Rohrturbinen- oder Rohrpumpenanlage Die Erfindung betrifft eine Rohrturbinen- oder Rohrpumpenanlage, bei welcher die Leistungsüber tragung zwischen der hydraulischen Maschine und einer elektrischen Maschine über einen Aussenkranz der hydraulischen Maschine erfolgt.
Unter Rohrturbinen oder Rohrpumpen sind Tur binen oder Pumpen mit axialem Zu- und Abfluss des Betriebswassers zu verstehen, bei denen das Lauf rad in einem rohrförmigen Körper eingebaut ist. Die Laufräder werden vorzugsweise als Propeller mit festen oder beweglichen Schaufeln ausgeführt.
Bei einer bekannten Ausführungsform einer Rohrturbinenanlage ist der von der Turbine ange triebene Stromerzeuger in der entsprechend bemesse nen Leitradnabe untergebracht, und zwar unter direkter Kupplung mit der Turbinenwelle oder unter Zwischenschaltung eines Getriebes zwecks Erhöhung der Drehzahl der elektrischen Maschine. Bei einer anderen bekannten Bauart ist dagegen der Polkranz der elektrischen Maschine auf einem Aussenkranz des Laufrades der hydraulischen Maschine aufgesetzt. In beiden Fällen ist das Laufrad der hydraulischen Maschine in der Leitradnabe allein oder auch noch zusätzlich in einem Lagerstern gelagert, der im Saugrohr der Maschine eingebaut ist.
Im ersten Fall ist der Läufer der elektrischen Maschine samt dem allfällig vorhandenen Getriebe in der Leitradnabe gelagert und unzugänglich, zu mindest dann, wenn es sich um kleinere Einheiten handelt. Bei der zweiten Bauart wird dagegen der Läufer der elektrischen Maschine von den Schaufeln des Laufrades der hydraulischen Maschine getragen. Der Läufer der elektrischen Maschine befindet sich dann ausserhalb des rohrförmigen Körpers und ist daher zugänglich.
Diese Bauart weist aber den Nach teil auf, dass sich das ganze Gewicht des Läufers der elektrischen Maschine auf die Schaufeln der hydrau- lischen Maschine abstützt. Dies führt dann zu Schwierigkeiten, wenn das Laufrad mit verstellbaren Schaufeln ausgerüstet ist, was ein gewisses Spiel zwi schen den Schaufeln und dem Aussenkranz erfordert, um die Drehung der Schaufeln unter allen Betriebs bedingungen zu ermöglichen. Eine genaue Zentrie rung des Aussenkranzes ist dann nicht mehr mit einfachen Mitteln möglich, und es besteht die Gefahr, dass im Betrieb schädliche Vibrationen auftreten.
Bei einer Rohrturbinen- oder Rohrpumpen anlage, bei welcher die Leistungsübertragung zwi schen der hydraulischen Maschine und einer elektri schen Maschine über einen Aussenkranz der hy draulischen Maschine erfolgt, wird nun gemäss der Erfindung dieser Nachteil dadurch vermieden, dass der Aussenkranz mit mindestens einer Lauftrommel versehen ist, welche ausserhalb des rohrartigen Tur binen- bzw. Pumpengehäuses gelagert ist. Bei dieser Bauart wird also unter Wahrung der Zugänglichkeit der elektrischen Maschine eine zuverlässige Lagerung des Aussenkranzes gewährleistet.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes in einem axialen Längsschnitt vereinfacht dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ,eine Rohrturbinenanlage, bei welcher der Läufer des Stromerzeugers unmittelbar auf den Aussenkranz der hydraulischen Maschine aufgesetzt ist, Fig. 2 eine Ausführungsform, bei welcher der Läufer des Stromerzeugers in axialer Richtung ver setzt auf der Lauftrommel angeordnet ist, und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Leistung vom Aussenkranz des Turbinenlaufrades über ein Getriebe auf einen mit seiner Drehachse ausserhalb des Turbinengehäuses gelegenen Strom erzeuger übertragen wird.
Bei der in Fig.l dargestellten Rohrturbinen anlage besteht das Turbinengehäuse aus einer Reihe von in axialer Richtung aneinandergefügten rohrför- migen Körpern 1, 2, 3, 4, 5, 6. Mit 7 ist das Tur binenlaufrad bezeichnet, welches verstellbare Lauf schaufeln 8 aufweist und über eine Welle 9 in zwei Radiallagern 10 und 11 und einem Axiallager 12 gelagert ist. Die Lager 10, 11, 12 sind in einem Nabenkörper 13 untergebracht, welcher-durch feste Leitschaufeln 14 mit dem Gehäuseteil 1 verbunden ist. Das Wasser strömt in Pfeilrichtung zu.
Den festen Leitschaufeln 14 sind in Strömungsrichtung drehbare Leitschaufeln 15 nachgeschaltet, welche durch Zap fen 16, 17 im Nabenkörper 13 bzw. im Gehäuseteil 2 gelagert sind. Die Zapfen 17 stehen ferner über Hebel 18 mit einem Regulierring 19 in Verbindung.
Um die Laufschaufeln 8 herum sind Ringe 20 angeordnet, weiche durch in axialer Richtung verlau fende Schrauben 21 zusammengehalten sind. Diese Ringe bilden zusammen einen Aussenkranz für das Turbinenlaufrad.
Die vom Turbinenlaufrad abgegebene Leistung wird durch an den Schaufeln 8 angebrachte Mitneh- merzapfen 22, welche in im Aussenkranz 20 einge setzte Büchsen 23 eingreifen, auf den Aussenkranz und von dort auf einen unmittelbar auf den Aussen kranz 20 aufgesetzten Läufer 24 einer elektrischen Maschine mit Ständer 25 und Gehäuse 26 übertragen.
Im Gegensatz zu den vorbekannten Ausführungen von Rohrturbinen stützt sich aber nun der Aussen kranz 20, welcher den Läufer 24 des Stromerzeugers trägt, nicht auf die Laufschaufeln 8 ab, sondern die den Aussenkranz 20 bildenden Ringe sind über in axialer Richtung verlaufende Verlängerungen 27 mit je einer ausserhalb des rohrartigen Turbinengehäuses gelagerten Lauftrommel 28 versehen. Zur Lagerung dieser Lauftrommel sind auf dem Gehäuseumfang verteilt einzelne Gleitlagersegmente 29 angeordnet. Mit 30 sind Dichtungen zwischen dem Aussenkranz 20 und dem Gehäuseteil 3 bzw. 4 bezeichnet. Diese können als Reibungsdichtungen oder Strömungsdich tungen ausgeführt sein.
Das noch durchfliessende Sickerwasser wird in Auffangvorrichtungen 31 auf gefangen und durch Rohrleitungen 32 einem Sicker- wasserkanal 33 zugeführt.
Die Lagersegmente 29 sind in Seitenwände 34 des Gehäuses 26 des Stromerzeugers eingebaut. Mit 35 sind Dichtungen bezeichnet, welche den Austritt von Schmieröl aus den Lagern 29 verhindern.
Bei dieser Bauart wird also das Gewicht des Läufers des Stromerzeugers und des Aussenkranzes der Turbine vollständig von den Lagersegmenten 29 getragen. Die Laufschaufeln 8 der Turbine sind somit von dieser Aufgabe entlastet. Die Schaufeln 8 kön nen daher in radialer Richtung zwischen sich und dem Aussenkranz 20 hinreichend Spiel freilassen, um eine zuverlässige Verstellbarkeit bei allen Be triebszuständen zu gewährleisten. Die Zapfen 22 die nen nur zur Übertragung des Nutzdrehmomentes von den Schaufeln auf den Aussenkranz. Bei der Anlage gemäss Fig.2 sind die unver ändert von der Fig. 1 übernommenen Teile mit glei chen Bezugsziffern versehen.
Das Laufrad 7 ist aber nun mit einem die Schaufeln 8 umgebenden Aussen kranz 36 versehen, an welchen einseitig eine Lauf trommel 37 angeflanscht ist. Der abströmseitig unmit telbar an das Laufrad anschliessende Teil des rohr- förmigen Turbinengehäuses 1, 2, 3, 38, 42 ist mit 38 bezeichnet. Auf der Aussenseite dieses Teils sind nun Gleitlagersegmente 39 längs des Umfanges ver teilt angeordnet, auf welchen die den Gehäuseteil 38 umschliessende Lauftrommel 37 auf ihrer Innenseite gelagert ist. Ausserdem ist hier ein Axiallager 40 vor gesehen, welches in der Lage ist, mindestens einen Teil des Axialschubes der hydraulischen Maschine aufzunehmen.
Mit 41 ist ein in einer Axialebene ge teilter Ring bezeichnet, auf welchen sich das Axial lager 40 abstützt und der zwecks Ausbau des Axial lagers weggenommen werden kann. Ein abströmseitig nachfolgender Gehäuseteil 42 ist als Ausbaustück ausgebildet.
Der mit 43 bezeichnete Läufer des Stromerzeu gers ist bei dieser Ausführungsform nicht unmittelbar auf den Aussenkranz des Turbinenlaufrades aufge setzt, sondern er ist in axialer Richtung gegen den Läufer der hydraulischen Maschine versetzt auf der Lauftrommel 37 angeordnet. Der Stromerzeuger mit Ständer 44 ist von einem Gehäuse 45 umschlossen. Eine zwischen dem Aussenkranz 36 und dem Ge häuseteil 3 angeordnete Dichtung 46 hat die Auf gabe, das Betriebswasser von der Atmosphäre ab zuhalten. Demselben Zwecke dient eine zwischen Lauftrommel 37 und Gehäuseteil 38 angeordnete Dichtung 47. Eine weitere Dichtung 48 zwischen Lauftrommel 37 und Gehäuseteil 38 verhindert den Austritt von Schmieröl aus den Lagern 39.
Allfällig bei den Dichtungen 46 und 47 austretendes Sicker wasser gelangt in einen von einer Verschalung 49 umschlossenen Raum 50 und wird durch eine Lei tung 51 in den Sickerwasserkanal 33 abgeführt. Durch die Dichtung 48 noch abfliessendes Sickeröl gelangt bei der dargestellten Ausführung ebenfalls in den Raum 50. Es können aber auch Einrichtungen vorgesehen werden, um das Sickeröl getrennt vom Sickerwasser abzuleiten. Auf der Gegenseite zur Ver schalung 49 ist eine Verschalung 52 vorgesehen, welche einen Raum 53 umschliesst, in dem aus dem Axiallager 40 austretendes Öl aufgefangen werden kann.
Die in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Stromerzeuger ohne Demontage des Turbinenlaufrades ausgebaut werden kann. Zu diesem Zwecke ist der als Ausbaustück dienende Gehäuseteil 42 so dimensioniert, dass nach seinem Ausbau der Gehäuseteil 38 samt der Lauftrommel 37 nach Lösen der Verbindung mit dem Laufrad aussenkranz 36 zusammen mit dem Läufer 43 und dem Ständer 44 des Stromerzeugers so weit gegen die Abströmseite verschoben werden kann, dass ein Ausbau dieser Teile in der Richtung quer zur Maschinenachse erfolgen kann. Zuvor sind natürlich dann auch die Verschalungen 49 und 52 zu entfer nen.
Wenn der Aussenkranz 36 des Laufrades aus ebensovielen Segmenten zusammengesetzt wird, wie Laufschaufeln vorhanden sind, kann er auch nach Entfernen der Verschalung 49 gesondert ausgebaut werden, so dass es möglich ist, die Mitnehmerzapfen 22 und die Büchsen 23 zu kontrollieren.
Bei der in Fig.3 dargestellten Anlage ist der Aussenkranz 20 des Turbinenlaufrades in gleicher Weise wie bei der Anlage nach Fig. 1 beiderseitig mit den Lauftrommeln 28 versehen. Der Läufer des Stromerzeugers ist aber hier nicht unmittelbar auf dem Aussenkranz 20 aufgesetzt. Es ist vielmehr ein mit seiner Achse ausserhalb des Turbinengehäuses liegender Stromerzeuger 54 vorgesehen, welcher mit grösserer Drehzahl umläuft als das Turbinenlaufrad 7. Auf dem Aussenkranz 20 der hydraulischen Maschine, das heisst im vorliegenden Fall des Laufrades 7 der Turbine, ist ein Getrieberad 55 eines zwischen die hydraulische Maschine und die elektrische Maschine geschalteten Getriebes angeordnet.
Das Getrieberad 55 steht hierbei mit einem mit dem Läufer des Stromerzeugers 54 umlaufenden Ritzel 56 in Ein griff. Eine Kupplung 57 verbindet die Ritzelwelle mit der Welle des Stromerzeugers 54. Getrieberad 55 und Ritzel 56 sind von einem Gehäuse 58 umschlos sen, in dessen Seitenwänden 59 die Lager 29 .ein gebaut sind. In gleicher Weise wie gemäss Fig. 1 sind somit die Lager 29 in den Seitenwänden eines Ge häuses eingebaut, welches einen mit dem Aussen kranz 20 drehfest verbundenen, ausserhalb des Strö inungsraumes gelegenen Teil umschliesst.
Es ist natürlich auch bei der Bauart nach Fig. 2 möglich, anstelle des Läufers 43 des Stromerzeugers ein Getrieberad auf die Lauftrommel 37 aufzusetzen, über welches die übertragung der Leistung auf den nun rascher laufenden Stromerzeuger zu erfolgen hätte. Ausserdem ist es aber auch möglich, bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 3 zusätzlich zu den Radiallagern 29 noch ein Axiallager vorzu sehen, welches die Aufnahme eines Axialschubes gestatten würde.
Die beschriebenen Bauweisen lassen sich ferner in gleicher Weise verwenden, wenn es sich bei der hydraulischen Maschine statt um eine Turbine um eine Pumpe handelt und statt des Stromerzeugers um einen die Pumpe antreibenden Elektromotor.