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Leitschaufel für Wasserturbinen, insbesondere für Kaplanturbinen Die
Erfindung bezieht sich auf eine, neue, Aushildung einer Leitschanfel für Wasseiturbinen,
insbesondere Kaplanturbinen, deren Schalifelblatt und Schaufelschaft lösbar miteinander
verbunden sind und die durch Angriff der Regulierkräfte. an einem der über die Schaufel
hinausragenden Schaftstummel geschwenkt wird, wobei der mit dem Regulierappaxat
verbundene Schaftstummel in zwei Radiallagern und der andere Schaftstummel in einem
weiteren Radiallager gelagert ist Mit der zunehmenden Größe der- Turbinenanlagen
treten auch die! Auflösung und, die., Durchbildung von Leitschaufelkonstruktionen
in den Vordergrund. Insbesondere zwingen die- Gewichte., Abmaße, die, Heirstellung
und Bearbeitung und der Ein, und Ausbau großer Leitsch,aufeln zu handlicheren. Konstruktionen.
Vornehmlich ist aber bei größter Einfachheit auf die beste festigkeitsmäßige- Ausnutzung
des verwendeten Werkstoffes und auf eine möglichst reibungsfreie Lagerung jeder
Leitschaufel großer Wert zu legen.
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Im allgemeinen haben sich Leitschauf eln fürWasserturbinen, besonders
für Kaplanturbinen., bei denen das Schaufelblatt mit dem oberen und unteren Zapfen
in einem Stück aus Stahlguß gegossen, ist, trotz bekannter Schweißkonstruktionen
gut bewährt und sich bis heute behauptet. Der Grund hierfür ist insbesondere darin
zu erhlicken, daß diese Bauart gegenüber den Schweißkonstruktionen große Biegefestigkeit
erzielt und die Zapfen nur geringe Durchbiegungen aufweisen, was eine verhältnismäßig
leichtei und die Re,-gelung nicht störende, Schwenkung der, Leitscha.Ufeln in den
Lagerungen ermöglicht.
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Dem großen. Vorteil stehen aber beträchtliche Erzeugungsschwierigkeiten
und Montagemängel entge-'-,en.
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So, bilden die schroffen Quer'schnittsänderungen beim übergang der
Zapfen züm Schaufelblatt stets eine Gefahr für Lunker- und Rißbildung, und die er,-forderlichen
langen Formkasten und manchmal auch das Vorwerfen des Gußrohlings, das dann ein
langwieriges Ausrichten erfordert, verteuern die Fertigung.
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Ein 'Nachteil liegt auch in der Schwierigkeit des Ein- und Ausbaues
solcher Leitschaufeln mit ang&-gossenen, Zapfen oder einer analogen Schweißkonstruktion,
insbesondere dann, wenn. eine Instand7 setzung eines unteren: Zapfenlagers nötig
wird. Umfangreiche Demontagearbeiten11 wie Abheben des Leitraddeckels, des Regelringes
usw., sind hierbei erforderlich. Für den Ausbau solcher Leitschaufeln, einzeln.
oder paarweise, müssen gesondert herausii#e,hrnba,re# Einsätze im Leitraddeckel
und Leitradring angeordnet werden. Bei großen Maschinen. werden sogar begehbare
Ringstollen unter dem Leitra,dring ange irdnet, um einen, bequemen Ausbau der unteren
Zapfenlager vornehmen zu können. Diese Maßnahme schwächt jedoch das Fundament der
Maschine und verteuert die Anlage.
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Es slind wohl Schweißkonstruktionen von, Leitschaufeln bekannt, bei
denen die Zapfen, als durchs Schäfte ausgebildet sind und die! Leitschauf eln, zwecks
Demontage zweiteilig sind. Der Vorteil großer Bieigesteifigkeit von Leitschaufeln
und Zapfen, wie es deren Lagerung erfordert, ist jedoch hierbei nur in geringem
Maße berücksichtigt. Ebenso, sind alle ihre Lagerungen, gleichgültig ob für Guß-
oder Schweißkonstruktion, starr und unnachgiebig ausgebildet, und auch die Schaftausbildung
zeigt keine Tendenz für ein elastisches Verhalten. Die Lagerreibungen sind daher
ungewöhnlich. hoch.
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Ziel der Erfindung ist es, die an sich bekannte Konstruktion einer
Leitschatifel mit getrenntem Schaft so zu erstellen, daß bei ihr der wasserbeaufschlagte
Teil entsprechend der einteiligen Ausführung möglichst biegesteif, weiter der Schaft
fast nur auf Torsion bean.sprucht wird und daß bei ihr die Lagerstellen bzw. auch
Teilei des Schaftes nachgiebig ausgebildet werden.
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Die Konstruktion muß hierbei sowohl für Schaufelblätter aus Stahlguß
als auch für solche in. Schweißbauart gleicherweise geeignet sein, und alle die
angeführten Mängel der älteren Bauarten. ausschalten.
Demgemäß ist
es von. besonderem Vorteil, eine dehnungsf reie#. verläßliche, Bef estigung zwischen
Schaufelschaft und Schaufelblatt vGrzusehen.
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Das Hauptmerkma,1 der Erfindung besteht darin, daß der durchlaufende
Schaft am antriebsseitigen Ende deor Schaufel einen. Ringflansch aufweist, mittels
dessen der Schaft mit dem Schaufelblatt drehfest ve,-r bunden# ist, wo-bei der Schaft
in der Bohrung des Schaufelblattes an mehreren möglichst gleichmäßig verteilten
Stellen durch Fest- oder Preßsitze geführt ist, und daß die Lagerungen des Schaftes
kippbewegliche Lagerschalen aufweisen.
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Es ist nötig, eine besonders verläßliche Verbindung zwischen Ringflansch
und Schaufelblatt anzuwenden. Ein erfindungsgernäßer Vorschlag geht dahin, daß der
Ringflansch des Schaftes im Schaufelblatt durch in 'beide Teile eingelassene Hülsen
zentriert ist, wobei die Hülsen mindestens einen Teil der Verbindungsschrauben koaxial
umhüllen.
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Um eine freie Berveglichkoit der Leitschaufel in ihren, Lagerungen
zu sichern, wird vorgeschlagen, daß die Lagerschalen. der Leitschaufellagerungen
außen ballig ausgeführt sind,.
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Eine weitere, Maßnahme. zur Verbilligung ist darin gegeben, daß der
antriebsseitige Schaftstummel jenseits des mittleren Lagers auf den Durchmesser
reiner Torsionsbeanspruchung abgesetzt ist.
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Eine weitgehende Nachgiebigkeit und Entlastung des oberen Lagers wird
dadurch erreicht, daß der antriebsseitige! Schaftstummel jenseits des mittleren
Lagers auf einem Teil seiner Länge wellrohraxtig ausgeführt ist.
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Erfindungsgemäß sind auch für die Schmiennitte,1-zufuhr zum unteren
Lager, die vornehmlich bei Großanlagen einer sorgfältigen Ausbildung bedarf, eigene
Maßnahmen vorgesehen. Eine solche Ausführung geht dahin, daß der Schaft an beiden
Enden mit Sackhoh# rungen versehen ist, die über radial gerichtete Schaftbohrungen
und über die Hohlräume, zwischen Schaft und Schanfelblattnahe und durch, Nuten im
Schaft und/oder in der Scbaufelblattnabe an den Stellen der Fest- oder Preßsitze
miteinander in Verl>indung stehen. Es ist bekannt' Schmiermittel durch eine
sich durch die Welle erstreckende Längsboh.rung und da,-von abgezweigte Querbohrungen
Wellenlagerungen zuzuführen. Dabei muß die Längsbohrung in der Wellc bis zu; der
Abzweigung z= letzen zu schmierenden Lagerstelle gebohrt worden, was fertigungstechnisch
mit Schwiexigkeiten verbunden. ist. Diese Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß
durch die Ausnutzung der Hohlräume zwischen. Schaft und Schattfelblattnabe und durch
die Ausbildung von Nuten im Schaft und/oder in der Schaufelblattnabe für die Schmiermittelzufuhr
beseitigt.
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Die Zufuhr von Sch-miermittel unter Druck erfordert aber eine allseitige
Dichtheit der Räume, durch die dieses fließt. Ein erfindungsgemäßer Vorschlag geht
dahin, daß an beiden Stirnflächen des Schaufelblaues Dichtungen bekannter Axt zwischen
dem Schaft und dem Schaufelblatt angeordnet sind.
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3#z4 der vorgeschlagenen Leitschanfed ist es an sich gle,ich, ob.
das Schanfelblatt aus Gußeisen, Stahlguß od. dgl. bestelit oder ob es in Schweißkonstruktion,
hergestellt ist. Lediglich bei Großanlagen wird meist auf eine Leichtbauweise Wert
gelegt. Für eine den oben gekennzeichneten, Verhältnissen angepaßte Schweißkonstruktion
gibt die Erfindung ebenfalls eine Anleitung. Diese besteht vorzugsweise darin, daß
das Schaufelblatt aus einem Rohr als Hauptträger besteht, an das an beiden Enden,
Ringflansche, sowie., gegebenenfalls abschließen-de Stirnbleche und dazwischen verteilt
Verstärkungsrippen und darüber in an sich bekannter Weise die an der Rohrperipherie
geteilten Leitbleche angeschweißt sind.
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Hierbei ist es aus Herstellungsgründen vorteilhaft, daß das in Strömungsrichtung
gesehene vordere, beiderseits am Rohr angeschweißte Leitblech in an sieh bekannter
Weise in der Mitte seiner Stirnfläche geteilt und geschweißt ist.
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ln der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine allgemeine Anordnung in einem Längsschnitt
durch eine Leitschaufel und deren Lagerungen so-wie den, dazugehörigen Schaft in
Ansicht; Fig. 2 zeigt eine Stin-iansicht dieser Teile und Fig. 3 eine Draufsicht
auf den Schaft; Fig. 4 und 5 stellen, beispielsweise Details der Beifestigung
und Abdichtung zwischen Schaft und Schaufelblatt im Schnitt vergrößert dar; Fig.
6 zeigt eine Sonderausführung des oberen Schaftteiles im Schnitt; Fig.
7 stellt eine Schweißkonstruktion des Schaufeablattes im Längsschnitt dar
und Fig. 8 diese zur Hälftei in Seitenansicht und zur anderen Hälfte
im Schnitt nach Linie I-I der Fig. 7.
Aus der allgemeinen Anordnung
nach Fig. 1 ist ersichtlich, daß die, Leitschattfel, bestehend aus dem Schattfelblattl
und dem Schaft 2, im Bodenlager3, einem mittleren Lager 4 und einem äußeren Lager
5
gelagert ist. Der Angriff der Regelorgane erfolgt an dem über das äußere
Lager 5 vorstehende Schaftende durch Hebel od. dgl. Das Schaufelblatt
1 ist durch einen Ringflansch 6 des Schaftes 2 mit diesem fest verbunden,
zu welchem Zweck auch das Schanfelblatt mit einem verstärkten oberen Flansch
7 versehen ist. Zur gemeinsamen Aufnahme der im Betriebe entstehenden Biegungsbeanspruchungen,
im Schaufedblatt sind mehrere Paßstellen 8 in, seiner Bohrung vorgesehen,
in welche der Schaft eingepreßt wird. Die Befestigung des Ringflansches
6 am Flansch 7 des Schaufelb,lattes 1 erfolgt zweckmäßig drehfest
durdi Zusa,mmenschrauben, im gezeichneten Fall mittels eingeriebener konischer oder
zylindrischeT Büchsen 9 und Kopfschrauben10, die durch Federringell gesichert sind.
Die Schtniermittel werden dem unteren Lager 3 möglichst unter Druck von außen
her zugeführt, so, daß im Fundament jeder ZugangskanaJ entfallen kann. Wie in Fig.
1 und 4 ersichtlich, sind im Schaft obeh und unten Bohrungen 12 und
13 vorgesehen, die über die Hohlräume zwischen der Nabe des Schaufelblattes
1 und dem Schaft 2 sowie über die Nuten 14 miteinander in Verbindung stehen.
Zur Ab-
dichtung des ständig oder zeitweise unter Druck stehenden Schmiermittels
ist zwischen dem Ringflansch 6 und dem Flansch 7 des Schauf elblatte-,
1, wie in Fig. 4 ersichtlich ist, eine Dichtung 15 und an, der unteren
Stirnfläche des Schaftes, wie in Fig. 5 dargestellt, eine Dichtung
16 angeordnet. Der hohe seitliche Druck des Wassers auf das Schaufelblatt
und der Druck oder Zug der Regelorgane am oberen Schaftende bedingen derzeit
verstärkte DurchrneisseT am mittleren Schaftlager 4. Eine Spannungsentlastung bietet
die in Fig. 1 ersichtliche kugelbewegliche# Ausbildung der Lager
3, 4 und 5. Eine teilweise Freistellung der BeweglIchkeit im Schaftteil
oberhalb des mittleren Lagers 4 durch eine, nachgiebige, z. B. wellrohrartige: Ausbildung
17 dieses Schaftteiles erlaubt es, auch den, Schaftdurchmesser im mittleren
Lager 4 gleich oder fast gleich jenem des unteren, Schaftzapfens im Lager
3 zu I>emessen.
Während in Fig. 1 eine! Leitschaufel
mit einem Schaufelblatt 1 aus Stahlguß oder Gußeisen gezeigt ist, wird in
Fig. 7 eine; solche in, Leichtkonstruktion dargestellt. Insbesondere bei
Großanlagen wird Weirt auf geringeis Gewicht gelegt. In Fig. 7 und
8 ist eine geschweißte Ausführung eines Leitschaufelblattes beiispielsweise
dargestellt. Auf einem rohrförmigen Körper 18 ist oben das Flanschstück
19 und unten das Flanschstück 20 angeschweißt. Weitere Verstärkungsrippen,
21 und, die genannten Teile sind mit den Schaufelblochen,22, 23 und 24,
25 verschweißt. Die Schaufelbleche selbst sind im gezeichneten Falle aus
Herstellungsgründen, längs der Mitte der Stirnfläche geteilt und ebenso wie- am
Schwanz der Schaufel zusammengeschweißt. Statt des Rohrstückes 18 kann. wahlweise
auch ein vierflächiger Körper od. dgl. verwendet werden.