CS261220B2

CS261220B2 - Through-flow turbine

Info

Publication number: CS261220B2
Application number: CS845629A
Authority: CS
Inventors: Karl-Friedrich Ossberger; Peter Partzsch
Original assignee: Ossberger Turbinen
Priority date: 1983-07-29
Filing date: 1984-07-23
Publication date: 1989-01-12
Also published as: PL248946A1; ES8504346A1; ES534705A0; AU562889B2; US4579506A; JPS6085259A; PL146546B1; DE3461000D1; CS562984A2; BR8403744A; TR22635A; EP0132801A2; EP0132801A3; DE3327457C1; JPH0262709B2; EP0132801B1; ATE22965T1; AU3124984A

Description

Vynález se týká průtokové turbiny s oběžným kolem protékaným bez rázů radiálně z vnějšku dovnitř, uvnitř kola mimo jeho osu a pak radiálně z vnitřku kola ven, obsahující kanál skříně tělesa turbiny s uloženým oběžným kolem a vtokovým a výtokovým hrdlem, dále ve vtokovém hrdle otočně uspořádanou vodicí lopatkou, která v uzavřené poloze uzavírá vtokové hrdlo přilehnutím na protilehlé stěny skříně tělesa turbiny a v ostatních polohách dělí vtokové hrdlo do dvou vtokových kanálů, přičemž na vtokové hrdlo je připojeno přívodní potrubí a na výtokové hrdlo výtokové potrubí, probíhající svisle a vytvořené jako savka.

Průtokové turbiny tohoto druhu jsou známy, například z Leuger, Lexikon der Technik, svazek 6, stránka 258, nebo z patentových spisů DE-PS 707 838, 815 780 a 895 279 přihlašovatelky tohoto vynálezu. U těchto průtokových turbin je přívodní potrubí uspořádáno svisle. К docílení vtoku proudu do oběžného kola bez rázu udělují vodicí lopatka a vtokové hrdlo kanálu skříně tělesa turbiny proudění takový směr, že výslednice proudění při vstupu do oběžného kola má svislou složku. To má však v důsledku, Že proudění vystupuje z oběžného kola se značnou vodorovnou pohybovou složkou, což vede к výtokovým ztrátám a ztrátám víření.

Rovněž při vodorovném přítoku známém například z patentového spisu DE-PS 178 228 nelze dosud zabránit, aby proudění neopouštělo oběžné kolo se značnou vodorovnou pohybovou složkou.

Ze stavu techniky, například z patentových spisů DE-PS 347 271, DE-PS 383 134 a 388 530 jsou známa uspořádáním průtokových turbin, z nichž proudění alespoň teoreticky vystupuje z oběžného kola vertikálně. Jelikož však při tom jde o průtokové turbiny bez vodicí lopatky, lze v praxi těžko docílit skutečně svislý výstup proudění z oběžného kola.

Úkolem vynálezu je další vývoj průtokové turbiny shora popsaného druhu, který by dovolil snížení ztrát v oblasti* výtokového hrdla kanálu skříně tělesa turbiny.

Úkol byl podle vynálezu vyřešen pro průtokovou turbinu s oběžným kolem uloženým v kanálu její skříně, protékaným bez rázů radiálně mimo osu oběžného kola z vnějšku dovnitř a dále radiálně z vnitřku ven, vtokovým a výtokovým hrdlem skříně a otočně uspořádanou rozváděči lopatkou ve vtokovém hrdle průtokového kanálu skříně, která v uzavřené poloze toto hrdlo uzavírá přilehnutím na protilehlé stěny skříně a která v ostatních polohách dělí vtokové hrdlo skříně a průtokový kanál skříně ve dva vtokové kanály, přičemž na vtokové hrdlo skříně je připojeno výtokové potrubí probíhající svisle a tvořící savku, tak že mezi vodorovným přívodním potrubím a svislým výtokovým potrubím tvoří skříň tělesa turbiny 8 kanálem skříně tělesa turbiny s oběžným kolem a rozváděči lopatkou koleno o vtokovém hrdle a výtokovém hrdle větší průřez než má vtokové hrdlo skříně tělesa turbiny a první vtokový kanál jako část kanálu skříně tělesa turbiny je tvořen vnitřním povrchem přímé vnitřní stěny skříně tělesa turbiny а к němu přivráceným a s ním rovnoběžným přímým horním povrchem odtokové hrany vodicí lopatky, přičemž oba povrchy svírají s vodorovnou rovinou úhel v mezích 12° až 20°, zejména 16° a dále druhý vtokový kanál jako část kanálu skříně tělesa turbiny je tvořen přímým horním povrchem stěny skříně tělesa turbiny а к němu přivráceným a s ním rovnoběžným přímým .dolním povrchem odtokové hrany vodicí lopatky, takže oba přímé povrchy svírají s vodorovnou rovinou úhel v mezích 40° až 50°, zejména 45°.

Dále podle vynálezu je skříň tělesa turbiny opatřena na jedné straně oběžného kola prvním postranním prostorem a na protilehlé straně oběžného kola druhým postranním prostorem a takto vytvořené výtokové hrdlo skříně tělesa turbiny je připojeno к výtokovému potrubí.

Rovněž podle vynálezu je druhý postranní prostor omezen stěnou skříně tělesa turbiny, vybíhající ze skříně tělesa turbiny к oběžnému kolu, jejíž povrch přivrácený к oběžnémukolu svírá s vodorovnou rovinou úhel v mezích 50° až 70°, zejména 60°.

Konečně podle vynálezu je první postranní prostor skříně tělesa turbiny opatřen větracím ventilem, s nímž je spojen potrubím druhý postranní prostor kanálu skříně tělesa turbiny.

Výhodou vyřešení podle vynálezu je, že přes použití vodorovného přívodního potrubí, vystupuje proudění z oběžného kola svisle, což snižuje výtokové ztráty a ztráty vířením, ve výtokovém hrdle kanálu skříně tělesa turbiny.

U průtokových turbin popsaného druhu má mít savka pokud lze co největší průřez. К rozšíření kanálu skříně tělesa turbiny na průřez savky je u známých průtokových turbin, například podle patentového spisu DE-PS 815 780, opatřeno výtokové hrdlo kanálu skříně tělesa turbiny na straně oběžného kola odvrácené od přívodního potrubí obloukovým postranním prostorem. Tento postranní prostor je spojen větracím ventilem zatíženým pružinou s atmosférou tak že podtlak v savce nemůže klesnout pod předem danou hodnotu, čímž se hladina vody v savce udržuje pod nejnižším bodem oběžného kola.

Jelikož u průtokové turbiny podle vynálezu vystupuje proudění z oběžného kola svisle, lze výtokové hrdlo kanálu skříně tělesa turbiny rozšířit po obou stranách oběžného kola. Na straně postranního prostoru protilehlé, lze v důsledku toho podle vynálezu uspořádat druhý postranní prostor zvětšující průřez kanálu skříně tělesa turbiny.

Tento druhý postranní prostor je rovněž spojen a okolním ovzduším za účelem zabránění ztrát vířením, které by v něm jinak nastaly.

Příklad provedení předmětu vynálezu bude v dalším popsán ve vztahu к připojenému výkresu, na němž je znázorněna průtoková turbina podle vynálezu v schematickém nárysném řezu.

Znázorněná průtoková turbina sestává z oběžného kola 2 ^s věncem obloukově vytvořených lopatek £. Oběžné kolo .2 upevněné na vodorovném hřídeli 2 ^se otáčí v kanálu 10 skříně 2 tělesa turbiny.

Kanál 10 skříně 2 tělesa turbiny má vtokové hrdlo 12 a výtokové hrdlo 14. Na vtokové hrdlo 12 je připojeno vodorovné přívodní potrubí 16 pravoúhelníkového průřezu a na výtokovém hrdle 14 přechází kanál 10 skříně jJ tělesa turbiny do svisle probíhajícího výtokového potrubí 18, rovněž pravoúhelníkové průřezu, tvořícího savku.

Ve vtokovém hrdle 12 je uspořádána vodicí lopatka 20 otočná hřídelem 22 kolem vodorovné osy. Vodicí lopatka 20 má přední nosovou část 24 а к ní pod úhlem asi 45° skloněnou odtokovou hranu 26.

Vodicí lopatka 20 dělí vtokové hrdlo 12 do dvou vtokových kanálů 12a, 12b, přičemž je na výkrese znázorněna v poloze zcela otevřené. První vtokový kanál 12a je tvořen přímým horním povrchem 28 odtokové hrany 26 a jí sousední rovněž přímou vnitřní stěnou 30 tělesa skříně 2 turbiny. Přímý horní povrch 28 odtokové hrany 26 vodicí lopatky 20 a přímá vnitřní stěna 30 skříně 2 tělesa turbiny svírají s vodorovnou úhel b v mezích 12° až 20°, zejména 16°, přičemž za všech okolností přímý horní povrch 28 odtokové hrany 26 vodicí lopatky 20 a přímá vnitřní stěna 30 skříně 8 tělesa turbiny probíhají vzájemně sbíhavé, aby první vtokový kanál 12a při zcela otevřené vodicí lopatce 20 měl ve směru proudění nepatrně se zúžující průřez.

Druhý vtokový kanál 12b je tvořen přímým dolním povrchem 32 přední nosové části 24 a protiležícím přímým horním povrchem 36 stěny 34 skříně J3 tělesa turbiny. Přímý dolní povrch 32 přední nosové části 24 vodicí lopatky 20 a přímý horní povrch 36 stěny 34 skříně jí tělesa turbiny svírají při zcela otevřené vodicí lopatce 20 s vodorovnou rovinou úhel c v mezích 40° až 50°, zejména 45°, přičemž i v tomto případě se druhý vtokový kanál 12b nepatrně zúžuje ve směru proudění za účelem urychlení proudu.

Vodicí lopatka 20 je pohyblivá ze zcela otevřené polohy, znázorněné na výkrese, přes mezipolohy do uzavřené polohy, v níž odtoková hrana 26 doléhá na přímou vnitřní stěnu skříně 2 tělesa turbiny a přední nosová část 24 doléhá na stěnu 34 skříně 2 tělesa turbiny a tím vtokové hrdlo 12 uzavírá.

Výtokové hrdlo 14 má na pravé straně, podle vyobrazení, rozšířený první postranní prostor 40, tvořený zakřivenou stěnou skříně 2 tělesa turbiny. Na levé straně výtokového hrdla 14, podle vyobrazení, se nalézá druhý postranní prostor 42, poněkud menší, vytvořený dolním povrchem 44 stěny 34 skříně £ tělesa turbiny a její svislou stěnou. První postranní prostor 40 a druhý postranní prostor 42 zvětšují průřez kanálu 10 skříně £ tělesa turbiny na průřez výtokového potrubí £8, teoreticky nekonečně velikého, který však v praxi je dvojnásobkem průřezu vtokového hrdla 12.

Aby hladina vody ve výtokovém potrubí 18 nestoupala nad nejdolejší hranu oběžného kola 2, je první postranní prostor 40 odvětrán do atmosféry větracím ventilem 46 pružinou zatíženým, takže podtlak v rozšířeném prvním postranním prostoru 40 nemůže klesnout pod stanovenou hodnotu.

Jakkoli musí stačit teoreticky větrání rozšířeného prvního postranního prostoru 40 к udržení určitého stavu hladiny ve výtokovém potrubí £8, ukázalo se v praxi, že lze zmenšit ztráty vířením způsobené otáčením oběžného kola 2 v druhém postranním prostoru 42 také jeho odvětrání do okolní atmosféry. Za tím účelem je na druhý postranní prostor 42 připojeno potrubí 48, které je spojeno (neznázorněno) přes větrací ventil 46 s okolní atmosférou.

V provozu proudí voda z vodorovného přívodního potrubí 16 vodorovně do vtokového hrdla 12, v němž se vodní proud dělí vodicí lopatkou 20 probíhající celou šíří vtokového hrdla 12 do dvou dílčích proudů, které protékají prvním vtokovým kanálem 12a a druhým vtokovým kanálem 12b a které se za odtokovou hranou 26 vodicí lopatky 20 opět spojují. Spojený proud vstupuje v oblasti mezi odtokovou hranou 26 vodicí lopatky 20 a dolním koncem přímé vnitřní stěny 30 skříně £ tělesa turbiny do oběžného kola 2, Jak naznačuje šipka proudění probíhá tak, že výslednice svírá s vodorovnou rovinou úhel a v mezích 30° až 50°, zejména 40°. Geometrie proudového kanálu 10 skříně £ tělesa turbiny a oběžných kanálů lopatek £ oběžného kola 2, jakož i počet otáček oběžného kola 2 jsou tak voleny, že proudění vstupuje do oběžného kola 2 turbiny bez rázů. ‘

Jak naznačeno čárkovaně, probíhá proudění uvnitř oběžného kola 2 mimo jeho osu a vystupuje v oblasti jeho dolního obvodu z oběžného kola 2 ven. Přitom výslednice proudění je svislá, jak naznačeno Šipkou 52. V prvním vtokovém kanálu 12a probíhá tím výslednice šikmo dolů pod úhlem b vůči vodorovné rovině v mezích 12° až 20°, zejména 16°, zatímco výslednice proudění ve druhém vtokovém kanálu 12b probíhá šikmo vzhůru pod úhlem c v mezích 40° až 50°, zejména 45° к vodorovné rovině. Tím jsou žádané vtokové a výtokové poměry na oběžném kole 2 spolehlivě docíleny.

V mezipolohách vodicí lopatky 20, tedy při částečném zatížení je průběh proudění, alespoň teoreticky, tentýž.

Na základě tohoto průběhu proudění, zvláště v důsledku Svislého výtoku proudu a na základě dvojitého odvětrání výtokové oblasti dochází ke snížení výtokových ztrát a ztrát vířením ve výtokovém hrdle 14 a tím к vyšší účinnosti turbiny.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Průtoková turbina s oběžným kolem uloženým v kanálu její skříně, protékaným bez rázů radiálně mimo osu oběžného kola z vnějšku dovnitř a dále radiálně z vnitřku ven, vtokovým a výtokovým hrdlem skříně a otočně uspořádanou rozváděči lopatkou ve vtokovém hrdle průtokového kanálu skříně, která v uzavřené poloze toto hrdlo uzavírá přilehnutím na protilehlé stěny skříně a která v ostatních polohách dělí vtokové hrdlo skříně a průtokový kanál skříně ve dva vtokové kanály, přičemž na vtokové hrdlo skříně je připojeno přívodní potrubí a na výtokové hrdlo skříně je připojeno výtokové potrubí probíhající svisle a tvořící savku, vyznačená tím, že mezi vodorovným přívodním potrubím (16) a svislým výtokovým potrubím (18) tvoří skříň (8) tělesa turbiny s kanálem (10) skříně (8) tělesa turbiny, oběžným kolem (2) a vodicí lopatkou (20) koleno o vtokovém hrdle (12) a výtokovém hrdle (14) většího průřezu než má vtokové hrdlo (12) skříně (8) tělesa turbiny a první vtokový kanál (12a) jako část kanálu (10) skříně (8) tělesa turbiny je tvořen vnitřním povrchem (30a) přímé vnitřní stěny skříně (8) tělesa turbiny а к němu přivráceným a s ním rovnoběžným přímým horním povrchem (28) odtokové hrany (26) vodicí lopatky (20) , přičemž oba povrchy (28, 30a) svírají s vodorovnou rovinou úhel (b) v mezích 12° až 20°, zejména 16°, a dále druhý vtokový kanál (12b) jako část kanálu (10) skříně (8) tělesa turbiny je tvořen přímým horním povrchem (36) stěny (34) skříně (8) tělesa turbiny а к němu přivráceným a s ním rovnoběžným přímým dolním povrchem (32) odtokové hrany (26) vodicí lopatky (20), takže oba přímé povrchy (32, 36) svírají s vodorovnou rovinou úhel (c) v mezích 40° až 50°, zejména 45°.
2. Průtoková turbina podle bodu 1, vyznačená tím, že skříň (8) tělesa turbiny je opatřena na jedné straně oběžného kola (2) prvním postranním prostorem (40) a na protilehlé straně oběžného kola (2) druhým postranním prostorem (42) a takto vytvořené výtokové hrdlo (14) skříně (8) tělesa turbiny je připojeno к ví/tokovému potrubí (18).
3. Průtoková turbina podle bodu 2, vyznačená tím, že druhý postranní prostor (42) je omezen stěnou (34) skříně (8) tělesa turbiny, vybíhající ze skříně (8) tělesa turbiny к oběžnému kolu (2), jejíž dolní povrch (44) přivrácený к oběžnému kolu (2) turbiny svírá s vodorovnou rovinou úhel (d) v mezích 50° až 70°, zejména 60°.
4. Průtoková turbina podle bodu 2, vyznačená tím, že první postranní prostor (40) skříně (8) tělesa turbiny je opatřen větracím ventilem (46), s nímž je spojen potrubím (48) druhý postranní prostor (42) kanálu (10) skříně (8) tělesa turbiny.