Wassertarbine mit freiem Radinnerem und radialer Ein- und Ausströmung am äussern Radumfang sowie mit Reguliervorrichtung zur Änderung der Einlassbogenlänge. Bei Turbinen mit freiem Radinnern und radialer Ein- und Ausströmung an dem äu ssern Radumfange wurden bereits Regulier vorrichtungen verwendet, durch welche die Beaufschlagung ohne erhebliche Änderung des Eintrittswinkels geändert werden kann.
Die Änderung der Beaufschlagung bewegte sich jedoch bisher innerhalb enger- Grenzen, da man die Vergrösserung der Einlassbogen- länge nur bis zu dem Grenzwert statthaft erachtete, bei welchem der Wasserstrahl die Welle im freien Trommelinnern noch nicht streift. Die Schluckfähigkeit der Turbine blieb infolgedessen auch bei maximaler Be- aufschlagung gering und die Belastung konnte nur innerhalb enger Grenzen geändert werden.
Ein weiterer Nachteil dieser Tur binen besteht darin, dass ihr Wirkungsgrad bei Rückstau im Unterwasser erheblich ver mindert wird, indem die leer laufenden Schaufeln auf das Stauwasser wie Pumpen einwirken, wodurch an Energie viel verzehrt wird.
Vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass man an der bisher--als un erschütterlich gegoltenen Voraussetzung, nach welcher der Wasserstrahl das Trommel innere ohne Streifung der Welle durchzu laufen hat, nicht festzuhalten braucht.
Theo- retische Erwägungen führten zu der durch Versuche bestätigten Tatsache, dass in einem Wasserstrang, welcher das freie Trommel innere auf beiden Seiten der-Welle ausge breitet durchläuft, solche Stromlinien ent stehen, bei welchen nur ganz unerhebliche Energieverluste auftreten, so dass die Durch- strömturbine auch dann tadellos wirkt, wenn die Welle nicht in Luft, sondern in Wasser läuft.
Solange, bis man mit der Vergrösserung der beaufschlagten Bogenlänge unter dem Grenzwert bleibt, -über welchen der das- Trommelinnere durchlaufende Wasserstrang im freien - Trommelinnern- keinen Räum- mehr findet, so dass - die äussern --Strom- fädere gezwungen sind;
unter Umkehrung der: Bewegungsrichtung - durch die Eintritts- schaufelkanäle auszuströmen, arbeitet die Turbine im wesentlichen in gleicher Weise und mit demselben Wirkungsgrad wie die bekannten Freistrahl-(Freiström-)Turbinen, nur dass im Trommelinnern je nach der Be- aaifschlagung ein mehr oder minder hoher Überdruck entsteht. Über den erwähnten Grenzwert entsteht im Trommelinnern ein hoher Überdruck, wodurch der Wasserstrang sich über sämtliche Ausflusskanäle ausbrei tet.
Der Wirkungsgrad wird zwar infolge der Umkehrung der Bewegungsrichtung ein zelner Wasserfäden in den Einlassschaufel- ka.nälen theoretisch vermindert, jedoch ist dieser Verlust praktisch ohne Belang, da, die überwiegende Mehrzahl der Wasserfäden mit vollem Wirkungsgrad arbeitet.
Füllt der die Turbine durchlaufende Wasserstrang sämtliche freien Schaufelka näle aus, so nimmt der Wirkungsgrad bei Rückstau im Unterwasser nicht. ab, indem nur die für die Turbine ohnedies verloren gehende Ausflussgeschwindigkeit vermindert: wird.
Die Erfindung besteht demnach darin, dass die bekannte Durchströmturbine mit eineu Reguliervoriiclitung versehen wird, welche die Vergrösserung der der freien Durchströmung entsprechenden geringen Ein trittsbogenlänge in dem Masse ermöglicht, dass dadurch der Wasserstrang die Welle überflutet. Hierdurch wird erreicht, dass die Leistungsfähigkeit der Durchströmturbine bei zunehmender Belastung in einem bisher unerreichbar erachtetem Masse gesteigert wird.
Als Weiterentwicklung der Erfindung wird das Mass der Vergrösserung der Ein trittsbogenlänge soweit ausgedehnt, dass da durch das freie Trommelinnere durch den durchlaufenden Wasserstrang ausgefüllt wird, wobei durch sämtliche freien Schaufelkanäle Wasser ausfliesst. Hierdurch wird einer seits die Leistung"-- und Schluckfähigkeit der Turbine bis zur denkbaren äussersten Grenze gesteigert, anderseits wird eine Turbine ge schaffen, welche auch bei Rückstau im Un- terwasser mit vorzüglichem Wirkungsgrad arbeitet.
Die Zeichnung stellt eine Ausführungs form des Erfindungsgegenstandes in senk rechtem Schnitt dar. Fig. 1 zeigt die Re guliervorrichtung auf geringe Beaufschla- gung eingestellt, wobei die Turbine in be- kannt.er Weise als Freiströmturbine arbeitet; Fig. 2 zeigt dieselbe in der der grössten Be- aufsehlagung entsprechenden Grenzlage.
Das Innere der bekannten Turbinentrom mel a mit Schaufeln<I>b</I> ist ganz frei, nur die Welle e setzt ihre Mitte durch. Die Trommel ist in dem gleichzeitig den Einla.ssk anal (.1z und Auslasskanal <B><U>d.,</U></B> umfassenden Gehäuse d eingeschlossen. Die den Einlasskanal dl bil dende Rückwand ist in der Nähe der Trom mel nach einer logarithmischen Spirale aus gebildet, damit der Wasserstrang allen Schau feln unter gleichem Winkel und auf dein kÜr- zesten Wege zugeführt. wird.
Unmittelbar über der Trommel a ist am Einlasskanal dl eine Klappe e vorgesehen, deren Achse e1 in den beiden Seitenwänden des Gehäuses d drehbar gelagert ist.
Das eine Ende der Achse cl ragt aus der Seitenwand hervor und ist mit Vorrichtungen zum Festlegen in verschiede nen Drehlagen versehen. Der Flügel der Klappe e bildet eine Fortsetzung,der Vorder wand des Einlasskanals dl und wird, zumin dest an seinem freien Ende, nach einer loga rithmischen Spirale ausgebildet.
Ein an der Nabe der Klappe vorgesehener Anscbla.g r_ stösst in der äussersten, der grössten Beauf- schlagung entsprechenden Lage der Klappe gegen eine Fläche am Gehäuse an. Die ge zeichneten Stromlinien zeigen die Bahn der einzelnen Wasserfäden an.
In der in Fig. 1 darg-estellt.en, einer g##- ringen Beaufsclil < igitng entsprechenden Lago dient die Klappe c nur zur Bestimmung der Diele des @#@'#isser.#traüges, so dass tler in die Turbine eintretende Wasserstrang nur durch die spiralförmig ausgebildete Rückwand, als,-) einseitig geleitet.
wird, was aber bei dünnem Wasserstrahl erfahrungsgemäss genügt.
In der äussersten, der grössten Beaufschla- gung entsprechenden Lage, Fig. 2, der Klappe e legt sich ihr freies Ende auf dem Trommel umfang eng an, so dass der Wasserstrang bis zu seinem Eintritt beiderseitig geleitet wird, damit alle Wasserfäden unter rich tigem Winkel in die Trommel eintreten.
Die Erfindung ist nicht auf die beschrie bene R.eguliervolrrichtung beschränkt, vieh- mehr umfasst sie die Verwendung jeglicher Reguliervorrichtungen von beliebiger Aus führung, welche die Vergrösserung der Beauf- schlagungsbogenlänge über den oben genau <B>t</B> angegebenen Grenzwert hinaus ermöglicher. n
Water tarsi with free wheel interior and radial inflow and outflow on the outer wheel circumference as well as with regulating device for changing the inlet arch length. In the case of turbines with a free wheel interior and radial inflow and outflow on the outer wheel circumference, regulating devices have already been used, through which the application can be changed without significantly changing the entry angle.
The change in the admission, however, has so far been within narrow limits, since the increase in the length of the inlet bend was only considered permissible up to the limit value at which the water jet does not yet touch the shaft in the free interior of the drum. As a result, the capacity of the turbine to swallow remained low even at maximum admission and the load could only be changed within narrow limits.
Another disadvantage of these turbines is that their efficiency is considerably reduced in the event of a backwater in the underwater because the idling blades act like pumps on the backwater, which consumes a lot of energy.
The present invention is based on the knowledge that there is no need to adhere to the condition previously considered unshakable, according to which the water jet has to run through the inside of the drum without grazing the shaft.
Theoretical considerations led to the fact, which has been confirmed by experiments, that in a water line that extends through the free inner drum on both sides of the shaft, such streamlines arise in which only very insignificant energy losses occur, so that the Turbine works flawlessly even if the shaft does not run in air but in water.
As long as, with the increase of the applied arc length, remains below the limit value, beyond which the water line running through the inside of the drum cannot find any clearing in the free - inside of the drum - so that - the outer - strands are forced;
reversing the: direction of movement - flow out through the inlet vane channels, the turbine works essentially in the same way and with the same efficiency as the known free-jet (free-flow) turbines, only that inside the drum a more or less depending on the admission high overpressure occurs. Above the limit value mentioned, a high overpressure is created inside the drum, causing the water strand to spread out through all outflow channels.
The efficiency is theoretically reduced as a result of the reversal of the direction of movement of individual water threads in the inlet blade channels, but this loss is practically irrelevant, since the vast majority of the water threads work with full efficiency.
If the water line running through the turbine fills all the free Schaufelka channels, the efficiency does not decrease with backwater in the underwater. by only reducing the outflow velocity, which is lost anyway for the turbine: is.
The invention therefore consists in that the known throughflow turbine is provided with a regulating device which enables the enlargement of the small inlet arc length corresponding to the free throughflow to the extent that the water line floods the shaft. What is achieved hereby is that the performance of the flow-through turbine is increased to an extent previously unattainable with increasing load.
As a further development of the invention, the extent of the enlargement of the entrance arch length is expanded to such an extent that it is filled through the free interior of the drum by the continuous water strand, with water flowing out through all free vane channels. As a result, on the one hand, the power and absorption capacity of the turbine is increased up to the conceivable outermost limit, and on the other hand, a turbine is created which works with excellent efficiency even in the case of backwater in the underwater.
The drawing shows an embodiment of the subject matter of the invention in a vertical section. FIG. 1 shows the regulating device set to low load, the turbine operating in a known manner as a free-flow turbine; FIG. 2 shows the same in the limit position corresponding to the largest overlay.
The inside of the well-known turbine drum a with blades <I> b </I> is completely free, only shaft e penetrates its center. The drum is enclosed in the housing d simultaneously encompassing the inlet channel (.1z and outlet channel <B><U>d.,</U> </B>. The rear wall that forms the inlet channel dl is near the The drum is shaped like a logarithmic spiral so that the water line is fed to all the blades at the same angle and on the shortest route.
Immediately above the drum a, a flap e is provided on the inlet channel dl, the axis e1 of which is rotatably mounted in the two side walls of the housing d.
One end of the axis cl protrudes from the side wall and is provided with devices for fixing in various rotational positions. The wing of the flap e forms a continuation, the front wall of the inlet channel dl and is, at least at its free end, formed according to a logarithmic spiral.
An anscbla.g r_ provided on the hub of the flap abuts against a surface on the housing in the outermost position of the flap, which corresponds to the greatest impact. The drawn streamlines show the path of the individual water threads.
In the lake shown in Fig. 1, a g ## - ring beaufsclil <igitng, the flap c is only used to determine the floorboard of the @ # @ '# isser. # Sluggish, so that the water line entering the turbine only through the spiral-shaped rear wall, as, -) passed on one side.
is, but experience has shown that this is sufficient with a thin water jet.
In the outermost position, corresponding to the greatest exposure, FIG. 2, of the flap e, its free end rests closely on the drum circumference, so that the water strand is guided on both sides until it enters, so that all water threads are at the correct angle enter the drum.
The invention is not limited to the described regulating device, but rather includes the use of any regulating device of any design which enables the length of the application arc to be increased beyond the limit value specified precisely above . n