DE1064439B

DE1064439B - Aus einer Wasserturbine und einer Kreiselpumpe bestehender Maschinensatz

Info

Publication number: DE1064439B
Application number: DEA27055A
Authority: DE
Inventors: Andre Culaud
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1957-02-27
Filing date: 1957-04-30
Publication date: 1959-08-27
Also published as: NL95500C; US2996995A; CH335293A; BE619663Q

Description

Für Wasserkraftanlagen mit Pumpspeicherwerken sind Maschinensätze bekannt, die aus einer Wasserturbine und einer Kreiselpumpe bestehen, deren Laufräder auf derselben Welle sitzen und abwechselnd in einem gemeinsamen Gehäuse arbeiten, dessen Turbinenraum von dem Pumpenraum getrennt werden kann.

Bei einem bekannten Maschinensatz dieser Art laufen die Räder bei Turbinen- und bei Pumpbetrieb zwar in derselben Richtung, aber in zwei Spiralgehäusen. Soll nur ein einziges, für die Turbine und für die Pumpe gemeinsames Spiralgehäuse verwendet werden, dann muß die Drehrichtung der Laufräder beim Wechsel von Turbinen- auf Pumpbetrieb umgekehrt werden. Bei Verwendung nur eines Spiralgehäuses muß der Maschinensatz zum Umschalten stillgesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden, d. h. also ohne Änderung der Drehrichtung der Laufräder des Maschinensatzes ein einziges Spiralgehäuse verwenden zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man ein einziges Spiralgehäuse mit festen Turbinen-Vorleitschaufeln verwendet, die so abgewinkelt sind, daß sie eine Richtungsänderung der Tangentialkomponente der Wasserströmung in die Turbine hervorrufen. Die Anwendung dieses Lösungsprinzips führt zu einem besonders einfachen Aufbau des Maschinensatzes und auch der gesamten Wasserkraftanlage, da man mit nur einem Wasserführungsrohr als Zulauf zur Turbine bzw. Ablauf aus der Pumpe auskommt. Daraus ergibt sich eine Verringerung des Raumbedarfs des Maschinensatzes sowie der Gesamtkosten der Anlage.

In der Zeichnung ist beispielhaft und schematisch eine Ausführungsform des Maschinensatzes nach der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch den Hauptteil des Maschinensatzes ;

Fig. 2 a ist ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 in kleinerem Maßstab;

Fig. 2 b ist ein Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, ebenfalls in kleinerem Maßstab.

Die Welle 1 des Maschinensatzes, die in nicht dargestellten Lagern läuft, trägt an ihrem einen Ende ein Turbinenrad 2 und ein Pumpenrad 3. Die beiden Laufräder sind auf der Welle zwischen einer Wellenschulter 4 und einer auf einem Wellenzapfen 6 aufgeschraubten Mutter 5 eingespannt. Zwischen den Laufrädern 2 und 3 ist ein Teil 7 angeordnet, der als Turbinendeckel betrachtet werden kann. Außerdem weist die Turbine noch ein Zwischenstück 8 und einen aus einem Kranz von verstellbaren Leitschaufeln 9 bestehenden Leitapparat auf. Die Schaufeln 9 sitzen Aus einer Wasserturbine und einer
Kreiselpumpe bestehender Maschinensatz

Anmelder:

Ateliers des Charmilles S.A.,
Genf (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Mayer, Patentanwalt,
Berlin-Dahlem, Hüttenweg 15

Beaaisprudite Priorität: Schweiz vom 27. Februar 1957

Andre Culaud, Genf (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden.

auf Wellen 10, deren Enden 11 in Lagern 12 drehbar gelagert sind, die ihrerseits in dem Teil 7 befestigt sind, während das andere Ende jeder Welle 10 in einem Lager 13 ruht, das kraftschlüssig mit dem Zwischenstück 8 der Turbine verbunden ist. Auf den freien Enden der Wellen 10 sind Arme 14 angebracht, die über Laschen 15 in an sich bekannter Weise ständig mit einem Regelring 16 verbunden sind, mit dem die Winkelstellung aller Schaufeln 9 gleichzeitig eingestellt werden kann.

Die Turbine weist eine Reihe von Vorleitschaufeln 17 auf, die zwischen dem Teil 7 und einem Leitstegring 18 angebracht sind. Die zwischen den Teilen 7 und 18 sowie zwischen jedem Paar benachbarter Vorleitschaufeln 17 gebildeten Kanäle werden von einem Spiralgehäuse 19 aus mit Wasser gespeist. Der Auslauf (Diffusor) 20 des Laufrads 3 der Pumpe ist aus dem Mittelteil 7 und einem Leitschaufelring 21, der mit dem Spiralgehäuse 19 verbunden ist, gebildet. Das Gehäuse 19 gehört sowohl zur Pumpe als auch zur Turbine. Ein Spaltschieber 22 ist in einer Lagerung 23 angebracht, die zwischen dem Leitschaufelring 21 und einem festen Zwischenstück 24 vorgesehen ist, welches das ortsfeste Pumpengehäuse bildet. Der Sitz des Spaltschiebers 22 wird von einem Teil 25 gebildet, das auf dem Mittelteil 7 angebracht ist. Der Auslauf 20 der Pumpe weist ebenfalls eine Reihe von Leitschaufeln 26 auf, die zwischen den Teilen 7 und 21 angeordnet sind.

909 609/101

Claims

Wie aus Fig. 2 a ersichtlich, sind die Vorleitschaufeln 17 der Turbine besonders stark winkelig gebogen, um eine Richtungsänderung der Tangentialkomponente der Wasserströmung beim Einfließen in die Turbine hervorzurufen. Die Leitschaufeln 26 des Auslaufes 20 der Pumpe sind, wie dies Fig. 2b zeigt, in herkömmlicher Weise angeordnet. Diese besondere Anordnung der Vorleitschaufeln 17 und 26 ermöglicht erfindungsgemäß die gleiche Drehrichtung der Laufräder des Maschinensatzes für den Betrieb als Turbine und für den Betrieb als Pumpe.

Aus Gründen der besseren Festigkeit und der Vereinfachung sind sowohl die Leitschaufeln 26 als auch die VorIeitschaufeln 17 teilweise übereinandergelagert. Diese Überlagerung ist aus Fig. 2 a zu ersehen, in der die Umrisse der Schaufeln 26 punktiert zusammen mit den Umrissen der Vorleitschaufeln 17 wiedergegeben sind.

Der in der Zeichnung dargestellte Maschinensatz arbeitet wie folgt:

Arbeitet der Maschinensatz als Turbine, dann wird das Spiralgehäuse 19 z. B. von einem Druckrohr aus mit \Vasser gespeist, wobei sich der Spaltschieber 22 in Schließstellung, d. h. quer zu den Ausflußkanälen des Pumpenrades 3 befindet, so daß der Innenraum des Spiralgehäuses 19 von dem Raum 27, in dem sich das Pumpenrad 3 dreht, getrennt ist. Das in das Spiralgehäuse 19 einfließende Wasser fließt zwischen den Turbinenvorleitschaufeln 17 hindurch, wobei die Tangentialkomponente der Wasserströmung umgekehrt wird. Diese Strömungsumlenkung wird anschließend von den verstellbaren Leitschaufeln 9 vollendet, weiche die Wasserströmung auf das Turbinenrad 2 lenken. Während der Arbeit als Turbine wird das im Raum 27 befindliche Wasser z. B. mit Hilfe von Druckluft entfernt, um die Reibungsverluste des Rades 3 zu verringern. Soll die Anlage jedoch als Pumpe arbeiten, so werden die verstellbaren Leitschaufeln 9 in Schließstellung gebracht, so daß der Innenraum des Spiralgehäuses 19 von dem Raum 28, in dem sich das Turbinenrad 2 dreht, getrennt wird. Der Spaltschieber 22 wird in Öffnungsstellung gebracht, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist, und das in dem Raum 28 befindliche Wasser wird z. B. mit Hilfe von Druckluft entfernt, so daß nunmehr das Turbinenrad 2 in Luft läuft.

Wenn die Anlage als Turbine arbeitet, erzeugt die angetriebene elektrische Maschine Strom, arbeitet sie als Pumpe, wird die elektrische Maschine mit Strom

gespeist und treibt als Motor die Welle 1 und die Laufräder 2 und 3 an.

Das Pumpenrad 3 drückt das Wasser, das gehoben werden muß, durch den Auslauf 20 und in das Spiralgehäuse 19. Das von der Pumpe geförderte Wasser kann also unmittelbar in das Druckrohr, das mit dem Spiralgehäuse 19 verbunden ist, gelenkt werden, um dann z. B. in einen .Speichersee geleitet zu werden. Die vorstehende Beschreibung zeigt, wie einfach die

ίο Bauweise und der Betrieb eines solchen Maschinensatzes ist, der dazu bestimmt ist, entweder als Turbine oder als Pumpe zu arbeiten, wobei die Drehrichtung in beiden Fällen die gleiche ist.

In dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel ist die Turbine eine Francisturbine und die Pumpe eine Radialpumpe. Selbstverständlich könnte diese Bauweise auch auf eine Gruppe mit einer Axialturbine (Kaplan- oder Propellerturbine) und einer Axialpumpe angewendet werden oder sogar auf eine Gruppe mit einer Diagonalpumpe und -turbine. Außerdem kann die Pumpe auch mehrere Stufen aufweisen, von denen die letzte in das gemeinsame Spiralgehäuse 19 einmündet.

Was die Mittel anbetrifft, mit denen der Innenraum des Spiralgehäuses 19 vom Raum 28 des Turbinenrades 2 bzw. vom Raum 27 des Pumpenrades 3 getrennt werden kann, so könnten diese durch irgendwelche Abschlußvorrichtungen, z. B. mit verstellbaren Schaufeln oder Schiebern, gebildet werden. Man könnte sogar nur einen Schieber vorsehen, der geeignet ist, abwechselnd entweder die Auslaßkanäle der Pumpe oder die Einlaßkanäle der Turbine abzuschließen.

Patentanspruch-

Aus einer Wasserturbine und einer Kreiselpumpe bestehender Maschinensatz, dessen Laufräder auf derselben Welle sitzen und abwechselnd in derselben Drehrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse arbeiten, dessen Turbinenraum von dem Pumpenraum getrennt werden kann, gekennzeichnet durch ein einziges Spiralgehäuse (19) mit festen Turbinen-VorleitschaufeIn (17), die so abgewinkelt sind, daß sie eine Richtungsänderung der Tangentialkomponente der Wasserströmung in die Turbine (2) hervorrufen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 605 292.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen