CH684605A5 - Peltonrad. - Google Patents

Description

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CH 684 605 A5

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf den mechanischen Aufbau eines Peltonrads nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Peltonrad ist beispielsweise aus der Anmeldung AT-PS 380 078 des gleichen Anmelders und Erfinders der hier beschriebenen Erfindung bekannt, die sich wiederum von den Referenzen DE-PS Nr. 555 900 und AT-PS Nr. 244 882 deutlich unterscheidet, wie in der AT-PS 380 078 im Detail auseinandergesetzt wird.

Bei der hier vorliegenden Erfindung handelt es sich um wesentliche Änderungen gegenüber der AT-PS 380 078, die miteinander funktionell zusammenhängen und gegenüber den in AT-PS 380 078 beschriebenen Strukturen bei gleicher Fertigungspräzision der Einzelteile eine wesentlich höhere Kraft- und Leistungsübertragung bei gleichen hydraulisch relevanten Abmessungen gestatten.

Der wesentliche Unterschied zu AT-PS 380 078 besteht in der funktionellen Trennung der Vorspannung des segmentartigen Verbandes der Schaufel-füsse durch Kegelhülsen, die nur mehr diese Aufgabe allein ausüben und nicht, wie in AT-PS 380 078, durch Abflachungen des zylindrischen Teiles der Kegelhülsen in präzise auszuführenden Langlöchern der Seitenscheiben das Drehmoment übertragen, was nunmehr vollständig entfällt und durch konzentrisches Spiel 27 bei der hier vorliegenden Erfindung auch bewusst verhindert wird (Fig. 2, 5) in Verbindung mit erfindungsgemässen Drehmomentübertragungsbolzen 19 (Fig. 2 bis 6), die jeweils annähernd in der Mitte zwischen den Kegelhülsen 8, 26 mit den Spannbolzen 9, 25 plaziert sind, in Umfangsrichtung gesehen, und gegen welche die segmentartigen Becherfüsse 2 von den Kegelhülsen 8, 26 in Umfangsrichtung so zusammengedrängt werden, dass ein Spalt 32 definierter Breite zwischen jenen Radialflächen der Schaufelfusssegmente entsteht, zwischen welchen sich die Kegelhülsen befinden. Ein weiterer wesentlicher Unterschied zu AT-PS 380 078 besteht in der Anordnung der Kegelhülsenpaare in der Ebene des Spaltes 32, mit unterschiedlichen Durchmessern der Kegelhülsen (Anspruch 1) um ein Kippen der Becher um die Achse der Kegelhülse, zusätzlich zu der bereits durch die Formschlüssigkeit der Zylinderschultern 14a und der Radialflanken 33 vorgegebenen Kippsicherheit, zu verhindern.

Bei Anordnung der Peltonbecher extrem nahe an der Turbinendrehachse, für den Fall erwünschter hoher spezifischer Drehzahlen, ist in radialer Richtung kaum mehr Platz für ein zweites Kegelhülsenpaar, wie dies Fig. 2 zeigt. Dann ist nicht einmal mehr Platz für eine durchgehende Welle. In diesem Fall tritt die in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Konstruktionsmethode mit einem Kegelhülsenpaar in Kraft. Bei höheren Kräften wird ein Zusatzbolzen 20 (Fig. 5, 6) gegen Kippen angeordnet, der bei geringen Kräften auch weggelassen werden kann. Die durchgehende Welle 21 kann durch eine Hohlwelle 30 mit vorgespanntem Zuganker 5, ersichtlich in den Fig. 4 bis 6, ersetzt werden.

Die generellen Vorteile des erfindungsgemässen

Peltonrads gegenüber bekannten Bauweisen nach dem Stand der Technik, das sind die in einem Stück gegossenen Peltonräder und die ältere Bauweise mit reiterartig auf einer Scheibe aufgesetzten Schaufeln, befestigt mit zahlreichen Schrauben und Spannkeilen sind:

Problemloser und genauer Guss durch Einzelschaufeln. Feinguss und Gesenkschmieden möglich.

Sehr hohe Fliehkraftsicherheit erzielt durch die erfindungsgemässe formschlüssige Struktur des Peltonrads, unabhängig von den wenigen Bolzen im Gegensatz zur älteren noch immer angewandten Reiterbauweise und auch gegenüber den einstückig gegossenen Rädern, durch Fortfall der Gussrisseprobleme, erzielt durch Verwendung geschmiedeter Radscheiben 7 und durch rechnerisch und monta-gemässig leicht kontrollierbaren Zustand der Vorspannungen.

Präzision der Peltonbecher durch mögliche CNG-Bearbeitung gegenüber einstückig gegossenen Rädern.

Praktisch keine Unwucht durch nahezu vollständige Rotationssymmetrie gegenüber einstückig gegossenen Rädern.

Müheloser und rascher Austausch von Bechern. Geringe Reparaturkosten.

Gegenüber der Reiterbauweise entfallen die unkontrollierbar hohen Vorspannungen hervorgerufen durch die Kegelspannstifte und Keile mit Kegelneigung 1:50 im Gegensatz zu rund 60° Kegelwinkel bei der erfindungsgemässen Peltonradstruktur.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt den typischen Schaufelfuss 2 eines Peltonbechers 1 in erfindungsgemässer Ausführung.

Fig. 2 zeigt eine typische Anordnung mit durchgehender Welle und zwei Kegelhülsenpaaren in einer radialen Ebene.

Fig. 3 stellt einen typischen Schnitt zu einer Anordnung nach Fig. 2 dar.

Fig. 4 ist eine typische Niederdruckanwendung für hohe spezifische Drehzahlen, erkennbar an grossen Bechern nahe an der Mittellinie und an zwei Rädern auf einem Wellenstrang.

Fig. 5 ist die Vergrösserung eines Rades von Fig. 3 und könnte in der Form auch für ein Rad pro Wellenstrang realisiert werden.

Fig. 6 ist ein typischer Querschnitt zu Fig. 4, 5.

Im Detail:

Fig. 1 Zusätzlich zur obigen Anmerkung sei bemerkt, dass dies eine annähernd massstabgetreue Perspektive der in Fig. 6 dargestellten Schaufel für hohe spezifische Drehzahlen ist.

Fig. 2 Dies ist eine typische erfindungsgemässe Konstruktion für Verhältnisse «Strahlkreisdurchmesser zu Strahldicke» von etwa über 6. Segmentartige Füsse 2 der Becher 1 werden an ihren zylindrischen Schultern 14a durch zylindrische Schultern 14b der Scheiben 7 zentriert, die ihrerseits auf der Welle 21 zentriert sind. Die Drehmomentübertragung auf die Welle kann entweder direkt in den

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Scheiben 7 durch bekannte Mittel erfolgen, oder, wie gezeichnet, erst weiter aussen in weiteren Scheiben 7A durch beispielsweise Ringfeder-Spannelemente 31 zur Freihaltung der Radscheiben 7 von den Vorspannungen der Übertragungselemente 31. Zum Rostschutz und zur Kapselung fettgefüllter Hohlräume sind ganz aussen Deckscheiben 23 angeordnet.

Die Kegelhülsen 8, 26 werden mittels Spannbolzen 9, 25 durch Muttern 11, 11A vorgespannt. Die berechnete Vorspannung kann anhand der Höhe eines entsprechend bemessenen Paketes von zusammengedrückten Tellerfedern 12 und 12A optisch erkannt werden.

Erfindungsgemäss wesentlich ist, dass konzentrisch um den zylindrischen Teil aller Kegelhülsen herum ein Spalt 27 besteht. Dadurch ist sichergestellt, dass diese kein Drehmoment übertragen. Dies besorgen vielmehr Drehmomentübertragungsbolzen 19, die sich soweit axial nach aussen erstrecken, dass sie die Scheiben erreichen, welche das Drehmoment weiter auf die Welle 21 übertragen. Die Flächenpressung in den Kegelsitzen 13 und an den Schultern 14a, 14b wird sorgfältig abgestimmt und bewegt sich in massigen Bereichen. Axial werden die Schaufeln an den Flächen 29 fixiert. Spalte 28 seitlich der Füsse 2 werden be-wusst im Millimeterbereich vorgesehen, damit die feinen Deformationsbewegungen beim Vorspannen nicht unnötig durch Reibung behindert werden, neben den unvermeidlichen Reibungsanteilen.

Fig. 3 stellt einen typischen Querschnitt senkrecht zur Drehachse einer Anordnung nach Fig. 2 dar. Die Schaufelschnitte verstehen sich entlang einer Bodenscheitellinie, definiert als jeweils tiefste Stelle im Becher gegenüber dem Becherrand. Im Schnitt sieht man die Welle, die Drehmomentübertragungsbolzen 19 und die Spannbolzen 9, 25. Die Kegelhülsen sind weggelassen, dafür sieht man die Kegelbohrungen in jeweils benachbarten Schaufelfüssen 8A, 26A, die bevorzugt zwei- bis viermal am Umfang auftreten. Möglichst in der Mitte zwischen den Spalten 32 befinden sich die Drehmomentbolzen 19. Durch Anziehen der Spannbolzen entsteht der gewollte Spalt 32 im Bereich von Zehntelmillimetern bis Millimeter, eine formschlüssige Vorspannung auf die Schulterflächen 14a der Becherfüsse 2 und auf die Radialflächen 33, die ein gewünscht elastisches Verhalten des gesamten Radverbandes ergibt. Auch in der Ebene 33 des Drehmomentübertragungsbolzens könnte ein Spalt im Bereich von Hundertstelmillimetern und darunter realisiert werden, um mehr Anpassung an die Bolzen 19 zu erzielen.

Fig. 4 stellt eine vorteilhafte Anwendung von erfindungsgemässen Peltonrädern für eine Nieder-druckpeltonturbine hoher spezifischer Drehzahl dar, erkennbar an zwei Laufrädern und grossen Bechern im Verhältnis zur Entfernung von der Drehachse. In einem Gehäuse 16 mit zwei Lagern 6 sind die Endwellenstummel 3 einer Hohlwelle 30 gelagert, wobei diese Teile, und die des Radverbandes, axial durch einen mittels der Muttern 17 hydraulisch vorgespannten Zuganker 5 zusammengehalten werden. Weitere Erläuterungen erfolgen zum vergrösserten Ausschnitt aus dieser Zeichnung, Fig. 5.

Fig. 5 stellt einen vergrösserten Ausschnitt zu Fig. 4 dar. Bei derart nahe an die Mittellinie gerückten Bechern tritt an Stelle einer durchgehenden Vollwelle eine Hohlwelle 30, deren axial aneinander gefügte Teile durch den vorgespannten Zuganker 5 zusammengehalten werden. Die Füsse 2 der Becher 1 erlauben nur Platz für je ein Kegelhülsenpaar 8, zusammengehalten durch Zugspannbolzen 9, vorspannbar mittels Muttern 11 deren Vorspannung optisch durch die Höhe der zusammengedrückten Tellerfederpakete 12 kontrollierbar ist. In den Kegelsitzen 13, in den zylindrischen Schultern 14 und in den in Fig. 6 sichtbaren, nicht durch einen Spalt getrennten Radial-Flächen 33, entsteht dadurch eine vorberechnete Vorspannung. Spalte 27 um den zylindrischen Teil der Kegelhülsen verhindern, dass diese etwa ein Moment übertragen. Diese Aufgabe besorgen ausschliesslich die Drehmomentübertragungsbolzen 19. Spalte 28 seitlich der Füsse 2 beseitigen unnötige Reibung beim Vorspannen, neben der unvermeidlichen Reibung und verhindern auch eine axiale Doppelpassung gegenüber den axialen Anschlagflächen 29. Das Drehmoment wird über Scheiben 10 in die Hohlwelle 30 eingeleitet. Die Bolzen 20 ersetzen das sonst angeordnete zweite Kegelhülsenpaar als Sicherung gegen Kippen der Schaufeln um die Achsen der Kegelhülsen. Bei geringen Schaufelkräften können die Bolzen 29 auch weggelassen werden.

Fig. 6 zeigt einen typischen Schnitt durch den Radverband der Fig. 4 und 5. Man erkennt 3 Paare Kegelhülsen 8 mit Spannbolzen 9 am Umfang verteilt, dazwischen ebensoviele Drehmomentübertragungsbolzen 19 an welche durch Spannen der Bolzen 9 die Schaufeln gruppenweise von beiden Seiten gedrängt werden, wobei in den Radialebenen zwischen benachbarten Schaufeln, in welchen die Kegelhülsen wirken, die Spalte 32 entstehen und die Schaufeln auch nach radial aussen gegen die Schultern 14b (Fig. 5) gedrängt werden. In den nicht durch einen Spalt getrennten Radial-Flächen 33 entsteht gleichfalls eine erwünschte Vorspannung. Man sieht ferner den Zuganker 5 im Schnitt, der auch durch ein Rohr realisiert werden könnte. Die in Fig. 6 und Fig. 1 dargestellte Schaufel entspricht der in der Anmeldung AT 2826/88 definierten Form.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Peltonrad aus einzelnen Bechern bestehend, die zu einem Radstern mittels Becherfüssen (2) zusammengefügt sind, wobei dieser Radstern durch mindestens zwei symmetrisch zu der zur Rotations-Achse senkrechten Mittelebene liegende Radscheiben (7) über zylindrische Schultern (14a) der Becherfüsse (2) zentriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass, in Umfangsrichtung gesehen an einer oder mehreren Stellen, zwischen jeweils in Umfangsrichtung gegeneinander gerichteten Radial-Flächen (33) der Becherfüsse (2) ein Kegelhülsenpaar (8; 26) oder zwei radial beabstandet liegende Kegelhülsenpaare (8, 26) unterschiedlichen Durchmessers in Kegelsitzen (13; 13A) der Becherfüsse (2) angeordnet sind und mittels Spiel (27) eines zylin-

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   drischen Teils der Kegelhülsen gegenüber den Radscheiben (7) in diese durchsetzenden Bohrungen aufgenommen sind, wobei die Kegelhülsenpaare (8, 26) durch Spannbolzen (9; 25) in die Kegelsitze (13; 13A) gepresst sind, dass ferner zwischen den gegeneinander gerichteten Radial-Flächen (33) der Becherfüsse (2) mit den jeweils dazwischen liegenden ein oder zwei Kegelhülsenpaaren (8; 26) ein Spalt (32) gebildet ist, dessen Breite durch die an einem Schraubgewinde der Spannbolzen (9, 25) einstellbare Vorspannung bestimmt ist und dass durch die vorgespannten Kegelhülsenpaare die Becherfüsse (2) gruppenweise in Umfangsrichtung gegen zylindrische Drehmomentübertragungsbolzen (19) gepresst werden, die spielfrei - in Umfangsrichtung gesehen zwischen benachbarten Kegelhülsenpaaren (8, 26) liegend, jeweils zwischen den gegeneinander gerichteten Radial-Flächen (33) der Becherfüsse, angeordnet sind und in axialer Richtung sowohl die genannten Radscheiben (7) und weitere, aussenseitig der genannten Radscheiben liegende Radscheiben (7A, 10) durchdringen, (Fig. 2, 3, 5).

   2. Peltonrad nach Anspruch 1, mit einem Kegelhülsenpaar (8), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen gegeneinander gerichteten Radial-Flächen (33) der Becherfüsse (2) radial weiter aussen ein zylindrischer Bolzen (20) mit spielfreiem Passitz zwischen den gegeneinander gerichteten Radial-Flächen (33) angeordnet ist, (Fig. 5, 6).

   3. Peltonradanordnung mit einem oder zwei Pel-tonrädern nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Becher in Form von einem oder zwei Radsternen angeordnet sind, wobei die gegeneinander gerichteten Radscheiben (7, 7A, 10) von einer Hohlwelle (30) zumindest teilweise übergriffen werden, und dass ein zentrischer Zuganker (5) die Hohlwelle (30) und die Radscheiben (7, 7A, 10) axial vorspannt, (Fig. 2, 4, 5 und 6).

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