CH648095A5

CH648095A5 - Multi-stage pump turbine

Info

Publication number: CH648095A5
Application number: CH5229/79A
Authority: CH
Inventors: Kichinosuke Uesaka; Kunio Ogura; Kentaro Ichikawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1978-06-05
Filing date: 1979-06-05
Publication date: 1985-02-28
Also published as: DE2922254C2; DE2922254A1

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Pumpenturbine mit einer Welle und mehreren mit dieser verbundenen Läufern mit feststehenden, die Welle und die Läufer umgebenden Gehäusegliedern, die einen Kanal mit einem daran anschlies- so senden Kanalstück bilden, das zwischen dem Läufer der Stufe höchsten Druckes und einem Spiralgehäuse verläuft und dabei einem Leitschaufelkranz durchsetzt, welche Gehäuseglieder ein Abschlussglied enthalten, das mit dem Leitschaufelkranz verbunden ist und zusammen mit dem ihm nächstge- ss legenen der Gehäuseglieder das Kanalstück umgibt, welche Gehäuseglieder innere und äussere Gehäuseglieder aufweisen, die jeweils entlang eines zylindrischen Grenzflächenabschnittes aneinander anliegen, wobei die inneren Gehäuseglieder die Welle und die Läufer umgeben und das dem Leit- 60 schaufelkranz nächstgelegene Gehäuseglied enthalten, die äusseren Gehäuseglieder axial benachbart zum Leitschaufelkranz angeordnet sind und wobei der Kanal gemäss den inneren und äusseren Gehäusegliedern in innere und äussere Kanalabschnitte geteilt ist. Solche Pumpenturbinen werden es beispielsweise in Wasserkraftwerken verwendet.

Beim Auslegen von Wasserkraftanlagen werden je länger je mehr höhere Fallhöhen benötigt, wobei aus Gründen des

Wirkungsgrades und der Herstellungskosten je länger je mehr mehrstufige Pumpenturbinen eingesetzt werden, weil einstufige Maschinen diesbezüglich ihre Grenzen erreicht haben. Eine solche mehrstufige Pumpenturbine ist beispielsweise in der Fig. 1 dargestellt. In der Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 die Turbinenwelle; 2,2a bezeichnen einen Läufer, der mit der Welle verbunden ist; 3 bezeichnet ein Spiralgehäuse; 4 (feste) Leitschaufeln; 5 bezeichnet ein äusseres Rückführgehäuse; 6 bezeichnet Rückführschaufeln (Nachlei-tapparat), die den Rückführkanal bilden und für turbulenzfreie Wasserströmung sorgen; 7 bezeichnet ein oberes Abschlussglied; 8 bezeichnet einen mit Leitschaufeln ausgerüsteten Leitschaufelkranz; 9 bezeichnet einen Bolzen, der das obere Abschlussglied hält. Bei einer solchen mehrstufigen Pumpenturbine ist der Turbinenwirkungsgrad im Bereich kleiner Turbinenleistung äusserst klein, wie dies in der Fig. 2 mit der Kurve a bezeichnet ist. Es ist bekannt, dass zum Erzielen eines Betriebes mit hohem Wirkungsgrad in einem weiten Leistungsbereich verstellbare Leitschaufeln in einem Strömungskanal angeordnet sein können, der vom Gehäuse 3 bis zu mindestens dem Läufer 2 der Stufe höchsten Druckes verläuft. Dieser Rückführkanal weist ein inneres Umlenkgehäuse 19 auf, in welchem die Rückführschaufeln 6 von unten eingefügt sind, und das obere Abschlussglied 7 ist mit dem Leitschaufelkranz 8 verbunden. Falls verstellbare Leitschaufeln angeordnet sind, muss in bezug auf die Leitschaufeln ein Spielraum vorhanden sein, so dass die Leitschaufeln gedreht werden können. Dieses schliesst eine Verbindung des Abschlussgliedes 7 mit dem Leitschaufelkranz 8 aus.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine mehrstufige Pumpenturbine zu schaffen, die eine Ausbildung aufweist, dass diese in einem weiten Betriebsbereich mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann, welcher Betriebsbereich sich von einem Bereich kleiner Leistung bis zu einem Bereich hoher Leistung erstreckt.

Erfindungsgemäss ist die mehrstufige Pumpenturbine durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine mehrstufige Pumpenturbine, die gemäss dem Stand der Technik ausgebildet ist,

Fig. 2 ein Diagramm, in welchem der Unterschied des Wirkungsgrades zwischen einer herkömmlichen, mehrstufigen Pumpenturbine und einer mehrstufigen Pumpenturbine gezeigt ist, die gemäss dem Erfindungsgedanken ausgebildet ist,

Fig. 3 einen Schnitt, in dem ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen, mehrstufigen Pumpenturbine gezeigt ist,

Fig. 4 einen Schnitt durch den wichtigsten Teil der Pumpenturbine, in welchem eine Ausbildungsform der Verbindungsmittel dargestellt ist,

Fig. 5 einen Schnitt, in dem ein wichtiger Teil einer Ausführung der erfindungsgemässen, mehrstufigen Pumpenturbine gezeigt ist, wobei in einem Fluidkanal, in welchem Leitschaufeln angeordnet sind, eine Tragschaufel vorhanden ist, und

Fig. 6 einen Schnitt, in dem ein wichtiger Teil der mehrstufigen Pumpenturbine gezeigt ist, der eine andere Ausbildungsform einer Tragschaufel aufweist.

In der Fig. 3 ist eine dreistufige Pumpenturbine gezeigt. In der Fig. 3 sind für Teile oder Elemente, die gleich denjenigen der Fig. 1 sind, weitgehend die gleichen Bezugsziffern verwendet, und aus Gründen der Kürze wird eine weitere Erklärung derselben weggelassen. In der Fig. 3 ist zwischen einem oberen Abschlussglied 10 und dem ihm nächstgelegenen

Gehäuseglied 11 ein Kanalstück 12 gebildet. Das obere Abschlussglied 10 ist mittels eines Bolzens 9 mit einem Leitschaufelkranz 8 verbunden, und das Gehäuseglied 11 ist innerhalb des Leitschaufelkranzes 8 und eines äusseren Rückführgehäuses 5 angeordnet. Das Gehäuseglied 11 kann mittels eines Bolzens 13 mit dem Leitschaufelkranz 8 verbunden sein, wie dies in der Fig. 4 gezeigt ist, und dieses bei einem Abschnitt des Strömungskanales, in welchem die verstellbaren Leitschaufeln angeordnet sind, die nachfolgend noch beschrieben sein werden. Der Bolzen 13 weist vorteilhaft einen sechseckigen Kopf auf, der mit der Seitenwand des den Fluidkanal bildenden Kanalstückes 12 fluchtet, so dass beim Bolzen kaum eine Kavitation auftritt, welche eine Verminderung des hydraulischen Wirkungsgrades der Pumpenturbine zur Folge hätte. Die oben erwähnten, verstellbaren Leitschaufeln 14 sind im Kanalstück 12 angeordnet, und werden mittels einer Welle rotiert, die in einer Lagerhülse 15 gelagert ist und im Abschlussglied 10 und im darunter gelegenen Gehäuseglied 11 gelagert ist. Das Kanalstück 12 verläuft vom Spiralgehäuse 3 durch den Leitschaufelkranz 8 mit den festen Leitschaufeln 4 zum Läufer 2 der Stufe höchsten Druckes. Die Welle ist mittels einer Dichtung 16 abgedichtet. In bezug auf die Leitschaufeln 14 ist ein Spielraum 17 vorhanden, so, dass die Leitschaufeln 14 mittels einer nicht gezeigten Antriebsvorrichtung gedreht werden können. Zwischen den Leitschaufeln 14 und dem Leitschaufelkranz 8 ist eine Tragschaufel 18 angeordnet (die im Einzelnen in der Fig. 5 gezeigt ist). In bezug auf den Leitschaufelkranz 8 weist die Tragschaufel 18 eine solche Ausbildung auf, dass zwischen diesen eine gleichförmige Strömung vorherrscht. Die Tragschaufel 18 ist einstückig mit dem Abschlussglied 10 ausgebildet. Die Tragschaufel 18 kann auch getrennt ausgebildet

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sein, wie dies in der Fig. 6 gezeigt ist, wobei die obere Seitenfläche am Abschlussglied 10 anliegt und ihre untere Seitenfläche am Gehäuseglied 11 anliegt.

In der oben beschriebenen, dreistufigen Pumpenturbine s sind die verstellbaren Leitschaufeln 14 und der Leitschaufelkranz 8 bei der Stufe höchsten Druckes vorhanden.

Die beschriebene mehrstufige Pumpenturbine weist sogar im Bereich kleiner Turbinenleistung einen höheren Turbinenwirkungsgrad auf, wie dies durch die Kurve (b) in Fig. 2 io gezeigt ist, dies im Vergleich (siehe Kurve a der Fig. 2) mit einer herkömmlichen, mehrstufigen Pumpenturbine, die keine verstellbaren Leitschaufeln aufweist. Daher kann die Pumpenturbine innerhalb eines breiteren Betriebsbereiches mit einem höheren Turbinenwirkungsgrad betrieben werden. 15 Zwischen dem Abschlussglied 10 und dem Gehäuseglied 11 ist die Tragschaufel 18 derart angeordnet, dass die Höhe derselben gleich der Höhe der verstellbaren Leitschaufeln 14 zuzüglich eines Spielraumes ist, der notwendig ist, dass die Leitschaufeln im Strömungskanal, d.h. Kanalstück 12 20 gedreht werden können. So können die verstellbaren Leitschaufeln einfach im Strömungskanal angeordnet werden, der zwischen dem oberen Abschlussglied 10 und dem unteren Gehäuseglied 11 begrenzt ist.

Weil der Spielraum für die Leitschaufeln immer vor-2s handen sein kann, ist das Herstellen und Zusammenbauen der mehrstufigen Pumpenturbine vereinfacht und das Verstellen der Leitschaufel kann ebenfalls sehr leicht erfolgen.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer dreistufigen Pumpenturbine beschrieben worden ist, kann sie auch 30 auf eine zweistufige oder vierstufige Pumpenturbine oder auch auf Pumpenturbinen mit mehr Stufen angewendet werden.

B

5 Blatt Zeichnungen

Claims

648 095 PATENTANSPRÜCHE

1. Mehrstufige Pumpenturbine mit einer Welle ( 1 ) und mehreren mit dieser verbundenen Läufern (2,2a, 2b), mit feststehenden, die Welle (1) und die Läufer (2,2a, 2b) umgebenden Gehäusegliedern (10,11, A1, A2), die einen Kanal s (C) mit einem daran anschliessenden Kanalstück (12) bilden, das zwischen dem Läufer (2) der Stufe höchsten Druckes und einem Spiralgehäuse verläuft und dabei einen Leitschaufelkranz (8) durchsetzt, welche Gehäuseglieder (10,11, Al, A2) ein Abschlussglied (10) enthalten, das mit dem Leitschaufel- io kränz (8) verbunden ist und zusammen mit dem ihm nächstgelegenen (11) der Gehäuseglieder (10,11, Al, A2) das Kanalstück (12) umgibt, welche Gehäuseglieder (10,11, AI, A2) innere (AI) und äussere Gehäuseglieder (A2) aufweisen, die jeweils entlang eines zylindrischen Grenzflächenab- is schnittes aneinander anliegen, wobei die inneren Gehäuseglieder (AI;) die Welle (1) und die Läufer (2,2a, 2b) umgeben und das dem Leitschaufelkranz (8) nächstgelegene Gehäuseglied (11) enthalten, die äusseren Gehäuseglieder (A2) axial benachbart zum Leitschaufelkranz (8) angeordnet sind und 20 wobei der Kanal (C) gemäss den inneren (AI) und äusseren Gehäusegliedern (A2) in innere (Ci) und äussere Kanalabschnitte (C2) geteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Leitschaufelkranz (8) nächstgelegene Gehäuseglied (11) mittels einer Verbindungsvorrichtung (13; 18) mit demselben 25 derart verbunden ist, dass die inneren Gehäuseglieder (AI) relativ zu den äusseren Gehäusegliedern (A2) arretiert sind, welche Verbindungsvorrichtung beim Bereich des Kanalstückes (12) angeordnet ist, und dass im Kanalstück (12) verstellbare Leitschaufeln (14) angeordnet sind. 30

2. Pumpenturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung einen den Leitschaufelkranz (8) mit dem ihm nächstgelegenen Gehäuseglied (11) verbindenden Bolzen (13) aufweist. (Fig. 4)

3. Pumpenturbine nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 35 zeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung eine im Kanalstück (12) zwischen den verstellbaren Leitschaufeln (14) und dem Leitschaufelkranz (8) angeordnete Tragschaufel (18) aufweist, deren Höhe derart bemessen ist, dass sie gleich der Höhe der verstellbaren Leitschaufeln ( 14) zuzüglich eines 40 Spielraumes ist, der notwendig ist, ein Drehen der Leitschaufeln (14) im Kanalstück (12) zuzulassen. (Fig. 5,6).