DE1628115C - Leitrad fur Pumpenturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitrad für Pumpenturbinen mit zwischen einem Leitraddeckel und einem Leitradboden fest eingesetzten Leitschaufeln:

Bekanntlich ist die Strömungsrichtung am Leitradaustritt im Turbinenbetrieb bei maximaler Turbinenleistung abweichend von der Strömungsrichtung am Laufradaustritt bzw. Leitradeintritt im Pumpvollastbetrieb. Dabei kann der Winkel, den die Austrittsgeschwindigkeit aus dem Leitrad bei Turbinenbetrieb mit der Tangente an den Leitradaustritts- bzw. Laufradeintrittskreis einschließt, mehr als den doppelten Wert des Winkels zwischen der Laufradaustrittsgeschwindigkeit und dieser Tangente bei Pumpbetrieb annehmen. Es sollten also die Leitschaufeln im Turbinenbetrieb wesentlich weiter als im Pumpbetrieb geöffnet werden. Daraus ergeben sich für die Auslegung der Leitschaufeln von Leiträdern mit unverstellbaren, also festen Leitschaufeln beträchtliche Schwierigkeiten. Werden nämlich die festen Leitschaufeln für maximale Leistung bei Vollast im Turbinenbetrieb, d. h. mit entsprechend großem Austrittswinkel ausgebildet bzw. angeordnet, so hat dies, weil eben die Austrittsströmung aus dem Laufrad bei Pumpbetrieb unter einem wesentlich geringeren Winkel verläuft, im Pumpbetrieb große Eintrittsstoßverluste zur Folge. Außerdem läßt sich dabei die für den Pumpbetrieb so wichtige diffusorartige Strömung zwischen den Leitschaufeln kaum verwirklichen.

Um bei Flügeln für Propellerpumpen, Schiffspropeller oder Propellerturbinen ein Ablösen der Strömung von der Flügelfläche zu vermeiden, ist die Anordnung von Schlitzen in den Flügelflächen zwecks Absaugung und Fortspülung der durch den Einfluß der Reibung an den Flügelflächen abgebremsten Grenzschicht bekanntgeworden. Diese Schlitze sollen die schädlichen Kavitations- und Korrosionserscheinungen bei schnellaufenden Flügelrädern vermeiden helfen.

Schließlich wurden die Leitschaufeln einer Pumpenturbine so ausgebildet, daß ihre dem Turbinenrad zugekehrten Enden verschwenkt werden können. Mit dieser Anordnung sollte eine Anpassung der Turbine an eine geringere Last als die Normallast erreicht werden. Beide zuletzt geschilderten Maßnahmen sind jedoch nicht imstande, die genannten Schwierigkeiten zu vermeiden, die bei wechselndem Pump- und Turbinenbetrieb auftreten.

Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Leitrad für Pumpenturbinen zu schaffen, das trotz feststehender Leitschaufeln günstige Verhältnisse in beiden Strömungsrichtungen, also sowohl bei Turbinenbetrieb als auch bei Pumpbetrieb gewährleistet.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die dem Laufrad zugekehrten Enden der für maximale Leistung bei Vollast im Turbinenbetrieb ausgebildeten bzw. angeordneten Leitschaufeln an der konvexen Schaufelseite zwei oder mehrere Spalte aufweisen, die in Richtung der Eintrittsströmung in das Leitrad bei Pumpvollastbetrieb verlaufen und sich zu einem Kanal mit Austrittsöffnung am jenseitigen Leitschaufelende vereinen, so daß im Pumpbetrieb ein Teil der gesamten Durchflußmenge die Leitschaufeln durchströmt, wobei im Kanal der Leitschaufel eine Rückschlagklappe eingebaut ist, die sich unter der Slrötnungswirkung im Kanal bei Pumpbetrieb selbsttätig öffnet und bei Turbinenbetrieb schließt. Die Leitschaufel sind also für maximale Leistung im Turbinenbetrieb ausgelegt, es ergeben sich daher auch im Turbinenbetrieb die günstigsten Strömungsverhältnisse. Durch die Anordnung der Rückschlagklappen wird dabei in einfacher Weise verhindert, daß die Leitschaufeln auch im Turbinenbetrieb durchströmt werden, wobei die Klappen keinen hohen technischen Aufwand erfordern und auch wenig störanfällig sind. Dennoch sind auch für den Pumpbetrieb günstige Verhältnisse .gegeben, weil ein Teil des Wassers die

ίο Leitschaufeln mit sehr geringem Energieverlust durchströmt und durch den gewählten Verlauf der Spalte die bisherigen Stoßverluste.beim Eintritt in das Leitrad weitgehendst vermieden werden,
ν Erfindungsgemäß erweitern sich die Kanäle in den Leitschaufeln zur Austrittsöffnung hin allmählich diffusorartig, so.daß die Austrittsgeschwindigkeit aus den Kanälen der Strömungsgeschwindigkeit zwischen den Leitschaufeln an dieser Stelle entspricht und somit keine größeren Strömungsverluste an diesen Schaufelenden entstehen.

Vorteilhaft ist es auch, wenn der Leitradboden im Sinne einer allmählichen diffusorartigen Erweiterung der Strömungsquerschnitte zwischen den Leitschaufeln vom Laufrad weg konisch bzw. doppelkonisch.

abgeschrägt ist. Es ergibt sich dann innerhalb des Leitrades die für den Pumpbetrieb sehr wichtige Umsetzung der kinetischen Energie in Druck mit möglichst kleinem Energieverlust.
Die Rückschlagklappen sind durch verschließbare Öffnungen im Leitraddeckel ausbaubar, wobei die Öffnungsverschlüsse gegebenenfalls Kontrollfenster aufweisen. Die Klappen können also, wenn sie z. B. durch Versandung od. dgl. steckenbleiben, ausge-' baut und gereinigt öder repariert werden. Die jeweils richtige Lage der Klappen läßt sich durch die Kontrollfenster überprüfen.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand bei-■ spielsweise dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Teil einer Pumpenturbine im Axialschnitt nach der Linie I-I der F i g. 2 und

Fig. 2 einen achssenkrechten Schnitt durch die Leitschaufeln in etwas größerem Maßstab.

Zwischen dem Laufrad 1 und der Spirale 2 ist das Leitrad vorgesehen, das aus dem Leitraddeckel 3, dem Leitradboden 4 und den Leitschaufeln S besteht. In F i g. 2 ist der Leitradaustrittskreis bzw. Laufradeintrittskreis mit K bezeichnet. Die Leitschaufeln 5 sind so. geformt und angeordnet, daß die Austrittsgeschwindigkeit C₇- im Turbinenbetrieb der maxima- len Turbinenleistung bei Vollast entspricht. Es ist ersichtlich, daß der Winkel a_T, den die Geschwindigkeit C₇- mit der Tangente an den Kreis K einschließt, wesentlich größer ist als der Winkel <x_P zwischen der Austrittsgeschwindigkeit Cp aus dem Laufrad bei Pumpbetrieb und derselben Tangente.

Die Leitschaufeln 5 weisen an ihren dem Laufrad zugekehrten Enden, und zwar an der konvexen Schaufelseite Spalte 6 auf, die in Richtung der Geschwindigkeit Cp a'so in Richtung der Eintrittsströmung in das Leitrad bei Pumpvollastbetrieb verlaufen. Diese Spalte 6 vereinen sich zu einem Kanal 7, dessen Austrittsöffnung 8 am jenseitigen Leitschaufelende liegt. Der Kanal 7 erweitert sich zur Austrittsöffnung 8 hin allmählich diffusorartig. Im Kanal 7 ist

eine Rückschlagklappe 9 eingebaut, die sich bei Ptimpbetrieb in der dargestellten Lage befindet und bei Turbinenbetrieb selbständig schließt. Für den Ausbau der Rückschlagklappen 9 sind im Leitrad-

deckel 3 öffnungen 10 vorgesehen, die durch einen zugleich das Klappenlager bildenden bzw. aufnehmenden Stopfen 11 mit einem Kontrollfenster 12 verschlossen werden. Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß der Leitradboden 4 konisch bzw. doppelkonisch abgeschrägt ist, um eine allmähliche diffusorartige Erweiterung der Strömungsquerschnitte zwischen den Leitschaufeln im Pumpbetrieb zu erzielen;

Claims (4)

Patentansprüche: 10

1. Leitrad für Pumpenturbinen mit zwischen einem Leitraddeckel und einem Leitradboden fest eingesetzten Leitschaufeln, dädurchgekennzeichnet, daß die dem Laufrad (1) zugekehrten Enden der für maximale Leistung bei Vollast im Turbinenbetrieb ausgebildeten bzw. angeordneten Leitschaufeln (5) an der konvexen Schaufelseite zwei oder mehrere Spalte (6) aufweisen, die in Richtung der Eintrittsströmung in das Leitrad bei Pumpvollastbetrieb verlaufen und sich zu einem Kanal (7) mit Austrittsöffnung (8) am jenseitigen Leitschaufelende vereinen, so daß im Pumpbetrieb ein Teil der gesamten Durchflußmenge die Leitschaufeln durchströmt, wobei im Kanal (7) der Leitschaufeln (5) eine Rückschlagklappe (9) eingebaut ist, die sich unter der Strömungswirkung im Kanal bei Pumpbetrieb selbsttätig öffnet und bei Turbinenbetrieb schließt. ·

2. Leitrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kanäle (7) in den Leitschaufeln (5) zur Austrittsöffnung (8) hin allmählich diffusorartig erweitern, so daß die Austrittsgeschwindigkeit aus den Kanälen der Strömungsgeschwindigkeit zwischen den Leitschaufeln an dieser Stelle entspricht.

3. Leitrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitradboden (4) im Sinne einer allmählichen diffusorartigen Erweiterung der Strömungsquerschnitte zwischen den Leitschaufeln (5)· vom Laufrad (1) weg konisch bzw. doppelkonisch abgeschrägt ist.

4. Leitrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagklappen (9) durch verschließbare öffnungen (10) im Leitraddeckel (3) ausbaubar sind, wobei die Öffnungsverschlüsse (11) gegebenenfalls Kontrollfenster (12) aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen