DE1503243A1

DE1503243A1 - Aus einer Turbine und einer Pumpe bestehende hydraulische Vorrichtung

Info

Publication number: DE1503243A1
Application number: DE19631503243
Authority: DE
Inventors: Pierre Coucet; Andre Culaud
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1962-10-17
Filing date: 1963-09-10
Publication date: 1969-05-22
Also published as: BE636296A; US3196798A; NL299021A; CH388220A; AT243716B; NL125802C; GB976695A; ES291288A1

Description

DR.-INQ. FRED MAYER 15032 A3

PATENTANWALT BERLIN-DAHLEM-HOTTENWECIS

Ruf: 7613 03-Te legramme: Consideration-Berlin · Postscheckkonto Berlin-West 23887 Berliner Bank AG., Depositenkasse 1, Berlin-Charlottenburg.), Bismarckstrafie81 Bank für Handel und Industrie AG., Dep.-Kasse 24, Berlin-Dahlem, Breitenbach platz

μ.in zeich.n: 218/9943 DE Ta₉: 10 .September I963

Patentanmeldung

der Firma

ATELIERS DES CHARMILLES

S.A.
Genf (Schweiz)

"Aus einer Turbine und einer Pumpe bestehende hydraulische Vorrichtung"

Die Erfindung besieht sich auf eine aus einer Turbine und einer Pumpe bestehende hydraulische Vorrichtung, bei der das Turbinenrad und das Pumpenrad aneinandergrenzend auf derselben. Welle montiert sind und ein einziges Gehäuse für die Versorgung der Turbine bzw. für die Aufnahme des von der Pumpe gelieferten Wassers vorgesehen ist, wobei Organe vorhanden sind, durch die der Raum des Gehäuses von dem Raum, in dem sich die Turbine dreht, bsw. von dem Raum, in dem sich die Pumpe dreht, getrennt werden kann.

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Man kennt bereits hydraulische Einrichtungen dieser Art. Obgleich bei ihnen die Raumbeanspruchung im Vergleich zu solchen Einrichtungen reduziert ist, bei denen eine Turbine und eine Pumpe unabhängig voneinander vorgesehen sind, benötigen sie doch noch einen gewissen Raum für die Ansaugkanäle, die gegeneinandergerichtet zu den Rädern der Pumpe bzw. der Turbine laufen.

Durch die Erfindung soll dieser Nachteil beseitigt werden. Das gelingt dadurch, daß der Ansaugkanal der Turbine und der Ansaugkanal der Pumpe auf derselben Seite der Räder liegen und mindestens auf ihrem an die Räder angrenzenden Stück koaxial verlaufen.

In der Zeichnung sind schematisch zwei Ausführungsbeispiele einer hydraulischen Anlage gemäß der Erfindung dargestellt. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsformj Fig. 2a einen Schnitt nach der Linie H-II der Fig.l; Fig. 2b einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig.l und

Fig. 2A und 2B Schnitte nach den Linien II-II bzw. III-III der Fig.l einer zweiten Ausführungsform.

Die hydraulische Vorrichtung besitzt eine Y/elle 1, die einen elektrischen Generator 2 mit einem Turbinenrad 3 verbindet. Die Welle 1 wird an dem Ende, das an das Turbinenrad 3 angrenzt, von einem Lager 4 getragen. Das Turbinenrad 3 ragt in ein Pumpenrad 5, das mit dem Turbinenrad 3 einen Körper bildet. Die Einheit, die aus dem Turbinenrad 3 und dem Pumpenrad 5 besteht, ist fliegend auf dem Ende der Welle 1 befestigt, die im Ausführungsbeispiel

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horizontal liegt. An dem linken Ende des TurMnenrads 3 befindet sich ein Boden 6, der gewöhnlich als oberer Boden bezeichnet wird, während ein Boden 7, der gewöhnlich als unterer Boden bezeichnet wird, am Rahmenteil des Pumpenrades 5 sitzt·

Die Turbine ist mit einem Verteiler ausgerüstet, der eine Reihe von Schaufeln 8 besitzt, die auf ihren Achsen 9 orientierbar sind. Letztere sind mit Hebeln 10 verbunden, die über Stangen 12 an einem Schieberkreis 11 angelenkt sind. Außerdem besitzt die Turbine einen Vorverteiler, des- f sen Stege 13 gebogen sind (s.Fig.2a). Auf diese Weise erfolgt eine Umkehr der Richtung der Tangentialkomponente der Wasserströmung am Eingang der Turbine. Das Wasser, das den Vorverteiler beaufschlagt, kommt aus einem spiralförmigen Gehäuse 14, das beispielsweise mit dem unteren Ende einer Druckleitung verbunden ist. Die Pumpe v/eist überdies einen Verteiler 15 auf, der mit Stegen 16 üblicher Ausbildung ausgerüstet ist (s.Fig.2b). Der Verteiler 16 mündet in das spiralförmige Gehäuse 14, das zur Versorgung der Turbine dient.

Wie der Fig.l zu entnehmen ist, liegen die Ansaugkanäle j 17 und 18 für die Turbine und die Pumpe über mindestens einen Teil ihrer Länge auf derselben Seite der Räder 3 und 5 koaxial. Die Ansaugkanäle 17 und 18 sind in einem gewissen Abstand von den Rädern 3 und 5 nach unten gebogen. Der Kanal 17 der Turbine läuft durch die gebogene Wand 19 des Ansaugkanals der Pumpe hindurch. An ihren Enden, die sich an die Krümmungen 19 und 20 anschließen und in das gemeinsame Becken 21 ragen, laufen die Kanäle etwa parallel zueinander.

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Es sind Organe vorgesehen, mit denen der Raum des Gehäuses 14 von dem Raum, in dem sich die Turbine 3 dreht, bzw. von dem Raum, in dem sich die Pumpe 5 dreht, getrennt werden kann. Im Ausführungsbeispiel bestehen diese Mittel aus zwei voneinander unabhängigen Schiebern. Der eine 22 von ihnen dient zur Trennung des Raumes des Gehäuses 14 von dem Turbinenrad 3 und der andere 23 von ihnen zur Trennung des Raumes des Gehäuses 14 von dem Rad der Pumpe 5· Die beiden Schieber 22 und 23 können vorzugsweise unabhängig voneinander gesteuert werden, so daß sie auch gleichzeitig geschlossen werden können, wenn die Maschine beispielsweise zum Zwecke der Wartung trockengelegt werden soll.

Die hydraulische Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Wenn sie als Turbine funktioniert, fließt von einem oberen Sammelbehälter z.B. über eine Druckleitung in das spiralförmige Gehäuse 14 Wasser. In diesem Falle ist der Schieber 23 geschlossen, so daß das Pumpenrad 5 gegenüber dem Gehäuse 14 isoliert ist. Der Schieber 22 ist offen, und die Betätigung des Verteilers mit den orientierbaren Schaufeln 8 über den Schieberkreis 11 ermöglicht die Steuerung der Turbine. Diese treibt über die Welle 1 den Wechselstromgenerator 2 an, der Strom in das Netz liefert. Zugleich wird das Pumprad 5 gedreht. Diese Rotation verursacht jedoch nur einen vernachlässigbaren Leistungsverlust, da sich das Pumpenrad in einem Raum dreht, der nur mit Luft und nicht mit Wasser angefüllt ist. Das Turbinenrad 3 dreht sich im Uhrzeigersinne, bezogen auf die Fig.2a.

Die Vorrichtung funktioniert bei einem schwachen elektrischen Leistungsbedarf als Pumpe, wenn ein Teil der zur

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Verfügung stehenden elektrischen Leistung aufgewendet wird, um Wasser in das öftere gemeinsame Becken zurückzupumpen. In diesem Falle ist der Schieber 22 geschlossen, so daß er den Raum, in dem sich das Turbinenrad 3 dreht, isoliert und dieser Raum sich entleeren kann. Der Schieber 23 ist offen. Der Wechselstromgenerator 2 funktioniert in diesem Falle als Motor und treibt über die Welle 1 die aus dem Turbinenrad 3 und dem Pumpenrad 5 bestehende Einheit an, die sich ebenfalls im Uhrzeigersinn (s.Fig.2a und 2b) dreht. Dabei wird das Wasser aus dem Becken 21 über den Kanal 18, der der Pumpe zugeordnet ist, angesaugt und fließt durch das f Pumpenrad 5 zunächst in den Verteiler 15 und dann in das Gehäuse 14, von wo es in das obere Sammelbecken gelangt.

Wie sich aus der Beschreibung ergibt, ist der Drehsinn der Maschine, wenn sie als Pumpe funktioniert, der gleiche wie wenn sie als Turbine funktioniert. Dafür sorgen die Stege der Turbine, die infolge ihrer Krümmung die Richtung der Tangentialkomponenten der Wasserströmung bei ihrem Eintritt in die Turbine umkehren.

Die zweite Ausführungsform zeigen die Fig. 2A und 2B, die die gleichen wesentlichen Organe besitzt wie die Ausführungs- ' form der Fig.l. Jedoch sind in diesem Falle die Stege 13 des Vorverteilers der Turbine normal ausgeführt, so daß die Stromfäden spiralförmig von dem Gehäuse 14 in das Rad der Turbine 3 einlaufen, wobei sie die Schaufeln 8 des regelbaren Verteilers passieren. Die Turbine rotiert also im Gegenuhrzeigersinn, wie es durch den Pfeil in der Fig. 2A veranschciulicht ist. Die Stege 16 des Verteilers 15 der Pumpe sind gebogen (s.Fig.2B) und rufen infolgedessen eine Umkehr

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der Richtung der Tangent ialkomponen ten der Strömung am Ausgang des Verteilers 15 hervor. Die gebogenen Stege 16 ermögli. chen also eine Krümmung der Stromfäden am Ausgang des Verteilers 15, so daß der Drehsinn der Pumpe 5 derselbe ist wie der Drehsinn der Turbine 3.

Da die zweite Ausführungsform ähnlieh funktioniert wie die erste, wird sie nicht beschrieben.

Zahlreiche Abwandlungen sind denkbar. So können die Ansaugkanäle 17 und 18 der Turbine und der Pumpe von den Rädern 4 und 5 bis in das gemeinsame Becken 21 koaxial verlaufen. Jedoch stellt die beschriebene Ausführungsform eine bevorzugte Ausbildung dar, da bei ihr der beanspruchte Raum reduziert ist. Bei einer vertikalen Anordnung der Welle 1 können die Ansaugkanäle IT und 18 von den Rädern 3 und 5 bo.s zur Hasserebene des Beckens 21 koaxial verlaufen. Die Vorrichtung mit einer Krümmung in den Kanälen ist auch insofern vorteilhaft, als bei ihr die Höhe der Ausnehmung verringert wird, die für das Ansaugrohr der Turbine erforderlich ist.

In den Ausführungsbeispielen ragen die Ansaugkanäle 17 und 18 in dasselbe Becken 21. Selbstverständlich kann jeder Kanal auch in ein besonderes Becken münden.

Was die Mittel betrifft, die zur Trennung des Raums des spiralförmigen Gehäuses 14 von dem Raum, in dem sich das Turbinenrad dreht, bzw. von dem Raum, in dem sich das Pumpenrad 5 dreht, dienen, so können diese auch als anders geartete Verschlußvorrichtungen ausgebildet sein. Auch der Verteiler mit orientierbaren Schaufeln 8 für die Turbine kann als Verschluß dienen.

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Um die Zeichnung zu vereinfachen, wurden die Räder 3 und 5 als ein Stück dargestellt. Es ist jedoch klar, daß es bei Maschinen großer Dimensionen zur Erleichterung der Herstellung vorteilhaft sein kann, beide Räder unabhängig voneinander zu montieren und sie dann miteinander zu verbinden.

In den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen umgeben das Pumprad 5,das Turbinenrad 3 und der Ansaugkanal 3 den Ansaugkanal IT. Jedoch ist auch eine umgekehrte Anordnung möglich, bei der also das Turbinenrad 3 in einen ringförmigen Ansaugkanal mündet, der den Ansaugkanal der Pumpe umgibt. "

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Claims

DR.-INQ. FRED MAYER

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B ERLIN -DAH LEM · HOTTENWEQ15

Ruf: 7613 03 -Telegramme: Cons Iderat Ion-Be rl In -Postscheckkonto Berlin-West 23887 Berliner Bank AG., Depos itenkasse 1, Berlin-Charlottenburg 4, Blsmarckstraee81 Bank IUr Handel und Industrie AG., Dep.-Kasse 24, Berlin-Dahlem, B reit en bach ρ I at ζ

Mein zeichen: 218/9943 DE ^Tafl: 10 .September I963

Pat ent anmeldung der Firma

ATELIERS DES CHAKIiILLE:

Genf (Schweiz)

Patentansprüche:

I))Aus einer Turbine und einer Pumpe bestehende hydraulische Vorrichtung, bei der das Turbinenrad und das Pumpenrad aneinandergrenzend auf derselben Welle montiert sind und ein einziges Gehäuse für die Versorgung der Turbine bzw. für die Aufnahme des von der Pumpe gelieferten Wassers vorgesehen ist, wobei Organe vorhanden sind, durch die der Raum des Gehäuses von dem Raum, in dem sich die Turbine dreht, bzw. von dem Raum, in dem sich die Pumpe dreht, getrennt werden kann, dadurch gekennzeichnet , daß der Awsaugkanal (7) der Turbine (3) und der Ansaugkanal (18) der Pumpe (5) auf derselben Seite der Räder (3>5) liegen und mindestens mit ihrem an die Räder angrenzenden Stück koaxial verlaufen.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rädern (3,5) gegenüberliegenden Enden der beiden Kanäle (17,18) in dasselbe Becken (21) münden.

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3) Vorrioiitung, bei der die Welle der Maschine horizontal ist, nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Räder (3,5) fliegend am einen Ende der Welle (1) angeordnet sind.
4) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß der Ansaugkanal (18) der Pumpe (5) den Ansaugkanal (IT) der Turbine (3) auf einem den Rädern (5,7) benachbarten horizontalen Steg umgibt und daß die beiden Kanäle (17,18) im Abstand von den Rädern nach unten gebogen sind, wobei der Ansaugkanal (17) der Turbine (3) ä durch die bogenförmige Wand (19) des Ansaugkanals (18) der Pumpe (5) hindurchgeht und die beiden Kanäle hinter ihrer Krümmung bis zum gemeinsamen Becken (21) etwa parallel verlaufen.
5) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4> dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Räder (3,5) ineinander- stecken und ein einziges Drehelement bilden.
6) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch g e ke η η zeichnet , daß zwei voneinander unabhängige Schieber (22,23) vorgesehen sind, von denen der eine zur Trennung des Gehäuseraumes (14) vom Turbinenrad (3) und der " andere zur Trennung deo Gehäuseraums (14) vom Pumprad (5) dient.
7) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Turbine (3) einen Vorverteiler auf v/eist, dessen Stege derart gebogen sind, daß sie eine Umkehr des Riehtungssinns der Tangentialkomponenten der .Wasserströmung bei ihrem Eintritt in die Turbine (3)

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hervorgerufen und einen identischen Drehsinn bei Betrieb als Turbine bzw. als Pumpe ermöglichen.
8) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Welle (1) des Turbinenpumpenaggregates vertikal ist.
9) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Stege (16) des Verteilers (15) der Pumpe (5) einen Bereich aufweisen, der eine Krümmung der Stromfäden am Ausgang der Pumpe in das Gehäuse (14) hervorruft, so daß bei dem Setrieb als Turbine bzw. als Pumpe die gleichen Drehrichtungen erzeugt werden.
10) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Stege (16) des Verteilers (15) gebogen sind, so daß eine Umkehr der Richtung der Tangentialkomponente des Wassers am Ausgang des Verteilers (15) in das Gehäuse (14) hervorgerufen wird.

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