DE12077C - Neuerungen an Jouval-Turbinen - Google Patents

Description

1880.

Klasse 88.

CARL GEIGER in KARLSRUHE. Neuerungen an Jonvalturbinen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 6. April 1880 ab

Es sind auf Blatt I₁ Fig. ι, α Oelbecher, Lager und Stopfbüchse, worin und worauf der obere Theil der Turbinenaxe hängend gelagert ist.

b Mutter mit Gegenmutter, welche die Turbinenaxe heben, tragen und das Laufrad an das Leitrad halten.

c gufsstählerner Spurzapfen und Unterlage, beide durchbohrt und über den oberen Theil der Turbinenaxe geschoben. Die Unterlage sitzt in der messingenen Oelbüchse und ist eine abgeschnittene Kugel, um sich der Stellung des darauf laufenden Spurzapfens anpassen zu können.

d Hut mit Ausschnitt, durch welchen das zu treibende Stirnrad in das Triebrad e greift, und welcher auf der Cylinderbüchse k des Manteldeckels befestigt ist.

e das auf der Turbinenaxe g befindliche Stirngetriebe mit Oelfang.

f messingene Lagerhülse in der Deckelhülse k, oben mit einem Oelfang versehen und mit drei Schrauben, welche zum Festziehen und Schliefsen der unteren Verpackung ^₁ dienen.

g gufsstählerne Turbmenaxe,- die fast in ihrer ganzen Länge in der Messinghülse f gelagert ist und unten das Laufrad der Turbine frei trägt.

h und i gufseiserner Radkern des Lauf- und Leitrades.

k Deckel des Turbinenmantels; derselbe hat ein Hand- oder Mannloch n, in der Mitte eine oben und unten durchlaufende Hülse, in welcher die messingene Lagerhülse / eingeschlossen sitzt. Erstere hat vier radiale Rippen, welche sich mit ihr verbinden und den Deckel versteifen. Die abwärts laufende Hülse geht durch den Radkern i des Leitrades und reicht bis zum Laufrad h\ über dem Radkern des Leitrades hat die Hülse einen angegossenen Kranz k_t und zwei messingene Bänder im Radkern i. Ersterer hält das Leitrad in seinem Sitz fest, damit nicht durch Unkenntnifs oder Unvorsichtigkeit beim Anziehen der Schraubenmuttern b die Radaxe g sammt beiden Turbinenrädern zu hoch gehoben werden können und das Leitrad in dem ihm angewiesenen Sitz bleiben mufs. Die messingenen Bänder sollen dem Einrosten vorbeugen, damit nöthigenfalls der Deckel k leicht vom Mantel und aus dem Leitrad genommen werden kann.

/ Turbinenmantel mit Einlauf m und Fufs I₁ ; dieser Mantel ist am oberen Rande mit einer kleinen eingedrehten Rinne versehen behufs dichter und centrischer Befestigung des Deckels k. Unten sind sechs kräftige Rosetten zum Festschrauben des Ganzen angebracht. Innerhalb des Mantels befindet sich ein angegossener, vorstehender Kranz n_x, welcher als Sitz des Leitrades dient. Um letzteres beim Vorschieben der Radschaufeln festzuhalten, ist demselben der Ausschnitt χ gegeben und ein demselben entsprechendes Stück an den Radkranz geschraubt. Wird die Turbine aus ihrem Mantel gehoben, so wird auch der Kranzausschnitt χ frei und die Turbinenräder können mit der daran geschraubten, aber vorspringenden Schneckenzahnung U₁ hindurchgezogen werden.

0 Radkränze des Leit- und Laufrades. In diese Kränze sind die oberen und unbeweglichen Rück- oder Deckschaufeln mit Schrauben oder mit in die Kränze eingenieteten Zapfen gut befestigt. In eingedrehte Nuthen der Kränze 0 fassen die Zapfen X₁ der schmiedeisernen Kränze t. Um das Einrosten der letzteren zu verhüten und nöthigenfalls das Löthen der Rück- oder Deckschaufeln zu erleichtern, glatte und saubere Radkanäle zu erhalten, einen grofsen Theil der Reibung aufzuheben und den ungestörten Durchgang des Wassers zu sichern, sind die Radkränze 0 und Schaufeln P, P₁, V₂, V₃ und v_t aus Messing.

Die drei neuen, abweichenden Schaufelconstructionen stellen auf Blatt II, Fig. 1, V₁, V₂ und W₄; Fig. 8, P₃, P_v V₁ und auf Blatt I, Fig. 6, dar. P und P₁, Q₁, r und ν drehen sich schraubenförmig zwischen dem inneren und äufseren Radkranzes, beimOefmen und Schliefsen mit kleiner Erhebung am oberen Ende, wodurch schon bei diesen vorliegenden kleinen Turbinen derGrundrifs der Schaufeln sich unmerklich ändert, wie Blatt II, Fig. 2, zeigt. Sind die Schaufeln in der Mitte ihrer Bewegung gut eingepafst, so ist der etwaige Wasserverlust bei der Verschiebung unerheblich.

Die bisherigen Constructionen der Jonval-Turbine haben blecherne oder gegossene Schaufeln, mit oder ohne angegossenen äufseren Radkränzen. Die gegossenen Radkerne und Kränze sind unvollkommen, da die Radkanäle ungenau und rauh sind, wodurch die Wassertheilchen beim Durchgang in ihrer Geschwindigkeit aufgehalten werden.

Um die Uebelstände, die durch rauhen Gufs hervorgerufen werden, zu beseitigen, sind beide Radkerne h und i von Gufseisen, und zwar der des Laufrades rund und gleich schwer, der andere blos abgedreht; über diese Kerne werden die gleich dicken und hohen gedrehten Radkränze t aus Messing, in denen die Oberschaufeln mittelst Schrauben oder durch die Kränze' ο gehende und eingenietete Zapfen x₃ dauerhaft befestigt sind, aufgezogen. Sodann sind sämmtliche auf dem inneren Kranze befestigte Oberschaufeln P₁ und P₄, V₄, Blatt I und II, Fig. 6 und 8, abgedreht oder geschliffen. Der zweite oder äufsere Radkranz ο wird ebenso über die Rückschaufeln etc. P₁ und P₄, V₄ aufgezogen und diese Schaufeln mit dem äufseren Kranz durch Schrauben und Zapfen befestigt. Die beweglichen Radschaufeln P₁ und P_s, v.₂ werden einzeln eingepafst, in guten Gang gebracht und dann mittelst der durchlaufenden Radialschrauben ν mit den schmiedeisernen Kränzen t verbunden.

Sämmtliche Schaufeln und Kränze müssen genau geformt, gleich schwer, sauber gearbeitet und polirt sein, damit die Reibung des Wassers in den Radkanälen soviel wie möglich beseitigt und die ungleiche Schwere aufgehoben ist.

Durch die schmiedeisernen Kränze t und Radschaufeln P₃, Blatt II, Fig. ι und 8, kufen die Radialschrauben, verbinden beide Kränze t mit den Radschaufeln und halten erstere mit letzteren durch umlaufende Zapfen und Nuthen an die messingenen Radkränze o, jedoch nur so fest, dafs sich dieselben sammt den Radschaufeln gleichzeitig mittelst der Schnecken u und U₁ um diese messingenen Radkränze drehen lassen. Die äufseren Kränze t haben Zahnstangen U₁, welche in die Schnecke u greifen. Soll nun, die Turbine mit gröfserer oder kleinerer Wassermenge arbeiten und die unteren Radschaufeln mehr oder weniger geöffnet werden, so wird das Schwungrädchen d_x, das am Mantel gelagert ist, gedreht und es schraubt sich die Traverse d₂, die wieder die beiden beweglichen Schneckenlägerarme w und Schnecke u verbindet, auf oder ab und zieht die untere Schnecke u aus, oder drückt sie in die untere Zahnstange U₁, welche am Radkranze / festsitzt.

Zwei kräftige Riegel y sitzen mit ihrem vorderen Theil ganz in den zwei oberen Schneckenlagern W₁, die an den Turbinenmantel fest geschraubt und unter demselben durch bis an das Laufrad der Turbine reichen, auf vier Seiten umschlossen, so dafs dieselben unmittelbar vor dem Laufrad aus ihrer festen Hülle heraustreten und sich zwischen die starken Nasen λ₂ schieben, welche auf die messingenen Laufradkränze in radialer Richtung festgeschraubt sind.

Um diesen beiden Riegeln y Bewegung zu geben, sind dieselben am hinteren Theil in dem beweglichen Schneckenlager w bis zur Hälfte eingelagert und Riegel mit Lager durch einen durchgehenden Bolzen verbunden. Wird nun das Schwungrädchen d_x gedreht, so mufs die Schraubenspindel C₁ auf- oder abwärtsgehen und im ersten Falle die Riegel aus, im letzteren sich zwischen die Nasen am Rad schieben und das Laufrad um so fester halten, da die Entfernung der Nasen x% gegen das Radmittel kleiner und durch den Druck der Schraube die Riegel kräftig zwischen dieselben geschoben werden können, jedoch nur so weit, bis die mitgeschobene untere Schnecke in ihrer Zahnung sitzt. Um aber das sichere Einfallen der Riegel y in die Nasen x,₂ schnell und aus der Ferne bewirken zu können, haben die Nasen eine einlenkende Form, und das Schwungrädchen d₁ giebt den nöthigen Spielraum dazu, dafs, wenn die Riegel y abgelassen und die Turbine gedreht, dieselben einfallen und in jedem Räume des Maschinenhauses oder aufserhalb desselben die Riegel y eingeschoben, d. h. das Laufrad festgestellt und die Radschaufeln für die gewünschte Wassermenge richtig gestellt werden können. Ist ein Zeigerwerk im Maschinen- oder Fabrikgebäude angebracht, das den Bewegungen der Radschaufeln folgt, dann können die Schaufeln richtig eingestellt und ihre Stellungen controlirt werden. "

Diese Turbine eignet sich mit demselben Nutzen für Saug-, Druck-, Actions-, Reactions- und Grenzturbinen. Als Saugturbine mufs dieselbe in nützlichster Höhe über dem Unterwasserspiegel aufgestellt werden. Damit diese Turbine der ihr angesonnenen und verschiedenen Anwendung und dem ihr gegebenen Verhältnifs der Querschnitte der Leit- und Laufradkanäle gerecht werden kann, ist dieses Verhältnifs bei der Construction derselben genau zu Grunde zu legen, wie die drei Radschaufelconstructionen, Blatt I, Fig. 2; Blatt II, Fig. 1 und 8, dies erkennen lassen. Blatt II, Fig. 8, z. B. ist eine Reactionsturbine mit 0,18 Reactionsgraden, und mufs dieses Verhältnifs bei jeder Oeffnung der Schaufeln dasselbe bleiben, d. h. die Mündungsquerschnitte der Radkanäle des Leitrades sind 0,18 gröfser wie die des Laufrades, und da die Radschaufeln beider Räder ihren Weg beim Oeffnen und Schliefsen in gleicher Zeit zurücklegen, bleibt das gegebene Verhältnifs erhalten. Der gleichzeitige Weg beider Radschaufeln wird auf die zwei Stirngetriebe a_x und b_x, welche über einander auf den Axen der

Schnecken u festsitzen, übertragen; diese greifen in einander, drehen sich dadurch rechts und links, bewegen deshalb die Radschaufeln in entgegengesetzter Richtung und bestimmen durch die Zahnzahl das Mafs des Weges.

Das Stirngetriebe ^₁ bewegt sich in gleicher Entfernung um das Stirngetriebe ^₁ beim Ein- und Ausdrücken der beweglichen Laufradschnecke. Die Zahnräder greifen deshalb immer in einander, und die gewünschte Bewegung, einmal festgestellt, ist eine bleibende.

Das Schneckengetriebe des Leitrades bleibt immer eingerückt und liegt darum im festen Lager w; an der Axe dieser Schnecke sitzt am äufseren Ende ein konisches Getriebe, dessen Lager mit der Mantelfufsschraube befestigt ist. Die aufsteigende Welle c_&, wodurch in jeder Höhe die Turbine regulirbar wird, sitzt in einer Pfanne des Lagerdeckels des konischen Getriebes.

Nähere Beschreibung der drei verschiedenen Constructionen der Radkanäle und deren Veränderung durch das Verschieben der Leit- und Laufradschaufeln.

Die Linien der Berührungsflächen der Radschaufeln (mit Ausnahme derjenigen zwischen Schaufeln und Radkränzen) sind unter sich auch in jeder Lage immer genau radial und horizontal, daher die ungehinderte Bewegung und Schlufsfähigkeit derselben. Für kleine Turbinen ist die Construction, Blatt I, Fig. 6, zu empfehlen, da diese Construction einen gröfseren Raddurchmesser zuläfst, wodurch weniger Umdrehungen des Laufrades und weniger gebogene Radkanäle erzielt sind, in welchen die Wassertheilchen sicherer und ruhiger geleitet werden. Die Turbine arbeitet mit 25 bis 100 1 Wasser pro Secunde. Die Fig. 6 zeigt bei abgezogenem äufseren Radkränze 0 und t die Radkanäle mit Schaufeln des Leit- und Laufrades, und zwar am inneren Kranze, in der Mitte des Kanals und am äufseren Ende der Radschaufeln P und der Rückschaufeln P₁. In den letzteren, welche mittelst der Schrauben q an den Radkränzen befestigt sind, liegen und bewegen sich die Radschaufeln P, die unten auf beiden Seiten einen Zapfen haben, die in dem durch die Traverse zusammenhängenden schmiedeisernen Kranz s, Blatt I, Fig. 5, 9, 10 und 11, gelagert sind und deshalb mit demselben sich bewegen müssen; jedoch sind diese Kränze mittelst Schrauben an den Kränzen t zu befestigen, damit dieselben sammt den beweglichen Schaufeln getragen werden.

Blatt II, Fig. 1. Zweite Construction für ca. 65 bis 150 1 pro Secunde.

Ansicht eines Radkanals des Leit- und Laufrades. Hier sind die beweglichen Radschaufeln v.₂ von den festsitzenden Deck- und Rückschaufeln am oberen Ende eingeschlossen. Die Deckschaufeln sind mit den Zapfen »₅ und Schraube z>₄ befestigt. Die bewegliche Schraube V₂ ruht in der Deckschaufel »₅ und hat an der inneren Seite einen Zapfen V₂, der in dem inneren Radkranze ο eine Nuth hat, worin er sich bewegt und getragen wird. V₁ sind die Schraubenlöcher der Radialschrauben v, welche dieselben mit dem beweglichen Kranze t verbinden und das Oeffnen und Schliefsen der Schaufeln bewirken.

Blatt II, Fig. 2. Grundrifs einer beweglichen Schaufel und deren Kreisänderung, welche weniger zu bedeuten hat, da aus beiden Radwänden diese Kreisänderung zwischen Deck- und Rückschaufel ausgefräst ist.

Blatt II, Fig. 6, 8 und 9. Dritte Construction der Radkanäle und Schaufeln.

Die beweglichen Radschaufeln lehnen passend mit ihrem hinteren und oberen Theile an die Rückschaufeln, ihre Berührungsflächen bleiben bei jeder Bewegung immer radial und horizontal; diese werden am unteren Ende mittelst der durchlaufenden Radialschrauben v, welche die zwei schmiedeisernen inneren und äufseren Kränze t verbinden und letztere sowohl wie die Radschaufeln an die messingenen Radkränze 0 halten, von denselben durch Nuth und Zapfen getragen. Beim Drehen der Schnecken u werden sowohl die schmiedeisernen Kränze mit sämmtlichen Radschaufeln, erstere aufsen, letztere zwischen denselben hin- und her- oder auf- und zugezogen. Die Kreise der Schaufelbewegung haben in den Punkten v_h ihr Centrum und liegen genau in radialer und horizontaler Linie des Radmittelpunktes und vertical über dem Mittel der Schaufelbewegung, machen daher eine kaum merkliche Abweichung der Kreislinie durch die gerade Bewegung, wie der Kreisbogen zwischen der Schaufelbewegung und die von einem zum andern Bewegungspunkte gezogene gerade Linie nachweist; es darf daher der Gang der Schaufeln ein leichter, dauernder und schliefsender genannt werden.

Es ist klar, dafs die Radschaufeln, welche zwischen den inneren und äufseren Radkränzen gut eingepafst und durch die durchlaufenden Radialschrauben und den Druck des Wassers an ihren Platz gebunden, sich nicht von den Rückschaufeln entfernen können; der Sicherheit wegen ist aber dennoch ein länglich abgerundeter Zapfen, der sich in einer Nuth des äufseren Radkranzes bewegt, angebracht.

Erklärung der Construction des Oberwasserzapfens mit Oelbüchse, Blatt II, Fig. 5 und 12. α sind zwei Cylinder, welche auf den Boden α geschraubt und in der Ecke der Schraube öldicht verpackt sind. a₂ ist ein Oelableitungsrohr, welches im inneren Cylinder verschraubt und im äufseren öldicht verpackt ist. Der Boden a. hat einen abwärtsgehenden Cylinder,

der auf seiner äufseren Fläche Gewinde hat und vertical durchbohrt ist. Dieses zusammen bildet einen doppelten Oelbecher, der mit seinem Gewinde im Hute d, Blatt I, Fig. ι, festgeschraubt ist und mit seinem unteren Theil eine Stopfbuchse bildet, deren Verpackung den Becher abschliefst.

Dieser Oelbecher hat vier radiale Oelkanäle h, welche geneigt sind und mit dem eingedrehten Oelkanal / in Verbindung treten, und zwei Nuthen m, die zur Haltung der eingelagerten gufsstählernen abgeschnittenen Kugel d dienen.

In diesem Oelbecher lagert die abgeschnittene Kugel d, welche vertical und konisch durchbohrt ist, um derselben Spielraum zur Bewegung zwischen ihr selbst und dem konischen Cylinder des Oelbechers zu verschaffen. Diese abgeschnittene Kugel dient dem vertical durchbohrten und über die Welle geschobenen gufsstählernen Spurzapfen c als Unterlage und hat in der konischen Durchbohrung vier halbrunde aufwärtslaufende Oelkanäle, welche mit den vier radial in die Schnittfläche der Kugel eingezogenen und ²/s durchlaufenden Furchen in Verbindung stehen.

Ist nun der äufsere Becher mit OeI gefüllt, so fliefst das OeI durch die Kanäle h in den ringsum gedrehten Kanal f und von diesem in die Furchen i, so dafs sich das OeI gleichmäfsig zwischen Unterlage und Spurzapfen vertheilt. Das verbrauchte OeI fliefst in den inneren Becher und von dort durch das Abflufsrohr a₀, welches am vorderen Ende ein Gewinde zum Anschrauben eines Gummirohres hat, das in ein Gefäfs an beliebigem Orte einmündet, und wodurch die continuirliche Oelung des Spurzapfens gesichert, das gebrauchte Schmier-OeI wieder gesammelt, und nach dessen Reinigung wieder verwendbar ist.

Die Unterlage d (abgeschnittene Kugel) hat zwei radial eingebohrte vorspringende Zapfen / zum Halten derselben und am unteren Theile der Bohrung Spielraum zur Bewegung.

Der vertical durchbohrte Spurzapfen e ist über die guisstählerne Radaxe g geschoben, hat in der Durchbohrung die Nuth n, worin der auf der Radaxe festsitzende Keil k lagert; es kann deshalb der Spurzapfen auf- und abgezogen werden, ohne sich drehen zu können.

Ueber demselben ist eine Mutter mit Gegenmutter an die Radaxe geschraubt, durch welche der Spurzapfen auf seine Unterlage, das Laufrad an das Leitrad gehalten und regulirt wird, der Spurzapfen jederzeit schnell abgenommen und wieder ersetzt werden kann.

Bei dieser Einrichtung mufs unter allen Umständen eine gleichförmige Vertheilung des Druckes an der Grundfläche des Zapfens eintreten und eine fehlerhafte Aufstellung ist ausgeschlossen.

Claims (2)

P ATENT-An Sprüche:

1. Die Befestigung des Laufrades freitragend auf dem unteren Ende der Turbinenaxe, in Verbindung mit dem Oberwasserzapfen und dessen Schmierapparat mit continuirlicher Zu- und Ableitung des Schmieröls, demUeber- imdEinbau desTurbinengetriebes, sowie der Construction des Turbinenmanteldeckels.

2. Die beiden Turbinenräder mit beweglichen • Radschaufeln, schmiedeisernen oder messingenen verschiebbaren, inneren und äufseren Radkränzen mit dem damit verbundenen Mechanismus, welcher die Radkanäle nach Bedürfnifs öffnet oder schliefst.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.