CH208412A - Hydraulische Maschine. - Google Patents

Hydraulische Maschine.

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CH208412A
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Voith J M
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Voith Gmbh J M
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0055Rotors with adjustable blades

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description


  Hydraulische Maschine.    Die Erfindung betrifft eine hydraulische  Maschine mit in einem Aussenkranz gelager  ten, nach innen ragenden Schaufeln, zum  Beispiel mit einem mit Schaufeln besetzten  Laufrad, das von der in einem Rohr strö  menden Flüssigkeit     beaufschlagt    und in Um  drehung versetzt wird, oder das die in einem  Rohr befindliche Flüssigkeit in Bewegung  versetzt,     bezw.    bei Anordnung auf einem be  weglichen Körper diesen relativ zur Flüssig  keit bewegt. Gegenstand der Erfindung sind  demnach sogenannte Rohrturbinen, Rohr  pumpen oder Rohrschrauben.  



  Bei einer bekannten Ausführung einer  Rohrturbine ist das Laufrad der Turbine  mit dem Rotor eines Stromerzeugers als     Ge-          neratorturbine    zusammengebaut. Die Schau  feln des Turbinenlaufrades ragen hierbei von  einem äusseren     Laufradkranz    nach innen in  das Rohr und sind in der Rohrmitte wie die  Speichen eines Rades an einer Nabe starr be  festigt. Diese bekannte Ausführung hat den  Nachteil, dass die Schaufeln des Laufrades    nicht verdreht werden können, was jedoch zur  Erzielung eines guten Wirkungsgrades     in     allen Belastungsfällen,     wie    es von Kaplan  turbinen her bekannt ist, von grösster Wich  tigkeit ist.  



  Die Erfindung bezweckt eine     derartige     Ausbildung solcher Rohrturbinen, Rohrpum  pen und Rohrschrauben oder im folgenden  kurz hydraulischen Maschinen mit in einem  Aussenkranz gelagerten nach innen ragenden  Schaufeln., dass die Schaufeln verstellt, zum  Beispiel wie bei     gaplanturbinen    verdreht  werden können. Die     Erfindung        betrifft    in  speziellen Ausführungsformen ausserdem  zweckmässige     Vorrichtungen    zur Verstellung  der Schaufeln.  



  Gemäss der Erfindung sind die Schaufeln  der hydraulischen Maschine in einem Aussen  kranz nach innen ragend gelagert, wobei die  in die     Rohrmitte    ragenden Schaufeln drehbar  in dem Aussenkranz angeordnet sind und von  aussen her verstellt werden     können.     



  Die nach innen ragenden Enden der      Schaufeln können in einem in der Rohrmitte  und somit in der     Laufradmitte    konzentrisch  angeordneten     Nabenkörper    derart zusammen  gefasst sein, dass sie um ihre Achse gedreht  werden können. Es ist dabei möglich, diesen       Nabenkörper    ohne besondere     Lagerung    aus  zuführen, so dass er nur von den Schaufeln  getragen wird, oder aber ihn in einem in der  Rohrmitte angeordneten, nach aussen durch  Leitbleche abgestützten Gehäuse drehbar zu  lagern.

   Für die Lagerung des Laufrades er  gibt sich hieraus eine mehrfache     Möglichkeit.     Wenn der     Nabenkörper    nur von den Lauf  radschaufeln getragen wird, ist das Laufrad  nur aussen zu lagern. Wenn jedoch der Na  benkörper über geeignete Mittel nach aussen  abgestützt ist, kann das Laufrad entweder  nur von der Naben getragen werden, also in  dem die Nabe tragenden Gehäuse     gelagert;     sein, oder es kann sowohl aussen als auch  innen gelagert sein.  



  Das erwähnte, zur Lagerung des Naben  körpers dienende Gehäuse kann in der Rohr  mitte als stromlinienförmig     ausgebildeter     Körper vor dem Laufrad angeordnet sein, so  dass dieses konisch     bea.ufschlagt    wird. Bei  dieser Gestaltung einer hydraulischen Ma  schine, wie sie insbesondere für Generator  turbinen in Frage kommt, wurde davon aus  gegangen, dass bei den grösseren Druckhöhen,  für die sie vorzugsweise bestimmt sein sol  len, wegen der     Kavitationsgefahr    keine sehr  schnelläufigen Räder in Betracht     kommen.     Dies gilt nämlich für     Generatorturbinen    in  noch höherem Masse als für Turbinen und  Pumpen der üblichen Bauart mit getrennt  angeordneten Generatoren und Motoren.

   weil  man bei diesen die Laufräder unter Gegen  druck arbeiten lassen kann, indem man sie  in das L     nterwasser    setzt, während das glei  che bei den     Generatorturbinen    mit Rücksicht  auf den elektrischen Teil auf gewisse Schwie  rigkeiten stösst und deshalb die     Crrenze    für  die Druckhöhe, bis zu welcher man ein Rad  bestimmter Schnelläufigkeit noch verwenden  kann, bei den Rohrturbinen mit angebautem  Generator immer niedriger liegen wird als       bei    den üblichen hydraulischen Maschinen.

      Bekanntlich müssen bei abnehmender  Schnelläufigkeit die Räder mit immer grö  sserem Drall und immer mehr in radialer  Richtung     beaufschlagt    werden, wie dies sehr  anschaulich die ganze Entwicklungsreihe der  Turbinen von den     höchstschnelläufigen     Kaplan- und Propellerturbinen mit ihrer rein       achsialen        Beaufschlagung    und ihrem kleinen  Drall über die     Francisturbinen    mit konischer  oder radialer     Beaufschlagung    bis zu den       Peltonfurbinen    mit ihrem rein     tangential    ge  richteten Wasserstrahl zeigt.

   Für die zwi  schen den     Francis-    und den Kaplan- oder  Propellerrädern liegenden Laufräder kommt  also konische     Beaufschlagung    in Betracht  und diese erfolgt bei den erfindungsgemässen  hydraulischen Maschinen schon wegen einer  möglichst     umlenkungsfreien    Wasserführung.

    dann aber auch mit Rücksicht auf den von  dem etwa mit dem Laufrad der hydraulischen  Maschine zusammengebauten Polrad und mit  Rücksicht auf den durch den     hierzugehörigen     Ständer der elektrischen Maschine bean  spruchten Platz     zweckmässigerweise    nicht  mittels einer Spirale, sondern durch den oben  erwähnten, zum Lagern des     Nabenkörpers     dienenden stromlinienförmigen Körper in der  Rohrmitte und gegebenenfalls durch entspre  chende     Ausbauchung    des umgebenden Roh  res.  



  Der in der Rohrmitte angeordnete Naben  körper     ist    selbstverständlich in strömungs  technisch günstigster Form auszubilden.  Durch     Anbringung        achsialer    Leitbleche kann  man einer etwaigen Neigung zur Wirbel  bildung in der Rohrmitte begegnen. Wenn  es in hygienischer Beziehung zweckmässig  ist, kann der     Nabenkörper    auch ganz in Weg  fall kommen, so dass die Schaufeln frei  tragend in die Laufrad-     bezw.    Rohrmitte hin  einragen.

   Da die Schaufeln im allgemeinen  an und für sich     sektorartig    ausgebildet, das  heisst aussen breit sind, und sich nach der  Mitte zu verjüngen, und die auf sie ausgeübten  oder von ihnen ausgeübten Kräfte von aussen  nach innen, das heisst vom Rand nach der  Mitte des Laufrades     bezw.    Rohres hin abneh  men, so ist die Befestigung der Schaufeln      an der     Laufradscheibe    nicht nur ohne  Schwierigkeiten durchführbar, sondern der  Befestigung an einer     Mittelwelle    sogar weit  überlegen.

   Bei der Innenbefestigung ist näm  lich das     Biegungsmoment    auf die Schaufel  bolzen unter sonst gleichen Verhältnissen  viel grösser als bei Aussenbefestigung und  ausserdem sitzen die Bolzen dabei gerade auf  der Seite der Schaufeln, wo diese an sich,  das heisst rein hydraulisch genommen, die  kleinste Angriffsfläche und den kleinsten  Querschnitt haben müssten. Die neue Bau  form ist somit in mechanischer oder kon  struktiver Beziehung ebenso günstig wie in       hydraulischer    Beziehung.  



  Zur Aufnahme der Fliehkräfte ist es ins  besondere bei grossen Durchmessern und gro  ssen Umfangsgeschwindigkeiten der hydrau  lischen Maschine zweckmässig, die Schaufeln  in der konzentrischen Nabe derart zu lagern,  dass die Schaufeln auf die Nabe Zugkräfte  übertragen können. Hierdurch wird erreicht,  dass die Fliehkräfte nicht ausschliesslich vom  äussern     Laufradkranz    aufgenommen werden  müssen, sondern dass sich die auf gegenüber  liegende Teile des Laufrades einwirkenden  Fliehkräfte gegenseitig das Gleichgewicht  halten. Gegebenenfalls können die Schaufeln  am     innern    Ende mit einem Flansch versehen  sein und mittels dieses Flansches in den Na  benkörper eingehängt werden.

   Es können  auch besondere Zuganker vorgesehen sein,  die zweckmässig durch die hohl ausgebildeten  Schaufeln und Schaufelzapfen hindurch  geführt sind, und den Aussenkranz mit dem  innern     Nabenkörper    verbinden.  



  Bei den erwähnten Ausführungen ohne  innere     Nabenkörper    ergibt sich bei geeigneter  Lagerung der Schaufeln die Möglichkeit,  diese nicht nur um ihre Achse zu drehen,  sondern sie ausserdem derart zu verstellen,  dass sich die Lage ihrer Achse selbst ver  ändert. Dies kann in einfacher Weise durch  kugelige     Lagerung    der Schaufelbolzen in     dem;.\;          Laufradkranz    erfolgen. Es ist offensichtlich.  dass sich durch diese neue Einstellungsmög  lichkeit der Schaufeln neue     Regelungs-        und;:            Verstellungsmöglichkeiten    für die hydrau  lische Maschine ergeben.

   Hierbei erfolgt die  Verdrehung der Bolzen     zweckmässigerweise     mit Hilfe eines auf dem     Laufradkranz    an  geordneten Stellringes über entsprechend aus  gebildete Lenker, Kardangelenke,     Zahnrad-          oder    andere geeignete kinematische Getriebe  bekannter Art.  



  Bei der     erfindungsgemässen    Ausbildung  der hydraulischen Maschine mit zylindrischen  Schaufelzapfen kann die Verstellung der  Schaufeln ebenfalls durch einen Stellring er  folgen, der auf dem Laufrad konzentrisch zu  diesem gelagert ist, und zwar mit dem     Lauf-          rade    umläuft, aber eine Verdrehung um einen  gewissen Winkelbetrag relativ     zum    Laufrad  kranz ausführen kann. Mit dem Stellring  sind dann die Schaufelzapfen zum Beispiel  über Lenker oder Zahnräder verbunden. Die  relative Lage des Stellringes zum Laufrad  kranz kann mittels eines Differentialgetrie  bes oder mittels irgendeines andern gleich  wertigen Getriebes beeinflusst werden.  



  Diese erwähnte     Schaufelverstellvorrich-          tung    hat zwar den Vorteil einer zwang  läufigen Führung der Schaufeln und arbeitet  deshalb rasch und sicher, aber wegen des  grossen Durchmessers des Laufrades und des  hieraus sich ergebenden grossen Durchmessers  der Zahnkränze sind diese Getriebe nicht im  mer ganz einfach auszubilden. Aus diesem  Grunde ist es in vielen Fällen angebrachter,  die Stellringe statt mittels solcher Getriebe  durch Stellmotoren     (Servomotoren)    zu ver  stellen, die auf dem Laufrad angeordnet sind  und auf elektrischem oder elektromagne  tischem Wege von aussen gespeist werden.  Die Steuerung der Stellmotoren kann dabei  entweder durch ein ebenfalls auf dem Lauf  rad angeordnetes     Überwachungsorgan    (z. B.

    ein     Drehzahlmesswerk)    oder auf mechani  schem Wege, das heisst durch Getriebe, oder  auf elektrischem (elektromagnetischem) Wege       won    aussen erfolgen oder aber auch zum     Teil          "on    aussen, zum Teil durch ein mit dem Lauf  rad umlaufendes     Überwachungsorgan    oder  mehrere solche     Überwachungsorgane    für ver  schiedene Betriebsgrössen.      Im einfachsten Fall ist der Stellmotor ein  auf dem Laufrad angeordneter Elektromotor  für Gleich- oder     @Techselstrom,    der den Stell  ring beispielsweise über ein Kegelrad- oder  ein     Schneckenradgetriebe    gegen die Laufrad  scheibe verdreht.

   Der Elektromotor kann bei  spielsweise über Schleifringe von aussen her  gespeist und von Hand oder durch eine selbst  tätige Regeleinrichtung ein- und ausgeschal  tet oder gesteuert werden. Der Sicherheit  halber wird man dabei die Stromzufuhr zu  den Schleifringen     z-,veckmässigerweise    über  mehrere parallelgeschaltete Bürsten vor  nehmen.

   Die Steuerung des Stellmotors kann  eine einfache Umsteuerung seiner Drehrich  tung oder eine stufenweise oder stetige Dreh  zahlregelung sein, die in bekannter Weise  mit Hilfe von     Vorschaltwiderständen,        Span-          nungsteilern    ('gegebenenfalls mit Wälzkon  takten), regelbaren Umspannern und ähn  lichen     Mitteln    oder durch periodisches Ein  lind Ausschalten vorgenommen  -erden kann,  wobei die Zahl oder die Dauer der Einschalt  perioden die mittlere Drehgeschwindigkeit  und damit die     Verstellgeschwindigkeit    der       Laufsehaufeln    bestimmt.

   Das Steuerorgan,  also der Steuerschalter, die Schleifbürste am       Vorsehaltwiderstand    oder am     Spannungsteiler     oder die sonst verwendete Steuereinrichtung,  kann durch eine starre oder     naehgiebige     Rückführung     (Rüekdrängung)    von der je  weiligen Stellung der     Motorwelle    oder der  jeweiligen Lage des Stellringes gegenüber der       Laufradscheibe    abhängig gemacht "-erden,  wie dies bei hochwertigen Regeleinrichtungen  allgemein gebräuchlich ist.

   Statt dessen kann  man aber bekanntlich auch die     Änderungs-          geschwindigkeit    der steuernden Betriebs  grösse, also     beispielsweise    der Drehzahl, zur  Stabilisierung der Regelvorgänge heran  ziehen. Das Steuerorgan, die Rückführung,  das     Messwerk    für die     Änderungsgesch\vindig-          keit    der steuernden Betriebsgrösse können  dabei auch mit auf dem Laufrad oder aussen  oder zum Teil auf der Maschine, zum Teil  aussen angeordnet und durch     Getriebe    oder  auf elektrischem     @\'ege    miteinander verbun  den werden.

      Die beschriebene rein elektrische Lauf  schaufelverstellvorrichtung ist verhältnis  mässig einfach ausführbar, doch wird es im  allgemeinen zweckmässiger sein, zwischen den  Elektromotor und den Stellring einen eben  falls auf der     Laufradscheibe    angeordneten  hydraulischen Hilfsmotor einzuschalten. das  heisst den Elektromotor beispielsweise eine       Ölpumpe    antreiben und diese über ein Steuer  ventil auf einen     Hilfsmotorkolben    arbeiten  zu lassen, der den Stellring gegen die Lauf  radscheibe verdreht.

   Die Zwischenschaltung       eines    solchen hydraulischen Hilfsmotors hat  nämlich bekanntlich verschiedene Vorteile,  und zwar erstens den, dass mit Hilfe des  Steuerventils die     Verstellgeschwindigkeit    in  sehr einfacher und vollkommener \'eise ste  tig verändert werden kann, zweitens, dass zur       Verbindung    des     Hilfsmotorkolbens    mit dem  Stellring nur ein einfaches Gestänge erfor  derlich ist. beispielsweise von der Art.

   wie  sie bei     Francisturbinen    allgemein angewen  det werden, und dass drittens in einem Wind  kessel die zum Schliessen der     Laufradschau-          feln    oder     -flügel    und damit zum Abstellen  der Maschine erforderliche. Energie aufge  speichert werden kann. Besonders dieser letz  tere     Punkt    ist wichtig, weil die Energie  zufuhr zum Elektromotor von aussen einmal       sbleiben        kann    und in diesem Falle, genau  <B>i</B>     tiu     wie bei den Reglern üblicher Bauart im Falle       eines    Riemenbruches, eine unzulässige Dreh  zahlsteigerung der Maschine mit Sicherheit  verhütet werden muss.

    



  Für die Steuerung des hydraulischen  Stellmotors, bei dem das Steuerventil das  Steuerorgan darstellt, gilt sinngemäss das bei  dem     Beispiel    mit dem elektrischen Stellmotor  bereits gesagte, doch ist es klar, dass man das  Steuerventil wohl immer beim Stellmotor auf  dem Laufrad anordnen wird, da. eine Öl  zufuhr zum Laufrad von aussen mit erheb  lichen     Schwierigkeiten    verbunden wäre.  



  Welche Teile der gesamten Laufschaufel  verstell- und     -regeleinrichtung    man im     übri-          @@en    auf dem Laufrad und welche man aussen  anordnen wird, hängt - gleichgültig, ob man  einen rein elektrischen oder einen elektro-      hydraulischen 'Stellmotor     verwendet        ---    von  verschiedenen Umständen, insbesondere von  der Zahl der insgesamt erforderlichen Ver  bindungen     zwischen    den festen und den  umlaufenden Teilen ab     und    richtet sich na  türlich auch darnach,

   um welche Art von  Maschinen es sich handelt und welche Anfor  derungen man an die     Laufschaufelverstell-          und        -regeleinrichtung    stellt. Im folgenden  sollen die Verhältnisse wieder für den Fall  einer     Generatorturbine    besprochen werden,  weil dies nicht nur der am häufigsten vor  kommende, sondern zugleich auch der schwie  rigste Fäll ist.  



  Ganz allgemein gesprochen wirken auf  das Steuerorgan einer Regeleinrichtung üb  licher Bauart für eine zur Stromerzeugung  dienende     Kraftmaschine,    das heisst also auf  das Steuerventil oder den     Vorsteuerstift    eines  hydraulischen Reglers, wie er ja meistens ver  wendet wird, eine ganze Anzahl verschie  dener Einflüsse, teils von der gesteuerten  Maschine selbst, teils von aussen her ein.

   Be  kanntlich wird bei einem solchen Drehzahl  regler üblicher Bauart die Stellung des       Steuerorganes    erstens durch das Drehzahl  pendel, zweitens durch die irgendwie aus  gebildete Rückführung     (Rückdrängung)    oder  statt dessen durch die Änderungsgeschwin  digkeit der Drehzahl, drittens durch die       Drehzahlverstellvorrichtung,    die neuerdings  häufig zur Fernsteuerung des Reglers mit  benützt wird, und viertens meist noch durch  eine     Offnungsbegrenzungsvorrichtung    be  stimmt.

   Bei Turbinen mit Lauf- und     Leit-          schaufelverstellvorrichtung    steht der Regler  für die     Laufschaufelverstellvorrichtung    ge  wöhnlich auch in irgendeiner Verbindung  mit dem Regler für die     Leitschaufelverstell-          v        orrichtung    und ausserdem haben die meisten  Regler dann auch noch eine Sicherheitsein  richtung für Riemenbruch, die im Falle ihres  Eingreifens ebenfalls auf das Steuerorgan  einwirkt.  



  Die Zeichnungen zeigen den Erfindungs  gegenstand in beispielsweisen Ausführungs  formen für Rohrturbinen.         Vig.    1, 2     und    5 zeigen     Schnitte    nach der  Rohrachse;       Fig.    3, 4, 6 und 7 zeigen Einzelheiten;       Fig.    8 und 9 zeigen schematisch eine Re  guliervorrichtung.  



  Die     Fig.    1 zeigt eine hydraulische Ma  schine erfindungsgemässer Art mit nach     innen     in ein Druckwasserrohr ragenden Schaufeln.  An das Rohrmittelstück 1 dieser Generator  turbine ist oben das Druckrohr 2 und unten  das Saugrohr 3 angeflanscht. Gehalten wird  das Rohrmittelstück durch einen obern Arm  stern 4 und einen untern Armstern 5, die  ihrerseits mit dem Ständer 6 des Generators  und dem Fundament befestigten Sockel 7 ver  bunden sind. Die     Laufradscheibe    oder der       Laufradkranz    ist     mit    8 bezeichnet. Er trägt  innen die Schaufeln 9 mit ihren Drehbolzen  10 und     aussen    die Pole 11 des Generators.

    12 ist das vereinigte Längs- und Querlager  für den     Laufradkranz,    dessen feststehender       Teil    mit dem obern Armstern verbunden ist.  13 sind     Laby        rinthdichtungen        und    14 Dich  tungsringe. Auf der     Laufradscheibe        ist    der  Stellring 15 drehbar gelagert, der über Len  ker 16 die Bolzen 10 und damit die Schau  feln 9 verdreht und der selbst über     einen    an  seiner Unterseite     angebrachten    Zahnkranz  15a durch den elektrischen oder elektro  hydraulischen Stellmotor 17 gegen die Lauf  radscheibe verdreht wird.

   Die Schleifringe  für die Zuführung des Erregerstromes sowie  der Antriebsleistung und gegebenenfalls der  Steuerventile für den Stellmotor 17 sind mit  18 bezeichnet.  



  Bei dem in     Fig.    2 dargestellten Ausfüh  rungsbeispiel sind die Schaufeln 9 und ihre  Drehbolzen 10 durchbohrt und durch diese  Bohrungen hindurch sind die Zuganker 19  hindurchgeführt, die den     Laufradkranz    mit  dem in der     Mitte    des Rohres angeordneten,  stromlinienförmig ausgebildeten     Nabenkörper     20 verbinden. Die Verbindung erfolgt da  durch, dass die Zuganker in den     Nabenkörper          hineingeschraubt    und am     .äussern    Laufrad  kranz mittels der in     Aussparungen    sitzenden  Muttern 21 befestigt sind.

   Der     Nabenkörper     20, die Zuganker 19 und die     Muttern    21      bilden zusammen     eilten        Speicliensterii,        niit     dem man dem     Laufradkranz    eine innere     Ver-          spannung    gibt und ihn so von den auf ihn  wirkenden     Fliehkräften    entlastet. Ausserdem  wird durch diese Zuganker und den Naben  körper das Entstehen von Schwingungen der  innern Schaufelenden erschwert.  



  Gegebenenfalls ist es zweckmässig an dem       Nabenkörper        achsiale        Leitflächen        2-22    anzu  bringen,     wie    dies in der     Fig.    3 gezeigt ist.  Diese     Dlassnahnie    dient zur Vermeidung von  Wirbelbildung in der Rohrmitte, wenn dies  nicht schon durch den stromlinienförmig aus  gebildeten     Nabenkörper    erreicht wird.  



  Der Einbau eines Speichensterns mit  durch die Schaufeln hindurchgeführten Zug  ankern (Speichen) weist allerdings den Nach  teil auf, dass die Schaufeln stärker als an sich  notwendig ausgeführt werden müssen, damit  sie die Zuganker aufnehmen können. Es  kann sich daher empfehlen, die Speichen  nicht durch die Schaufeln und ihre     Dreh-          tolzen    hindurch bis zum äussern Laufrad  kranz zu führen, sondern an der Nabe nur  kurze Speichenstummeln 23 anzuordnen, die  in die Schaufelenden eingreifen. Es können  auch die Schaufeln innen mit einem kurzen  Schaft 24 versehen werden, der in entspre  chenden Bohrungen des     Nabenkörpers    dreh  bar gelagert ist.

   Der erstere Ausführung ist  in     Fig.    3 und die letztere in     Fig.    4 darge  stellt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach       Fig.    4 ist an dem kurzen Schaft 24 noch  ein Flansch 25 befestigt, um so eine kraft  schlüssige Verbindung     zwischen        Nabenkörper     und Schaufel herzustellen. Ausserdem wird  auf diese Weise eine bessere Lagerung der  innern Schaufelbolzen im     'Tubenkörper,    der  hierbei nur von den Schaufeln gehalten wird,  erreicht.

   Zur Schmierung der     ineinanderglei-          tenden    Flächen der Schaufeln 9 und der Spei  chenstummeln 23     bez-,v.    des Schaftes 24  und des Flansches 25 im     Nabenkörper    sind  durch die Drehbolzen und durch die Schau  feln dünne Kanäle 26 hindurchgeführt, durch  die das Schmieröl zugeführt wird.  



  Ähnlich wie am innern Schaft 24 sind  auch an den Drehbolzen 10 der Schaufeln    bei dem in     Fig.    4 gezeigten Ausführungs  beispiel Flansche 27 angebracht. Auf diese  Weise können die Schaufeln mit ihren beider  seitigen Drehbolzen und den Flanschen zur       innern    Verspannung des     Laufradkranzes    her  angezogen werden. In der Regel wird es sich  hierbei allerdings nur darum handeln kön  nen, eine zusätzliche Sicherheit gegen ausser  gewöhnlich hohe     Beanspruchungen    des Lauf  radkranzes zu schaffen, wie sie beispielsweise  bei     Generatorturbinen    im Falle einer plötz  lichen Abschaltung des Generators vom Netz  infolge starken Ansteigens der Drehzahl auf  treten.  



  In dem weiteren in     Fig.    5     gezeigten    Aus  führungsbeispiel wird der in der Rohrmitte  vorgesehene     Nabenkörper    20 nicht von den  in dem aussengelagerten     Laufradkranz    an  geordneten Schaufeln getragen, sondern er  ist in einem in der Rohrmitte vor dem  Laufrad eingebauten Gehäuse 28, das über       Leitbleche    29 gegen die erweiterte Rohrwan  dung 30 abgestützt ist, drehbar gelagert.

   Zu  diesem Zweck ist der     Nabenkörper    nach oben  in eine Welle 31 verlängert, die in entspre  chenden Lagern 32 des     Gehäuses    28     läuft.     Bei dem in     Fig.    5 gezeichneten Beispiel ist  das Laufrad     aussen        überhaupt    nicht gelagert.  sondern es wird allein von dem     Nabe.nkörper     20 über die Schaufeln<B>1)</B> getragen. Selbst  verständlich könnte aber das Laufrad ähn  lich wie es in den     Fig.    1 und 2 gezeigt ist  auch aussen gelagert sein.  



  Das Gehäuse 28 ist stromlinienförmig  ausgebildet und ermöglicht eine konische     Be-          aufschlagung    der     Laufradschaufeln,    wie es  gemäss den weiter oben gegebenen     Ausfüh-          rungen    für bestimmte Fälle besonders gün  stig ist.  



  Zwischen den     Leitschaufeln    oder     Abstütz-          flächen    29 und den     Laufradschaufeln    9 sind  noch verstellbare Leitschaufeln 33 angeord  net.  



  Der     bereits         -eiter    oben     erwähnte    Fall, dass  die     Laufradschaufeln    in der Rohrmitte über  haupt nicht miteinander in Berührung stehen  und dass auch kein     Nabenkörper    sie mitein  ander - wenn auch drehbar - verbindet. ist      in     Fig.    1 dargestellt. Bei dieser     Ausführung     können die Schaufeln 9 im     Laufradkranä    8  kugelig gelagert sein, wie dies in     Fig.    6  dargestellt ist. Die Schaufelzapfen sind bei  34 kugelig ausgebildet und in einer entspre  chenden Höhlung des     Laufradkranzes    ge  lagert.

   An den kugeligen Zapfen 34 schliesst  sich noch ein zylindrischer Schaufelbolzen 35  an, der in nicht näher dargestellter Weise  mit der     Verstellvorriehtung    in Verbindung       stellt.     



  Die Verstellung der     Laufradschaufeln     mittels eines Stellringes und eines Differen  tialgetriebes ist in     Fig.    2 dargestellt. Der       Laufradkranz    8 ist mit einem Zahnkranz 36  versehen, über den. ein Kegelrad 3 7 mit im  Maschinenrahmen 5 ortsfest gelagerter Welle  38 angetrieben wird, während ein am Stell  ring 15 angebrachter Zahnkranz 39 das Ke  gelrad 40 antreibt, in dem die beiden andern  Kegelräder 41 und 42 des Differentialgetrie  bes umlaufen. Von den beiden weiteren Ke  gelrädern des Differentialgetriebes sitzt das  eine Kegelrad 43 fest auf der Welle 38 und  das andere 44 auf einer eigenen Welle 45.

    Wenn die Übersetzungsverhältnisse richtig  gewählt sind, das heisst wenn bei gleichem  Durchmesser der vier Kegelräder 41. 42, 43,  44 das Kegelrad 37 mit doppelter Drehzahl  umläuft wie das Kegelrad 40, dann dreht  sich die Welle 45 nicht. Mittels eines Hebels  46 kann sie von Hand oder durch eine ge  eignete Steuervorrichtung verdreht werden,  wodurch eine Relativbewegung des Stellrin  ges 15 erzielt wird.  



  Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der  Schaufelverstellung ist in     Fig.    7 dargestellt.  Der     Laufradkranz    8 trägt hier wiederum  einen Zahnkranz 47 und der auf dem Lauf  rad gelagerte Stellring 15 einen Zahnkranz  48. Der Stellring 15 weist ausserdem noch  einen weiteren Zahnkranz 49 auf, in dem die  auf den Schaufelbolzen 10 festgekeilten Ke  gelräder 50 eingreifen, so dass bei einer Ver  drehung des Stellringes die Schaufeln ver  dreht werden. Auf dem Zahnrad 47 rollt ein  Zahnrad 51 ab, das auf einer bei 52 ge  lagerten Welle 53 festgekeilt ist. Diese Welle    ist mit spiralig ausgebildeten     Keilen    oder mit  steilgängigen     Schraubengängen    54 versehen.

    Das Zahnrad 55, das in die Verzahnung 48  des Stellringes 15 eingreift, ist mit entspre  chendem Muttergewinde versehen, und kann  daher auf der Welle 53 hin und her ge  schoben werden. Da der Zahnkranz 48 des  Stellringes und der Zahnkranz 47 des Lauf  kranzes 8 gleichen Durchmesser haben und  mit gleicher Winkelgeschwindigkeit umlau  fen, rollen auch die beiden Zahnräder 51 und  55, die ebenfalls gleichen Durchmesser     auf-          weisen,    mit gleicher Drehzahl auf den Zahn  kränzen ab, ohne dass sich das Zahnrad 55  auf der Welle 53 verschiebt.

   Eine Verschie  bung des Zahnrades 55 nach oben oder unten  mittels einer Gabel 56 bewirkt eine Verdre  hung des Stellringes 15 relativ zum Laufrad  kranz, und zwar in der einen oder andern       Richtung.    Die Betätigung der Gabel 56 kann  wieder von Hand oder durch     irgendeine     Steuervorrichtung erfolgen.  



  An Stelle des in     Fig.    1 gezeigten Stell  motors 17, der als Elektromotor     mittels    eines       Ritzels    direkt auf den Stellring einwirkt,  kann, wie weiter oben bereits ausgeführt  wurde, auch ein kombinierter elektrisch  hydraulischer Stellmotor     Verwendung        finden.     Eine derartige Ausführung ist in     Fig.    8 dar  gestellt. Der von aussen über Schleifringe ge  speiste Elektromotor ist wieder mit 17 be  zeichnet. Er treibt eine Pumpe 57, die aus  dem Behälter 58     Druckluftflüssigkeit    in den       Windkessel    59 fördert.

   Aus diesem gelangt  die Druckflüssigkeit über ein     Steuerventil    60  üblicher Ausführung zum hydraulischen  Hilfsmotor 61. An der     Kolbenstange    62 des       Servomotorkolbens    63 ist ein am Laufrad  kranz 8 gelagerter Winkelhebel 64     angelenkt,     dessen anderer Arm über eine Schubstange  65 mit dem Stellring in Verbindung steht.  Zur Steuerung des Steuerventils 60 dient ein       Schwungkörper    66, der an dem Steuer  gestänge 67 angreift. Zur     Rückführung    des  Steuerventils ist das Steuergestänge über das  Gestänge 68 noch mit dem     Servomotorkolben     verbunden.

   Der     Schwungkörper    66     wird     durch die Fliehkraft, also in Abhängigkeit      von der Drehzahl gegen die Traft einer Fe  der 69 mehr oder weniger nach aussen ge  drängt, so dass abhängig von der Drehzahl  die     Laufradsehaufeln    verstellt werden.  



  Die     Verstellvorrichtung    für die Laufrad  schaufeln kann ausserdem noch durch eine       Drehzahlverstellvorriehtung    beeinflusst wer  den, etwa in der Weise, dass die Federbela  stung 69 des     Schwungkörpers    66 durch einen       Drehzahlverstellmotor    beeinflusst wird.  



  Der     Drehzahlverstellmotor    ist in der       Fig.    8 mit 70 bezeichnet. Er wird von aussen  über Schleifringe gespeist. Der     Drehza,hlver-          stellmotor    treibt ein kleines     Ritzel    71, das bei  seiner Verdrehung den auf einer Gewinde  spindel 72 angeordneten Federteller 73 mit  Aussenverzahnung verstellt und dadurch die  Feder 69 mehr oder weniger anspannt.  



  In ähnlicher Weise wie das     Steuerventil     60 bei diesem Ausführungsbeispiel von  einem     Schwungkörper        und    einem Drehzahl  verstellmotor     beeinflusst    wird, könnte es  auch auf     elektromagnetischem    Wege     beein-          flusst    werden, und zwar in der Weise, dass  ein über Schleifringe gespeister Elektromag  net 74 einem mit dem Steuergestänge ver  bundenen Ankerkörper 75 gegen die Kraft  einer Feder 7 6 mehr oder weniger anzieht,  wie dies in     Fig.    9 dargestellt ist.  



  Die     Steuerung    des Stellmotors, also     etwa     des Steuerventils 60 des Servomotors kann  auch auf rein mechanischem Wege von aussen  erfolgen, und zwar in geeigneter Weise wie  derum mittels eines Differentialgetriebes, wie  es in     Fig.    2 dargestellt ist. Bei     dieser    Aus  führung. müsste das eine grosse Zahnrad 37  des dort gezeigten Getriebes ebenfalls auf  einem Zahnkranz des Laufrades abrollen,  während das zweite grosse Zahnrad 40 auf  einem auf dem Laufrad gelagerten Stellring  abrollen müsste, der bei einer Verdrehung des  Hebels 46 gegenüber dem Laufrad     v < :rscho-          ben    würde und dabei über ein Steuergestänge  das Steuerventil 60 verschieben würde.

   Da  sich eine derartige Ausführung grundsätzlich  aus den beiden Ausführungen nach den     Fig.    2  und 8     zusammensetzt,    soll davon abgesehen    werden, sie in einer besonderen Figur darzu  stellen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Hydraulische Maschine (Rohrturbine, Rohr pumpe oder Rohrschraube) mit in einem Aussenkranz gelagerten, nach innen ragenden Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Rohrmitte ragenden Schaufeln dreh bar in dem Aussenkranz angeordnet sind und von aussen her verstellt werden können. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> 1. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad aus einem Kranz mit einem in dessen Mitte angeordneten Nabenkörper besteht, zwischen welchen die einzelnen Schaufeln drehbar um ihre Achsen an geordnet und mit denselben verbunden sind. 2.
    Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkörper freiliegend von den Laufradschaufel- zapfen gehalten ist. 3. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nahen körper zur Aufnahme der Fliehkräfte mit dem äussern Laufradkranz durch Zuganker verbunden ist. 4. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, dass die Zuganker durch die hohl ausgebildeten Laufrad schaufelzapfen hindurch geführt sind. 5.
    Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, dass die Laufrad- schaufeln sowohl im äussern Laufrad kranz, als auch in dem Nabenkörper drehbar derart gelagert sind, dass sie zu gleich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Laufradnabe und dem äussern Laufradkranz bilden. 6.
    Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkörper in einem in der Rohrmitte c.ugeordneten, durch feste Leitbleche nach aussen abge stützten Gehäuse drehbar gelagert ist. 7. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet,- dass das zur La gerung des Nabenkörpers dienende Ge häuse in der Rohrmitte als stromlinien förmig ausgebildeter Körper vor dem Laufrad angeordnet ist, so dass dieses konisch beaufschlagt wird. B.
    Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad an dem nach aussen über ein Gehäuse mit" Leitblechen abgestützten Nabenkörper gelagert ist. 9. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1 und 6, da durch gekennzeichnet, dass das Laufrad sowohl aussen als auch über den Naben körper innen gelagert ist. 10. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Laufradschaufeln in der Mitte nicht durch einen Naben körper miteinander verbunden sind, und dass das Laufrad nur aussen gelagert ist.
    11. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschau- feln im Laufradkörper kugelig gelagert sind. 12. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Nabenkörper achsiale Leitflächen angeordnet sind. 13. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Laufradschaufeln durch einen Stellring erfolgt, der auf dem Laufrad drehbar ist und mit diesem umläuft. 14.
    Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, da,ss zur Verdre hung des Stellringes relativ zum Lauf- rad von aussen her ein Differential getriebe vorgesehen ist. 15.
    Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ver drehung des Stellringes relativ zum Laufrad von aussen her ein Stirnrad getriebe angeordnet ist mit einem auf einer im Raum ortsfest gelagerten Welle festgekeilten Zahnrad, das im Ein griff ist mit einem Zahnkranz auf dem Laufrad, und mit einem weiteren auf der genannten Welle verschraubbaren, im Eingriff mit einem auf dem Verstellring vorgesehenen Zahnkranz befindlichen Zahnrad und mit einer Gabel zur Ver stellung dieses zuletzt genannten Zahn rades. 16.
    Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stell ring durch auf dem Laufrad angeordnete Stellmotoren betätigt werden kann. 17. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1, 13 und 16,. dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmotoren auf elektrischem oder elek tromagnetischem Wege von aussen ge speist werden. 18.
    Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1, 13, 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmotoren je aus einem Elektromotor bestehen und je eine von diesem ange triebene Pumpe und-ein von der Pumpe mit Druckflüssigkeit beaufschlagter Druckkolben (Servomotor) angeordnet ist. 19. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1, 13, 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass jedem hydraulischen Servomotor ein Windkessel zugeordnet ist. 20.
    Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1, 13, 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Stellmotoren durch ein auf dem Laufrad angeordnetes Messwerk erfolgt. 21. Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1, 13, 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Stellmotoren durch ein auf dem Laufrad angeordnetes Drehzahlmess- werk erfolgt. 22. Hydraulische Maschine nach dem Pa tentanspruch und den Unteransprüchen 1, 13. 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmotoren mechanisch von aussen gesteuert werden. 23.
    Hydraulische Maschine nach Patentan spruch und den Unteransprüchen 1, 13, 16 bis 19 und 22, dadurch gekennzeich net, dass die mechanische Steuerung über ein Differentialgetriebe erfolgt. 24. Hydraulische :Maschine nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1, 13, 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Stellmotoren zum Teil durch Überwachungsorgane auf dem Laufrad und zum Teil von aussen er folgt.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE960518C (de) * 1951-05-24 1957-04-04 Augsburg Nuernberg A G Zweigni Einrichtung zum Verstellen der Laufradschaufeln von Kreiselpumpen
DE1011820B (de) * 1953-02-27 1957-07-04 Arno Fischer Als Turbine oder Pumpe zu betreibende Kreiselradmaschine
DE1063324B (de) * 1952-05-14 1959-08-13 Siemens Ag Schraubenluefter mit im Betrieb verstellbaren Laufradfluegeln
DE102019103981A1 (de) * 2019-02-01 2020-08-06 Ernst Wilhelm König Kraftwerksaufbau

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