CH321652A - Machine unit that has a hydraulic machine that can work as a turbine and a pump - Google Patents

Machine unit that has a hydraulic machine that can work as a turbine and a pump

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CH321652A
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Fischer Arno
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Fischer Arno
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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
    • F04D3/00Axial-flow pumps
    • 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
    • F03B3/10Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines
    • F03B3/103Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines the same wheel acting as turbine wheel and as pump wheel
    • 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
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Description

  

  Maschinenaggregat, das eine hydraulische Maschine aufweist, die als Turbine  und als Pumpe arbeiten kann    Die Erfindung betrifft ein Maschinen  aggregat, das eine hydraulische Maschine, die  sowohl als Turbine als auch als Pumpe arbei  ten kann, aufweist.  



       Lm    den Bedingungen des wechselseitigen  Betriebes; das heisst der     Anströmung    der  Turbine oder der Pumpe in entgegengesetz  ter Fliessrichtung und des wahlweisen Tur  binen- oder Pumpenbetriebes, zu genügen,  wurden beispielsweise Kraftwerke bzw.     Pum-          penstationen    bekannt oder vorgeschlagen, bei  denen die verwendeten Pumpen- oder Tur  binenaggregate mit einer     Einlaufspirale    und  zwei     Triebwasserführungsrohren    oder mit zwei  entgegengesetzt angeordneten     Maschinen    so  versehen sind, dass das     Maschinenaggregat    aus  verschiedenen Richtungen angeströmt werden  kann.  



  Für den abwechselnden Pumpen- und Tur  binenbetrieb, wie er z. B. in     Pumpspeicher-          kraftwerken        verlangt    wird, werden eine  Pumpe, die Turbine und der Generator zu       einem        -Maschinenaggregat    zusammengebaut.  Nach Bedarf wird die elektrische Maschine  als Motor oder als Generator benützt und mit  der Pumpe     bzw.    mit der Turbine gekuppelt.  Beide     hvdraulische        -Maschinen    haben ihre  eigenen     7.u-    und Abläufe sowie ihre eigenen  Lager und     Absehlussorgane.     



  Es ist. auch bekannt, dass dazu     AZialtur-          binen    oder -pumpen, z. B. die sogenannten Un-         terwasserkraftwerksturbinen    (auch Rohrturbi  nen), verwendet werden können und diese als  komplette Maschinenaggregate gekapselt in  einem das Aggregat tragenden Teil des Was  serführungsrohres     einzubauen    sind, so dass sie  um eine Drehachse in die entgegengesetzte       Anströmrichtung    geschwenkt werden können.  



  Mit der schwenkbaren Anordnung in einer  Drehvorrichtung kann das Aggregat wahlweise  als Turbine oder Pumpe verwendet werden. Es  wird so in die entsprechende     Anströmrichtung     gedreht und dort verankert, dass in der je  weiligen Betriebsstellung die     Leitradschaufeln,     bezogen auf die entsprechende Fliessrichtung  des Triebmittels, vor bzw. hinter dem Laufrad  liegen. Also kann sowohl Turbinen- als auch  Pumpenbetrieb in entgegengesetzten Richtun  gen stattfinden.  



  Bei der Anwendung der Unterwasserkraft  werkst.urbine ist es ferner z. B. möglich, die  Turbine statt in einer Drehvorrichtung unter  zubringen, sie mit einem Leitrad je vor und  hinter dem Laufrad zu versehen.  



  Bei den ersteren Arten der vorerwähnten  Kraftwerksanlagen werden die maschinellen  und baulichen Aufwände durch die doppelte  Anordnung von     Triebwasserführungsrohren     oder besonders durch den Einbau von ent  gegengesetzt abwechslungsweise arbeitenden  Maschinenaggregaten sehr gross. Dadurch ist      die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage unter  Umständen nicht gewährleistet.  



  Mit der Anwendung von     Axialturbinen     oder -pumpen in einer Schwenkvorrichtung ist  zwar schon die     -'#V        irtschaftlichkeit    der Anlage  gegeben. Sie stellt jedoch in gewissen Fällen,  z. B. bei Unterwasserkraftwerken mit niedri  gem Kraftwerkskörper oder bei Kraftanlagen  mit niederem Gefälle überhaupt, eine kon  struktive und vereinzelt betriebliche Behinde  rung dar. Trotzdem könnten in diesen Fäl  len für den Turbinen- wie auch für den Pum  penbetrieb sowohl in der einen als auch in  der entgegengesetzten Fliessrichtung die glei  chen Wirkungsgrade und Betriebsleistungen  garantiert werden.  



  Die     Unterwasserkr        aftwerksturbine    mit zwei  Leitapparaten und einem in der Mitte ange  ordneten Laufrad kann zwar fest im Kraft  werkskörper angebracht sein und braucht bei       -wahlweiser    wechselseitiger     Anströmung    und  Betriebsverwendung nicht komplett gedreht zu  werden. Sie hat aber den Nachteil eines ge  ringeren Gesamtwirkungsgrades, da ständig  einer der beiden Leitapparate bei wechsel  seitiger     Anströmung    jeweils in einer Richtung  störend wirkt.  



  Der Gegenstand der hier vorliegenden Er  findung ist ein Maschinenaggregat, das eine  hydraulische Maschine aufweist, die sowohl  als Turbine     als    auch als Pumpe arbeiten  kann, dadurch gekennzeichnet,     da.ss    die Ma  schine zwei Räder besitzt, die so ausgebildet  und einzeln feststellbar sind, dass sie wahl  weise als Leitrad und als Laufrad dienen kön  nen und     da.ss    sie     wechselseitig        anströmbar    ist,  wobei jeweils bei Turbinenbetrieb das dem Zu  lauf nächstliegende Rad festzustellen ist und  das Leitrad bildet, während das andere Rad  das Laufrad bildet.  



  Bei Pumpenbetrieb könnte gegebenenfalls  auch umgekehrt verfahren werden und das  dein Auslauf am nächsten liegende Rad fest  gestellt. werden.  



  Die Erfindung soll allen Bedingungen der       -wechselseitigen        Anströmung    und des wahlwei  sen Pumpen- oder Turbinenbetriebes genügen,  indem sie alle Nachteile der bisher bekannten    Konstruktionen für die eine oder die andere  Betriebsart vermeidet, und es gestattet, alle  Eigenschaften der verschiedenen Betriebsarten  in einer     gesehlossenenMaschine        zukombinieren.     



  Die Anordnung zweier Räder und deren  wahlweise Verwendung als Lauf- oder     Leit-          räder    gestattet es, unter geringstem Bauauf  wand und unter Vermeidung besonderer be  trieblicher Zeitverluste oder ungünstiger hy  draulischer     Auswirkungen    den Erfordernissen  einer     wirtschaftLehen    wechselseitigen     Anströ-          inung    zu entsprechen;

   das heisst. die besonderen  Vorteile der     axial    durchflossenen Maschine mit  zwei Rädern liegen begründet in ihrer ein  fachen, gedrängten Konstruktion und den  damit verbundenen relativ niedrigen Herstel  lungskosten -sowie vor allem in ihrer     -virt-          sehaftlichen    Verwendbarkeit bei     Kraftanlagen     niederen Gefälles als     Pumpspeicher-    bzw.  Ebbe- und Flutaggregat.  



  Insbesondere für diese, aber auch in an  dern Fällen kann ein     besonderer    Vorteil damit  verbunden sein, dass die Schaufeln auch der  art     um-estellt        werden    können, dass die hydrau  lische Maschine     aueli    als     Durehlass,        Leersehuss     oder dergleichen für das Triebmittel betrie  ben werden kann.  



  In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh  rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes  dargestellt. Es     zeigt:          Fig.l    ein Aggregat mit     axialdurehflos-          sener        Doppelrad-Turbomasehine    mit wasser  durchflossener elektrischer Maschine,       Fig.    ? bis 8 eine     seheniatisehe        Darstellung     der wechselseitigen Funktion der Turbo  maschine bei Turbinen- und     Pumpenbetrieb     sowie als     Durehlass,          Fig.9    ein     weiteres    Beispiel,

         Fig.    10 und<B>11.</B> ein weiteres Beispiel,       Fig.12    ein weiteres Beispiel,       Fig.    13 ein weiteres Beispiel,       Fig.        l.4-    das letzte Beispiel.  



  Das Ausführungsbeispiel nach     Fig.    1 weist  eine axial angeströmte, als Pumpe oder Tur  bine verwendbare hydraulische Maschine mit  zwei Rädern 1 und 2 auf, die beide in der  Nabe 3, 3', welche mittels Stützschaufeln     4-,     4' zentrisch in den     Wasserführungsrohrteilen         5, 5' gehalten wird, gelagert sind. Ferner ist  eine als Aussenläufer ausgebildete, die Räder  konzentrisch umgebende elektrische, z. B.     ge-          iiiäss        Fig.    10 ausgebildete Maschine 6, die von       einem        llehäuse    6' abgedeckt ist, vorhanden.

    An die Aussenkränze 7, 7' der Räder 1 und 2  schliessen sieh beiderseitig die im Mauerwerk 8,  8'     verankerten        Wasserführungsrohrteile    5, 5'  an. An den Spaltstellen 9, 9' zwischen den  Aussenkränzen und     Wasserrohrteilen    sind, wie  bekannt,     Spaltverringerungseinrichtungen    mit.  den zugehörigen Fangschalen für die Abfüh  rung des an diesen Stellen durchtretenden  Spaltwassers vorgesehen. Ebenfalls ist in dem       Spält    10 zwischen den beiden Aussenkränzen  7, 7' eine Dichtung vorgesehen, die einerseits  ständig mit einem Rad fest verbunden sein  kann.

   Sie kann aber auch als doppelseitiges       DiehtungsmitteIstück    eingebaut und am Ge  häuse     der    elektrischen Maschine 6 befestigt.  sein, von deren Dichtungen jeweils eine bei  wechselseitigem Betrieb der Maschine als Still  stands- und die andere als Gleit- bzw. Betriebs  dichtung in Tätigkeit tritt. Die Ausbildung  der Dichtung kann unabhängig von dem Er  findungsgedanken beliebiger Art sein.  



  Als     Abschlussorgane    sind bei diesem Aus  führungsbeispiel Drosselklappen 11, 11' vor  gesehen, die drehbar im Mauerwerk 8, 8' der  Wasserführung gelagert sind.  



  Die beiden Räder 1 und 2 sind so an  geordnet und ausgebildet, dass wahlweise je  weils eines der beiden einzeln feststellbar ist  und, nachdem es festgestellt worden ist, die  Tätigkeit als Leitrad übernimmt, wobei es  gegenüber dem feststehenden Teil der Ma  schine beispielsweise durch eine     Klauenkupp-          lung    arretiert ist, während das andere Rad als  Laufrad arbeitet.  



  Zu diesem Zweck sind die in Form und     Ab-          messungen    übereinstimmenden Schaufeln der       beiden    Räder 1 und 2 in den Kränzen um       Eadialzapfen    drehbar gelagert, so dass ihre       %Vinkellage        geändert    und festgestellt werden       kante.     



  Wenn die Turbomaschine als Turbine arbei  tet, wirkt die elektrische Maschine als Gene  rator, wenn sie als Pumpe arbeitet als Motor.    Die verschiedenen Winkellagen der Schau  feln sind in     Fig.    8 veranschaulicht, wobei a  der maximale     Verstellwinkel    ist.  



  Die Umstellung der Schaufeln beim     @V        ech-          sel    der beiden Räder erfolgt um den Winkel       ss,    wobei a die Stellung der Schaufel als     Leit-          rad    und     a'    als Laufrad bedeutet.  



  Als Pumpe mit. wechselseitiger     Pumprich-          tung    werden die Schaufeln aus der Winkellage       b    nach     b'    um den Winkel y verstellt.  



  Für den Betrieb der Turbomaschine als  Turbine, als     Durchlass    oder     Leerschuss    mit  wechselseitiger Fliessrichtung werden die  Schaufeln in die Stellung c und     cl    gebracht.  



  Die     _NVirkung    der     'VVinkellagenverstellung     veranschaulichen die     Fig.2    bis 7, welche die  Räder des ersten Beispiels zeigen. Bei der  Stellung nach     Fig.    2 wirkt das Rad 2 als     Leit-          rad    und das Rad 1 als Laufrad, während nach       Fig.    3 bei entgegengesetzter     Anströmung    des  Betriebswassers das Rad 1 als Leitrad und  das Rad 2 als Laufrad dient.

   Die     Anströ-          mung    des Betriebswassers ist durch die Pfeile  P und die Drehrichtung durch den Pfeil R  angedeutet.     Fig.2,    3 zeigen die Räder, wenn  die hydraulische Maschine des Aggregats als  Turbine arbeitet. bei verschiedener     Anström-          richtung.    Wenn die Turbomaschine als Pumpe  arbeitet, bildet jeweils - wie     Fig.2,    3 zei  gen - das dem Zulauf nächstliegende Rad das       Leitrad.     



  Die     Fig.    4 und 5 zeigen die Maschine als  Pumpe arbeitend, wobei die Pfeile R die Dreh  richtung angeben, und wobei in     Fig.    4 das  Rad 1 und in     Fig.5    das Rad 2 als     Leitrad     wirkt. Hier arbeitet die Maschine in verschie  dener     Anströmrichtung    als Pumpe.  



  Die     Fig.6    und 7 geben die Schaufel  stellung für den Fall wieder, dass die Maschine  als Turbine arbeitend als     Durchlass    oder Leer  schuss betrieben wird, wobei, je nach den Er  fordernissen, beide Räder frei beweglich, oder  das eine frei beweglich, das ändere fest, oder  beide fest sein können.  



  Es ist nun möglich, die hydraulische Ma  schine und die mit ihr das Maschinenaggregat  bildende elektrische bzw. mechanische Ma  schine zu einem geschlossenen Ganzen zu ver-      einigen, wobei die Verbindung verschieden ge  staltet werden kann. So sind bei der Ausfüh  rungsform nach     Fig.    9 die Magnetwicklungen  der elektrischen Maschine mit dem einen und  die     Ankerwicklungen    mit dem andern Rad ver  bunden. Es ist der Teil 6", der den Anker  eines     Synchrongenerators    bilden kann, mit  dem     Radaussenkranz    7' über eine entspre  chende Tragkonstruktion 12 verbunden, so dass  der Anker mit dem Aussenkranz 7' des Rades  2     (Fig.    1) umläuft, wenn dieses Rad als Lauf  rad wirkt.  



  Der Ständer 6<B>'</B> der elektrischen Maschine  ist unmittelbar mittels eines Tragflansches 13  mit dem Aussenkranz 7 des andern Rades 1  verbunden, der mit diesem umläuft, wenn  das Rad 1 als Laufrad verwendet wird. Die  Teile 6", 6"' bilden zusammen je nach Be  triebsweise einen Motor oder einen Generator.  



  Die elektrische Maschine arbeitet als Ge  nerator, wenn die hydraulische Maschine als  Turbine arbeitet und als Motor, wenn die Ma  schine als Pumpe arbeitet.  



  Die Verbindung der hydraulischen Ma  schine mit der elektrischen Maschine ist bei  der Ausführungsform nach     Fig.    10 so erreicht,  dass der Ständer 6" der elektrischen Maschine  an dem feststehenden Gehäuse 6' befestigt ist,  während der Rotor 6"' abwechselnd mit dem  einen oder dem andern     Radaussenkranz    durch  eine besondere Kupplungseinrichtung verbun  den wird.  



  Die Einrichtung zeigen die     Fig.    10 und 11.  Die Kupplung     -erfolgt    durch mehrere  gleichmässig über die Innenseite des Rotor  kranzes 16 verteilte exzentrische Rollen 14, 14',  die mittels an ihnen vorgesehenen Hebeln 15,  15' verstellt werden können und den Rotor 6"'  genau zentrisch auf dem Aussenkranz 7 oder  7' des jeweiligen Laufrades lagern. Die Ver  bindung ist so gestaltet, dass sie bei Kraft  abgabe ständig fester wird. Sobald der Rotor  kranz 16 fest mit dem einen der beiden Kränze  7 oder 7' gekuppelt ist, kann das andere Rad  gelöst und festgestellt werden.  



  In der Darstellung nach den     Fig.10    und  1.1 befinden sich die Rollen 14 in Klemmstel-         lung    und verbinden den Aussenkranz 7' des  Rades 2 mit dem     Rotorkranz    16.  



  Ein anderes Beispiel zeigt     Fig.    12.  



  Die     Nabenkörper    17 und 1<B>7</B> sind bei die  sem Ausführungsbeispiel so stark erweitert,  dass darin Generatoren normaler Bauart ohne  Getriebe untergebracht werden können. In  denn Mittelstück des     Wasserführungsrohres    19,  das zwischen den beiden Mauerwerken 8, 8'  eingespannt ist, sind als     Verschlussorgane    zwei  Zylinderschieber 18, 18' gegen die Naben  körper 17, 17' hin verschiebbar, die den die       Nabenkörper    umschliessenden     Ringraum    ab  schliessen.

   Zum     Ausserbetriebsetzen    muss eines  der Absperrorgane betätigt     werden.    Sind beide  Schieber geschlossen, so kann der Raum im       ZVasserführungsrohr    19 entleert werden.  



  Die beiden Räder 1 und 2 sind ähnlich wie  bei dem Beispiel nach     Fig.l    zwischen den  beiden     Stützsehaufelringen    4, 4' so' angeord  net, dass jeweils eines nach Festlegung die  Funktion eines Leitrades     übernimmt.     



  Bei kleinen Maschineneinheiten dieser  Ausführung kann beispielsweise auf der einen  Seite in einem der erweiterten     Nabenkörper     eine Maschine, die als Generator und Motor  arbeiten kann, und auf der andern gegenüber  liegenden Seite dazugehörige Regeleinrich  tungen, wie Regler, Servomotor usw. sowie  eine Kühleinrichtung, eingebaut werden.  



  Bei grossen und grössten Maschinenein  heiten kann eine Seite als begehbarer Ma  schinenraum, der durch eine der hohlen Stütz  schaufeln zugänglich ist, ausgebildet sein.  



  Die Erweiterung der beiden Turbinen  naben hat noch den Vorteil, dass die Räder der  Maschine geschützt sind, da die Naben gleich  zeitig als     Wellenbreeher    dienen. Dies ist be  sonders für die     Verwendung    der Maschinen  aggregate in Ebbe- und Flutanlagen, die star  ken     Meeresströmungen    ausgesetzt sind, von  Bedeutung.  



  Das Ausführungsbeispiel nach     Fig.13    zeigt,  dass alle     zum    Betrieb der     elektrischen    Maschine  notwendigen Teile in nur auf einer Seite der  Anlage erweiterten Turbinennabe unterge  bracht werden können.      Die erweiterte Nabe 17 ist. im Mauerwerk 8  abgestützt, während die am Rad 2 sieh an  schliessende     -Nabe    24 mittels der Stützschau  feln 26 im     Wasserführungsrohr    27, das in  diesem Fall aus     Stahlguss    besteht, abgestützt  ist.

   Als     Verschlussorgan    dienen hierbei auf  der Seite der erweiterten Nabe 17 ein     Zy        lin-          dersehieber    18 und auf der gegenüberliegenden  Seite eine Drosselklappe 11.  



       Fig.l4        veranschaulicht    ein Beispiel mit       Anordnung    von     Sehleifkupplungen    bzw. von       Sehleifbremsen    bei der     Doppelrad-Turbo-          masehine.    Die Abbildung gibt den     Axial-          sehnitt    durch die Nabe wieder. 69 sind Stücke  der Schaufeln der beiden Schaufelräder. Die       Sehaufeln    sind mit den scheibenförmigen  Wurzeltellern 70 in den     umlaufenden    Naben  teilen 71 und 72 gelagert.

   Gehalten werden  die     umlaufenden    Teile durch die feststehen  den     Nabenteile    73 und     7.1.    Zu der elektrischen       3Iasehine,    mit der die Räder zusammenwirken,       führt    die Welle 75, auf die die Kupplung 76       auff;esetzt    ist. Mittels dieser kann wechsel  weise der     Kraftschluss    zwischen dem einen  oder dem andern Rad mit der Welle 75 her  gestellt werden. Die Kupplung 76 ist als       ,Schleifkupplung    mit den Reibscheiben 77 aus  gebildet.

   Diese werden durch die     drueköl-          gesteuerten    Kolben 78 gegen die umlaufenden       Naabenteile    71 oder 72 gepresst und bewirken  so eine weiche Angleichung der     Umlaufge-          seliwindigkeiten    der jeweils zu kuppelnden  Teile. Die feste Kupplung erfolgt sodann an  schliessend durch Einschieben der     drucköl-          gesteuert.en    Bolzen 79.

   In ähnlicher Weise  wird das jeweils als     Leitrad    bestimmte Schau  felrad gegenüber dem feststehenden     Nabenteil     durch eine Schleifbremse weich abgebremst,  und zwar mit Hilfe der     druckölbetätigten     Reibscheiben 80. Die Feststellung des be  treffenden Leitrades erfolgt sodann durch  die Bolzen 81.



  Machine unit having a hydraulic machine that can work as a turbine and as a pump The invention relates to a machine unit that has a hydraulic machine that can work both as a turbine and as a pump.



       Lm the conditions of mutual operation; that is, the flow to the turbine or the pump in the opposite direction of flow and the optional turbine or pump operation, for example, power plants or pump stations have been known or proposed in which the pump or turbine units used have an inlet spiral and two headrace pipes or two oppositely arranged machines are provided so that the machine unit can be flown against from different directions.



  For the alternating pump and tur binenbetrieb, as z. If required, for example in pumped storage power stations, a pump, turbine and generator are assembled to form a machine unit. If required, the electric machine is used as a motor or generator and coupled with the pump or turbine. Both hydraulic machines have their own 7.u and processes as well as their own bearings and closure organs.



  It is. also known that for this purpose ACial turbines or pumps, z. B. the so-called underwater power plant turbines (also tubular turbines) can be used and encapsulated as complete machine units in a part of the water guide pipe carrying the unit, so that they can be pivoted around an axis of rotation in the opposite direction of flow.



  With the pivoting arrangement in a rotating device, the unit can be used either as a turbine or a pump. It is rotated and anchored in the corresponding direction of flow so that in the respective operating position the stator blades are in front of or behind the impeller, based on the corresponding direction of flow of the propellant. So both turbine and pump operation can take place in opposite directions.



  When using the underwater power werkst.urbine it is also z. B. possible to accommodate the turbine instead of a rotating device, to provide it with a stator in front of and behind the impeller.



  In the former types of the aforementioned power plants, the mechanical and structural costs are very large due to the double arrangement of headrace pipes or especially due to the installation of opposite alternately working machine assemblies. As a result, the profitability of the entire system may not be guaranteed.



  With the use of axial turbines or pumps in a swivel device, the system is already economically viable. However, in certain cases, e.g. B. in underwater power plants with niedri gem power plant body or power plants with a low gradient at all, a constructive and occasional operational handicap tion. Nevertheless, could in these cases len for the turbine as well as for the Pum pen operation both in the one and in the opposite flow direction guarantees the same efficiency and operating performance.



  The underwater power plant turbine with two diffusers and an impeller arranged in the middle can be firmly attached to the power plant body and does not need to be completely rotated if there is alternating flow and operational use. But it has the disadvantage of a lower overall efficiency, since one of the two diffusers constantly has a disruptive effect in one direction with alternating flow.



  The subject matter of the present invention is a machine unit which has a hydraulic machine which can work both as a turbine and as a pump, characterized in that the machine has two wheels which are designed and individually lockable that they can optionally serve as a guide wheel and an impeller and that the flow can flow alternately, with the wheel closest to the inflow being determined during turbine operation and forming the stator, while the other wheel forms the impeller.



  In the case of pump operation, the reverse procedure could also be used, and the wheel closest to your outlet could be determined. will.



  The invention is intended to satisfy all conditions of alternating flow and optional pump or turbine operation by avoiding all the disadvantages of the previously known constructions for one or the other operating mode, and it allows all properties of the various operating modes to be combined in a closed machine.



  The arrangement of two wheels and their optional use as running or idler wheels make it possible to meet the requirements of an economic mutual flow of water with the least amount of construction work and avoiding special operational time losses or unfavorable hydraulic effects;

   this means. The particular advantages of the axially flow-through machine with two wheels are based on its simple, compact design and the associated relatively low manufacturing costs, as well as, above all, in its -virtual usability in low-gradient power plants as pumped storage or ebb and flow Flood unit.



  In particular for this, but also in other cases, a particular advantage can be associated with the fact that the blades can also be converted in such a way that the hydraulic machine can also be operated as a permanent, empty or similar for the propellant.



  In the drawing several Ausfüh approximately examples of the subject invention are shown. It shows: FIG. 1 a unit with an axially continuous double-wheel turbo machine with an electric machine through which water flows, FIG. to 8 a visual representation of the mutual function of the turbo machine in turbine and pump operation as well as a Durehlass, Fig. 9 another example,

         10 and 11. Another example, FIG. 12 another example, FIG. 13 another example, FIG. 1.4 - the last example.



  The embodiment of Fig. 1 has an axially flowed, hydraulic machine usable as a pump or turbine with two wheels 1 and 2, both in the hub 3, 3 ', which by means of support blades 4, 4' centrally in the water pipe parts 5 , 5 'is held, are stored. Furthermore, a designed as an external rotor, the wheels concentrically surrounding electrical, z. For example, a machine 6 designed according to FIG. 10, which is covered by a housing 6 ', is present.

    The water pipe parts 5, 5 'anchored in the masonry 8, 8' adjoin the outer rims 7, 7 'of the wheels 1 and 2 on both sides. At the gap points 9, 9 'between the outer crowns and water pipe parts, gap reducing devices are, as is known, with. the associated catch shells for the Abfüh tion of the crevice water passing through at these points provided. A seal is also provided in the gap 10 between the two outer rims 7, 7 ', which on the one hand can be permanently connected to a wheel.

   However, it can also be installed as a double-sided DiehtungsmitteIstück and attached to the housing of the electrical machine 6. One of the seals of which, when the machine is operated alternately, acts as a standstill seal and the other as a sliding or operating seal. The formation of the seal can be of any kind regardless of the inventive concept.



  As closing organs, throttle valves 11, 11 'are seen in this exemplary embodiment, which are rotatably mounted in the masonry 8, 8' of the water duct.



  The two wheels 1 and 2 are arranged and designed so that either one of the two can be locked individually and, after it has been determined, takes over the activity as a stator, with it compared to the stationary part of the machine, for example by a claw cup - is locked while the other wheel works as an impeller.



  For this purpose, the blades of the two wheels 1 and 2, which have the same shape and dimensions, are rotatably mounted in the rings around radial pegs, so that their% angular position can be changed and fixed.



  If the turbo machine works as a turbine, the electric machine acts as a generator; if it works as a pump, it acts as a motor. The various angular positions of the blades are illustrated in Fig. 8, where a is the maximum adjustment angle.



  The conversion of the blades when changing the two wheels takes place at the angle ss, where a means the position of the blade as a guide wheel and a 'as an impeller.



  As a pump with. alternating pumping direction, the blades are adjusted from the angular position b to b 'by the angle y.



  For the operation of the turbo machine as a turbine, as a passage or empty shot with alternating flow direction, the blades are brought into position c and cl.



  The _NVirkung 'VVinkellagenverstellung illustrate the Fig. 2 to 7, which show the wheels of the first example. In the position according to FIG. 2, wheel 2 acts as a guide wheel and wheel 1 as an impeller, while according to FIG. 3, when the process water flows in the opposite direction, wheel 1 serves as a guide wheel and wheel 2 as an impeller.

   The flow of the process water is indicated by the arrows P and the direction of rotation is indicated by the arrow R. Fig. 2, 3 show the wheels when the hydraulic machine of the unit works as a turbine. with different flow directions. When the turbomachine works as a pump, the wheel closest to the inlet forms the stator - as shown in FIGS. 2 and 3.



  4 and 5 show the machine working as a pump, the arrows R indicating the direction of rotation, and where in Fig. 4 the wheel 1 and in Fig.5 the wheel 2 acts as a stator. Here the machine works as a pump in different flow directions.



  The 6 and 7 show the blade position again in the event that the machine is operated as a turbine working as a passage or empty shot, whereby, depending on the requirements, both wheels are freely movable, or one is freely movable that changes solid, or both can be solid.



  It is now possible to combine the hydraulic machine and the electrical or mechanical machine that forms the machine assembly with it to form a closed whole, with the connection being able to be designed in different ways. Thus, in the embodiment according to FIG. 9, the magnet windings of the electrical machine are connected to one wheel and the armature windings to the other wheel. It is the part 6 ", which can form the armature of a synchronous generator, with the outer wheel rim 7 'via a corresponding support structure 12, so that the armature rotates with the outer rim 7' of the wheel 2 (Fig. 1) when this wheel acts as a running wheel.



  The stator 6 of the electrical machine is connected directly by means of a support flange 13 to the outer rim 7 of the other wheel 1, which rotates with it when the wheel 1 is used as a running wheel. The parts 6 ", 6" 'together form a motor or a generator depending on the mode of operation.



  The electric machine works as a generator when the hydraulic machine works as a turbine and as a motor when the machine works as a pump.



  The connection of the hydraulic Ma machine with the electrical machine is achieved in the embodiment according to FIG. 10 so that the stator 6 "of the electrical machine is attached to the stationary housing 6 ', while the rotor 6"' alternately with one or the other the other outer wheel rim is connected by a special coupling device.



  The device is shown in FIGS. 10 and 11. The coupling takes place through several eccentric rollers 14, 14 'evenly distributed over the inside of the rotor ring 16, which can be adjusted by means of levers 15, 15' provided on them and the rotor 6 " 'Store exactly centered on the outer rim 7 or 7' of the respective impeller. The connection is designed in such a way that it is constantly tightened when power is output. As soon as the rotor rim 16 is firmly coupled to one of the two rims 7 or 7 ', the other wheel can be loosened and locked.



  In the representation according to FIGS. 10 and 1.1 the rollers 14 are in the clamping position and connect the outer rim 7 ′ of the wheel 2 to the rotor rim 16.



  Another example is shown in FIG. 12.



  The hub bodies 17 and 1 <B> 7 </B> are expanded so much in this embodiment that generators of normal design can be accommodated in them without gears. In the middle piece of the water pipe 19, which is clamped between the two masonry 8, 8 ', two cylinder slides 18, 18' are slidable towards the hub body 17, 17 'as closure organs, which close the annular space surrounding the hub body.

   To shut down one of the shut-off devices must be actuated. If both slides are closed, the space in the water supply pipe 19 can be emptied.



  The two wheels 1 and 2 are similar to the example according to Fig.l between the two support shovel rings 4, 4 'so' angeord net that each one takes over the function of a guide wheel after definition.



  In the case of small machine units of this design, for example, a machine that can work as a generator and motor can be installed on one side in one of the expanded hub bodies, and on the other opposite side associated control devices such as controllers, servo motors, etc. and a cooling device can be installed .



  In the case of large and largest machine units, one side can be designed as a walk-in machine room that is accessible through one of the hollow support blades.



  The expansion of the two turbine hubs also has the advantage that the wheels of the machine are protected, since the hubs also serve as shafts. This is particularly important for the use of the machine units in ebb and flow systems that are exposed to strong ocean currents.



  The exemplary embodiment according to FIG. 13 shows that all parts necessary for operating the electrical machine can be accommodated in a turbine hub that is extended on only one side of the system. The enlarged hub 17 is. supported in the masonry 8, while the hub 24 look at the wheel 2 by means of the support wings 26 in the water pipe 27, which in this case consists of cast steel, is supported.

   A cylinder slide valve 18 on the side of the enlarged hub 17 and a throttle valve 11 on the opposite side serve as the closure member.



       Fig.l4 illustrates an example with the arrangement of slip clutches or slip brakes in the double-wheel turbo machine. The illustration shows the axial section through the hub. 69 are pieces of the blades of the two paddle wheels. The blades are with the disc-shaped root plates 70 in the rotating hub parts 71 and 72 mounted.

   The rotating parts are held by the fixed hub parts 73 and 7.1. The shaft 75, on which the coupling 76 is fitted, leads to the electrical axis with which the wheels interact. By means of this, the frictional connection between one or the other wheel with the shaft 75 can alternately be made. The clutch 76 is formed as a slip clutch with the friction disks 77.

   These are pressed by the pressure-oil-controlled pistons 78 against the rotating hub parts 71 or 72 and thus bring about a smooth equalization of the rotating gear speeds of the parts to be coupled. The fixed coupling then takes place by pushing in the pressure-oil-controlled bolts 79.

   In a similar way, the blade wheel, which is determined as a stator, is gently braked with respect to the stationary hub part by a grinding brake, with the help of the pressure-oil-operated friction disks 80. The stator in question is then fixed by the bolts 81.

 

Claims (1)

P ATEN T ANSPRUCH Maschinenaggregat, das eine hydraulische Maschine aufweist, die sowohl als Turbine als auch als Pumpe arbeiten kann, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Maschine zwei Räder (1, 2) besitzt, die so ausgebildet und einzeln feststellbar sind, da.ss sie wahlweise als Leitrad und als Laufrad dienen können, und dass sie wechselseitig anströmbar ist, wobei jeweils bei Turbinenbetrieb das dem Zulauf nächst liegende Rad festzustellen ist und das Leitrad bildet, während das andere Rad das Laufrad bildet. UNTERANSPRÜCHE 1. P ATEN T REQUIREMENT Machine unit that has a hydraulic machine that can work both as a turbine and as a pump, characterized in that the machine has two wheels (1, 2) which are designed and individually lockable as. ss they can optionally serve as a stator and an impeller, and that they can flow alternately, whereby in turbine operation the wheel closest to the inlet is to be determined and forms the stator, while the other wheel forms the impeller. SUBCLAIMS 1. Aggregat nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln der beiden Räder derart umgestellt werden können, dass die Maschine überdies auch als Leerschuss be trieben werden kann. 2. Aggregat nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass zwischen den Rä dern und der zugehörigen elektrischen Ma schine einerseits und zwischen den Rädern und einem feststehenden Teil anderseits je eine Schleifkupplung eingeschaltet ist, um den Cbergang der Umlaufgeschwindigkeit der Rä der auf die des jeweils mit ihnen zu kuppeln den Teils weich zu gestalten. 3. Aggregat nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die beiden Räder (1, 2) mit Aussenkränzen (7, 7') versehen und an diesen gelagert sind. 4. Unit according to patent claim, characterized in that the blades of the two wheels can be switched over in such a way that the machine can also be operated as an empty shot. 2. Unit according to dependent claim 1, characterized in that between the wheels and the associated electrical Ma machine on the one hand and between the wheels and a stationary part on the other hand, a slip clutch is switched on to the transition of the rotational speed of the wheels to that of each to couple with them to make the part soft. 3. Unit according to dependent claim 2, characterized in that the two wheels (1, 2) are provided with outer rims (7, 7 ') and are mounted on them. 4th Aggregat nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Aggregats die Nabe (17) zu einem auch begehbaren Maschinenraum ausgebildet ist. .5. Aggregat. nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die Nabe (17) auf beiden Seiten des Aggregats zu einem auch begehbaren Maschinenraum ausgebildet ist. Unit according to dependent claim 2, characterized in that, on one side of the unit, the hub (17) is designed as a machine room that can also be walked on. .5. Aggregate. according to dependent claim 2, characterized in that the hub (17) is designed on both sides of the unit to form a machine room that can also be walked on.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT516077A1 (en) * 2014-07-24 2016-02-15 Andritz Hydro Gmbh water turbine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT516077A1 (en) * 2014-07-24 2016-02-15 Andritz Hydro Gmbh water turbine

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