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.
Bulb turbine or tube pump system The invention relates to a bulb turbine or tube pump system in which the power transmission between the hydraulic machine and an electrical machine takes place via an outer ring of the hydraulic machine.
Under bulb turbines or tube pumps are turbines or pumps with axial inflow and outflow of the process water to understand, in which the impeller is installed in a tubular body. The impellers are preferably designed as propellers with fixed or movable blades.
In a known embodiment of a bulb turbine system, the generator driven by the turbine is housed in the correspondingly sized stator hub, with direct coupling to the turbine shaft or with the interposition of a gearbox to increase the speed of the electric machine. In another known design, however, the pole ring of the electrical machine is placed on an outer ring of the impeller of the hydraulic machine. In both cases, the impeller of the hydraulic machine is mounted in the stator hub alone or in addition in a bearing star that is built into the suction pipe of the machine.
In the first case, the rotor of the electrical machine, including any gear that may be present, is mounted in the stator hub and is inaccessible, at least when it comes to smaller units. In the second type, however, the rotor of the electrical machine is carried by the blades of the impeller of the hydraulic machine. The rotor of the electrical machine is then located outside the tubular body and is therefore accessible.
This design, however, has the disadvantage that the entire weight of the rotor of the electrical machine is supported on the blades of the hydraulic machine. This then leads to difficulties if the impeller is equipped with adjustable blades, which requires a certain amount of play between the blades and the outer ring to allow the blades to rotate under all operating conditions. An exact centering of the outer ring is then no longer possible with simple means, and there is a risk that harmful vibrations occur during operation.
In a pipe turbine or pipe pump system in which the power transmission between tween the hydraulic machine and an electrical machine takes place via an outer ring of the hy draulic machine, this disadvantage is now avoided according to the invention in that the outer ring is provided with at least one drum , which binen- or pump housing is mounted outside of the tubular Tur. With this type of construction, reliable mounting of the outer ring is guaranteed while maintaining accessibility to the electrical machine.
In the drawing, various execution examples of the subject invention are shown simplified in an axial longitudinal section. 1 shows a bulb turbine system in which the rotor of the power generator is placed directly on the outer ring of the hydraulic machine, FIG. 2 shows an embodiment in which the rotor of the power generator is arranged on the running drum in the axial direction, and 3 shows a further embodiment in which the power from the outer ring of the turbine runner is transmitted via a gear to a power generator located with its axis of rotation outside the turbine housing.
In the bulb turbine plant shown in Fig.l, the turbine housing consists of a number of tubular bodies 1, 2, 3, 4, 5, 6 joined together in the axial direction. 7 with the turbine wheel is designated, which has adjustable blades 8 and is mounted in two radial bearings 10 and 11 and an axial bearing 12 via a shaft 9. The bearings 10, 11, 12 are accommodated in a hub body 13 which is connected to the housing part 1 by fixed guide vanes 14. The water flows in the direction of the arrow.
The fixed guide vanes 14 are connected downstream of the guide vanes 15 which are rotatable in the direction of flow and which are mounted in the hub body 13 and in the housing part 2 by means of Zap 16, 17. The pins 17 are also connected to a regulating ring 19 via levers 18.
To the blades 8 around rings 20 are arranged, which are held together by screws 21 extending in the axial direction. These rings together form an outer ring for the turbine runner.
The power delivered by the turbine impeller is transferred to the outer ring and from there to a rotor 24 of an electrical machine with a stator placed directly on the outer ring 20 by driving pins 22 attached to the blades 8, which engage in bushings 23 inserted in the outer ring 20 25 and housing 26 transferred.
In contrast to the previously known designs of bulb turbines, however, the outer ring 20, which carries the rotor 24 of the power generator, is not based on the rotor blades 8, but the rings forming the outer ring 20 are each extended by one in the axial direction Outside the tubular turbine housing mounted running drum 28 is provided. To support this running drum, individual plain bearing segments 29 are distributed over the circumference of the housing. With 30 seals between the outer ring 20 and the housing part 3 and 4 are designated. These can be designed as friction seals or flow seals.
The seepage water still flowing through is caught in collecting devices 31 and fed through pipes 32 to a seepage water channel 33.
The bearing segments 29 are installed in side walls 34 of the housing 26 of the power generator. Seals which prevent lubricating oil from escaping from the bearings 29 are designated by 35.
With this type of construction, the weight of the rotor of the power generator and the outer ring of the turbine are completely borne by the bearing segments 29. The rotor blades 8 of the turbine are thus relieved of this task. The blades 8 can therefore release sufficient play in the radial direction between them and the outer rim 20 to ensure reliable adjustability in all operating states. The pins 22 are only used to transmit the useful torque from the blades to the outer ring. In the system according to FIG. 2, the unchanged parts taken over from FIG. 1 are provided with the same reference numerals.
The impeller 7 is now provided with an outer ring 36 surrounding the blades 8, to which a drum 37 is flanged on one side. The part of the tubular turbine housing 1, 2, 3, 38, 42 directly adjoining the impeller on the outflow side is denoted by 38. On the outside of this part sliding bearing segments 39 are now arranged along the circumference ver shares, on which the housing part 38 enclosing the barrel 37 is mounted on its inside. In addition, an axial bearing 40 is seen here, which is able to absorb at least part of the axial thrust of the hydraulic machine.
With a ge in an axial plane divided ring is referred to, on which the axial bearing 40 is supported and the purpose of expanding the axial bearing can be removed. A housing part 42 following on the outflow side is designed as a dismantling piece.
The designated 43 rotor of the Stromerzeu gers is not placed directly on the outer rim of the turbine runner in this embodiment, but it is arranged offset in the axial direction against the rotor of the hydraulic machine on the drum 37. The power generator with stand 44 is enclosed by a housing 45. A between the outer ring 36 and the Ge housing part 3 arranged seal 46 has the task of keeping the process water from the atmosphere. A seal 47 arranged between the running drum 37 and the housing part 38 serves the same purpose. Another seal 48 between the running drum 37 and the housing part 38 prevents lubricating oil from escaping from the bearings 39.
Any seepage water leaking from the seals 46 and 47 enters a space 50 enclosed by a casing 49 and is discharged through a conduit 51 into the seepage water channel 33. In the embodiment shown, seepage oil that is still flowing out through the seal 48 also enters the space 50. However, devices can also be provided to discharge the seepage oil separately from the seepage water. On the opposite side of the shuttering 49, a shuttering 52 is provided which encloses a space 53 in which the oil emerging from the axial bearing 40 can be collected.
The embodiment shown in FIG. 2 has the advantage that the power generator can be removed without dismantling the turbine impeller. For this purpose, the housing part 42 serving as a dismounting piece is dimensioned so that, after it has been removed, the housing part 38 together with the running drum 37, after loosening the connection with the impeller outer ring 36, together with the rotor 43 and the stator 44 of the power generator, are moved so far against the downstream side can be that these parts can be expanded in the direction transverse to the machine axis. Of course, the casings 49 and 52 must also be removed beforehand.
If the outer rim 36 of the impeller is composed of as many segments as there are blades, it can also be dismantled separately after removing the casing 49, so that it is possible to check the driving pins 22 and the bushings 23.
In the system shown in FIG. 3, the outer ring 20 of the turbine runner is provided with the running drums 28 on both sides in the same way as in the system according to FIG. However, the rotor of the power generator is not placed directly on the outer rim 20 here. Rather, a power generator 54 is provided with its axis outside the turbine housing, which rotates at a higher speed than the turbine runner 7. On the outer rim 20 of the hydraulic machine, that is to say in the present case the runner 7 of the turbine, a gear wheel 55 is between arranged the hydraulic machine and the electric machine switched transmission.
The gear wheel 55 is here with a with the rotor of the power generator 54 rotating pinion 56 in a handle. A coupling 57 connects the pinion shaft to the shaft of the power generator 54. Gear wheel 55 and pinion 56 are enclosed in a housing 58, in the side walls 59 of which the bearings 29 are built. In the same way as according to FIG. 1, the bearings 29 are thus installed in the side walls of a Ge housing which encloses a part which is connected to the outer ring 20 and is located outside the flow space.
It is of course also possible in the design according to FIG. 2, instead of the rotor 43 of the power generator, to place a gear wheel on the drum 37, via which the power would have to be transmitted to the now faster running power generator. In addition, however, it is also possible in the embodiments according to FIGS. 1 and 3 to provide an axial bearing in addition to the radial bearings 29, which would allow the absorption of an axial thrust.
The construction methods described can also be used in the same way if the hydraulic machine is a pump instead of a turbine and an electric motor driving the pump instead of the power generator.