencies in the Pelton turbine system, for example by deliberately detuning the system by adjusting the beam circle and the beam axis in order to shift the occurrence of resonance in the frequency spectrum or to mitigate its amplitude. This is accompanied by an improvement in the operational reliability of the Pelton turbine.
[0034] Weiters ist beispielhaft auch noch denkbar, dass das Turbinenlaufrad der Pelton-Turbine durch die Justage-Möglichkeit austauschbar ist, bzw. dass für geänderte Becher-Geometrien von Turbinenlaufrädern unterschiedliche Ausrichtungen des Düsenstocks und der Düsennadel, bzw. eine Veränderung der Form und Lage des Strahlkreises und der Lage der Strahlachse aus oben genannten Gründen ermöglicht wird. Dies macht die Zufluss-Vorrichtung mehrfach einsetzbar, was wiederum wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt. [0034] Furthermore, it is also conceivable, for example, that the turbine runner of the Pelton turbine is replaceable due to the adjustment option, or that for changed bucket geometries of turbine runners, different alignments of the nozzle assembly and the nozzle needle, or a change in the shape and position of the jet circle and the position of the jet axis are made possible for the reasons mentioned above. This makes the inflow device reusable, which in turn brings economic advantages.
[0035] Das Verfahren kann weiters den Verfahrensschritt umfassen, dass nach dem Ausrichten des Düsenstocks die Position des Düsenstocks relativ zu einer Rohrleitung der Zufluss-Vorrichtung am ersten Kugelflansch mittels Stifte in Bohrungen fixiert wird. Dadurch wird eine einfache und schnelle Sicherung der Position des ersten Kugelflansches ermöglicht, um in weiterer Folge die Stellstange ohne eine abermalige unbeabsichtigte Verstellung der Position des Düsenstocks auf einfach Weise ausrichten zu können. [0035] The method can further comprise the step of fixing the position of the nozzle assembly relative to a pipe of the inflow device on the first ball flange by means of pins in bores after the alignment of the nozzle assembly. This enables the position of the first ball flange to be secured easily and quickly in order to subsequently be able to align the adjusting rod in a simple manner without the position of the nozzle assembly being accidentally adjusted again.
[0036] Darüber hinaus kann das Verfahren weiters den Verfahrensschritt umfassen, dass nach dem Ausrichten der Längsachse der Stellstange die Position der Stellstange an einem zweiten Kugelflansch, an welchem die Stellstange gelagert ist, mittels Stifte und Bohrungen fixiert wird. Dadurch kann die Position der Stellstange auf einfache Weise fixiert werden, um weitere folgende Montageschritte der Pelton-Turbine zu vereinfachen. Beispielsweise können so, nach entsprechender Lage- und Positionsfixierung des zweiten Kugelflansches und gegebenenfalls des ersten Kugelflansches, Löcher für darin aufnehmbare Verbindungselemente geschaffen werden, mittels welchen Verbindungselementen dann schließlich der zweite Kugelflansch und gegebenenfalls auch der erste Kugelflansch fixiert wird. [0036] In addition, the method can further comprise the step of, after aligning the longitudinal axis of the control rod, fixing the position of the control rod to a second ball flange on which the control rod is mounted by means of pins and holes. This allows the position of the control rod to be fixed in a simple manner in order to simplify further subsequent assembly steps of the Pelton turbine. For example, after the appropriate location and position fixing of the second ball flange and, if applicable, the first ball flange, holes can be created for connecting elements to be accommodated therein, by means of which connecting elements the second ball flange and, if applicable, also the first ball flange are then finally fixed.
[0037] Das Verstiften der jeweils eingestellten Justage-Position des ersten und/oder des zweiten Kugelflansches bringt weiters den Vorteil, dass die ursprünglich beispielsweise im Zuge der Montage eingestellte Justage-Position wiederherstellbar bzw. nachvollziehbar ist. Damit kann eine ungewünschte Manipulation der Justage-Position nachvollzogen werden, was im Zuge einer möglichen Haftung für etwaig auftretende Schäden der Pelton-Turbine die Beweissicherheit für den Hersteller und/oder den Betreiber der Pelton-Turbine vorteilhaft ist. [0037] Pinning the respective adjustment position of the first and/or the second ball flange also has the advantage that the adjustment position originally set, for example during assembly, can be restored or traced. This means that any unwanted manipulation of the adjustment position can be traced, which is advantageous in terms of evidence security for the manufacturer and/or operator of the Pelton turbine in the event of possible liability for any damage that may occur to the Pelton turbine.
[0038] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. [0038] For a better understanding of the invention, it is explained in more detail with reference to the following figures.
[0039] Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: [0040] Fig. 1 Teilkomponenten einer Pelton-Turbine; [0041] Fig. 2 Teilkomponenten der Pelton-Turbine in einer Schnittdarstellung; [0042] Fig. 3 eine Detailansicht der Verstell-Vorrichtung; [0039] They show in a highly simplified, schematic representation: [0040] Fig. 1 partial components of a Pelton turbine; [0041] Fig. 2 partial components of the Pelton turbine in a sectional view; [0042] Fig. 3 a detailed view of the adjustment device;
[0043] Fig. 4 eine Detailansicht des ersten Kugelflansches und des Düsenstocks; [0044] Fig. 5 eine alternative Ausgestaltungsform des Düsenstocks. [0043] Fig. 4 is a detailed view of the first ball flange and the nozzle assembly; [0044] Fig. 5 is an alternative embodiment of the nozzle assembly.
[0045] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. [0045] To begin with, it should be noted that in the variously described embodiments, identical parts are provided with identical reference symbols or identical component designations, whereby the disclosures contained in the entire description can be transferred analogously to identical parts with identical reference symbols or identical component designations. The position information chosen in the description, such as top, bottom, side, etc., also refers to the figure directly described and shown, and these position information must be transferred analogously to the new position in the event of a change in position.
[0046] In den Fig. 1 und Fig. 2 sind Teilkomponenten einer Pelton-Turbine 1 dargestellt, wobei die Fig. 2 eine Schnittdarstellung ist. In der Fig. 3 ist in einer Detailansicht eine mögliche Ausgestaltungsform der Verstell-Vorrichtung 15 dargestellt. In der Fig. 4 ist eine Detailansicht einer mögliche Ausgestaltungsform des ersten Kugelflansches 17 und des Düsenstockes 5 dargestellt. In den Fig. 1 bis Fig. 4 werden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen verwendet. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die jeweilige detaillierte Beschreibung Darstellungen hingewiesen bzw. Bezug genommen. [0046] Fig. 1 and Fig. 2 show partial components of a Pelton turbine 1, with Fig. 2 being a sectional view. Fig. 3 shows a detailed view of a possible embodiment of the adjustment device 15. Fig. 4 shows a detailed view of a possible embodiment of the first ball flange 17 and the nozzle assembly 5. In Figs. 1 to 4, the same reference symbols or component designations are used for the same parts. To avoid unnecessary repetition, reference is made to the respective detailed description or illustrations.
[0047] Die Pelton-Turbine 1 umfasst wenigstens eine Zufluss-Vorrichtung 2 und ein Turbinenlaufrad 3. Die Zufluss-Vorrichtung 2 bildet einen Strömungskanal 4 aus und umfasst einen Düsenstock 5 zum Formen eines Wasserstrahls 6. Das Turbinenlaufrad 3 ist mit dem Wasserstrahl 6 innerhalb eines, auf das rotierende Turbinenlaufrad 3 projizierten Strahlkreises 7 mit einer Strahlachse 8 beaufschlagbar, sodass die kinetische Energie des Wasserstrahls 6 vom Turbinenlaufrad 3 in ein Drehmoment umwandelbar ist. [0047] The Pelton turbine 1 comprises at least one inflow device 2 and a turbine runner 3. The inflow device 2 forms a flow channel 4 and comprises a nozzle assembly 5 for forming a water jet 6. The turbine runner 3 can be subjected to the water jet 6 within a jet circle 7 projected onto the rotating turbine runner 3 with a jet axis 8, so that the kinetic energy of the water jet 6 can be converted into a torque by the turbine runner 3.
[0048] Die Pelton-Turbine 1 kann beispielsweise auch mehrflutig, sprich mit mehreren ZuflussVorrichtung 2, ausgebildet sein, wobei die mehreren Zufluss-Vorrichtung 2 entsprechend den nachfolgenden Ausführungsformen baugleich ausgebildet sein können. [0048] The Pelton turbine 1 can, for example, also be designed with multiple flow, i.e. with several inflow devices 2, wherein the several inflow devices 2 can be constructed identically according to the following embodiments.
[0049] Die Zufluss-Vorrichtung 2 kann neben dem Düsenstock 5 weiters noch eine Rohrleitung 9 und eine Stellstange 10 mit einer Düsennadel 11 umfassen. Die Stellstange 10 kann dabei zumindest abschnittweise innerhalb des Strömungskanals 4 angeordnet bzw. positioniert sein, wobei die Düsennadel 11 im Bereich einer Austrittsöffnung 12 des Düsenstocks 5 an der Stellstange 10 angeordnet bzw. ausgebildet ist. Weiters kann die Stellstange 10 eine Längsachse 13 aufweisen, wobei die Stellstange 10 an dessen, der Düsennadel 11 in Richtung der Längsachse 13 gegenüberliegendem Endbereich 14 mittels einer Verstell-Vorrichtung 15 gelagert sein kann. Die Verstell-Vorrichtung 15 kann dazu eingerichtet sein, um die Stellstange 10 in Richtung der Längsachse 13 zwischen einer Schließposition und einer Offnungsposition stufenlos verlagern bzw. positionieren zu können, sodass beispielsweise in der OÖffnungsposition die Austrittsöffnung 12 von der Düsennadel 11 freigegeben wird und der Wasserstrahl 6 aus dem Düsenstock 5 auf das Turbinenlaufrad 3 strömen kann. Die Schließposition ist dabei derart definiert, dass die Düsennadel 11 die Austrittsöffnung 12 vollständig verschließt. Die Verlagerung der Stellstange 10 kann dabei beispielsweise mittels eines hydraulischen Systems der Verstell-Vorrichtung 15 umgesetzt werden. [0049] In addition to the nozzle assembly 5, the inflow device 2 can also comprise a pipeline 9 and an adjusting rod 10 with a nozzle needle 11. The adjusting rod 10 can be arranged or positioned at least in sections within the flow channel 4, with the nozzle needle 11 being arranged or formed on the adjusting rod 10 in the region of an outlet opening 12 of the nozzle assembly 5. Furthermore, the adjusting rod 10 can have a longitudinal axis 13, with the adjusting rod 10 being able to be mounted by means of an adjusting device 15 at its end region 14 opposite the nozzle needle 11 in the direction of the longitudinal axis 13. The adjustment device 15 can be designed to be able to continuously move or position the adjusting rod 10 in the direction of the longitudinal axis 13 between a closed position and an open position, so that, for example, in the open position, the outlet opening 12 is released by the nozzle needle 11 and the water jet 6 can flow from the nozzle assembly 5 onto the turbine impeller 3. The closed position is defined in such a way that the nozzle needle 11 completely closes the outlet opening 12. The displacement of the adjusting rod 10 can be implemented, for example, by means of a hydraulic system of the adjustment device 15.
[0050] Der Strömungskanal 4 kann wenigstens von der Rohrleitung 9 und dem Düsenstock 5 gebildet sein, wobei die Rohrleitung 9 und der Düsenstock 5 folglich fluidisch gekoppelt sind. Der Strahlkreis 7 sowie die Strahlachse 8 sind folglich durch die Ausrichtung bzw. Positionierung des Düsenstocks 5 und der Düsennadel 11 definiert. [0050] The flow channel 4 can be formed at least by the pipeline 9 and the nozzle assembly 5, whereby the pipeline 9 and the nozzle assembly 5 are consequently fluidically coupled. The jet circle 7 and the jet axis 8 are consequently defined by the alignment or positioning of the nozzle assembly 5 and the nozzle needle 11.
[0051] In einem Kopplungsbereich 16 der Rohrleitung 9 mit dem Düsenstock 5 kann ein erster Kugelflansch 17 vorgesehen sein bzw. kann der Düsenstock 5 mittels des ersten Kugelflansches 17 mit der Rohrleitung 9 gekoppelt sein. Dabei kann die Position des Düsenstocks 5 relativ zur Rohrleitung 9 entlang einer Kugelsphäre 18 und um einen Drehpunkt 19 des Kugelflansches 17 drehend ausgerichtet werden. Dadurch können der Strahlkreis 7 und die Strahlachse 8 entsprechend der Verlagerung bzw. Ausrichtung des Düsenstocks 5 in deren Position und betreffend die Form des Strahlkreises 7 verändert werden. [0051] A first ball flange 17 can be provided in a coupling region 16 of the pipeline 9 with the nozzle assembly 5, or the nozzle assembly 5 can be coupled to the pipeline 9 by means of the first ball flange 17. The position of the nozzle assembly 5 can be aligned relative to the pipeline 9 along a sphere 18 and rotating about a pivot point 19 of the ball flange 17. As a result, the jet circle 7 and the jet axis 8 can be changed in their position and with regard to the shape of the jet circle 7 according to the displacement or alignment of the nozzle assembly 5.
[0052] Der erste Kugelflansch 17 kann eine ringförmige Kegelpfanne 23 und eine dazu wenigstens abschnittweise formkomplementäre Kugelscheibe 24 umfassen. Dadurch wird entsprechend der Form der Berührungsfläche zwischen Kegelpfanne 23 und Kugelscheibe 24 die Kugelsphäre 18 aufgespannt, wobei der Düsenstock 5 entlang dieser Kugelsphäre 18 relativ zur Rohrleitung 9 ausrichtbar ist. [0052] The first ball flange 17 can comprise an annular conical socket 23 and a spherical disk 24 that is at least partially complementary in shape. As a result, the spherical sphere 18 is clamped in accordance with the shape of the contact surface between the conical socket 23 and the spherical disk 24, wherein the nozzle assembly 5 can be aligned along this spherical sphere 18 relative to the pipeline 9.
[0053] Es kann auch vorgesehen sein, dass die Kugelscheibe 24 als Komponente der Rohrleitung 9 ausgebildet ist. Alternativ und gleichermaßen kann auch vorgesehen sein, dass die Kegelpfanne 23 als Komponente der Rohrleitung 9 ausgebildet ist. [0053] It can also be provided that the spherical disk 24 is designed as a component of the pipeline 9. Alternatively and equally, it can also be provided that the conical socket 23 is designed as a component of the pipeline 9.
[0054] Bei einer Verlagerung des Düsenstocks 5 gegenüber der Rohrleitung 9 kann es vorkommen, dass die Kegelpfanne 23 in den Strömungskanal 4 abschnittsweise hineinragt, sofern nicht entsprechende Gegenmaßnahmen getroffen werden. In diesem Zusammenhang kann es sinnvoll sein, wenn die Kegelpfanne 23 an deren radial inneren Durchmesser und im Bereich der gemeinsamen Berührungsfläche mit der Kugelscheibe 24 eine abgeschrägte Fläche bzw. eine bezüglich dem Strömungskanal 4 rückspringende Konusfläche aufweist. [0054] If the nozzle assembly 5 is displaced relative to the pipe 9, the conical socket 23 may protrude into the flow channel 4 in sections unless appropriate countermeasures are taken. In this context, it may be useful if the conical socket 23 has a beveled surface or a conical surface that is set back relative to the flow channel 4 on its radially inner diameter and in the area of the common contact surface with the spherical disk 24.
[0055] Die Pelton-Turbine 1 kann weiters eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung 20 und eine Einstell-Vorrichtung 21 mit wenigstens zwei Stell-Organen 22 umfassen. Mittels der Einstell-Vorrichtung 21 kann der Düsenstock 5 entsprechend der Vorgaben der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 20, welche mit der Einstell-Vorrichtung 21 gekoppelt ist, bezüglich seiner Position relativ zur Rohrleitung 9 ausgerichtet werden. Dies kann insbesondere sinnvoll sein, um im Betrieb der PeltonTurbine 1 eine Verstimmung des Gesamtsystems der Pelton-Turbine 1 herbeizuführen und somit auftretende Resonanzen oder asymmetrische Beaufschlagung des Turbinenlaufrades 3 mit dem Wasserstrahl 6 zu verhindern oder zweiteres auch bewusst herbeizuführen. Weiters ist dadurch in einem gewissen Rahmen die Einstellbarkeit des Wasserstrahls 6 auf geänderte Rahmenbedingungen, wie beispielsweise eine geänderte Fallhöhe oder Durchflussmenge, ermöglicht. [0055] The Pelton turbine 1 can further comprise a control or regulating device 20 and an adjustment device 21 with at least two actuators 22. By means of the adjustment device 21, the nozzle assembly 5 can be aligned with respect to its position relative to the pipeline 9 in accordance with the specifications of the control or regulating device 20, which is coupled to the adjustment device 21. This can be particularly useful in order to cause a detuning of the entire system of the Pelton turbine 1 during operation of the Pelton turbine 1 and thus to prevent resonances or asymmetrical impact of the water jet 6 on the turbine impeller 3 or to deliberately cause the latter. Furthermore, this enables the water jet 6 to be adjusted to a certain extent to changed conditions, such as a changed head or flow rate.
[0056] Um eine automatisierte Ausrichtung des Düsenstocks 5 zu ermöglichen, kann es sinnvoll sein, wenn zwischen der Kegelpfanne 23 und der Kugelscheibe 24 ein elastisches Ringelement 27 vorgesehen bzw. angeordnet ist. Mittels diesem elastischen Ringelementes 27 relativ zu einer Neutralposition 28 des Düsenstocks 5 ein, von der Einstell-Vorrichtung 21 dem Düsenstock 5 aufgeprägter Verstellwinkel 29 im Bereich umfassend 0° und 4°, insbesondere bis 2° aufnehmbar bzw. ausgleichbar ist. [0056] In order to enable automated alignment of the nozzle assembly 5, it may be useful if an elastic ring element 27 is provided or arranged between the conical socket 23 and the spherical disk 24. By means of this elastic ring element 27 relative to a neutral position 28 of the nozzle assembly 5, an adjustment angle 29 impressed on the nozzle assembly 5 by the adjustment device 21 in the range comprising 0° and 4°, in particular up to 2°, can be accommodated or compensated.
[0057] Um ein Ausrichten des Düsenstocks 5 relativ zur Rohrleitung 9 sicher gewährleisten zu können, kann weiters vorgesehen sein, dass der erste Kugelflansch 17 mittels Schraubenelementen 30 mit der Rohrleitung 9 koppelbar ist, wobei jedem Schraubenelement 30 ein zusammengehöriges Paar 31 aus einer Kugelscheiben-Beilagscheibe und einer Kegelpfannen-Beilagscheibe zugeordnet ist, sodass Biegebeanspruchungen der Schraubenelemente 30 auf Grund der Ausrichtung des Düsenstocks 5 relativ zur Rohrleitung 9 von den zusammengehörigen Paaren 31 ausgleichbar sind. [0057] In order to be able to reliably ensure alignment of the nozzle assembly 5 relative to the pipeline 9, it can further be provided that the first ball flange 17 can be coupled to the pipeline 9 by means of screw elements 30, wherein each screw element 30 is assigned a matching pair 31 consisting of a spherical washer and a conical socket washer, so that bending stresses on the screw elements 30 due to the alignment of the nozzle assembly 5 relative to the pipeline 9 can be compensated by the matching pairs 31.
[0058] Um eine stabile Positionierung der Stellstange 10 und damit der Düsennadel 11 zu gewährleisten, kann im Bereich des Düsenstocks 5 bzw. am Düsenstock 5 und im Strömungskanal 4 eine erste Lagervorrichtung 32 vorgesehen sein. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Lagervorrichtung 32 im Bereich eines Schnittpunktes der Kugelsphäre 18 mit einer Mittelachse 25 des Düsenstocks 5 ausgebildet bzw. angeordnet ist. [0058] In order to ensure stable positioning of the actuating rod 10 and thus of the nozzle needle 11, a first bearing device 32 can be provided in the area of the nozzle assembly 5 or on the nozzle assembly 5 and in the flow channel 4. It can be advantageous if the bearing device 32 is designed or arranged in the area of an intersection point of the sphere 18 with a central axis 25 of the nozzle assembly 5.
[0059] Weiters kann noch vorgesehen sein, dass die die Verstell-Vorrichtung 15 bezüglich dem Strömungskanal 4 an der Zufluss-Vorrichtung 2 außenliegenden ausgebildet ist und einen zweiten Kugelflansch 33 umfasst, wobei die Stellstange 10 im Bereich des zweiten Kugelflansches 33 gelagert ist. [0059] Furthermore, it can be provided that the adjusting device 15 is formed on the outside of the inflow device 2 with respect to the flow channel 4 and comprises a second ball flange 33, wherein the adjusting rod 10 is mounted in the region of the second ball flange 33.
[0060] Der zweite Kugelflansch 33 kann ein Kugelgelenk 34 und eine abschnittsweise zum Kugelgelenk 34 formkomplementäre Kugelschale 35 umfassen, wobei die Stellstange 10 bzw. die Längsachse 13 einen Kugelmittelpunkt 36 des Kugelgelenks 34 bzw. des zweiten Kugelflansches 33 durchstoßend positioniert ist, sodass die Längsachse 13 der Stellstange 10 mittels des zweiten Kugelflansches 33 relativ zum Düsenstock 5 verlagerbar ist. [0060] The second ball flange 33 can comprise a ball joint 34 and a ball shell 35 that is partially complementary in shape to the ball joint 34, wherein the adjusting rod 10 or the longitudinal axis 13 is positioned so as to penetrate a ball center 36 of the ball joint 34 or the second ball flange 33, so that the longitudinal axis 13 of the adjusting rod 10 can be displaced relative to the nozzle assembly 5 by means of the second ball flange 33.
[0061] Um Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgleichen zu können bzw. um auf veränderte Anlagenparameter oder Erregerfrequenzen der Pelton-Turbine 1 reagieren zu können, können somit der Düsenstock 5 und die Stellstange 10 mit Düsennadel 11 in deren Lage und Ausrichtung angepasst werden. Damit können die Form und Lage des Strahlkreises 7 sowie die Lage der Strahlachse 8 bezüglich des Turbinenlaufrades 3 entsprechend angepasst werden. [0061] In order to compensate for manufacturing and assembly tolerances or to be able to react to changed system parameters or excitation frequencies of the Pelton turbine 1, the nozzle assembly 5 and the adjusting rod 10 with nozzle needle 11 can be adjusted in their position and orientation. This allows the shape and position of the jet circle 7 and the position of the jet axis 8 with respect to the turbine impeller 3 to be adjusted accordingly.
[0062] Die Anpassung des Strahlkreises 7 und der Strahlachse 8 kann beispielsweise bereits nach oder bei der Pelton-Turbine 1 erfolgen. Dazu kann ein optisches Positionierungsmittel am Düsenstock 5 oder an der Austrittsöffnung 12 des Düsenstocks 5 positioniert und gehaltert werden. Das optische Positionierungsmittel kann beispielsweise ein Laser mit Fadenkreuz sein, welcher auf das Turbinenlaufrad 3 gerichtet wird. Somit kann eine Ist-Position der Strahlachse 8 bzw. des Düsenstocks 5 ermittelt werden und die Position des Düsenstocks 5 kann mittels dem ersten Kugelflansch 17 entsprechend einer Soll-Position der Strahlachse 8 bzw. des Düsenstocks 5 ausgerichtet werden. [0062] The adjustment of the jet circle 7 and the jet axis 8 can, for example, already take place after or at the Pelton turbine 1. For this purpose, an optical positioning means can be positioned and held on the nozzle assembly 5 or on the outlet opening 12 of the nozzle assembly 5. The optical positioning means can, for example, be a laser with crosshairs, which is directed at the turbine impeller 3. In this way, an actual position of the jet axis 8 or the nozzle assembly 5 can be determined and the position of the nozzle assembly 5 can be aligned by means of the first ball flange 17 according to a desired position of the jet axis 8 or the nozzle assembly 5.
[0063] Alternativ kann die Ausrichtung der Strahlachse 8 bzw. des Düsenstocks 5 durch eine Vorgabe der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 20 und eine entsprechende Anpassung mittels der Einstell-Vorrichtung 21 durchgeführt werden. [0063] Alternatively, the alignment of the jet axis 8 or the nozzle assembly 5 can be carried out by a specification of the control or regulating device 20 and a corresponding adjustment by means of the adjustment device 21.
[0064] Nach der Ausrichtung der Strahlachse 8 bzw. des Düsenstocks 5 können die Kugelscheibe 24 und die Kegelpfanne 23 zueinander lagefixiert werden. Dies kann beispielsweise durch Verstiften der beiden Komponenten bewerkstelligt werden. [0064] After the alignment of the jet axis 8 or the nozzle assembly 5, the spherical disk 24 and the conical socket 23 can be fixed in position relative to one another. This can be accomplished, for example, by pinning the two components together.
[0065] In weiterer Folge kann die Stellstange 10 mit Düsennadel 11 entsprechend der geforderten Form des Strahlkreises 7 ausgerichtet werden. Dazu kann beispielsweise der Spalt zwischen der Düsennadel 11 und der Austrittsöffnung 12 ausspioniert werden und in weiterer Folge die Position der Stellstange 10 durch entsprechendes Ausrichten des Kugelgelenks 34 relativ zur Kugelschale 35 adaptiert werden. [0065] The adjusting rod 10 with the nozzle needle 11 can then be aligned in accordance with the required shape of the jet circle 7. For this purpose, for example, the gap between the nozzle needle 11 and the outlet opening 12 can be spied out and the position of the adjusting rod 10 can then be adapted by appropriately aligning the ball joint 34 relative to the ball shell 35.
[0066] Wiederum kann nach dem Ausrichten der Stellstange 10 bzw. der Düsennadel 11 die Position des Kugelgelenks 34 relativ zur Kugelschale 35 durch Verstiften der beiden Komponenten lagefixiert werden. [0066] Again, after aligning the adjusting rod 10 or the nozzle needle 11, the position of the ball joint 34 relative to the ball socket 35 can be fixed in position by pinning the two components.
[0067] Das Verstiften kann dabei in beiden Fällen mittels Stifte in Bohrungen durchgeführt werden. [0067] In both cases, pinning can be carried out by means of pins in bores.
[0068] In weiterer Folge kann der erste Kugelflansch 17 auch derart mittels Schraubenelementen 30 verschraubt werden, dass die Kugelscheibe 24 und die Kegelpfanne 23 zueinander lagefixiert sind. [0068] Subsequently, the first ball flange 17 can also be screwed by means of screw elements 30 in such a way that the spherical disk 24 and the conical socket 23 are fixed in position relative to one another.
[0069] In der Fig. 5 ist eine alternative Ausgestaltungsform des Düsenstockes 5 dargestellt, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die jeweilige detaillierte Beschreibung Darstellungen hingewiesen bzw. Bezug genommen. [0069] Fig. 5 shows an alternative embodiment of the nozzle assembly 5, wherein the same reference symbols or component designations are used for the same parts. In order to avoid unnecessary repetition, reference is made to the respective detailed description or illustrations.
[0070] Wie in Fig. 5 dargestellt, kann vorgesehen sein, dass für die Positionierung der Stellstange 10 eine im Düsenstock 5 innenliegende Verstell-Vorrichtung 15 als alternative Ausgestaltungsform vorgesehen ist. Weiterhin kann die Düsennadel 11 mittels der Verstell-Vorrichtung 15 relativ zur Austrittsöffnung 12 zwischen einer Schließposition und einer Offnungsposition verlagerbar sein und die die Stellstange 10 kann innerhalb des Düsenstocks 5 bzw. innerhalb des Strömungskanals 4 und vorzugsweise im Bereich eines Schnittpunktes der Kugelsphäre 18 mit der Mittelachse 25 des Düsenstocks 5 gelagert sein. Die Rohrleitung 9 kann mittels des ersten Kugelflansches 17 mit dem Düsenstock 5 fluidisch gekoppelt sein, sodass der Strömungskanal 4 ausgebildet wird. Somit kann der Düsenstock 5 relativ zur Rohrleitung 9 weiterhin entlang der Kugelsphäre 18 derart ausrichtbar bzw. verlagerbar sein, dass durch die Verlagerung des Düsenstocks 5 relativ zur Rohrleitung 9 bzw. dadurch auch relativ zum Turbinenlaufrad 3 wenigstens die Ausrichtung bzw. die Position des Strahlkreises 7 und der Strahlachse 8 relativ zum Turbinenlaufrad 3 ausrichtbar sind, um eine gewünscht Beaufschlagung des Turbinenlaufrades 3 mit dem Wasserstrahl 6 zu erreichen. [0070] As shown in Fig. 5, it can be provided that an adjustment device 15 located inside the nozzle assembly 5 is provided as an alternative embodiment for positioning the adjusting rod 10. Furthermore, the nozzle needle 11 can be displaced between a closed position and an open position relative to the outlet opening 12 by means of the adjustment device 15 and the adjusting rod 10 can be mounted within the nozzle assembly 5 or within the flow channel 4 and preferably in the area of an intersection point of the sphere 18 with the central axis 25 of the nozzle assembly 5. The pipeline 9 can be fluidically coupled to the nozzle assembly 5 by means of the first ball flange 17, so that the flow channel 4 is formed. Thus, the nozzle assembly 5 can be further aligned or displaced relative to the pipeline 9 along the sphere 18 in such a way that by displacing the nozzle assembly 5 relative to the pipeline 9 and thereby also relative to the turbine impeller 3, at least the alignment or position of the jet circle 7 and the jet axis 8 relative to the turbine impeller 3 can be aligned in order to achieve a desired exposure of the turbine impeller 3 to the water jet 6.
[0071] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden. [0071] Finally, for the sake of clarity, it should be noted that, in order to facilitate a better understanding of the structure, some elements have been shown not to scale and/or enlarged and/or reduced in size.
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE SYMBOLS
1 Pelton-Turbine 31 zusammengehöriges Paar aus 1 Pelton turbine 31 matching pair of
2 Zufluss-Vorrichtung einer Kugelscheiben-Beilag-2 Inflow device of a ball disc shim
3 Turbinenlaufrad scheibe und einer Kegelpfannen4 Strömungskanal Beilagscheibe 3 Turbine impeller disc and a conical pan4 Flow channel washer
5 Düsenstock 32 erste Lagervorrichtung 5 Nozzle holder 32 first bearing device
6 Wasserstrahl 33 zweiter Kugelflansch 6 Water jet 33 second ball flange
7 Strahlkreis 34 Kugelgelenk 7 Beam circle 34 Ball joint
8 Strahlachse 35 Kugelschale 8 Beam axis 35 Ball shell
9 Rohrleitung 36 Kugelmittelpunkt 9 Pipeline 36 Ball center
10 Stellstange 10 Adjusting rod
11 Düsennadel 11 Nozzle needle
12 Austrittsöffnung 12 Outlet opening
13 Längsachse 13 Longitudinal axis
14 Endbereich der Stellstange 15 Verstell-Vorrichtung 14 End section of the adjusting rod 15 Adjustment device
16 Kopplungsbereich 16 Coupling area
17 erster Kugelflansch 17 first ball flange
18 Kugelsphäre 18 Sphere
19 Drehpunkt 19 Pivot point
20 Steuer- bzw. Regelvorrichtung 21 Einstell-Vorrichtung 20 Control or regulating device 21 Adjustment device
22 Stell-Organ 22 Actuator
23 Kegelpfanne 23 Conical pan
24 Kugelscheibe 24 Ball disc
25 Mittelachse des Düsenstocks 26 Konusfläche 25 Center axis of the nozzle holder 26 Conical surface
27 elastisches Ringelement 27 elastic ring element
28 Neutralposition 28 Neutral position
29 Verstellwinkel 29 Adjustment angle
30 Schraubenelement 30 Screw element
Claims (13)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50119/2023A AT526789B1 (en) | 2023-02-21 | 2023-02-21 | Pelton turbine with water jet alignment system |
| PCT/AT2024/060065 WO2024173974A1 (en) | 2023-02-21 | 2024-02-21 | Pelton turbine having a system for orienting the water jet |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50119/2023A AT526789B1 (en) | 2023-02-21 | 2023-02-21 | Pelton turbine with water jet alignment system |
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|---|---|
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Family
ID=90368484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ATA50119/2023A AT526789B1 (en) | 2023-02-21 | 2023-02-21 | Pelton turbine with water jet alignment system |
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|---|---|
| AT (1) | AT526789B1 (en) |
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Citations (1)
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2024
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US870291A (en) * | 1903-06-09 | 1907-11-05 | Pelton Water Wheel Co | Regulating means for water-wheel nozzles. |
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