DE1196589B - Einrichtung zum Verhindern des Flatterns der drehbaren Leitschaufeln von UEberdruck-Stroemungsmaschinen, insbesondere von Pumpenturbinen - Google Patents

Einrichtung zum Verhindern des Flatterns der drehbaren Leitschaufeln von UEberdruck-Stroemungsmaschinen, insbesondere von Pumpenturbinen

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DE1196589B
DE1196589B DEV23085A DEV0023085A DE1196589B DE 1196589 B DE1196589 B DE 1196589B DE V23085 A DEV23085 A DE V23085A DE V0023085 A DEV0023085 A DE V0023085A DE 1196589 B DE1196589 B DE 1196589B
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DE
Germany
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guide vanes
piston
pressure
guide
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Pending
Application number
DEV23085A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Otto Joerger
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JM Voith GmbH
Original Assignee
JM Voith GmbH
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16Stators
    • F03B3/18Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • F03B3/183Adjustable vanes, e.g. wicket gates
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Einrichtung zum Verhindern des Flatterns der drehbaren Leitschaufeln von überdruck-Strömungsmaschinen, insbesondere von Pumpenturbinen Bei Strömungsmaschinen, insbesondere bei Pumpenturbinen, besteht bekanntlich die Gefahr, daß die drehbaren Leitschaufeln ins Flattern geraten. Im Hinblick auf die damit verbundene hohe Wechselbeanspruchung des Werkstoffes und auch im Hinblick auf einen möglichst erschütterungsfreien Lauf der Maschine kommt der Verhinderung des Flatterns große Bedeutung zu. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die drehbaren Leitschaufeln von Strömungsmaschinen mit einer Einrichtung zu versehen, mittels welcher die Leitschaufeln bzw. die Leitschaufeldrehzapfen jeweils nach erfolgter Leitschaufeleinstellung durch hydraulischen oder mechanischen Radial- oder Axialdruck festgehalten werden.
  • Die Erfindung betrifft eine solche Einrichtung zum Verhindern des Flatterns der mit geringem axialem Spiel zwischen den Begrenzungswänden des Leitkanals angeordneten drehbaren Leitschaufeln von überdruck-Strömungsmaschinen, insbesondere von Pumpenturbinen mit einer auf die Leitschaufeln wirkenden hydraulisch betätigten Bremsvorrichtung. Sie besteht in dem Vorschlag, den im Bereich der radialen Erstreckung der Leitschaufeln liegenden ringförmigen Teil der einen der beiden Begrenzungswände als in Richtung der Maschinenachse verschieblichen und gegen die benachbarten Stirnflächen der Leitschaufeln anpreßbaren Kolben eines zur Maschinenachse konzentrisch angeordneten hydraulischen Ringkolbenservomotors auszubilden, dessen Gehäuse von dem umschließenden Teill dieser Begrenzungswand gebildet wird und dessen Druckraum an den steuerbaren Druck einer hydraulischen Druckquelle angeschlossen ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Leitschaufelbremseinrichtung wird erreicht, daß die Leitschaufeln mit beiden Stirnflächen an den Begrenzungswänden des Leitkanals festgebremst werden. Dementsprechend wirkt dem oszillierenden Verdrehmoment der Schwingungserregung aber auch an beiden Leitschaufelenden ein Reibungsmoment entgegen, wodurch das Flattern der Leitschaufeln sehr viel wirkungsvoller und sicherer verhindert wird als bei allen bisher bekannten Einrichtungen zum Festhalten der Leitschaufeln, zumal auch die große Ringfläche des Bremskolbens schon bei relativ geringen Drücken große Bremskräfte ergibt, die eine sichere Beherrschung der in ungünstigen Fällen, insbesondere bei Hochdruck-Pumpenturbinen, recht beachtlichen Schwingungsenergie gewährleistet. Gegenüber der einseitigen Festbremsung hat die beidseitige Festbremsung auch noch den Vorteil, daß die Leitschaufeln durch die oszillierenden Torsionsschwingungen wesentlich günstiger beansprucht werden.
  • Zwecks Verbesserung der an sich schon sehr guten Festbremsung der Leitschaufeln wird in zweckmäßiger weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Stirnflächen der Leitschaufeln in dem an die Drehzapfen anschließenden Bereich zu hinterstechen, so daß sich der Reibungsschluß zwischen den Leitschaufelstirnflächen und den Begrenzungswänden des Leitkanals auf die Schaufelenden beschränkt. Da diese Maßnahme mit einer Vergrößerung des Hebelarmes der Reibungskräfte gleichbedeutend ist, können auf diese Weise größtmögliche Bremsmomente erzielt werden. Darüber hinaus hat diese Maßnahme aber auch noch den Vorteil, daß die Leitschaufeln gerade im Bereich ihrer schwingungsempfindlichsten Stellen festgehalten werden. Außerdem ergibt sich infolge der kleineren Leitschaufelbremsflächen eine erhöhte spezifische Pressung an den Leitschaufelenden und dementsprechend eine größere elastische Verformung der Leitschaufeln und der Begrenzungswände in diesem Bereich, so daß eventuell Herstellungsungenauigkeiten hinsichtlich der Leitschaufelhöhe gut ausgeglichen werden, ohne daß hierdurch das sichere Festhalten der Leitschaufeln beeinträchtigt wird.
  • DerAusgleich unterschiedlicherLeitschaufelhöhen wird in noch besserer Weise erreicht, wenn zwischen jeder der servomotorseitigen Leitschaufelflächen und dem Bremskolben je ein flaches elastisches Glied vorgesehen wird. In Betracht kommen z. B. Druckringe mit elastischer Unterlegscheibe, die auf der Leitkanalseite in den Kolben eingelassen werden. Es kann beispielsweise aber auch vorgesehen werden, die Bremsflächen jeder Leitschaufel mit einem Belag bzw. Überzug aus nachgiebigem Material zu versehen, was nur einen verhältnismäßig geringen Aufwand erfordert.
  • Der Druckraum des Ringkolbenservomotors kann an die Hochdruckseite eines Druckverstärkers angeschlossen werden, dessen Niederdruckseite über eine Leitung mit selbsttätig oder willkürlich steuerbarem Absperrorgan mit der Druckseite der Strömungsmaschine in Verbindung steht. Wird als Druckverstärker eine von der Strömungsmaschine angetriebene Pumpe verwendet, so erhält man eine Leitschaufelbremseinrichtung, die von einer fremden Druckquelle völlig unabhängig ist und daher die Gewähr bietet, daß der erforderliche Druck zum Festhalten der Leitschaufeln immer vorhanden ist, solange sich die Strömungsmaschine im Betriebszustand befindet. Daselbe läßt sich aber auch erreichen, wenn als Druckverstärker ein Differentialkolbenservomotor verwendet und dieser sowohl mit seiner Niederdruckseite als auch mit seiner Hochdruckseite an die Druckseite der Strömungsmaschine angeschlossen wird. Der nur zum erstmaligen Füllen des hochdruckseitigen Teiles der Bremseinrichtung sowie zum Ergänzen der unvermeidlichen Leckverluste dienende hochdruckseitige Abschluß wird dabei mittels eines willkürlich oder beispielsweise in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Differentialkolbens selbsttätig steuerbaren Absperrorgans entsprechend gesteuert. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, im hochdruckseitigen Teil der Bremseinrichtung ein vom Betriebsmedium der Strömungsmaschine verschiedenes Medium zu verwenden, indem die Hochdruckseite des Differentialkolbenservomotors an eine wiederum nur zum erstmaligen Füllen sowie zum Ergänzen der Leckverluste dienende entsprechend selbsttätig oder willkürlich gesteuerte fremde Druckquelle, beispielsweise an eine öldruckquelle angesghlosen wird.
  • Werden die Drehzapfen der Leitschaufeln durch den Kolben bis zum Druckraum des Ringkolbenservomotors hindurchgeführt, so ergibt sich --- da auch bei abgesperrter Verbindung zwischen dem Differentialkolbenservomotor und der Strömungsmaschine das Bremsmedium im Druckraum des Ringkolbenservomotors durch das Gewicht des Differentialkolbens auf einem gewissen geringen Druck gehalten wird - insbesondere bei Verwendung von öl als Bremsflüssigkeit der Vorteil einer guten Schmierung der Drehzapfen, zumal etwa im Zapfenlager vorhandene Luft durch den vorhandenen geringen Druck in die Dichtungsnuten verdrängt wird. Der gleiche Vorteil läßt sich aber auch bei einem Anächluß des Ringkolbenservomotordruckraumes an eine andere Druckquelle erzielen, wenn im ungebremsten Zustand der Leitschaufeln die Druckquelle nicht völlig abgesperrt, sondern nur ihr Druck bis auf das erforderliche Maß gedrosselt wird.
  • Die Erfindung, deren Anwendungsbereich sich sowohl auf zylindrische als auch auf konische Leitapparate von Strömungsmaschinen erstreckt, ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und wird an Hand dieses im folgenden noch näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 die erfindungsgemäße Leitschaufelbremseinrichtung am Beispiel des durch eine einzige Leitschaufel schematisch dargestellten zylindrischen Leitapparates einer Pumpenturbine im Schnitt und die F i g. 2 a und 2 b in etwas größerem Maßstab in einem Ausschnitt die Verwendung eines Druckringes mit elastischer Unterlegscheibe zwischen den Leitschaufeln und dem Bremskolben bei freibeweglichen und festgebremsten Leitschaufeln.
  • Nach F i g. 1 sind die Leitschaufeln 1 mittels der Drehzapfen 2 und 3 in den Begrenzungswänden 4 und 5 des Leitkanals 6 drehbar gelagert. Der im Bereich der radialen Erstreckung der Leitschaufeln 1 liegende ringförmige Teil der unteren Begrenzungswand 5 ist als in Richtung der durch die strichpunktierte Linie dargestellten Maschinenachse 7 verschieblicher und gegen die benachbarten Leitschaufelstirnflächen anpreßbarer Kolben 8 eines Ringkolbenservomotors ausgebildet, dessen Gehäuse 9 vom umschließenden Teil der unteren Begrenzungswand 5 gebildet wird. Zwecks Erzielung größtmöglicher Reibungsmomente sind die Stirnflächen der Leitschaufeln 1 in dem an die Drehzapfen 2 und 3 anschließenden Bereich hinterstochen. Der obere Drehzapfen 2 jeder Leitschaufel ist durch die Begrenzungswand 4 hindurchgeführt und mittels eines nicht dargestellten Lenkers od. dgl. beispielsweise mit einem Regelring für die gemeinsame Verstellung der Leitschaufeln 1 verbunden. Die unteren Leitschaufeldrehzapfen 3 ragen in Sacklöcher 21 des Kolbens 8 hinein; wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, können sie aber auch durch den Kolben 8 bis zum Druckraum 11 hindurchgeführt werden.
  • Um zu vermeiden, daß das Betriebsmedium auf die Leitschaufeln 1 einen einseitigen Achsschub ausübt, der ihre ungehinderte Verstellbarkeit in ungebremstem Zustand beeinträchtigen könnte und der bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht durch eine sogenannte »Spur« aufgenommen werden kann, sind die beiderseitigen Stirnflächen der Leitschaufeln 1 durch Wahl gleicher Durchmesser der Drehzapfen 2 und 3 genau gleich groß gemacht. und die Drehzapfen 3 mittels der Dichtungen 20 gegen den Leitkanal 6 abgedichtet. Sind die Drehzapfen 3 bis zum Druckraum 11 hindurchgeführt und wird im Druckraum 11 ein vom Betriebsmedium der Strömungsmaschine verschiedenes Betriebsmedium verwendet, so ist es zweckmäßig, die Dichtungen 20 als Doppeldichtungen mit dazwischenliegender Leckableitung auszubilden. Zur Verhinderung des Austritts von Betriebsmedium sind auch an den Drehzapfen 2 Dichtungen vorgesehen.
  • Zur Erzeugung der für das Festbremsen der Leitschaufeln 1 erforderlichen Kraft kann der Druckraum 11 des Ringkolbenservomotors über die Leitung 12 und einen nicht dargestellten, als Differentialkolbenservomotor ausgebildeten Druckverstärker mit selbsttätig oder willkürlich steuerbarem Absperrorgan auf der Druckseite der Pumpenturbine an deren ebenfalls nicht dargestelltes Spiralgehäuse angeschlossen, er kann über die Leitung 12 aber auch unmittelbar an eine andere Druckquelle, beispielsweise an eine öldruckquelle angeschlossen sein. Um in letzterem Fall ein Vermischen des Bremsmediums im Druckraum 11 mit dem Betriebsmedium im Leitkanal 6 zu verhindern, ist der Druckraum 11 mittels der Doppeldichtungen 10 mit dazwischenliegender Leckableitung 23, an welche auch die Sacklöcher 21 des Kolbens 8 mittels der Leitung 22 angeschlossen sind, gegen den Leitkanal 6 abgedichtet.
  • Nach den F i g. 2 a und 2 b, welche eine der Leitschaufeln 1 in freibeweglichem und in festgebremstem Zustand zeigen, ist zwischen jeder der Leitschaufeln 1 und dem für alle Leitschaufeln gemeinsamen Bremskolben 8 je ein auf einer elastischen Unterlegscheibe 31 sitzender Druckring 30 angeordnet, dessen Außendurchmesser so groß bemessen ist, daß sich die Leitschaufel l mit ihrer ganzen Länge im Bereich des Druckringes befindet und damit gewährleistet ist, daß die Leitschaufeln beim Festbremsen die Druckringe ungehindert in die Vertiefungen 32 des Kolbens 8 eindrücken können. Die Dicke der Druckringe 30 und der Unterlegscheiben 31 sowie die Elastizität des Werkstoffes der Unterlegscheibe 31 sind so gewählt, daß die Druckringe 30 bei ungebremsten Leitschaufeln gegenüber dem Kolben 8 etwas vorstehen, bei festgebremsten Leitschaufeln dagegen etwas zurückstehen.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Verhindern des Flatterns der mit geringem axialem Spiel zwischen den Begrenzungswänden des Leitkanals angeordneten drehbaren Leitschaufeln von überdruck-Strömungsmaschinen, insbesondere von Pumpenturbinen, mit einer auf die Leitschaufeln wirkenden hydraulisch betätigten Bremsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der im Bereich der radialen Erstreckung der Leitschaufein (1) liegende ringförmige Teil der einen der beiden Begrenzungswände (4, 5) als in Richtung der Maschinenachse (7) verschieblicher und gegen die benachbarten Stirnflächen der Leitschaufeln anpreßbarer Kolben (8) eines zur Maschinenachse konzentrisch angeordneten hydraulischen Ringkolbenservomotors ausgebildet ist, dessen Gehäuse (9) von dem umschließenden Teil der Begrenzungswände gebildet wird und dessen Druckraum (11) an den steuerbaren Druck einer hydraulischen Druckquelle angeschlossen ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Leitschaufeln (1) in dem an die Drehzapfen od. dgl. (2, 3) anschließenden Bereich hinterstochen sind.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Begrenzungswänden (4 und 5 bzw. 8) und den Stirnflächen der Leitschaufeln (1) flache elastische Glieder vorgesehen sind, beispielsweise zwischen dem Kolben (8) und den benachbarten Stirnflächen der Leitschaufeln (1) je ein auf der Leitkanalseite in den Kolben (8) eingelassener Druckring (30) mit elastischer Unterlegscheibe (31)-4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die servomotorseitigen Drehzapfen (3) durch den Kolben (8) bis zum Ringkolbenservomotordruckraum (11) hindurchgeführt sind.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3512899A (en) * 1967-02-09 1970-05-19 Nydqvist & Holm Ab Stay ring for water turbines and the like
US3898016A (en) * 1973-06-25 1975-08-05 Dominion Eng Works Ltd Gate stem stabilizing system
JP2017048773A (ja) * 2015-09-04 2017-03-09 株式会社東芝 ガイドベーン装置および水力機械

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