CH310937A - Zweistufige Kaplanturbine. - Google Patents

Zweistufige Kaplanturbine.

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CH310937A
CH310937A CH310937DA CH310937A CH 310937 A CH310937 A CH 310937A CH 310937D A CH310937D A CH 310937DA CH 310937 A CH310937 A CH 310937A
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CH
Switzerland
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stage
blades
kaplan turbine
impeller
turbine according
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Application number
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English (en)
Inventor
Gmbh J M Voith
Original Assignee
Gmbh J M Voith
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gmbh J M Voith filed Critical Gmbh J M Voith
Publication of CH310937A publication Critical patent/CH310937A/de

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • F03B3/06Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines with adjustable blades, e.g. Kaplan turbines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Description


  Zweistufige Kaplanturbine.    In dein Bestreben, axial durchströmte  Wasserturbinen (Propeller- und Kaplan  turbinen) für immer grössere Gefälle zur An  wendung bringen zu können, sind bereits  Ausführungen vorgeschlagen worden, bei  denen zwei Laufräder mit festen oder ver  stellbaren Schaufeln unmittelbar, also ohne  Zwischenschaltung eines Leitapparates, hin  tereinander angeordnet sind.  



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zu  grunde, eine zweistufige Kaplanturbine so  auszubilden, dass sie mit möglichst hohem  Wirkungsgrad und möglichst geringer Kavi  tation arbeitet. Gemäss der Erfindung wird  dies dadurch erreicht, dass die erste Stufe  als Hochdrucklaufrad mit einem Verhältnis  Nabendurchmesser/Aussendurchmesser der  Beschaufelung mindestens 0,5 und die zweite  Stufe als Niederdrucklaufrad ausgebildet ist,  welches bei höchstens gleichem Aussendurch  messer einen kleineren Innendurchmesser  als das Hochdrucklaufrad aufweist, wobei  die Verhältnisse so gewählt sind, dass das  Nabenverhältnis des Hochdrucklaufrades  mindestens 10% grösser ist als das Naben  verhältnis des Niederdrucklaufrades.  



  Es ist an sich bereits vorgeschlagen wor  den, bei einer zweistufigen Kaplanturbine  den Durchflussquerschnitt der zweiten Stufe  grösser zu wählen als den Durchflussquer  schnitt der ersten Stufe. Dies wird dort aber  dadurch erreicht, dass bei gleichbleibendem  Nabendurchmesser der Aussendurchmesser    in den beiden Stufen, mindestens aber in der  zweiten Stufe vom Eintritt bis zum Austritt  stetig     zunimmt.    Dabei ergibt sich eine un  günstige divergente Strömung mit der Ge  fahr einer besonders grossen schädlichen Tot  wasserbildung.  



  Die Erfindung ist in der Zeichnung in  zwei Ausführungsbeispielen dargestellt :  Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch die  beiden     Laufradstufen    einer Turbine mit im  Bereich der ersten Stufe kugeligem und im  Bereich der zweiten Stufe zylindrischem  Mantel.  



  Fig. 2 zeigt einen Zylinderschnitt der     Be-          schaufelung    hierzu.  



       Fig.    3 zeigt ein weiteres Beispiel mit im  Bereich der zweiten Stufe kegelförmig erwei  tertem Mantel.  



  In den     Fig.    1 und 2 ist die Turbinenachse       mit    1 bezeichnet, die Schaufeln der ersten  Stufe, welche als Hochdruckstufe     ausgebildet     ist, mit 2 und     die        Schaufeln    der zweiten  Stufe, der     Niederdruckstufe,    mit 3. Wie er  sichtlich, ist der Innendurchmesser der Schau  feln 2 der Hochdruckstufe bedeutend grösser  als der Innendurchmesser der Schaufeln 3  der     Niederdruckstufe,    während der Aussen  durchmesser der     Schaufeln    2 der Hochdruck  stufe nur .wenig grösser ist als der Aussen  durchmesser der     Schaufeln    der zweiten Stufe.

    Das     Verhältnis        Nabendurchm.esser/Aussen-          durchinesser    der     Beschaufelung    beträgt bei  der Hochdruckstufe mindestens 0,5 oder      auch mehr und ist mindestens 10% grösser  als das entsprechende Verhältnis der Nieder  druckstufe. Die Laufradummantelung liegt  im Bereich 4 der Hochdruckstufe auf einer  Kugelfläche. Auch der äussere Umfang der  Schaufeln 2 der Hochdruckstufe liegt auf  einer Kugelfläche. Im Bereich 5 der Nieder  druckstufe dagegen ist die Ummantelung im  wesentlichen zylindrisch.

   Der Abstand 6 zwi  schen den beiden Stufen ist gerade so gross  gewählt, als es mit Rücksicht auf einen kon  tinuierlichen Übergang vom     Nabenbereich     der ersten Stufe zum Nabenbereich der zwei  ten Stufe erforderlich ist. Wie aus Fig. 2 er  sichtlich, sind die Schaufeln 2 der ersten  Stufe in Umfangsrichtung gegenüber den  Schaufeln 3 der zweiten Stufe um den Be  trag 7 in Umfangsrichtung versetzt. Die Pro  fillänge 8 der Schaufeln 2 ist grösser als die  Profillänge 9 der Schaufeln 3.  



  Die Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch  die rechte Hälfte einer weiteren Ausführungs  form. Die um die Achsen 12 drehbaren  Schaufeln 2 der Hochdruckstufe sind an den  Ecken 13 und 14 nur wenig abgerundet und  im übrigen bis an die auf einer Kugelfläche  liegende Ummantelung 15 herangeführt. Die  um die Achsen 16 drehbaren Schaufeln 17  der zweiten Stufe dagegen haben stark ab  gerundete Ecken 18 und 19 und sind be  deutend kürzer, als es der radialen Abmes  sung des Strömungskanals entsprechen  würde. Die Abrundungsradien an den Schau  feln 17 sind doppelt so gross wie diejenigen  an den Schaufeln 2. Der Spalt 10 nimmt  von oben nach unten zu, was durch die       kegelige    Ausbildung der Ummantelung im  Bereich 11 der zweiten Stufe noch unter  stützt wird.  



  Die erste Stufe wird bei beiden Beispielen  als Hochdruckstufe ausgelegt, indem sie etwa  2/3 bis 3/4 des gesamten Gefälles zu ver  arbeiten hat,     während    der Rest des Gefälles  von der zweiten Stufe, von der Niederdruck  stufe, verarbeitet wird. Das Verhältnis Na  bendurchmesser/Aussendurchmesser der     Be-          schaufelung    beträgt auch beim zweiten Bei  spiel beim     Hochdruck-Laufrad    mindestens    0,5 oder mehr.

   Die Hochdruckstufe      wird     hierbei so belastet, dass sie über den ganzen  Regelbereich nahezu     kavitationsfrei    arbeitet,       während    die zweite Stufe mit dem von ihr  verarbeiteten     Restgefälle    den für die erste  Stufe erforderlichen Gegendruck ergibt, ohne  dass ein     Saugrohr    mit besonders grosser Saug  höhe zur Ausführung kommen     .nüsste.     



  Der     Durchflussquerschnitt    der zweiten  Stufe     wird        grösser    gewählt als der Durch  flussquerschnitt der ersten Stufe. Dies wird  dadurch erreicht, dass die zweite Stufe  gegenüber der ersten bei gleichem oder nur  wenig kleinerem Aussendurchmesser der     Be-          schaufelung    einen wesentlich kleineren In  nendurchmesser erhält.

   Das     Nabenverhält-          nis    der Hochdruckstufe wird auch beim  zweiten Beispiel mindestens     10 /,    grösser als  das     Nabenverhältnis    der     Niederdruckstufe.     Die gesamte zweistufige Turbine ist demnach  keine rein axial durchströmte Turbine, son  dern eine     Konusturbine.     



  Für die zweistufigen     Kaplanturbinen    sind  die Spaltverluste dem hohen Druck ent  sprechend ebenfalls besonders hoch. Um  diesem Nachteil abzuhelfen, werden die  Flügel der ersten hochbelasteten Stufe, wie  bei     Kaplanturbinen    an sich bekannt, an  ihrem äusseren Umfang und die Ummante  lung des Laufrades im Bereich der ersten  Stufe nach einer Kugelfläche ausgebildet,  derart, dass die Schaufeln der ersten Stufe  von der Eintrittskante bis zur Austritts  kante in allen Schaufelstellungen einen  gleichbleibenden kleinen Spalt bilden.  



  An sich könnten auch die Schaufeln der  zweiten Stufe und entsprechend deren Um  mantelung aussen kugelig ausgebildet werden.  Doch empfiehlt es sich, die Ausführung so  zu wählen, dass im Bereich der zweiten Stufe  zwischen dem äusseren Rand der Schaufeln  und der Ummantelung ein beträchtlicher  Spalt verbleibt. Die radiale Breite des Spaltes  kann bis zu etwa     20 /o    der gesamten Breite  des ringförmigen     Strömungskanals    betragen.  Für grössere Fallhöhen wird der Spalt der  zweiten Stufe zwar kleiner ausgeführt, doch  soll die Spaltbreite auch hierbei von anderer      Grössenordnung sein als die Spaltbreite der  ersten Stufe.  



  Die Vergrösserung des Laufradspaltes im  Bereich der Schaufeln der zweiten Stufe  kann dadurch erzielt werden, dass im Bereich  dieser Stufe die Ummantelung zylindrisch  oder leicht     kegelig    und die Flügel mit stark  abgerundeten Enden ausgebildet werden.  Durch die starke Abrundung der Ecken und  durch die kegelförmige Erweiterung der Um  mantelung im Bereich der zweiten Stufe mit  verkürzten     Schaufeln    werden besondere Vor  teile erreicht.  



  Die Schaufeln der zweiten Stufe werden  dabei so ausgebildet, dass ihre radiale Länge  von einem grösseren Wert im Eintrittsbereich  allmählich auf einen kleineren Wert im Aus  trittsbereich abnimmt, etwa derart, dass die  Aussenkanten der Schaufeln, abgesehen von  den abgerundeten Ecken,     kegelig    von oben  nach unten zusammenlaufen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Zweistufige Kaplanturbine mit zwei unmittelbar hintereinander angeordneten Schaufelkränzen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe als Hochdrucklaufrad mit einem Verhältnis NabendurehmesserlAussen- durchmesser der Beschaufelung mindestens 0,5 und die zweite Stufe als Niederdrucklauf- rad ausgebildet ist, welches bei höchstens gleichem Aussendurchmesser einen kleineren Innendurchmesser als das Hochdrucklaufrad aufweist, wobei die Verhältnisse so gewählt sind, dass das Nabenverhältnis des Hoch drucklaufrades mindestens 10% grösser ist als das Nabenverhältnis des Niederdruck laufrades. UNTERANSPRÜCHE: 1.
    Zweistufige Kaplanturbine nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe für etwa 2/3 bis 3/4 des gesamten Gefälles und die zweite Stufe für den Rest des Gefälles ausgelegt ist. 2. Zweistufige Kaplanturbine nach Pa tentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussquer schnitt der zweiten Stufe grösser ist als der Durchflussquerschnitt der ersten Stufe. 3. Zweistufige Kaplanturbine nach Pa tentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Profillänge der Schaufeln der zweiten Stufe kleiner ist als die Profillänge der Schaufeln der ersten Stufe. 4.
    Zweistufige Kaplanturbine nach Pa tentanspruch und Unteransprüchen 1-3, da durch gekennzeichnet, dass der äussere Um fang der Schaufeln der ersten Laufradstufe und die Ummantelung in diesem Bereich auf Kugelflächen liegen. 5. Zweistufige Kaplanturbine nach Unter anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrundungsradien an den Schaufeln der zweiten Laufradstufe wenigstens doppelt so gross sind wie diejenigen an den Schaufeln des ersten Schaufelkranzes.
CH310937D 1951-04-12 1952-04-05 Zweistufige Kaplanturbine. CH310937A (de)

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CH310937D CH310937A (de) 1951-04-12 1952-04-05 Zweistufige Kaplanturbine.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4784569A (en) * 1986-01-10 1988-11-15 General Electric Company Shroud means for turbine rotor blade tip clearance control

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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