Dichtungseinrichtung an Wasserturbinen. Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Dichtungseinrichtung an Wasserturbinen jener Art, bei denen das Wasser das Laufrad ohne wesentliche Richtungsänderung durch strömt und die erzeugte Energie unmittelbar vom granze des Laufrades abgenommen wird, sogenannten "Rohrturbinen". Da der unmit telbar auf dem Laufradkranz sitzende Strom erzeuger durch das aus den Spalten austre tende Wasser gefährdet werden könnte, ist es wichtig, zu verhindern, dass Wasser zum Stromerzeuger gelangt.
Mit den bisher üb lichen Dichtungen ist dies nicht zufrieden stellend gelungen, da man sich reibende Dich- tungsmittel angewendet hat, die einerseits re lativ grosse Energieverluste verursachen und anderseits starker Abnützung unterliegen und daher häufig erneuert werden müssen.
Erfindungsgemäss wird demgegenüber die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass der Spalt keine sich berührenden Dichtungsflä- ehen aufweist, in eine für den geordneten Ab fluss des austretenden. Wassers eingerichtete Kammer mündet und an seiner Mündung durch zur Turbinenachse konzentrische Zy linderflächen begrenzt ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei- spiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen schema tischen Schnitt durch eine Rohrturbine, Fig. 2 die Spaltausbildung in grösserem Massstab im Schnitt, Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teils der Fig. 2 gemäss Pfeil III und die Fig. 4 einen schematischen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 2.
In dem Zwischenraum, der die aus den Rohren 10 bestehende Rohrleitung unter bricht, ist das Laufrad 11 der Turbine gela gert, deren Achse 12 in der Rohrmitte liegt. Der Pfeil 13 gibt die Strömungsrichtung an. Zwischen dem Kranz 14 des Laufrades 11 und den Rohren 10 befinden sich ringsumlau- fende Spalte S. Besonders an dem an der Eintrittsseite befindlichen Spalt tritt infolge des dort herrschenden grossen innern Über druckes Wasser nach aussen aus,
wodurch der auf dem Laufradkranz 14 sitzende Strom erzeuger 15 gefährdet würde, wenn nicht das Wasser verhindert wird, zu ihm zu gelangen. Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäss der Wasseraustritt nun nicht überhaupt ver hindert, sondern nur in möglichst engen Grenzen gehalten und für den unschädlichen Abfluss Sorge getragen. Hierzu sitzt, wie Fig. 2 zeigt, auf dem turbinenseitigen Ende des Zu- und des Ablaufrohres 10 je ein Ge häuse 17, das eine ringförmige Kammer 18 einschliesst.
Der Laufradkranz 14 ragt mit einem am Ende vorzugsweise zugeschärften Fortsatz 19 in achsialer Richtung in diese Kammer ein und es bilden sich so zwei durch zur Rohrachse konzentrische Zylinderflächen begrenzte Spalte, nämlich der Hauptspalt A als Fortsetzung des Ringspaltes<B>8</B> und der Nebenspalt<I>B.</I> Das durch den Spalt S und<I>A</I> austretende Wasser gelangt in die Kammer 18, von wo es durch einen geeigneten Abfluss in geregelter Weise zum Unterwasser hin abströmen kann.
Damit aber durch den Ne benspalt B kein Wasser gegen den Strom erzeuger 15 hin austreten kann, wird in die sem Nebenspalt durch geeignete Mittel ein gegen die Kammer 18 zu abnehmendes Luft druckgefälle erzeugt.
Ein hierzu dienliches Mittel, das vor allem beim Anlaufen wirksam ist, besteht in dem zugeschärften Rand 20 des Fortsatzes 19, da das durch den Saplt A in die Kammer 18 einspritzende Wasser auf den benach barten Spalt B, wenn dieser genügend nahe am Spalt A liegt, die Wirkung einer Strahl pumpe ausüben und Luft durch den Neben spalt B von aussen ansaugen wird. Bei grö sseren Drehzahlen ist dieses Mittel wegen des infolge der Fliehkraft radial wegspritzenden Wassers nicht mehr wirksam genug.
Es ist daher eine Druckluftkammer 21 vorgesehen, welche über schräg in den Spalt B einmün dende Kanäle oder eine Ringdüse 22 Druck luft in die Kammer 18 einbläst und so sicher den Wasseraustritt verhindert. An Stelle oder neben der Druckluftkammer 21 können wei tere schräg in den Spalt B einmündende Ka näle 23 vorgesehen, sein, durch welche gleich- falls Luft von einem eigens hierzu ange brachten (nicht gezeichneten) Ventilator ein gedrückt werden kann. Es ist auch zweck mässig, die -#Iiiridurig ?4 des Nebenspaltes B, im Querschnitt gesehen, trichterförmig aus zubilden und den Kühlventilator (nicht be zeichnet)
des Stromerzeugers 1,5 so anzuord nen, dass er Kühlluft gegen die Mündung 24 und in den Spalt B bläst und so den Was seraustritt sicher verhindert. Es ist klar, dass die genannten Hilfsmittel zur Erzeugung eines abfallenden Druelkgefälles im Neben spalt nicht nur, wie gezeichnet, alle gemein sam, sondern auch nur eines, oder einzelne davon angeordnet werden können.
Für die Erfindung wesentlich ist ferner, dass, wie erwähnt. die Begrenzungsflächen der Spalte alle zur Rohrachse konzentrische Zylinderflächen sind. Eine solche Anordnung ermöglicht es. die Spaltbreite auf ein sehr kleines Mass zu bringen. Spalte, die durch zur Rohrachse normalstehende Flächen be grenzt sind, wie zum Beispiel die Spalte lassen sich gerade bei solchen Rohrturbinen lange nicht genügend klein bemessen,
weil der hydraulische Schub ein Durchbiegen der Laufradschaufeln bewirkt und daher im Be triebe achsiale Verschiebungen des Laufrad kranzes 14 gegenüber seiner Lagerung 1? an der Mittelachse notwendigerweise auftreten müssen.
Diese achsialen Verschiebungen hin- dcrn aber nicht, dass die zur Rohrachse kon zentrischen Begrenziuigsfläehen der Spalte <I>A,</I> B schon beim Bau der Turbine<I>sehr</I> eng bemessen werden können, weil eben in radia ler Richtung praktisch keine Lagenänderung der Spaltbegrenzungsflächen eintreten kann. Schon dadurch ist es möglich, die Menge des durch den Spalt austretenden Wassers sehr gering zu halten.
Eine weitere Herabsetzung der durch den Spalt austretenden Wassermenge kann durch eine Anordnung, z. B. gemäss Fig. \? und 3, erzielt werden. Hier ist die ruhende Spalt begrenzungsfläehe nicht fest, sondern von innen nach aussen einstellbar gemacht. Zu diesem Zwecke sind am Rohrflansch 26 über den ranzen Unifang kreisringsektorförmige Platten 27 angebracht, deren äussere Begren zungsflächen die Spaltfläche bilden und die mittels je eines Paares paralleler Schlitze 28 und Kopfschrauben 29 in radialer Richtung ein- und feststellbar sind. Bei einer solchen Anordnung kann nach dem Zusammenbau der Spalt A auf das in mechanischer Hinsicht ge ringste zulässige Mass gebracht werden.
An Stelle dieser Anordnung oder neben derselben können noch weitere Mittel zur Verringerung des Spaltwasseraustrittes vor gesehen sein, wie sie in Fig. 2 und 4 darge stellt sind. Der Spalt S besitzt, bevor er in den achsial gerichteten Spalt A übergeht, eine kammerartige Erweiterung 30, oder mehrere solche und in dieser Erweiterung sind an einer oder beiden den Spalt begrenzenden Flä chen Flügel, Nocken, Rillen oder dergleichen angebracht, die eine Wirbelbildung verur sachen und die Energie des austretenden Wassers teilweise vernichten, damit dessen Geschwindigkeit verringern und so auch die Menge des austretenden Wassers verkleinern.
Besonders zweckmässig ist es, an beiden Spaltflächen achsial ausragende und zur Tangentialrichtung schrägstehende Flügel 31 und 32 anzuordnen. Die Schrägstellung ist dabei so gewählt, dass die Flügel während des Laufes der Turbine eine der Ausströmung im Spalt entgegenwirkende Strömung im Sinne der Pfeile 34 (Fig. 4) erzeugen. Die Wirkung dieser Flügel ist eine um so grössere, je gerin ger die Breite des zwischen ihnen in achsia- ler Richtung verlaufenden Spaltes D ist.
Die ser Spalt kann aus den oben geschilderten Gründen aber leicht sehr knapp bemessen werden, durch zur Turbinenachse konzentrische Zy linderflächen begrenzt ist.
UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem turbinen- seitigen Ende des Zu- und des Ablauf rohres je eine Ablaufkammer angebracht ist, in die in achsialer Richtung ein Fort satz des Laufradkranzes zwischen dem Hauptspalt und einem Nebenspalt einragt, die beide durch konzentrische Zylinder flächen begrenzt sind, und dass Mittel vor gesehen sind, um im Nebenspalt ein zur Kammer hin abnehmendes Luftdruck gefälle zu erzeugen.
2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der in die Kam mer einragende Fortsatz gegen seinen Rand zugeschärft ist, derart, dass der aus dem Hauptspalt tretende Wasserstrahl auf den Nebenspalt eine Saugwirkung ausübt und darin ein gegen die Kammer zu ab nehmendes Druckgefälle erzeugt.
3. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass in den Neben spalt eine oder mehrere Luftdurchlass- öffnungen schräg einmünden, die an einem Raum erhöhten Luftdruckes angeschlossen sind.
4. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der Kühlventi- lator des auf dem Laufrad sitzenden Ge- nerators gegenüber der trichterförmig er weiterten Mündung des Nebenspaltes an geordnet ist und einen zur Ablaufkammer gerichteten Luftstrom im Nebenspalt er zeugt.
5. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die ruhende, zur Tur binenachse konzentrische Begrenzungs fläche des Spaltes in Sektoren unterteilt ist, die von innen nach aussen verstell- und feststellbar sind, um die kleinstmögliche Spaltbreite einstellen zu können.
6. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt, im Quer- schnitt. gesehen, mindestens eine kammer-
Sealing device on water turbines. The object of the invention is a sealing device on water turbines of the type in which the water flows through the impeller without any significant change in direction and the energy generated is taken directly from the edge of the impeller, so-called "bulb turbines". Since the power generator sitting directly on the wheel rim could be endangered by the water escaping from the crevices, it is important to prevent water from reaching the power generator.
This has not succeeded satisfactorily with the seals that have been customary up to now, because sealing means that rub against each other have been used, which on the one hand cause relatively large energy losses and on the other hand are subject to severe wear and tear and therefore have to be replaced frequently.
In contrast, according to the invention, the object set is achieved in that the gap has no contacting sealing surfaces into one for the orderly outflow of the emerging. Water furnished chamber opens and is limited at its mouth by cylinder surfaces concentric to the turbine axis Zy.
The drawing shows exemplary embodiments of the subject matter of the invention, namely FIG. 1 shows a schematic section through a bulb turbine, FIG. 2 shows the gap formation on a larger scale in section, FIG. 3 shows a side view of part of FIG. 2 according to the arrow III and FIG. 4 shows a schematic section along line IV-IV in FIG. 2.
In the space that breaks the existing pipeline from the pipes 10, the impeller 11 of the turbine is Gela Gert, the axis 12 of which is in the middle of the pipe. The arrow 13 indicates the direction of flow. Between the rim 14 of the impeller 11 and the pipes 10 there are gaps S running all around. Especially at the gap on the inlet side, water escapes to the outside as a result of the large internal excess pressure prevailing there.
whereby the electricity generator 15 sitting on the wheel rim 14 would be endangered if the water is not prevented from reaching it. In order to achieve this, according to the invention the water leakage is not prevented at all, but only kept within the narrowest possible limits and care is taken for the harmless drainage. For this purpose, as shown in FIG. 2, a Ge housing 17, which includes an annular chamber 18, sits on the turbine-side end of the inlet and outlet pipe 10.
The impeller rim 14 protrudes axially into this chamber with an extension 19, which is preferably sharpened at the end, and two gaps are thus formed that are delimited by cylindrical surfaces concentric to the pipe axis, namely the main gap A as a continuation of the annular gap <B> 8 </B> and the secondary gap <I> B. </I> The water exiting through the gap S and <I> A </I> reaches the chamber 18, from where it can flow off in a regulated manner to the underwater through a suitable drain.
But so that no water can escape against the power generator 15 through the Ne benspalt B, a pressure gradient against the chamber 18 to decrease air is generated in the sem secondary gap by suitable means.
A useful means, which is particularly effective when starting up, consists in the sharpened edge 20 of the extension 19, since the water injected through the Saplt A into the chamber 18 onto the neighboring gap B when it is sufficiently close to the gap A. , exercise the effect of a jet pump and suck in air through the secondary gap B from the outside. At higher speeds, this agent is no longer effective enough because of the water splashing away radially as a result of the centrifugal force.
There is therefore a compressed air chamber 21 is provided, which blows compressed air into the chamber 18 via obliquely in the gap B einmün Dende channels or an annular nozzle 22 and thus reliably prevents the escape of water. Instead of or next to the compressed air chamber 21, further ducts 23 opening obliquely into the gap B can be provided, through which air can also be forced in by a fan (not shown) specially fitted for this purpose. It is also useful to make the - # Iiiridurig? 4 of the secondary gap B, seen in cross section, funnel-shaped and the cooling fan (not designated)
of the generator 1.5 to be arranged in such a way that it blows cooling air against the mouth 24 and into the gap B and thus reliably prevents the escape of water. It is clear that the mentioned auxiliary means for generating a falling pressure gradient in the secondary gap not only, as shown, can all be arranged together, but also only one or some of them.
It is also essential for the invention that, as mentioned. the boundary surfaces of the gaps are all cylindrical surfaces concentric to the pipe axis. Such an arrangement makes it possible. to bring the gap width to a very small level. Gaps that are delimited by surfaces normal to the pipe axis, such as the gaps, especially in such bulb turbines, cannot be dimensioned sufficiently small for a long time,
because the hydraulic thrust causes the impeller blades to sag and therefore axial displacements of the impeller ring 14 with respect to its bearing 1? must necessarily occur on the central axis.
However, these axial displacements do not prevent the limiting surfaces of the column <I> A, </I> B, which are concentric to the pipe axis, from being dimensioned <I> very </I> very tight during the construction of the turbine, because in radia ler direction practically no change in position of the gap delimiting surfaces can occur. This already makes it possible to keep the amount of water exiting through the gap very low.
A further reduction in the amount of water exiting through the gap can be achieved by an arrangement, e.g. B. according to Fig. and 3, can be achieved. Here, the static gap delimiting surface is not fixed, but made adjustable from the inside out. For this purpose, circular sector-shaped plates 27 are attached to the pipe flange 26 over the satchel Unifang, the outer limiting surfaces of which form the gap area and which can be set and locked in the radial direction by means of a pair of parallel slots 28 and cap screws 29. In such an arrangement, after assembly, the gap A can be brought to the smallest permissible amount in mechanical terms.
In place of this arrangement or in addition to the same, further means for reducing the gap water leakage can be seen in front of, as shown in Fig. 2 and 4 Darge is. The gap S has, before it merges into the axially directed gap A, a chamber-like extension 30, or more such and in this extension wings, cams, grooves or the like are attached to one or both surfaces delimiting the gap, which cause vortex formation things and partially destroy the energy of the exiting water, thus reducing its speed and thus also reducing the amount of exiting water.
It is particularly useful to arrange wings 31 and 32 which project axially and are inclined to the tangential direction on both gap surfaces. The inclination is chosen so that the blades generate a flow counteracting the outflow in the gap in the direction of arrows 34 (FIG. 4) while the turbine is running. The effect of these wings is greater, the smaller the width of the gap D running between them in the axial direction.
The water gap can easily be measured very tight for the reasons outlined above, is limited by cylinder surfaces concentric to the turbine axis Zy.
SUBClaims 1. Device according to claim, characterized in that on the turbine-side end of the inlet and the outlet pipe, a drain chamber is attached, in which an extension of the impeller rim protrudes in the axial direction between the main gap and a secondary gap, both of which surfaces are limited by concentric cylinder, and that means are seen in order to generate a falling air pressure towards the chamber in the secondary gap.
2. Device according to dependent claim 1, characterized in that the projection projecting into the chamber is sharpened against its edge, such that the water jet emerging from the main gap exerts a suction effect on the secondary gap and therein a pressure gradient to be reduced against the chamber generated.
3. Device according to dependent claim 1, characterized in that one or more air passage openings open obliquely into the secondary gap, which are connected to a room with increased air pressure.
4. Device according to dependent claim 1, characterized in that the cooling fan of the generator sitting on the impeller is arranged opposite the funnel-shaped mouth of the secondary gap and generates an air flow in the secondary gap directed towards the discharge chamber.
5. Device according to claim, characterized in that the resting, to the tur binenachse concentric limiting surface of the gap is divided into sectors that can be adjusted and locked from the inside to the outside in order to be able to set the smallest possible gap width.
6. Device according to claim, characterized in that the gap, in cross-section. seen at least one chamber