Leit- und Abschlussapparat für Wasserturbinen und Pumpen Die Erfindung betrifft einen Leit- und Abschlussapparat für Wasserturbinen rund Pumpen mit einem Kranz drehbarer Leit- schaufeln,
welcher Apparat vom Betriebs wasser in mindestens angenähert senkrechter Richtung zur -.#Iasehinenachse durchflossen ist.
Bei Leitapparaten mit drehbaren Schau feln lassen sich -wohl. .die Leitschaufeln so weit verdrehen, bis der Durchfluss des Was- sers praktisch. abgesperrt ist. Indessen lässt sich hierbei ein völlig dichter Abschluss nicht erreichen, so dass solche drehbare Leitschau-, 1'eln allein für den Abschluss des Wassers bei Ausserbetriebsetzung der Turbine oder der Pumpe nicht genügen.
Das an den Undicht-- lieitsstellen durchtretende Wasser führt, fer ner auch zu Erosionen der Schaufeln. an. diesen Stellen.
Zum vollständigen Abschluss einer Tur bine von der Wasserzuführung wurden daher bis anhin in der Zuleitung zur Turbine be sondere Abschlussorgane, wie Drosselklappen, Kugelschieber, vorgesehen,- bei deren Ab schluss- auch eine Revision des Leitapparates der Turbine möglich ist. Solche besondere. Absehlussorgane brauchen aber - verhältnis mässig viel Platz, und es ist bei beschränkten Platzverhältnissen oft nicht möglich, sie in befriedigender Weise unterzubringen.
Zu Regelzwecken ist ferner schön vorge schlagen worden, dem Laufrad einer Turbine vorangestellte Ringschützen zur. verwenden,: welche koaxial zur Turbine angeordnet und in Richtung der Turbinenachse verschiebbar sind. Solche Ringschützen erlauben wohl einen dichten Abschluss in der Scbliessstellung, sind aber zur Regelung der Durchflussmenge weni ger geeignet, -da sie bei Teilöffnung eine un günstige Zuströmung des Wassers zum Lauf rad ergeben.
Beim erfindungsgemässen Leit- und Ab schlussapparat wird daher ein Kranz drehbarer Leitschaufeln verwendet. Als zusätzliches Ab schlussorgan ist eine koaxial zum Leitschaufel- kranz angeordnete, in Richtung der Maschi nenachse verschiebbare Ringschütze vorge sehen. .Solche Ringschützen !lassen sich deicht im Maschinengehäuse unterbringen, ohne dass dessen Aussenabmessungen wesentlich verän dert werden.
Zusätzliche, ausserhalb des Ma schinengehäuses angeordnete Absehlussorgane, wie Drosselklappen oder Kugelschieber; sind jedoch nicht mehr erforderlich.
Die Ringschütze wird vorzugsweise auf der Aussenseite des Leitschaufelkranzes an geordnet. Dies ergibt den Vorteil, dass beim Schliessen der Ringschütze nicht nur das Lauf rad, sondern auch die drehbäreu 'Schaufeln, vom Betriebswasser abgeschlossen sind. Es ist dann auch eine Revision: dieses Teils des Leitapparates möglich.
Gegebenenfalls kann aber aiich'die Ringschütze auf der Innenseite des Leitschaüfelkranzes zwischen diesem und dem Laufrad der Maschine angeordnet -wer den, : wobei heim . Abschluss dieser Schütze allerdings der Leitschaufelkranz unter dem Betriebswasserdruck verbleibt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungs beispiele für eilten erfindungsgemässen Leit- lind Abschlussapparat in Verbindung mit einer Wasserturbine dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch den Leitapparat einer Wasserturbine finit Anord nung der Ringschütze auf ,der Aussenseite des Schaufelkranzes, Fig.'2 die Anordnung einer Führungs nut für die Bewegung der Ringschütze gemäss Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt naeh der Linie IIIIII der Fig.l und Fig.4 einen axialen Längsschnitt durch einen Leitapparat mit Anordnung der Rind schütze auf der Innenseite der drehbaren Leitschaufeln.
In Fig.1 ist mit 1 dis Laufrad einer Wasserturbine bezeichnet. Das Wasser strömt in Pfeillichtung der Turbine in mindestens angenähert senkrechter Richtung mir Tur- binenaehse durch den- Apparat.
Es strömt zwischen Stützschaufeln 2 hindurch lind wird durch einen Leit- und Abschllissapparat, wel cher einen Kranz drehbarer Leitschaufeln 3 aufweist, zum Turbinenlaufrad geleitet.
Ausser diesen drehbaren Leitschaufeln ist als zu sätzliches Abschlüssorgan noch eine Ring schütze 4 koaxial zum Leitschaufelkranz an geordnet. Diese ist in der offenen Stellung in einen Ringraum 5 des Turbinendeckels eingelassen.
Zur -Verstellung der Ringschütze 4 in ihre :Schliesslage wird nach Schliessen der drehbaren Leitschaufeln 3 .durch eine Leitung 6 über eine im Turbinendeckel angebrachte Bohrung 7 Druckflüssigkeit in den Ring raum 5 eingeführt. Zum Anheben der ,
Schütze muss der Druck dieser Flüssigkeit grösser sein als der Druck des Wassers im Raume zwi schen den Stützschalüeln 2 und den Leit- schaufeln 3.
Ein an der Stirnfläche der Schütze angebrachter Dichtungsring 8 ge- währleistet in der .Schliessstelhmg, welche durch gestrichelte Linien angedeutet ist, einen dichten Absehluss. Die Schliesslage des Dichtungsringes 8 ist mit 8! bezeichnet.
Da die Ringschütze 4 in geschlossener .Stellung gut dichtet, wird sich der Raum zwischen der Schütze und dem Leitschaufelkranz infolge Uridichtheit der Leitsehaufeln entleeren. Es genügt deshalb, den Ringraum 5 mit dem Spiralraum der Turbine zu verbinden, urn die Ringschütze in geschlossener Stellung zu halten. Zur Abdichtung des Ringraumes 5 gegen den Abflussrallm der Turbine ist ein weiterer Dichtungsring 9 vorhanden.
Die Ringschütze wird vorzugsweise aus nicht rostendem Stahl hergestellt und innen und aussen geschliffen. .Sie gleitet. auf Bronze flächen, welche von auf der Innenseite des Ringraumes 4 in das Gehäuse eingesetzten Gleitbahnen 10! gebildet werden.
Die R.ingsehütze kann bei der Verstellung rein axial bewegt. werden oder auch gleich zeitig eine Drehbewegung ausführen. Zu die sem Behufe sind im Gehäuse auf der Aussen seite des Ringraumes 5 einzelne Führungs- bahnen 11 eingearbeitet, von denen eine in Fig. '2 in einer radialen Ansieht von innen nach aussen gesehen, gezeigt ist. Diese Füh rungsbahnen verlaufen zur Turbinenachse un ter einem Winkel a geneigt. An der Ring schütze angebrachte Gleitsteine 12- greifen in die Führungsbahnen 11 ein.
Bei einer axialen Bewegung der Ringschütze 4, bei welcher diese sich um den Betrag h, anhebt, wird sie daher gezwungen, gleichzeitig eine Drehbe wegung auszuführen. Dadurch kann eine Schiefstellung der Schütze und damit ein Klemmen verhindert werden. In der Schliess stellung nimmt der Gleitstein 12; die gestr i chelt angedeutete, mit 12! bezeichnete Lage ein.
Die Ringschütze braucht verhältnismässig wenig Platz, und die dargestellte Druck- mittelbetätia fing, für welche beispielsweise Wasser oder Öl verwendet werden kann, ist sehr einfach. Statt einer Druckmittelzlifüh- rimg in die Ringkammer 5 kann aber aLreh eine Betätigung der Ringschütze durch Servo motoren vorgesehen werden.
Solche Servo- motoren können in axialer Richtung wirken oder auch in Umfangsrichtung. Iin letzteren Falle würde dann durch die zur Achse geneigten Führungsbahnen eine gleichzeitige axiale Verschiebung mit einer Drehung um die Turbinenachse erzwungen.
In der offenen Stellung schliesst die Ring schütze bündig an die Begrenzungswand der Strömung an. Die Strömung wird also keines wegs behindert, und es treten auch keine Drucke erluste auf, mit welchen beispielsweise bei der Anordnung von Drosselklappen noch zu rechnen ist.
In Fig. 4 sind wiederum mit 1 das Lauf- rad, mit. 2 die 'Stützschaufeln und mit 3 die drehbaren Leitschaufeln einer Wasserturbine bezeichnet. Hier ist indessen eine Ring schütze 13 auf der Innenseite des Leitschaufel- kranzes 3 zwischen diesem und dem Laufrad 1 angeordnet, welche in ihrer offenen Stellung in einen Ringraum 14 des Turbinendeckelg eingelassen ist.
Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass die Ringschütze einen kleineren Durchmesser erhält als bei der Anordnung nach Fig. 1. Nach dem Abschluss bleiben aber die Leitschaufeln unter dem Betriebswasser druck und können daher nicht ausgebaut wer den. Im Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ist ferner eine Betätigung der Ringschütze durch Servomotoren 15 gezeigt., welche über ein Ge stänge 16 am Schützenkörper angreifen. Für die Druckflüssigkeitszufuhr zum .Servomotor sind Leitungen 17 Lind; 18 vorgesehen.
Zweck mässig werden mehrereServomotoren am Um fang der 'Schütze verteilt angeordnet, wobei auf eine gleichmässige 'Steuerung dieser Servo motoren zu achten ist, um eine Schrägstel lung der Schütze während der Bewegung zu verhindern.
Statt flüssigkeitsbetätigter Servomotoren können aber beispielsweise auch rein mecha nische Mittel zur Verstellung der Ringschütze verwendet weiden, oder es.können auch elek trische Hubmotoren, welche zweckmässig im Gleichlaiü zu steuern sind, angeordnet werden. Die Ringschütze kann mich auf dem dem Saugrohr gegenüberliegenden Turbinendeckel angebracht werden.
Wie andere Turbinenabschlussorgane kann die Ringschütze auch als Notabschluss verwen det werden.
Der erfindungsgemässe Leit- und Ab schlussapparat lässt sich nicht. nur, wie an Hand der Beispiele gezeigt, für Turbinen, sondern auch für Pumpen verwenden.
Guide and closing device for water turbines and pumps The invention relates to a guide and closing device for water turbines around pumps with a ring of rotating guide vanes,
which apparatus is flowed through by the operating water in at least an approximately perpendicular direction to the axis of the nose.
In the case of nozzles with rotating blades, you can -well. .Turn the guide vanes until the flow of water is practically. is locked. However, a completely tight seal cannot be achieved here, so that such rotatable guide vanes alone are not sufficient to shut off the water when the turbine or the pump is shut down.
The water that passes through the leaks also leads to erosion of the blades. on. these places.
In order to completely close off a turbine from the water supply, special closing elements such as throttle valves, ball valves have been provided in the supply line to the turbine, - at the end of which it is also possible to revise the nozzle of the turbine. Such special. However, closure organs need a relatively large amount of space, and if space is limited it is often not possible to accommodate them in a satisfactory manner.
For control purposes, it has also been suggested that the impeller of a turbine is preceded by ring gates. use: which are arranged coaxially to the turbine and can be moved in the direction of the turbine axis. Such ring gates allow a tight seal in the closed position, but are less suitable for regulating the flow rate, since they result in an unfavorable inflow of water to the impeller when partially open.
A ring of rotatable guide vanes is therefore used in the guide and closure apparatus according to the invention. As an additional closing element, a ring gate arranged coaxially to the guide vane ring and displaceable in the direction of the machine axis is provided. .Such ring contactors! Can be placed tightly in the machine housing without significantly changing its external dimensions.
Additional closing organs, such as throttle valves or ball valves, arranged outside the machine housing; however, they are no longer required.
The ring gate is preferably arranged on the outside of the guide vane ring. This has the advantage that when the ring gate closes, not only the running wheel but also the rotating blades are closed off from the process water. A revision is then also possible: this part of the guide apparatus.
If necessary, however, the ring gates can also be arranged on the inside of the guide vane ring between this and the running wheel of the machine, where home. Completion of this contactor, however, the guide vane ring remains under the process water pressure.
In the drawing, two exemplary embodiments are shown for a quick guide and closing device according to the invention in connection with a water turbine. Show it:
Fig. 1 shows an axial longitudinal section through the diffuser of a water turbine finite arrangement of the ring gates on the outside of the blade ring, Fig. 2 the arrangement of a guide groove for the movement of the ring gates according to Fig. 1,
Fig. 3 is a section near the line IIIIII of Fig.l and Fig. 4 is an axial longitudinal section through a diffuser with an arrangement of the cattle protect on the inside of the rotatable guide vanes.
In Figure 1, 1 is denoted by the impeller of a water turbine. The water flows in the direction of the arrow towards the turbine in at least an approximately vertical direction with the turbine axis through the apparatus.
It flows between support blades 2 and is passed through a guide and shut-off apparatus which has a ring of rotatable guide blades 3 to the turbine wheel.
In addition to these rotatable guide vanes, a ring guard 4 is arranged coaxially to the guide vane ring as an additional closure member. In the open position, this is let into an annular space 5 of the turbine cover.
To adjust the ring gates 4 in their closed position, after the rotatable guide vanes 3 have closed, pressure fluid is introduced into the ring space 5 through a line 6 via a bore 7 made in the turbine cover. To raise the,
Sagittarius, the pressure of this liquid must be greater than the pressure of the water in the space between the support shells 2 and the guide vanes 3.
A sealing ring 8 attached to the end face of the contactors ensures a tight seal in the closing section, which is indicated by dashed lines. The closed position of the sealing ring 8 is 8! designated.
Since the ring gate 4 seals well in the closed position, the space between the gate and the guide vane ring will be emptied as a result of the guide vanes being uridight. It is therefore sufficient to connect the annular space 5 to the spiral space of the turbine in order to keep the ring gates in the closed position. A further sealing ring 9 is provided to seal the annular space 5 against the outflow ridge of the turbine.
The ring gate is preferably made of stainless steel and ground inside and outside. .It slides. on bronze surfaces, which from on the inside of the annular space 4 in the housing slideways 10! are formed.
The ring hat can be moved purely axially during adjustment. or at the same time perform a rotary movement. For this purpose, individual guide tracks 11 are incorporated in the housing on the outside of the annular space 5, one of which is shown in FIG. 2 in a radial view from the inside to the outside. These guideways run inclined to the turbine axis at an angle α. Sliding blocks 12 attached to the ring guard engage in the guideways 11.
With an axial movement of the ring gates 4, in which this increases by the amount h, it is therefore forced to simultaneously perform a Drehbe movement. This prevents the contactors from being misaligned and thus jamming. In the closed position, the sliding block takes 12; the dashed line, at 12! designated location.
The ring contactor needs relatively little space, and the illustrated pressure medium actuation, for which water or oil can be used, for example, is very simple. Instead of a Druckmittelzlifüh- rimg in the annular chamber 5 but an actuation of the ring contactors by servomotors can be provided.
Such servomotors can act in the axial direction or in the circumferential direction. In the latter case, a simultaneous axial displacement with a rotation about the turbine axis would then be forced by the guide tracks inclined to the axis.
In the open position, the ring guard is flush with the boundary wall of the flow. The flow is therefore not hindered in any way, and there are also no pressure losses, which are still to be expected, for example, with the arrangement of throttle valves.
In FIG. 4, again with 1, the impeller, with. 2 denotes the support blades and 3 denotes the rotatable guide blades of a water turbine. Here, however, a ring guard 13 is arranged on the inside of the guide vane ring 3 between the latter and the impeller 1, which in its open position is let into an annular space 14 of the turbine cover.
This arrangement has the advantage that the ring gate has a smaller diameter than in the arrangement according to FIG. 1. After completion, however, the guide vanes remain under the operating water pressure and can therefore not be removed. In the embodiment of Figure 4, an actuation of the ring contactors by servo motors 15 is shown., Which attack via a Ge rod 16 on the shooter body. For the hydraulic fluid supply to the .Servomotor lines 17 and Lind; 18 provided.
It is practical if several servomotors are distributed around the perimeter of the contactors, and care must be taken to ensure that these servomotors are controlled evenly in order to prevent the contactors from tilting during movement.
Instead of liquid-operated servomotors, however, purely mechanical means can also be used to adjust the ring gates, for example, or electrical lifting motors, which are expediently controlled at the same time, can also be arranged. The ring gate can be attached to the turbine cover opposite the intake manifold.
Like other turbine shut-off devices, the ring gate can also be used as an emergency shut-off.
The control and closure apparatus according to the invention cannot be. Use only for turbines, as shown in the examples, but also for pumps.