DE102022106296A1

DE102022106296A1 - Pelton turbine

Info

Publication number: DE102022106296A1
Application number: DE102022106296.1A
Authority: DE
Inventors: Josef Erlach
Original assignee: Erlach & Erlach GmbH
Current assignee: Erlach & Erlach GmbH
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2023-09-21
Also published as: AT526022A1; AT526022B1

Abstract

Eine mehrdüsige horizontale Peltonturbine umfasst Becher (4) einer Becherbreite, wobei die Düsenkörper (15) an einem Gehäusering (16) befestigt sind, und wobei in einem Zwischenraum (19) zwischen dem Außendurchmesser (D1) eines Laufrades (2) und dem Innendurchmesser (d1) des Gehäuserings (16) eine Spaltweite (s) besteht. Die Peltonturbine ist dadurch gekennzeichnet,- dass die Spaltweite (s) weniger als zwei Becherbreiten beträgt,- dass der jeweilige Düsenkörper (15) an seiner Düsenmündung (21) eine Stirnfläche (20) aufweist, die teilweise in den Zwischenraum (19) hineinragt,- dass mindestens an einer Düse ein schwenkbarer Strahlablenker (30) an der Stirnfläche (20) anliegt, der in den Gehäusering (16) eingebettet ist und dessen Schwenkachse (31) im Gehäusering (16) abgestützt ist, und- dass die Düsenkörper (15) zum Gehäusering (16) abgedichtet sind.A multi-nozzle horizontal Pelton turbine comprises cups (4) of a cup width, the nozzle bodies (15) being attached to a housing ring (16), and in a space (19) between the outer diameter (D1) of an impeller (2) and the inner diameter ( d1) there is a gap width (s) in the housing ring (16). The Pelton turbine is characterized in that - the gap width (s) is less than two cup widths, - that the respective nozzle body (15) has an end face (20) at its nozzle mouth (21) which partially protrudes into the intermediate space (19), - that at least one nozzle has a pivotable jet deflector (30) on the end face (20), which is embedded in the housing ring (16) and whose pivot axis (31) is supported in the housing ring (16), and - that the nozzle body (15 ) are sealed to the housing ring (16).

Description

Die Erfindung handelt von mehrdüsigen horizontalen Peltonturbinen, die als einfache oder als TWIN-Turbine ausgeführt sind, mit Bechern einer Becherbreite b, welche Turbinen mit einem Stromgenerator durch eine gemeinsame mehrfach gelagerte Welle gekoppelt sind, und deren Düsen jeweils mit, von einem Verteilrohr ausgehenden Zulaufleitungen verbunden sind, wobei die Düsenkörper an einem Gehäusering befestigt sind, der auf seiner Innenseite Führungsflächen für Spritzwasser aufweist, und der in axialer Richtung beidseitig mit Gehäuseabdeckungen verbunden ist, und wobei in einem Zwischenraum zwischen dem Außen Durchmesser eines Laufrades und dem Innendurchmesser des Gehäuserings eine Spaltweite „s“ besteht.The invention concerns multi-nozzle horizontal Pelton turbines, which are designed as simple or TWIN turbines, with buckets of a bucket width b, which turbines are coupled to a power generator by a common multi-bearing shaft, and their nozzles each with feed lines extending from a distribution pipe are connected, the nozzle bodies being attached to a housing ring which has guide surfaces for splash water on its inside, and which is connected to housing covers on both sides in the axial direction, and a gap width in a gap between the outer diameter of an impeller and the inner diameter of the housing ring “s” exists.

In der Publikation WO 2008/003390 A1 ist eine horizontale Peltonturbine mit einem Zulaufsystem gezeigt, bei welcher bis zu sechs Düsenstrahlen an dem Laufrad angreifen und in der Patentanmeldung PCT/EP2005/012783 sind Lösungen für die Wasserabfuhr im Zwischenraum zwischen dem äußeren Laufraddurchmesser und dem Innendurchmesser eines Gehäuserings aufgezeigt. In beiden Darstellungen haben das Laufrad und der Generator eine gemeinsame Welle und das Laufrad ist überhängend zu einem ersten Radiallager angeordnet, um teurere Konstruktionen mit mehr Lagern zu vermeiden. Führungsflächen am Gehäusering, die den Spaltquerschnitt radial nach Außen vergrößern, führen das Spritzwasser aus dem Bereich des Gehäuserings. Deren Führungswirkung ist eher grösser, wenn die Spaltweite „s“ im Verhältnis zur axialen Erstreckung klein gehalten wird. Andererseits ist die radiale Ausdehnung der Führungsflächen dadurch beschränkt, dass noch genügend Platz für eine anschließende Einrichtung zur Umlenkung des Wasserstrahles, tangential vom Laufrad weg, vorhanden sein muss, wenn man aus mechanischen Gründen für ein Laufrad die axiale Breite des Gehäuses klein hält, um den Abstand des Laufrades zum nächsten Lager klein zu halten.In the publication WO 2008/003390 A1 A horizontal Pelton turbine with an inlet system is shown, in which up to six nozzle jets attack the impeller and in the patent application PCT/EP2005/012783 Solutions for water removal in the space between the outer impeller diameter and the inner diameter of a housing ring are shown. In both illustrations, the impeller and the generator have a common shaft and the impeller is arranged overhanging a first radial bearing to avoid more expensive designs with more bearings. Guide surfaces on the housing ring, which increase the gap cross-section radially outwards, guide the splash water out of the area of the housing ring. Their guiding effect is greater if the gap width “s” is kept small in relation to the axial extent. On the other hand, the radial expansion of the guide surfaces is limited by the fact that there must still be enough space for a subsequent device to deflect the water jet tangentially away from the impeller if, for mechanical reasons, the axial width of the housing is kept small for an impeller Keep the distance between the impeller and the next bearing small.

Dies zeigt sich auch in der Publikation der Zentrale von Naturno in Italien (Water Power, Publication Hydroart, März 1986 in: Pierre Henry, Turbomachines Hydrauliques, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes). Auf Seite 4 in den und ist eine TWIN-Turbine mit beidseitig an einer verlängerten Generatorwelle aufgesetzten Laufrädern und mit zwei Düsen pro Laufrad dargestellt, wobei der Abstand der Laufräder zum nächsten Lager klein gehalten ist.This is also evident in the publication of the headquarters of Naturno in Italy (Water Power, Publication Hydroart, March 1986 in: Pierre Henry, Turbomachines Hydrauliques, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes). On page 4 in the and A TWIN turbine is shown with impellers attached to both sides of an extended generator shaft and with two nozzles per impeller, whereby the distance between the impellers and the next bearing is kept small.

Eine generelle Überlegung ist, dass mit bis zu sechs Düsen pro Laufrad eine entsprechende Wassermenge bzw. Leistung übertragen wird, die bei Lastabwurf des Generators zu nicht zulässigen Überdrehzahlen führt, welche auch nicht durch schnell schließende Düsen abgefangen werden könnten.A general consideration is that with up to six nozzles per impeller, a corresponding amount of water or power is transferred, which leads to impermissible overspeeds when the generator load is shed, which cannot be absorbed by quickly closing nozzles.

Strahlablenker, die dieses Problem lösen, findet man in vertikal angeordneten Peltonturbinen, deren Wasserabfuhr jedoch anders als bei horizontal angeordneten Peltonturbinen gestaltet ist. Die Gehäuse für vertikale Peltonturbinen weisen große Gehäusedimensionen vertikal und horizontal auf, um das Spritzwasser aus den oberen Becherhälften über eine Umlenkungs-Konstruktion zu der Außenwand zu transportieren, von wo es vertikal nach unten in Richtung Ablaufbecken umgeleitet wird. Eine typische Darstellung ist in der französischen Publikation bei Pierre Henry: Turbomachines Hydrauliques (Presses Polytechniques et Universitaires Polytechniques) auf Seite 15, Bild 4 gezeigt. Der Strahlablenker ist schwenkbar an einem horizontal weit in das Gehäuse hineinragenden Düsenkörper befestigt. Ein ebenfalls weit in das Gehäuse hineinragendes und zur Laufradebene vertikale Welle leitet die nötige Schwenkbewegung des Strahlablenkers nach oben aus dem inneren Gehäuse heraus zu dem hydraulisch gesteuerten Mechanismus.Jet deflectors that solve this problem can be found in vertically arranged Pelton turbines, but their water drainage is designed differently than in horizontally arranged Pelton turbines. The housings for vertical Pelton turbines have large housing dimensions vertically and horizontally in order to transport the spray water from the upper cup halves via a diversion structure to the outer wall, from where it is diverted vertically downwards towards the drain basin. A typical representation is shown in the French publication by Pierre Henry: Turbomachines Hydrauliques (Presses Polytechniques et Universitaires Polytechniques) on page 15, figure 4. The jet deflector is pivotably attached to a nozzle body that projects horizontally far into the housing. A shaft that also projects far into the housing and is vertical to the impeller plane directs the necessary pivoting movement of the jet deflector upwards out of the inner housing to the hydraulically controlled mechanism.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Freistrahlturbine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, dass der Einbau von schnell wirkenden Strahlablenkern möglich ist.The invention is based on the object of designing a free-jet turbine according to the preamble of claim 1 in such a way that the installation of fast-acting jet deflectors is possible.

Dies wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 erreicht, indem beispielsweise

- der Abstand s weniger als zwei Becherbreiten b, vorzugsweise weniger als 50% einer Becherbreite beträgt,
- der Düsenkörper an seiner Düsenmündung eine Stirnfläche aufweist, die teilweise in den Zwischenraum hineinragt,
- mindestens an einer Düse ein schwenkbarer Strahlablenker an der Stirnfläche anliegt, der in den Gehäusering eingebettet ist und dessen Schwenkachse im Gehäusering abgestützt ist, und
- die Düsenkörper zum Gehäusering abgedichtet sind.

This is achieved with the characterizing features of claim 1, for example

- the distance s is less than two cup widths b, preferably less than 50% of a cup width,
- the nozzle body has an end face at its nozzle mouth which partially protrudes into the gap,
- a pivotable jet deflector rests on the end face of at least one nozzle, which is embedded in the housing ring and whose pivot axis is supported in the housing ring, and
- the nozzle bodies are sealed to the housing ring.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie den Betreibern von horizontalen Peltonturbinen mit zwei und mehr Düsen Sicherheit ohne Leistungsverlust bietet. Dabei ist es nicht notwendig, dass alle Düsen mit einem Strahlablenker versehen sind, da ein enger Zwischenraum 19 schnell von einem einzelnen aufgefächerten Strahl geflutet wird.The invention has the advantage that it offers operators of horizontal Pelton turbines with two or more nozzles safety without loss of performance. It is not necessary for all nozzles to be provided with a jet deflector, since a narrow space 19 is quickly flooded by a single, fanned-out jet.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei der Ablenkung des Strahls die zerstörerische kinetische Energie in einer ersten Stufe am Strahlablenker und in einer zweiten Stufe an Führungsflächen eines massiven Gehäuserings reduzierbar ist. Dadurch dass der Strahlablenker in den Gehäusering eingebettet ist und die Schwenkachse des Ablenkers im Gehäusering selbst abgestützt ist, wird ein Großteil der Kräfte direkt auf den Gehäusering übertragen. Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Mit Schwenkwinkeln α von 15° bis 25° ergibt sich eine kompakte und geschützte Konstruktion. Mit einen Schwenkradius für eine Zugstange zwischen 30% bis 50% des Schwenkradius der Außenkante des eigentlichen Ablenkers ergibt sich ein kurzer Abstand für die Hebelwirkung der Zugstange und ein kleiner Hub für einen notwendigen Schwenkwinkel, sowie eine kurze Einschwenk-Zeit. Im Weiteren erhöht es die Sicherheit, wenn im normalen Betrieb die Kraft für die Schwenkung des Strahlablenkers ohne Steuerbefehl bereits gespeichert ist. Mit einem Ablenkbogen und zwei daran anschließenden Schwenkhebeln schützt der Strahlablenker im Normalbetrieb den Düsenstrahl gegen die Drehrichtung und hält die Belüftung innerhalb des Ablenkbogens aufrecht. Dieser Ablenkbogen ist als konisches Segment ausgeführt, um eine konzentrierte Strahlbelüftung zu erreichen.Another advantage is that when the beam is deflected, the destructive kinetic energy is transferred to the beam deflector in a first stage and can be reduced in a second stage on guide surfaces of a solid housing ring. Because the jet deflector is embedded in the housing ring and the pivot axis of the deflector is supported in the housing ring itself, a large part of the forces are transmitted directly to the housing ring. Further advantages arise from the dependent claims. With swivel angles α of 15° to 25°, the result is a compact and protected construction. With a swivel radius for a pull rod between 30% to 50% of the swivel radius of the outer edge of the actual deflector, this results in a short distance for the pull rod's leverage and a small stroke for a necessary swivel angle, as well as a short swivel-in time. Furthermore, it increases safety if, during normal operation, the force for pivoting the beam deflector is already stored without a control command. With a deflection arc and two subsequent swivel levers, the jet deflector protects the nozzle jet against the direction of rotation during normal operation and maintains ventilation within the deflection arc. This deflection arc is designed as a conical segment to achieve concentrated jet ventilation.

Diese positive Schutzwirkung und Belüftung kann zusätzlich auch bei Düsen ohne Strahlablenker mittels eines Ablenkbogens erreicht werden, welcher an dem Gehäusering oder an der Stirnfläche des Düsenkörpers befestigt ist.This positive protective effect and ventilation can also be achieved with nozzles without jet deflectors by means of a deflection bend, which is attached to the housing ring or to the end face of the nozzle body.

Eine weitere Verbesserung der Belüftung ergibt sich, wenn in einer solchen Aussparung eine Öffnung nach außen befindet, über welche Luft eingezogen wird, um im Zusammenwirken mit der Eintauchtiefe von Führungsblechen im Ablaufkanal den Luftdruck über der Wasserfläche zu regeln. Im Weiteren ist es für eine horizontale Laufradwelle vorteilhaft, wenn der axiale Abstand des Laufrades zum nächsten Lager gering gehalten wird, da der Strahldurchmesser die Becherbreite und somit die größten Biegekräfte an dem Wellenstück bestimmt. Bei einer symmetrischen Anordnung für beide Becherhälften kann mit der gezeigten Wasserführung die axiale Gehäusebreite B weniger als sieben Becherbreiten betragen, ohne das mit dem Generator verbundene Wellenstück unnötig dick zu gestalten.A further improvement in ventilation results if such a recess has an opening to the outside through which air is drawn in in order to regulate the air pressure above the water surface in cooperation with the immersion depth of guide plates in the drain channel. Furthermore, it is advantageous for a horizontal impeller shaft if the axial distance of the impeller to the next bearing is kept small, since the jet diameter determines the cup width and thus the greatest bending forces on the shaft piece. With a symmetrical arrangement for both cup halves, with the water routing shown, the axial housing width B can be less than seven cup widths without making the shaft piece connected to the generator unnecessarily thick.

Im allgemeinen Vergleich von Peltonturbinen mit unterschiedlichen Düsenzahlen bei gleicher Leistung sind die Herstellkosten eines Generators der größte Anteil. Für die hier gezeigten Lösungen mit mehreren Düsen pro Laufrad werden mit wachsender Düsenzahl die Kosten für den Generator kleiner. Außerdem wird der Effekt eher noch grösser, da die im Durchmesser kleineren Zuführleitungen aus Standard- Rohrstücken mit kleinerer Wandstärke herstellbar sind.In the general comparison of Pelton turbines with different numbers of nozzles with the same output, the manufacturing costs of a generator are the largest share. For the solutions shown here with multiple nozzles per impeller, the costs for the generator decrease as the number of nozzles increases. In addition, the effect is even greater because the supply lines with smaller diameters can be made from standard pipe sections with smaller walls.

Im Folgenden ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

1 schematisch die Anordnung einer horizontalen Peltonturbine mit einem Zulaufsystem für 6 Düsen gemäß 2 und mit einer verlängerten Generatorwelle für ein überhängend angeordnetes Laufrad.
2 schematisch einen vergrößerten radialen Schnitt von einem Gehäuse von 1 oder 8 mit einem für Strahlablenker geeigneten Gehäusering, mit einer Anordnung von 6 Düsen und 3 Strahlablenkern, sowie mit Führungsblechen bis zu einem Ablaufkanal.
3 schematisch einen Axialschnitt durch ein Gehäuse von 2 mit Laufrad, Gehäusering und mit der Wasserführung zu einem Ablaufkanal.
4 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt für 2 und für 8, in welchem in dem Gehäusering für zwei eingebaute Strahlablenker in unterschiedlichen Endlagen die Wirkung auf einen Düsenstrahl dargestellt ist.
5 schematisch einen vertikalen Teilschnitt durch den Gehäusering von 4 mit der Lage einer Aussparung für einen Strahlablenker und mit Befestigungsflächen für Führungsbleche des Gehäuses.
6 schematisch in Draufsicht und Seitenansicht einen Strahlablenker mit an dem Ablenkbogen an geformten Schwenkhebeln.
7 schematisch die Anordnung einer TWIN-Turbine mit einem Generator, mit einem Zulaufsystem für 12 Düsen und mit einer gemeinsam für beide Laufräder zweifach gelagerten Welle.
8 schematisch einen radialen Schnitt durch ein Laufrad von 7 mit einem Gehäusering, der für 3 Strahlablenker gemäß den 4, 5 und 6 vorgesehen ist, und mit einer Anordnung der Düsen und der Führungsbleche des Gehäuses bis zum Ablaufkanal.
9 schematisch in einer Aussparung in einem Gehäusering einen ursprünglichen Ablenkbogen mit fest im Gehäusering verankerten Schwenkhebeln, wobei die Aussparung eine Öffnung für das Einbringen von Luft aufweist.

The invention is illustrated below using exemplary embodiments. Show it:

1 schematically shows the arrangement of a horizontal Pelton turbine with an inlet system for 6 nozzles 2 and with an extended generator shaft for an overhanging impeller.
2 schematically an enlarged radial section of a housing of 1 or 8th with a housing ring suitable for jet deflectors, with an arrangement of 6 nozzles and 3 jet deflectors, as well as with guide plates up to a drain channel.
3 schematically an axial section through a housing of 2 with impeller, housing ring and with the water guide to a drainage channel.
4 schematically an enlarged section for 2 and for 8th , in which the effect on a nozzle jet is shown in the housing ring for two installed jet deflectors in different end positions.
5 schematically a vertical partial section through the housing ring 4 with the location of a recess for a jet deflector and with fastening surfaces for guide plates of the housing.
6 schematically in top view and side view a jet deflector with pivoting levers formed on the deflection arc.
7 Schematic of the arrangement of a TWIN turbine with a generator, with an inlet system for 12 nozzles and with a double bearing shaft for both impellers.
8th schematically a radial section through an impeller 7 with a housing ring suitable for 3 beam deflectors according to 4 , 5 and 6 is provided, and with an arrangement of the nozzles and the guide plates of the housing up to the drain channel.
9 schematically in a recess in a housing ring an original deflection bend with pivot levers firmly anchored in the housing ring, the recess having an opening for the introduction of air.

In den Figuren sind gleiche Hinweiszeichen für gleiche Funktionen verwendet worden.In the figures, the same symbols have been used for the same functions.

Mit den 1, 2, 3, 4, 5 und 6 ist als erstes Beispiel eine horizontale Peltonturbine 1 mit sechs Düsen 5, mit drei Strahlablenkern 30, mit ihrer Wasserführung und mit einem zugehörigen Generator 10 gezeigt. Der Wasserzulauf geht aus einem Druckrohr 12 über einen Kugelschieber 7 in ein sich konisch erweiterndes Verteilrohr 6, von welchem Zulaufleitungen 8, 9 zu sechs Düsen 5 führen. Das Laufrad 2 ist an einem überhängenden Wellenende 3 der Generatorwelle aufgesetzt, welche mit Lagern 13, 14 abgestützt ist.With the 1 , 2 , 3 , 4 , 5 and 6 As a first example, a horizontal Pelton turbine 1 with six nozzles 5, with three jet deflectors 30, with its water supply and with an associated generator 10 is shown. The water inlet goes from a pressure pipe 12 via a ball valve 7 into a conically widening distributor pipe 6, from which inlet lines 8, 9 lead to six nozzles 5. The impeller 2 is placed on an overhanging shaft end 3 of the generator shaft, which is supported with bearings 13, 14.

Mit den 7, 8, sowie 3, 4, 5 und 6 ist als zweites Beispiel eine horizontale TWIN-Turbine 100 mit zwei Laufrädern 2 und mit zwei Gehäuseringen 16 und daran befestigten Gehäuseabdeckungen 18, sowie mit zwölf Düsen, mit sechs Strahlablenkern 30 und mit einem zugehörigen Generator 10 gezeigt. In einem Wasserzulaufsystem gehen ebenfalls von einem Verteilrohr 11 sechs Zulaufleitungen 8, 9 aus. Diese sind mit Stützen 58 abgestützt und verzweigen sich jeweils auf zwei weitere Leitungen 51, 52, um über Düsen 5 beide Laufräder 53, 54 parallel mit Düsenstrahlen 25 zu beaufschlagen. Die Laufräder 53, 54 sind gemeinsam beidseitig über Lager 14, 55 auf einer Verlängerung 56 der Generatorwelle abgestützt.With the 7 , 8th , as well as 3, 4, 5 and 6, a horizontal TWIN turbine 100 with two impellers 2 and with two housing rings 16 and housing covers 18 attached thereto, as well as with twelve nozzles, with six jet deflectors 30 and with an associated generator 10 is shown as a second example . In a water supply system, six supply lines 8, 9 also extend from a distribution pipe 11. These are supported with supports 58 and each branch out onto two further lines 51, 52 in order to apply nozzle jets 25 to both impellers 53, 54 in parallel via nozzles 5. The impellers 53, 54 are supported together on both sides via bearings 14, 55 on an extension 56 of the generator shaft.

In beiden Beispielen sind die Düsen 5 als Mantelrohr 22 mit einem anschließenden Düsenkörper 15 ausgeführt, der an einem Gehäusering 16 befestigt ist. Der Gehäusering trägt die Düsen 5, teilweise die Gehäuseabdeckung 18 und Führungsbleche 27. Er ist über eine Brückenkonstruktion 57 zum Fundament 29 abgestützt. Ein Torpedo 23 im Mantelrohr 22 enthält eine Mechanik für die Verstellung einer Düsennadel 24, um den Querschnitt eines Düsenstrahls 25 zu regeln. Der Düsenstrahl 25 trifft im Normalbetrieb tangential auf die Becher 4 eines Laufrades 2, wird dort auf zwei Hälften aufgesplittert, entgegen der Laufrichtung umgelenkt, um mit dem Impuls das Laufrad anzutreiben, und schlussendlich seitlich von den drehenden Becherhälften in axialer Richtung in einen Zwischenraum 19 mit Führungsflächen 17, 26 abgelenkt. Die inzwischen aufgefächerten Strahlhälften treffen auf Führungsbleche 27 des Gehäuses und werden in einen Ablaufkanal 40 abgeleitet.In both examples, the nozzles 5 are designed as a casing tube 22 with an adjoining nozzle body 15, which is attached to a housing ring 16. The housing ring carries the nozzles 5, some of the housing cover 18 and guide plates 27. It is supported on the foundation 29 via a bridge structure 57. A torpedo 23 in the casing tube 22 contains a mechanism for adjusting a nozzle needle 24 in order to regulate the cross section of a nozzle jet 25. During normal operation, the nozzle jet 25 hits the cups 4 of an impeller 2 tangentially, is split into two halves, deflected counter to the direction of rotation in order to drive the impeller with the impulse, and finally laterally from the rotating cup halves in the axial direction into a gap 19 Guide surfaces 17, 26 deflected. The jet halves, which have now fanned out, hit guide plates 27 of the housing and are drained into a drain channel 40.

Bei Betätigung der Strahlablenker 30 drehen diese jeweils um eine im Gehäusering 16 verankerte Schwenkachse 30 im Zwischenraum 19 in den Düsenstrahl 35 hinein und lenken den Strahl mit einem Ablenkbogen 33 gegen den Gehäusering 16, wo er von den Führungsflächen 17 auf zwei Hälften aufgeteilt wird. Der im Zwischenraum 19 aufgefächerte und relativ zu den Bechern 4 abgebremste Strahl flutet den Zwischenraum 19 und die Becher 4 teilweise und verhindert eine Beschleunigung der Schwungmasse des unbelasteten Rotors des Generators 10 auf unzulässige Überdrehzahlen, bevor die Düsen sich geschlossen haben.When the jet deflectors 30 are actuated, they each rotate about a pivot axis 30 anchored in the housing ring 16 in the gap 19 into the nozzle jet 35 and direct the jet with a deflection arc 33 against the housing ring 16, where it is divided into two halves by the guide surfaces 17. The jet, fanned out in the gap 19 and decelerated relative to the cups 4, partially floods the gap 19 and the cups 4 and prevents the flywheel of the unloaded rotor of the generator 10 from accelerating to impermissible overspeeds before the nozzles have closed.

Die Strahlablenker 30 sind jeweils in einer Aussparung 44 des Gehäuserings 16 eingebettet und als Schwenkhebel 34, 36, die über einen Ablenkbogen 33 miteinander verbunden sind, mit ihrer Schwenkachse 34 im Gehäusering 16 abgestützt. In einem Abstand mit Radius rh zur Schwenkachse 34 greift eine Zugstange 38 durch eine Bohrung 59 über ein Zwischenglied 34 ein, um eine Schwenkbewegung durchführen zu können. Mit der Schwenkung bewegt sich der Ablenkbogen 33 in den Düsenstrahl 25 hinein.The jet deflectors 30 are each embedded in a recess 44 of the housing ring 16 and are supported with their pivot axis 34 in the housing ring 16 as pivoting levers 34, 36, which are connected to one another via a deflection arch 33. At a distance of radius rh from the pivot axis 34, a pull rod 38 engages through a bore 59 via an intermediate member 34 in order to be able to carry out a pivoting movement. With the pivoting, the deflection arc 33 moves into the nozzle jet 25.

Im Normalbetrieb liegt der Ablenkbogen 33 an einer Stirnfläche 20 des Düsenkörpers 15 an und ist dort über eine auf Druck beanspruchte Zugstange 38 und ein Zwischenglied 42 mit Bolzen 49 gehalten, wobei der dazu notwendige Druck über einen Hydraulikanschluss 46 in einem Zylinder 47 mit Deckel 41 auf einen Kolben 48 entsteht, der an der Zugstange 38 befestigt ist. Das Zwischenglied 42 folgt der Bewegung der Schwenkhebel, ohne die Zugstange 38, welche durch den Kolben 48 und eine Büchse 50 im Zylinderboden 47 geführt ist, in ihrer Bewegung zu hindern. Gleichzeitig ist zwischen dem Kolben 48 und zum Gehäusering 16 hin eine Druckfeder 39 vorgespannt, die bei Nachlassen des Öldrucks im Hydraulikanschluss 46 mit dem Kolben 48 und der Zugstange 38 den Strahlablenker 30 in eine eingeschwenkte Endlage dreht. Statt einer Druckfeder 39 kann deren Raum auch hydraulisch mit einem Kraftspeicher wie beispielsweise einem Blasenspeicher verbunden sein.In normal operation, the deflection arc 33 rests on an end face 20 of the nozzle body 15 and is held there via a tension rod 38 subjected to pressure and an intermediate member 42 with bolts 49, the necessary pressure being applied via a hydraulic connection 46 in a cylinder 47 with a cover 41 a piston 48 is created, which is attached to the pull rod 38. The intermediate member 42 follows the movement of the pivoting levers without hindering the movement of the pull rod 38, which is guided through the piston 48 and a bushing 50 in the cylinder base 47. At the same time, a compression spring 39 is pretensioned between the piston 48 and the housing ring 16, which, when the oil pressure in the hydraulic connection 46 decreases, uses the piston 48 and the pull rod 38 to rotate the jet deflector 30 into a pivoted-in end position. Instead of a compression spring 39, its space can also be connected hydraulically to an energy storage device such as a bladder storage device.

Bei horizontalen Peltonturbinen mit den gezeigten Strahlablenkern 30 können, wie im Normalbetrieb, zusätzlich an den Düsen ohne Strahlablenker auch Ablenkbogen 33 fest an dem Gehäusering 16 (9) mittels Bolzen 60 oder an der Stirnfläche 20 der Düsenkörper 15 (hier nicht gezeigt) angebracht werden, die dann in Umlaufrichtung gesehen vor dem Düsenstrahl 25 einen Schutzschild bilden und hinter dem Strahl die Belüftung verbessern. Eine derartige Ausführung hat den Vorteil, dass alle Düsenstrahlen 25 im Normalbetrieb Schutz und Belüftung haben können.In horizontal Pelton turbines with the jet deflectors 30 shown, as in normal operation, in addition to the nozzles without jet deflectors, deflection elbows 33 can also be firmly attached to the housing ring 16 ( 9 ) can be attached by means of bolts 60 or to the end face 20 of the nozzle body 15 (not shown here), which then, viewed in the direction of rotation, form a protective shield in front of the nozzle jet 25 and improve ventilation behind the jet. Such a design has the advantage that all nozzle jets 25 can have protection and ventilation during normal operation.

Außerdem kann über den ganzen Umfang des Laufrades die Belüftung verbessert werden, indem in Laufrichtung hinter einem Düsenstrahl durch den Gehäusering hindurch Öffnungen 62 für den Eintrag von Luft angebracht sind, welche im Zusammenwirken mit tief im Ablaufkanal 40 eingetauchten Führungsblechen 61 den Luftdruck innerhalb der Führungsbleche 61 über der Wasseroberfläche regeln. Eine Mindesteintauchtiefe 63 verhindert das Einziehen zusätzlicher Luft aus dem Ablaufkanal.In addition, ventilation can be improved over the entire circumference of the impeller by providing openings 62 for the entry of air in the running direction behind a nozzle jet through the housing ring, which, in cooperation with guide plates 61 deeply immersed in the drain channel 40, increase the air pressure within the guide plates 61 regulate above the water surface. A minimum immersion depth of 63 prevents additional air from being drawn in from the drain channel.

Teileliste und Hinweiszeichen:Parts list and information signs:

11: Horizontale PeltonturbineHorizontal Pelton turbine
22: LaufradWheel
33: WelleWave
44: BecherMug
55: Düsejet
66: Verteilrohrdistribution pipe
77: KugelschieberBall slider
88th: ZulaufleitungInlet pipe
99: ZulaufleitungInlet pipe
1010: Generatorgenerator
1111: Verteilrohrdistribution pipe
1212: Druckleitungpressure line
1313: Lagercamp
1414: Lagercamp
1515: DüsenkörperNozzle body
1616: GehäuseringCase ring
1717: FührungsflächeGuide surface
1818: GehäuseabdeckungHousing cover
1919: Zwischenraumspace
2020: Stirnflächeface
2121: Düsenmündungnozzle mouth
2222: Mantelrohrcasing pipe
2323: Torpedotorpedo
2424: Düsennadelnozzle needle
2525: Düsenstrahljet jet
2626: FührungsflächeGuide surface
2727: FührungsblechGuide plate
2828: Fundamentfoundation
2929: Fundamentfoundation
3030: StrahlablenkerBeam deflector
3131: SchwenkachsePivot axis
3232: SchwenkmechanismusSwivel mechanism
3333: AblenkbogenDeflection arc
3434: SchwenkhebelSwing lever
3535: RaumSpace
3636: SchwenkhebelSwing lever
3737: AußenkanteOuter edge
3838: Zugstangepull bar
3939: DruckfederCompression spring
4040: Ablaufkanaldrain channel
4141: DeckelLid
4242: ZwischengliedIntermediate link
4343: BefestigungFastening
4444: Aussparungrecess
4545: Dichtungpoetry
4646: HydraulikanschlussHydraulic connection
4747: Zylindercylinder
4848: KolbenPistons
4949: Bolzenbolt
5050: Büchserifle
5151: LeitungLine
5252: LeitungLine
5353: LaufradWheel
5454: LaufradWheel
5555: Lagercamp
5656: Verlängerungrenewal
5757: BrückenkonstruktionBridge construction
5858: Stützesupport
5959: Bohrungdrilling
6060: Bolzenbolt
6161: FührungsblechGuide plate
6262: Öffnungopening
6363: Eintauchtiefe Immersion depth
ss: Spaltweitegap width
Bb: GehäusebreiteCase width
bb: BecherbreiteCup width
D1D1: Außen DurchmesserOuter diameter
d1d1: InnendurchmesserInner diameter
rhrh: Schwenkradius ZugstangeSwing radius of the pull rod
rkrk: Schwenkradius AußenkanteSwing radius outer edge
αα: SchwenkwinkelSwivel angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2008/003390 A1 [0002]
EP 2005/012783 PCT [0002]

Claims

Multi-nozzle horizontal Pelton turbine, which is designed as a simple turbine (1) or as a TWIN turbine (101), with cups (4) of a cup width (b), which turbine is coupled to a power generator (10) by a multi-bearing shaft (3). is, and whose nozzles (5) are each connected to inlet lines extending from a distribution pipe (6), the nozzle bodies (15) being attached to a housing ring (16) which has guide surfaces (17) for splash water on its inside, and which is connected to housing covers (18) on both sides in the axial direction, and where there is a gap width (s) in a gap (19) between the outer diameter (D1) of an impeller (2) and the inner diameter (d1) of the housing ring (16), characterized in that - the gap width (s) is less than two cup widths (b), preferably less than 50% of a cup width (b), - that the respective nozzle body (15) has an end face (20) at its nozzle mouth (21). which partially protrudes into the intermediate space (19), - that a pivotable jet deflector (30) rests on the end face (20) of at least one nozzle (5), which is embedded in the housing ring (16) and whose pivot axis (31) is supported in the housing ring (16), and - that the nozzle bodies (15) are sealed to the housing ring (16).

Pelton turbine Claim 1 , characterized in that - the jet deflector (30) is made from a deflection bend (33) with two molded pivot levers (34, 36) so that the space (35) between the pivot levers is ventilated.

Pelton turbine Claim 1 or 2 , characterized in that - the beam deflector (30) can be pivoted through a pivot angle α of 15° to 25°, preferably from 18° to 22°.

Pelton turbine after one of the Claims 1 until 3 , characterized in that - on the pivoting lever (34, 36) the pivoting radius (rh) for a pull rod is 30% to 50% of the pivoting radius (rk) for the outer edge (37) of the deflection arch (33).

Pelton turbine after one of the Claims 1 until 4 , characterized in that - for a jet deflector (30) resting on the end face (20), the pivoting is carried out by the pull rod (38) with a spring (39) pre-tensioned for the pivoting or with another energy storage device.

Pelton turbine after one of the Claims 1 until 5 , characterized in that - the housing width (B) at the level of the shaft (3) corresponds to less than seven times the cup width (b).

Pelton turbine after one of the Claims 1 until 6 , characterized in that - that at least one nozzle (5) instead of a pivotable jet deflector which rests on the end face (20) of the nozzle (5), has a deflection arc firmly anchored in this position on the housing ring (16) or on the end face (20). (33), which protects the jet in the direction of circulation and enables ventilation behind the jet.

Pelton turbine after one of the Claims 1 until 7 , characterized in that - in the circumferential direction behind a nozzle jet (25) or several nozzle jets (25), an opening (62) is arranged in the housing ring (16), which enables the introduction of air in order to match the size of the opening (62). in cooperation with an immersion depth (63) of the guide plates (61) in the drain channel (40) to regulate the air pressure above the water surface within the guide plates (61).