Wasserturbine. Wasserturbinen zur Ausnützung einer Wasserkraft werden im allgemeinen für ein bestimmtes Normalgefälle und eine bestimmte normale Wassermenge gebaut, und ergeben unter diesen Betriebsverhältnissen bei einer bestimmten Tourenzahl einen maximalen Wir- kungsgrad für die Ausnützung der Wasser kraft.
Die Wasserführung der auszunützen den Wasserkräfte, das heisst der Wasserstrom, istaberziemlichenSchwankungen unterworfen, Geiten der Wasserklemme wechseln mit Be triebsperioden finit übernormalen Wasser mengen ab, und mit den Änderungen der Wassermenge geht eine Änderung des Ge fälles Hand in Hand. Es kann auch vor kommen, dass die auszunützende Wassermenge mehr oder weniger konstant bleibt, dabei aber das Gefälle sich ändert, wie z.
B. bei Spiegelabsenkungen von Stauanlagen. Die für normale Wassermengen- und (D'refällsver- hältnisse konstruierte Turbine ist demnach gezwungen, während längerer Betriebsperioden unter abnormalen Verhältnissen zu laufen, wobei der Wirkungsgrad, vor allein wenn unter allen Betriebsverhältnissen konstante minutlieheZmdrehungszahl der Wasserturbine verlangt wird, beträchtlich unter den Wir kungsgrad bei normalen Verhältnissen sinkt.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist nun eine \Vasserturbine, welehe auch bei abnormalen Verhältnissen der Wasserführung mit gutem Wirkungsgrade arbeitet.
Erfiiid(ingsgeinäss ist das Laufrad einer finit Laufrad und regulierbarem Leitapparat ausgestatteten Wasserturbine, für einen be deutenden Schwankungen unterliegenden Was serstrom in eine Anzahl Partiallaufi-äder unter teilt, und ferner sind Mittel vorgesehen, um eine relative Verschiebung zwischen Laufrad und Leitapparat herbeizuführen, so dass eine Beaufschlagung des Laufrades herbeigeführt werden kann,
wie sie dem eben bestehenden Zustand des Wasserstromes im Sinne der mZiglichst günstigen Ausnützung desselben auf Grund der gewählten Ausgestaltung vom Leitapparat und Laufrad ain besten entspricht.
Bleibt das Gefälle konstant, und ändert sich nur die auszunützende Wassermenge, so werden zweel@missigerweise Leitapparat und Laufrad für die maximal auszunützende Was sermenge, sowie das letztere für ein und die selbe Tourenzahl gebaut, und so viele Partial- Laufräder können jeweils der Beaufschlagung ausgesetzt werden, als für die Ausnützung der augenblicklichen Wassermenge am günstig sten ist.
Soll dagegen eine konstante Wassermenge bei sich änderndem Gefälle ausgenützt werden, und dabei die Umdrehungszahl des Turbinen laufrades konstant gehalten werden, so wird zweckmässiger weise das Leitrad und jedes Partiallaufrad für diese bestimmte Wasser menge, jedes Partiallaufrad für ein- und die selbe Tourenzahl, sowie jedes Partiallaufrad für ein anderes Gefälle gebaut, so dass für jedes vorkommende Gefälle ein dieses von allen Partiallaufrädern am günstigsten aus nützendes Partiallaufrad der Beaufschlagung ausgesetzt werden kann.
Ändern sieh sowohl Gefälle, als auch Wassermenge, so könnte malt einen Kompro- miss der beiden Anordnungen treffen und das Problem dadurch lösen, dass man die Unter teilung des Laufrades in Partiallaufräder und die Ausgestaltung der letzteren sowohl nach dem vorstehend erwähnten Gesichts punkt der Veränderung der Wasserinenge, als auch nach demjenigen der Veränderung des (zefälles vornimmt.
Praktisch wird matt vorteilhafterweise mit der Unterteilung des Laufrades in Par tiallaufräder nicht so weit gellen, dass auch die eZtremsten Verhältnisse der Gefälls- und Wasserinengenschwankungen berücksichtigt werden können.
Man wird vielmehr die Durch schnittsschwankungen der Wasserführung während eines Jahres bestimmen, und dann -die oberste und unterste Grenze in bezug auf Wassermenge und Gefälle, die man noch ausnützen will, festlegen und zwischen diesen Grenzen einige Zwischenstufen wählen, zur Ausnützung welcher Verhältnisse man die Partiallaufräder ausbildet.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes bei der Anwendung auf eilte Reaktionsturbine ist auf beiliegender Zeichnung gezeigt, und zwar für den Fall einer Turbine, deren auszunützende Wasser menge sich ändert, während das Gefälle kon stant bleibt.
In der Zeichnung ist: Fig. 1 ein achsialer Schnitt durch eine Reaktionsturbine; Fig. 2 ist ein achsialer Schnitt durch eilte Einrichtung zum Verstellen des Laufrades gegenüber dem Leitapparat; Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie III-HI voll Flg. 2; Fig. 4 ist ein Schnitt nach Linie IV-IV voll Fig. 2;
Fig. f; zeigt einen Schnitt nach Linie V-T in Fig. 1, und Fig. 6 zeigt in perspektivischer Ansicht die Hälfte einer Büchse, auf welcher das Lauf rad sitzt, und eine Führungsstange Mit 1 ist das Laufrad einer Reaktions turbine bezeichnet, welches durch die Tren nungswände \' und 3, deren Form dem Ver lauf der Stromfäden angepasst ist, in drei Partiallaufräder I, II und III unterteilt ist.
Der in bekannter Weiss durch Drehschaufeln regulierbare Leitapparat 4 ist für eine maxi male Wassermenge gebaut, ebenso das Lauf rad 1, dessen Eintrittshöhe gleich der höhe des Leitapparates ist. Jedes der Partiallauf- räder I. II und III kann ein Drittel der maxi malen Wassermenge ausnützen.
In der Zeich nung ist das Laufrad gegenüber dem Leitrad in achsialer Richtung verschoben gezeigt und es werden in dieser Stellung des Laufrades die Partiallaufräder I und II beaufschlagt, während III ausser Wirkung ist. Das Lauf rad wird in diese Stellung gebracht werden, wenn die auszunützende Wassermenge auf y/3 der maximalen Wassermenge gesunken ist.
Das Verschieben des Laufrades gegenüber dem Leitrade wird auf folgende Weise erreicht Die Laufradnabe ist auf einer in achsialer Richtung geteilten Büchse 5 beispielsweise durch Keile 6 fest. Dlit den beiden Hälften der Büchse 5 ist je eine Stange 7 und 3 fest verbunden, welche Stangen in trapez- förmigen Nuten der Welle 9, die einander diametral gegenüber angeordnet sind, geführt sind. Die äussere Begrenzungsfläche der Stangen ist nach dem Radius der Welle ge krümmt, so dass sie die Welle zti einem vollen ZSlinderquerschrritt ergänzen.
Cm eine Ver schiebung der Büchsenhälften 5 in achsialer Richtung gegeneinander zu verhindern, sind dieselben bei<B>10</B> und 11 ineinander verzahnt. Ari ihren, den Enden, welche mit der Büchse befestigt sind, entgegengesetzten Enden sind die Staugen 7 und 8 mit Segmenten 12 und 13 versehen, welche Schraubengewinde tragen. Die beiden Segmente sind durch au ihren Enden vorgesehene Ringe 14 und 15 miteinander verbunden.
Mit dem Gewinde der Segmente ist eine ringförmige Mutter 16 im Eingriff, welche, um eine Verschiebung in achsialer Richtung gegenüber der Welle au vermeiden, mit ihren beiden Seiten an je einem Ringe 17 bezw. 18 anliegt, welche letztere segmentförmige Lappen 19 bezw. 20 aufweisen, die mit der Welle 9 durch Schrauben 21 fest verbunden sind.
Wird nun die Ring- inutter 16 durch irgendwelche Mittel in der einen oder andern Drehrichtung gedreht, so werden die Stangen 7 und 8 in der einen oder andern Richtung längs der Turbinen welle 9 verschoben, und somit auch das Lauf rad entlang dieser Welle und dadurch so viele Partiallaufräder der Beaufschlagung aus gesetzt, als für die Ausnützung der augen blicklichen Wassermenge am günstigsten ist.
In Fig. 1 ist eine Ausgleichsscheibe 22 fest auf der Welle 9 vorgesehen, um den Re aktionsdruck des Laufrades auszubalancieren.
Durch die Wasserturbine nach der Er findung wird erreicht, dass ausser der gewöhn lichen bekannten Anpassung arr vorübergehende Belastungsschwankungen, welche durch die Regulierbarkeit des Leitapparates erreicht wird, die Turbine den sich auf längere Be triebsperioden erstreckenden Schwankungen in den Verhältnissen der Wasserführung an gepasst werden kann und diese Verhältnisse mit möglichst gutem Nutzeffekt ausnützt.
Water turbine. Water turbines for the use of water power are generally built for a certain normal gradient and a certain normal amount of water, and under these operating conditions result in a maximum efficiency for the use of the water power at a certain number of revolutions.
The water flow of the water forces to be exploited, i.e. the water flow, is subject to considerable fluctuations, gides of the water clamp alternate with operating periods finitely above normal amounts of water, and with the changes in the amount of water a change in the gradient goes hand in hand. It can also happen that the amount of water to be used remains more or less constant, but the gradient changes, e.g.
B. in the case of mirror lowering of dams. The turbine designed for normal water volume and fall conditions is therefore forced to run under abnormal conditions for long periods of operation, with the efficiency being considerably below the efficiency, especially when a constant minute speed of the water turbine is required under all operating conditions normal conditions decreases.
The subject matter of the present invention is a water turbine which works with good efficiency even in the case of abnormal water flow conditions.
Erfiiid (ingsgeinäss is the impeller of a finite impeller and controllable diffuser equipped water turbine, for a significant fluctuations subject water flow divided into a number of partial runners, and further means are provided to bring about a relative displacement between the impeller and the diffuser so that a loading of the impeller can be brought about,
as it best corresponds to the current state of the water flow in the sense of the most favorable utilization of it due to the chosen design of the diffuser and impeller.
If the gradient remains constant and only the amount of water to be used changes, then the diffuser and impeller are built for the maximum amount of water to be used, and the latter for the same number of revolutions, and so many partial impellers can each be exposed to the impact than is most favorable for utilizing the current amount of water.
If, on the other hand, a constant amount of water is to be used with a changing gradient, while the number of revolutions of the turbine runner is kept constant, then the stator and each partial runner for this specific amount of water, each partial runner for one and the same number of revolutions, as well as each Partial impeller built for a different gradient, so that for each incline that occurs, a partial impeller that is most beneficial from all of the partial impellers can be exposed to the impact.
If you change both the gradient and the amount of water, then paint could make a compromise between the two arrangements and solve the problem by dividing the impeller into partial impellers and designing the latter both according to the above-mentioned aspect of changing the There is not enough water, as well as after the change in the (zefälles.
In practice, matt is advantageously with the subdivision of the impeller into partial impellers not so far that the extreme conditions of the gradient and water tightness fluctuations can be taken into account.
Rather, one will determine the average fluctuations in the water flow during a year, and then determine the uppermost and lower limit with regard to the amount of water and gradient that one still wants to exploit, and choose between these limits some intermediate stages in order to make use of which conditions the partial impellers trains.
An example embodiment of the subject matter of the invention when applied to the rapid reaction turbine is shown in the accompanying drawing, specifically for the case of a turbine whose amount of water to be used changes while the gradient remains constant.
In the drawing: FIG. 1 is an axial section through a reaction turbine; Fig. 2 is an axial section through a rapid device for adjusting the impeller relative to the diffuser; Fig. 3 is a section along line III-HI full Flg. 2; Fig. 4 is a section on the line IV-IV of Fig. 2;
Fig. F; shows a section along line VT in Fig. 1, and Fig. 6 shows a perspective view of half of a sleeve on which the impeller sits, and a guide rod with 1, the impeller of a reaction turbine is designated, which through the separation walls \ 'and 3, the shape of which is adapted to the course of the flow threads, is divided into three partial impellers I, II and III.
The known white by rotating blades adjustable diffuser 4 is built for a maximum amount of water, as is the running wheel 1, whose entry height is equal to the height of the diffuser. Each of the partial impellers I. II and III can use a third of the maximum amount of water.
In the drawing voltage, the impeller is shown shifted in the axial direction relative to the stator and the partial impellers I and II are applied in this position of the impeller, while III is ineffective. The running wheel will be brought into this position when the amount of water to be used has fallen to y / 3 of the maximum amount of water.
The displacement of the impeller relative to the idler is achieved in the following way. The impeller hub is fixed on a bushing 5 which is divided in the axial direction, for example by means of wedges 6. Dlit the two halves of the sleeve 5 is a rod 7 and 3 firmly connected, which rods are guided in trapezoidal grooves of the shaft 9, which are arranged diametrically opposite one another. The outer boundary surface of the rods is curved according to the radius of the shaft, so that they complement the shaft with a full ZSlinder cross step.
To prevent displacement of the bushing halves 5 in the axial direction against each other, the same are interlocked at <B> 10 </B> and 11. At their ends opposite the ends which are fastened to the bushing, the stems 7 and 8 are provided with segments 12 and 13 which carry screw threads. The two segments are connected to one another by rings 14 and 15 provided on their ends.
With the thread of the segments an annular nut 16 is in engagement, which, in order to avoid a displacement in the axial direction relative to the shaft au, with its two sides on one ring 17 respectively. 18 is applied, which latter segment-shaped tabs 19 respectively. 20, which are firmly connected to the shaft 9 by screws 21.
If the ring nut 16 is now rotated by any means in one direction or the other, the rods 7 and 8 are displaced in one direction or the other along the turbine shaft 9, and thus also the running wheel along this shaft and thus so many partial impellers are exposed to the impact that is best for utilizing the current amount of water.
In Fig. 1, a shim 22 is fixedly provided on the shaft 9 to balance the Re action pressure of the impeller.
By the water turbine according to the invention it is achieved that apart from the usual union known adjustment arr temporary load fluctuations, which is achieved by the controllability of the diffuser, the turbine can be adapted to the fluctuations in the conditions of the water supply extending over longer operating periods and exploits these conditions with the best possible efficiency.