DE1503278B2 - Einrichtung zur regelung einer zentripetal durchstroemten ueberdruck wasserturbine - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die scheiben zusammenwirkenden drehbaren Leitschau-Regelung von zentripetal durchströmten Überdruck- fein sich in Turbinenachsrichtung verschieben können, Wasserturbinen, die im Druckhöhenbereich von 50 während die benachbarten unverschieblichen Drehbis 150 m eingesetzt werden. schaufeln Servomotore tragen, welche die Drehung

Bekannte, für diesen Anwendungsbereich verwen- 5 sämtlicher Schaufeln gewährleisten. Bei dieser Aus-

dete Radialturbinen mit Axialauslauf besitzen einen bildung ist es weiterhin zweckmäßig, zur kinemati-

niedrigen Kavitationswert und arbeiten bei optimaler sehen Kopplung der verschieblichen Schaufeln mit

Belastung mit hohem Wirkungsgrad; bei Teillast oder den unverschieblichen Schaufeln die oberen Zapfen

bei Druckhöhenschwankungen fällt jedoch der Wir- der verschieblichen Schaufeln in der Art einer Keil-

kungsgrad stark ab und es treten starke Pulsationen io welle mit Gleitfedern auszubilden, mit deren Hilfe

im Saugrohr auf. diese Schaufeln gedreht werden.

Bei Turbinen mit Drehschaufeln sind die Pulsa- Die erfindungsgemäß ausgebildete Turbine weist

tionen im Saugrohr geringer und der Wirkungsgrad einen hohen Wirkungsgrad auch bei Teillast und bei

bei Teillast und bei Druckhöhenschwankungen grö- Druckhöhenschwankungen auf, wobei trotz Beibehal-

ßer; sie besitzen jedoch einen hohen Kavitationswert. 15 tung guter Kavitationswerte in allen Betriebszustän-

Zur Überwindung dieser Nachteile sind Wasser- den die Pulsationen vermindert sind,
turbinen mit Doppelregelung bekannt, bei der eine Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich erste Regelung durch die Verstellung der Leitschau- aus der nachstehenden Beschreibung von Ausfühfeln stattfindet und eine zweite Regelungsmöglichkeit rungsbeispielen an Hand der Zeichnungen. Es zeigt
durch die axiale Verschiebung eines Strömungskör- 20 F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungspers gegeben ist, mit dessen Verschiebung der Aus- gemäße Radialturbine mit Axialauslauf,
trittsquerschnitt geändert werden kann. Bei einer Fig. 2 die Ausbildung einer solchen Turbine mit solchen Ausbildung ist vor allem nachteilig, daß das abwechselnd axial verschieblichen und in Axialrichströmende Medium beim Austritt aus den Lauf- tung unverschieblichen drehbaren Leitschaufeln,
schaufeln auf eine plötzliche Verengung der Strö- 25 Die gezeigte Wasserturbine besitzt ein Laufrad 1 mungswege trifft, und zwar dazu noch in einer Zone mit nicht verstellbarer Nabe 2, die an der Hohlhöherer Strömungsgeschwindigkeit. Dies führt zu welle 3 befestigt ist. An der Nabe 2 sind die nicht hohen Strömungsverlusten und damit zu einem drehbaren Laufschaufeln 4 des Laufrades 1 befestigt, schlechten Gesamtwirkungsgrad der Turbine. wobei ein in Turbinenachsenrichtung verschieblicher

Die vorstehend beschriebenen Nachteile der Rege- 30 Verstellboden 5 vorgesehen ist, durch dessen lung mittels Veränderung der Durchtrittsquerschnitte Schlitze 6 die Schaufeln 4 hindurchtreten. Der Versind vermieden bei der Regelung mittels des söge- stellboden 5 wird mit Hilfe eines Servomotors 7 vernannten Verstellbodens. Hierbei umgibt ein spiraliges stellt.

Gehäuse die ganze Turbine ringförmig, wobei sich Die Turbine besitzt weiterhin einen Ständer 8, eine

in Strömungsrichtung gesehen hieran der Leitschau- 35 Spirale 9 und einen Leitapparat 10 mit einem un-

felkranz und danach der Laufschaufelkranz anschlie- beweglichen unteren Kranz 11 und einem ebenfalls

ßen. Vom Laufrad aus strömt das Medium in den unbeweglichen oberen Kranz 12. Der Leitapparat 10

axialen Auslauf. Sowohl im Bereich der Leitschau- enthält im oberen Teil noch einen weiteren, längs

fein als auch im Bereich der Laufschaufeln sind die der Turbinenachse verschieblichen oberen Kranz 13,

Strömungswege durch eine verschiebliche Wand, den 40 der von dem Servomotor 14 angetrieben wird. Dieser

Verstellboden, begrenzt, mit der die Durchtrittsquer- verstellbare Kranz 13 besteht auf der Außenseite aus

schnitte geändert werden können, ohne daß Tot- einem zylindrischen Schild 15, das als Absperrorgan

wassergebiete auftreten. Die vorliegende Erfindung dient. Der Servomotor 14 ist als feststehender Kolben

geht von einer solchen Ausbildung aus. 16 ausgeführt, der auf dem oberen unbeweglichen

Zur Ermöglichung einer doppelten Regelbarkeit 45 Kranz 12 des Leitapparates 10 sitzt. Der Kolben 16 einer zentripetal durchströmten Überdruck-Wasser- befindet sich in einem mittels Drucköl verstellbaren turbine wird hierbei erfindungsgemäß vorgeschlagen, Zylinder 17, wobei das Öl in die Räume 18 und 19 daß in dem ringförmigen Einsatz jeweils im Bereich geleitet wird. Der Zylinder ist durch die Zugstangen der Leitschaufeln Scheiben drehbar gelagert sind, die 20 mit dem verstellbaren Kranz 13 kinematisch verschlitzförmige Mittelöffnungen aufweisen und die 50 bunden.

Leitschaufeln voll umschließen, so daß diese gedreht Die Drehschaufeln 21 des Leitapparates 10 sind

werden können und somit eine zweite Regelungs- durch die Drehscheiben 22 geführt, die bei der in

möglichkeit geschaffen ist. F i g. 1 gezeigten Ausbildung im oberen verstellbaren

Nach einer weiteren Ausbildung ist der Leitrad- Kranz 13 angeordnet sind. Bei der in F i g. 2 gezeig-

einsatz auf der Außenseite als zylindrischer Schild 55 ten Ausbildung sind Drehscheiben 22 abwechselnd

gestaltet, der in der unteren Verschiebestellung den im oberen verstellbaren Kranz 13 und im unteren

Zulauf vollständig absperrt. feststehenden Kranz 11 des Leitapparates 10 vor-

Die Verschiebeeinrichtung für den verschieblichen gesehen.

Leitradeinsatz wird zweckmäßigerweise als ein mit Bei dieser in Fig. 2 gezeigten Ausbildung kann dem feststehenden Leitschaufelkranz verbundener 60 der Zulauf durch vollständige Verdrehung der Schauortsfester Kolben ausgeführt, dessen hydraulisch be- fein 21 bis zu deren Überdeckung abgesperrt werweglicher Zylinder mit dem verschieblichen Leitrad- den. Zu diesem Zwecke sind die durch die Schlitze einsatz durch Schiebestangen verbunden ist. der unteren Scheiben 22 geführten Drehschaufeln 21

Es kann weiterhin aus Gründen der Raumauftei- in Turbinenachsenrichtung verschieblich ausgeführt, lung zweckmäßig sein, die Drehscheiben der Leit- 65 Die jeweils benachbarten unverschieblichen Schauschaufeln abwechselnd im oberen beweglichen Kranz fein 21 werden durch Servomotoren 23 angetrieben, und im unteren unbeweglichen Kranz des Leitappa- so daß eine gegenseitige Uberdeckung erreicht werrates vorzusehen, wobei die mit den unteren Dreh- den kann. Der Drehantrieb der verschieblichen

Claims (5)

Schaufeln 21 erfolgt über die in der Art einer Keilwelle ausgebildeten Zapfen 25, in die die Gleitfedern 26 eingreifen. Bei dieser Ausbildung dient der zylindrische Schild nicht als Absperrorgan und deshalb braucht seine Höhe nur gleich der größten Höhendifferenz des Leitapparates 10 zu sein, die beim Regeln auftreten kann. In der in Fig. 1 gezeigten Ausbildung, wo der Leitapparat 10 durch den zylindrischen Schild 15 abgesperrt werden soll, muß die Schildhöhe gleich der größten Höhe des Leitapparates 10 sein. Die Doppelregelung der erfindungsgemäßen Wasserturbine wird erreicht durch gleichzeitiges Ändern der Höhe bo und der Öffnung α<> des Leitapparates 10 und des Laufrades 1. Die Servomotore 7,14 und 23 werden zu diesem Zweck gleichzeitig in der Weise gesteuert, daß jeweils in Abhängigkeit von Druckhöhe und Durchsatz der optimale Betriebszustand eingestellt wird. Zu bemerken ist noch, daß die erfindungsgemäße Wasserturbine auch umgekehrt als Turbinenpumpe eingesetzt werden kann. Ihr Aufbau gewährleistet auch in diesem Betrieb einen maximalen Wirkungsgrad. Bei der Umstellung der Maschine vom Turbinenbetrieb auf Pumpenbetrieb dient der Leitapparat als Geraderichtapparat, wozu die Schaufeln um 180° zu drehen sind. Die erfindungsgemäße Wasserturbine mit Doppelregelung gewährleistet einen maximalen Wirkungsgrad auch bei großen Druckhöhenschwankungen und Belastungsänderungen. Patenansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung einer zentripetal durchströmten Überdruck-Wasserturbine mit einem der Laufradnabe aufgesetzten und in Achsrichtung verschieblichen, mit dem Laufrad umlaufenden Verstellboden, der Schlitze aufweist, durch die die Laufschaufeln hindurchtreten, und einem weiteren in Achsrichtung verschieblichen ringförmigen Einsatz im Bereich der Leitschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ringförmigen Einsatz (13) jeweils im Bereich der Leitschaufeln (21) Scheiben (22) drehbar gelagert sind, die schlitzförmige Mittelöffnungen aufweisen und die Leitschaufeln (21) umschließen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitradeinsatz (13) auf der Zulauf seite als zylindrischer Schild (15) gestaltet ist, der in der unteren Verschiebestellung den Zulauf absperrt.

3. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung für den verschieblichen Leitradeinsatz (13) einen mit dem feststehenden Leitschaufelkranz

(12) verbundenen ortsfesten Kolben (16) aufweist, dessen hydraulisch beweglicher Zylinder (17) mit dem verschieblichen Leitradeinsatz (13) durch Schiebestangen (20) verbunden ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehscheiben (22) abwechselnd im oberen beweglichen Kranz

(13) und im unteren unbeweglichen Kranz (11) des Leitapparates (10) befestigt sind, wobei die durch die Schlitze der unteren Drehscheiben durchgeführten drehbaren Leitschaufeln sich in Turbinenachsenrichtung verschieben können, während die benachbarten unverschieblichen drehbaren Leitschaufeln Servomotore tragen, welche die Schaufeln drehen und bis zur gegenseitigen Überdeckung bringen können.

5. Einrichtung nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Zapfen (25) der verschieblichen drehbaren Leitschaufeln Gleitfedern (26) besitzen, mit deren Hilfe die Schaufeln gedreht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen