DE102019101554A1

DE102019101554A1 - Leitapparat für eine Wasserkraftanlage und Verfahren zur Montage

Info

Publication number: DE102019101554A1
Application number: DE102019101554.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Schabasser; Stefan Vorwald
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Leitapparat für eine Wasserkraftanlage umfassend zwei Decks und eine Vielzahl von drehbar gelagerten Leitschaufeln, wobei jede Leitschaufel ein Schaufelblatt, einen ersten Zapfen und einen zweiten Zapfen umfasst, und wobei die Zapfen so mit dem Schaufelblatt verbunden sind, dass sie eine Drehachse definieren, und wobei sich das Schaufelblatt zwischen den Decks erstreckt, und wobei der Leitapparat ein Lagergehäuse zur Lagerung eines Zapfens umfasst, welches ein Verbindungselement umfasst, mittels welchem das Lagergehäuse mit einem der Decks lösbar verbunden werde kann, wobei eines der Decks eine Öffnung aufweist, welche so gestaltet ist, dass eine Leitschaufel durch die Öffnung ausgebaut werden kann, und der Leitapparat ein Verschlusselement umfasst, welches so in der Öffnung angeordnet ist, dass es in axialer Richtung der gelagerten Leitschaufel mit der den Schaufelblättern zugewandten Seite des Decks bündig abschließt, in welcher sich die Öffnung befindet, und wobei das Verschlusselement lösbar mit demselben Deck verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leitapparat für eine Wasserkraftanlage und ein Verfahren zur Montage eines solchen Leitapparates.
Aus dem Stand der Technik sind gattungsgemäße Leitapparate bekannt. Beispielhaft sei die US 3 360 241 genannt. Ein solcher Leitapparat umfasst ein erstes und ein zweites Deck sowie eine Vielzahl von drehbar gelagerten Leitschaufeln. Jede Leitschaufel umfasst ein Schaufelblatt, welches sich zwischen dem ersten und dem zweiten Deck erstreckt, und zwei mit dem Schaufelblatt verbundene und einander gegenüberliegende Schaufelzapfen, wobei die Schaufelzapfen eine Drehachse definieren. Ein Nachteil der bekannten Leitapparate ist dadurch gegeben, dass ein Ausbau der Leitschaufeln die Demontage eines der beiden Decks erzwingt. Dadurch gestaltet sich der Ausbau einer Leitschaufel sehr Zeit und Kosten-intensiv.
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, einen Leitapparat anzugeben, bei welchem eine Leitschaufel viel einfacher aus- und wieder eingebaut werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird durch einen Leitapparat mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Der Einbau einer zugehörigen Leitschaufel erfolgt gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

1 Leitapparat;
2 Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Leitapparat;
3 Detail eines erfindungsgemäßen Leitapparates;
4 Detail eines erfindungsgemäßen Leitapparates;
5 Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt einen Leitapparat für eine Wasserkraftanlage, welcher mit 1 bezeichnet ist. Der Leitapparat 1 umfasst ein erstes Deck, welches mit 2 bezeichnet ist, ein zweites Deck, welches mit 3 bezeichnet ist, und eine Vielzahl von drehbar gelagerten Leitschaufeln, von denen eine mit 4 bezeichnet ist. Jede Leitschaufel 4 umfasst ein Schaufelblatt, welches mit 5 bezeichnet ist, einen ersten Zapfen, welcher mit 6 bezeichnet ist, und einen zweiten Zapfen, welcher mit 7 bezeichnet ist. Dabei sind die Zapfen 6 und 7 so mit dem Schaufelblatt 5 verbunden, dass sie eine Drehachse definieren. Das Schaufelblatt 5 erstreckt sich zwischen dem ersten Deck 2 und dem zweiten Deck 3.
2 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Leitapparat, wobei nur zwei benachbarte Leitschaufeln und nur ein Teil des ersten Decks 2 dargestellt sind. Das erste Deck 2 weist Öffnungen auf, welche so gestaltet sind, dass eine Leitschaufel durch eine solche Öffnung ausgebaut werden kann. Eine der Öffnung ist mit 8 bezeichnet. Der dargestellte erfindungsgemäße Leitapparat umfasst ferner Lagergehäuse zur Lagerung der Zapfen 6 auf. Es ist dabei nur das Lagergehäuse dargestellt, welches zur linken Leitschaufel gehört, und mit 9 bezeichnet. Das Lagergehäuse 9 ist dabei lösbar mit dem ersten Deck 2 verbunden.
3 zeigt das erste Deck 2 und die Öffnungen 8 in einer anderen Ansicht. Es ist klar, dass eine Leitschaufel 4 durch eine Öffnung 8 in axialer Richtung aus dem Leitapparat 1 ausgebaut werden kann, da die Kontur der Öffnung 8 etwas weiter ist als die entsprechende Kontur einer Leitschaufel 4. Dabei ist von Vorteil, wenn die Öffnung 8 möglichst klein ausgeführt wird, um die strukturelle Festigkeit des ersten Decks 2 nicht allzu sehr zu schwächen. Wenn das erste Deck 2 jedoch dicker ausgeführt wird, können die Öffnungen 8 auch größer ausfallen, was den Ausbau der Leitschaufeln erleichtert.
4 zeigt ein Lagergehäuse 9, welches ein Verbindungselement umfasst, mittels welchem das Lagergehäuse 9 mit dem ersten Deck 2 lösbar verbunden werde kann. Das Verbindungselement ist mit 10 bezeichnet.
Da während dem Betrieb der Wasserkraftanlage Wasser zwischen den beiden Decks 2 und 3 hindurchströmt, würden die Öffnungen 8 den Fluss des Wassers stören, wenn dieselben nicht verschlossen werden würden. Daher umfasst der erfindungsgemäße Leitapparat 1 für jede Öffnung 8 ein Verschlusselement, welches in der jeweiligen Öffnung 8 angeordnet ist. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie die Verschlusselemente in den Öffnungen befestigt werden können.
4 zeigt ein Verschlusselement, welches mit 11 bezeichnet ist und welches mit dem Verbindungselement 10 des Lagergehäuses 9 verbunden ist. Dabei können die Elemente 10 und 11 aus einem Stück bestehen, oder jeweils ein separates Stück bilden, welche z.B. durch Schrauben miteinander verbunden sind. In der Ausführungsform gemäß 4 stellt das Verschlusselement 11 sozusagen einen Vorsprung des Verbindungselementes 10 dar. Zur Vermeidung der genannten Strömungsverlusten ist es von Vorteil, wenn das Verschlusselement 11 so ausgebildet ist, dass es im eingebauten Zustand die Öffnung 8 ausfüllt. Es ist jedoch klar, dass sich ein geringfügiger lateraler Spalt zwischen dem Verschlusselement 11 und dem ersten Gehäuse 2 nicht vermeiden lässt. In jedem Fall lässt sich das Verschlusselement 11 so ausführen und anordnen, dass es im eingebauten Zustand in axialer Richtung der betreffenden Leitschaufel 4 mit der den Schaufelblättern 5 zugewandten Seite des ersten Decks 2 bündig abschließt. D.h. die den Schaufelblätter 5 zugewandte Seite des ersten Decks 2 bildet zusammen mit der entsprechenden Oberfläche des Verschlusselementes 11 eine Fläche, welche im Übergangsbereich zwischen Deck 2 und dem Verschlusselement 11 keine Stufe aufweist. Das Befestigungselement 10 und das Verschlusselement 11 umfassen selbstverständlich jeweils ein Loch zur Durchführung des im Lagergehäuse 9 gelagerten Zapfens 6.
Die Verschlusselemente 11 können jedoch auch direkt mit dem jeweiligen Deck 2 oder 3 verbunden werden. Es ist klar, dass diese Verbindung lösbar ausgeführt sein muss, da bei einem Ausbau einer Leitschaufel 4 durch die Öffnung 8 das betreffende Verschlusselement 11 zuerst entfernt werden muss. In jedem Fall sind die Verschlusselemente 11 lösbar mit dem jeweiligen Deck 2 oder 3 verbunden, entweder direkt oder mittelbar über das jeweilige Verbindungselement 10 eines Lagergehäuses 9, wie im vorhergehenden Abschnitt beschrieben.
Die in den 2 bis 4 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leitapparates bezieht sich auf den Ausbau einer Leitschaufel durch das erste Deck 2 hindurch, welches meist als Turbinendeckel bezeichnet wird. Genauso gut ist jedoch auch ein Ausbau durch das zweite Deck 3 hindurch möglich. Dann befinden sich die Öffnungen 8 natürlich im zweiten Deck 3. Welches Deck für einen Ausbau gewählt wird, hängt im Allgemeinen von der jeweiligen Zugänglichkeit zu den Decks und sonstigen Randbedingungen der jeweiligen Wasserkraftanlage ab. In den meisten Wasserkraftwerken wird sich ein Ausbau durch den Turbinendeckel hindurch als vorteilhaft erweisen.
Es können alle Leitschaufeln für einen Ausbau durch eines der Decks vorgesehen sein. Dann ist für jede Leitschaufel 4 jeweils eine Öffnung 8 vorzusehen. Es kann aber auch nur eine Leitschaufel oder eine Teilmenge der Leitschaufeln für einen solchen Ausbau vorgesehen sein. Das kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn nur eine oder einige Leitschaufeln aufgrund ihrer Lage innerhalb des Leitapparates einem besonderen Verschleiß unterworfen sind. Dann ist nur für diese Leitschaufeln 4 jeweils eine Öffnung 8 vorzusehen. In jedem Fall ist für jede Öffnung 8 ein entsprechendes Lagergehäuse 9 vorzusehen.
Es ist auch denkbar, dass der Ausbau von einem Teil der Leitschaufeln durch das eine Deck und der Ausbau von einem anderer Teil der Leitschaufeln durch das andere Deck vorgesehen ist. Dann befinden sich natürlich einige Öffnungen 8 in dem einen Deck und die anderen Öffnungen 8 in dem anderen Deck. Da die Öffnungen 8 die Festigkeit der Decks schwächen, verteilt sich so dieser unerwünschte Effekt auf die beiden Decks und ist daher weniger schädlich, bzw. die Dicke der Decks muss nicht so stark erhöht werden, um die Festigkeit weiterhin zu gewährleisten. Daher kann es von Vorteil sein, wenn die Leitschaufeln reihum in alternierender Richtung ausgebaut werden können, d.h. eine Leitschaufel durch das eine Deck und die nächste Leitschaufel durch das andere Deck usw.
5 zeigt das Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Montageverfahrens. Das gezeigte Verfahren bezieht sich auf den Einbau einer Leitschaufel 4 in einen Leitappart 1. Das Verfahren wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 dargelegt. Das Verfahren umfasst zwei Schritte, welche sukzessive ausgeführt werden und welche mit V1 und V2 bezeichnet sind. Im Schritt V1 wird eine Leitschaufel 4 in den Leitapparat 1 eingebracht und im Schritt V2 wird die Leitschaufel 4 im Leitapparat 1 fixiert. Dabei werden im Schritt V1 ein Zapfen 7 und das Schaufelblatt 5 der Leitschaufel 4 durch eine Öffnung 8 in einem der Decks 2 hindurchgeführt. Im Schritt V2 werden ein Verschlusselement 11 und ein Lagergehäuse 9 so an diesem Deck 2 befestigt, dass das Verschlusselement 11 in der Öffnung 8 angeordnet ist, und dass die Leitschaufel 4 drehbar gelagert im Leitapparat angeordnet ist. Es ist klar, dass hierzu der andere Zapfen 6 der Leitschaufel 4 im Lagergehäuse 9 angeordnet sein muss. Dabei können das Verschlusselement 11 und das Lagergehäuse 9 entweder zu Beginn des Schrittes V1 über den Zapfen 6 gestülpt werden oder zu Beginn des Schrittes V2.
Die Demontage einer Leitschaufel gestaltet sich invers zum im vorherigen Abschnitt beschriebenen Montageverfahren. Dabei kann es notwendig sein, dass vor dem Hindurchführen des Schaufelblattes 5 und des Zapfens 6 durch die Öffnung 8 die Leitschaufel 4 in eine entsprechende Position gedreht wird. Dies kann entweder dadurch erreicht werden, dass der gesamte Leitapparat 1 vor dem Ausbau einer Leitschaufel 4 in eine entsprechende Position gefahren wird, oder indem die auszubauende Leitschaufel 4 manuell entsprechend verdreht wird.
Dadurch dass die Leitschaufeln 4 durch die Öffnungen 8 ein- und ausgebaut werden können, lässt sich mit Hilfe der erfinderischen Anordnung ein Ausbau der Decks 2 oder 3 bei der Wartung einer oder mehrerer Leitschaufeln 4 vermeiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3360241 [0002]

Claims

Leitapparat (1) für eine Wasserkraftanlage umfassend ein erstes Deck (2), ein zweites Deck (3) und eine Vielzahl von drehbar gelagerten Leitschaufeln (4), wobei jede Leitschaufel (4) ein Schaufelblatt (5), einen ersten Zapfen (6) und einen zweiten Zapfen (7) umfasst, und wobei die Zapfen (6, 7) so mit dem Schaufelblatt (5) verbunden sind, dass sie eine Drehachse definieren, und wobei sich das Schaufelblatt (5) zwischen dem ersten Deck (2) und dem zweiten Deck (3) erstreckt, und wobei der Leitapparat (1) ein Lagergehäuse (9) zur Lagerung eines Zapfens (6, 7) umfasst, welches ein Verbindungselement (10) umfasst, mittels welchem das Lagergehäuse (9) mit einem der Decks (2, 3) lösbar verbunden werde kann, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Decks (2, 3) eine Öffnung (8) aufweist, welche so gestaltet ist, dass eine Leitschaufel (4) durch die Öffnung (8) ausgebaut werden kann, und der Leitapparat (1) ein Verschlusselement (11) umfasst, welches so in der Öffnung (8) angeordnet ist, dass es in axialer Richtung der jeweiligen Leitschaufel (4) mit der den Schaufelblättern (5) zugewandten Seite des Decks (2, 3) bündig abschließt, in welcher sich die Öffnung (8) befindet, und wobei das Verschlusselement (11) lösbar mit demselben Deck (2, 3) verbunden ist.
Leitapparat (1) nach Anspruch 1, wobei für jede Leitschaufel (4) jeweils eine Öffnung (8) in einem der Decks (2, 3) und jeweils ein Lagergehäuse (9) mit einem Verbindungselement (10) und jeweils ein Verschlusselement (11) vorgesehen sind, wobei jeweils ein Verschlusselement (11) in jeweils einer Öffnung (8) angeordnet ist, und jeweils ein Zapfen (6, 7) von jeder Leitschaufel (4) von jeweils einem Lagergehäuse (9) gelagert wird.
Leitapparat (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Deck (2) ein Turbinendeckel ist und sich die Öffnung (8) im ersten Deck (2) befindet.
Leitapparat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verschlusselement (11) direkt mit einem der Decks (2, 3) verbunden ist.
Leitapparat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verschlusselement (11) mit dem Verbindungselement (10) verbunden ist.
Leitapparat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verschlusselement (11) und das Verbindungselement (10) aus einem Stück bestehen.
Verfahren zur Montage eines Leitapparates (1), gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren einen erste Schritt (V1) und einen zweiten Schritt (V2) umfasst, welche sukzessive ausgeführt werden, und wobei im ersten Schritt (V1) eine Leitschaufel (4) in den Leitapparat (1) eingebracht und die Leitschaufel (4) im zweiten Schritt (V2) im Leitapparat (1) fixiert wird, und wobei im ersten Schritt (V1) einer der Zapfen (6, 7) und das Schaufelblatt (5) der Leitschaufel (4) durch eine Öffnung (8) in einem der Decks (2, 3) hindurchgeführt werden, und im zweiten Schritt (V2) ein Verschlusselement (11) und ein Lagergehäuse (9) so an diesem Deck (2, 3) befestigt werden, dass das Verschlusselement (11) in der Öffnung (8) angeordnet ist, und die Leitschaufel (4) drehbar gelagert im Leitapparat (1) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Lagergehäuse (9) und das Verschlusselement (11) zu Beginn des ersten Schrittes (V1) über den anderen Zapfen (6, 7) der Leitschaufel (4) gestülpt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Lagergehäuse (9) und das Verschlusselement (11) zu Beginn des zweiten Schrittes (V2) über den anderen Zapfen (6, 7) der Leitschaufel (4) gestülpt werden.