DE19619316A1 - Laufrad für eine Freistrahlturbine - Google Patents
Laufrad für eine FreistrahlturbineInfo
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- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
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- F03B1/02—Buckets; Bucket-carrying rotors
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
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Description
Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Freistrahlturbine mit einer Vielzahl
von Becherschaufeln, die über den Umfang einer Radscheibe gleichmäßig
verteilt angeordnet sind.
Die Becherschaufeln werden im Betrieb von wenigstens einem Wasserstrahl
beaufschlagt, der aus einer Düse ausgestoßen wird. Der Strahl verläuft
wenigstens annähernd tangential zum Laufrad der Freistrahlturbine. Im
allgemeinen sind mehrere Düsen vorgesehen.
Freistrahlturbinen sind seit langem bekannt. Sie werden vor allem dort
eingesetzt, wo geringe Wassermengen und große Fallhöhen gegeben sind.
Die Befestigung der Schaufel war schon immer problematisch. Dies geht
darauf zurück, daß die Schaufeln beim Umlauf des Laufrades intermittierend
beaufschlagt werden. Dies bedeutet, daß kurzfristig höchste Kräfte an der
Schaufel beziehungsweise am Schaufelfuß angreifen. Der rasche Wechsel
größter Belastungsspitzen mit belastungsfreien Zeitspannen kann zu
Materialermüdungen und damit zu Schaufelfußbrüchen führen. Die Folgen
können katastrophal sein.
DE 39 38 357 A1 zeigt und beschreibt ein Schaufelrad einer Freistrahlturbine
(auch Peltonturbine genannt). Eine ähnliche Freistrahlturbine ist in DE 35 03 469 C2
gezeigt. Bei diesen Turbinen hat der Schaufelfuß eine Bohrung, die
parallel zur Laufradachse verläuft. Durch die Bohrung ist eine Spannschraube
hindurchgeführt, die den Schaufelfuß zwischen zwei Spannstücken einspannt.
Mit solchen Konstruktionen lassen sich zwar die Spannkräfte ohne weiteres
aufbringen, die notwendig sind, um den Schaufelfuß an der Radscheibe zu
verankern. Problematisch ist jedoch hierbei die Strahlkraft. Diese hat die
Tendenz, den Schaufelfuß aus seiner radialen Lage auszuhebeln. Dabei kann
es zu Materialbrüchen kommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Laufschaufelrad einer
Freistrahl- oder Peltonturbine den Schaufelfuß und die diesen einspannenden
Bauteile derart zu gestalten, daß die Strahlkräfte zuverlässig aufgenommen
werden, die spezifische Materialbeanspruchung hierbei geringer wird, daß
somit die Bruchgefahr gegenüber bekannten Ausführungsformen verringert
wird, und daß die Herstellungskosten, vor allem die Montagekosten, gering
gehalten werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im
einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1 zeigt in einer Teilschnittansicht parallel zur Radachse eine Radscheibe
mit einer Becherschaufel.
Fig. 2 zeigt den Gegenstand von Fig. 1 in einem achssenkrechten Schnitt.
In Fig. 1 erkennt man eine Radscheibe 1, die auf einer Welle 2 aufgekeilt
oder mit ihr verflanscht ist. Die Radscheibe trägt an ihrem Äußeren Umfang
eine Schaufel 3. Diese umfaßt in bekannter Weise einen Becher 3.1, eine
Mittelrippe 3.2 und einen Schaufelfuß 3.3.
Das entscheidende gemäß der Erfindung ist aus Fig. 2 erkennbar. Wie man
sieht, haben die Schaufelfüße 3.3 ein ganz besonderes Profil. Im dargestellten
Falle ist es tannenbaumförmig. Der Umfang der Radscheibe 1 hat
Aussparungen, die genau oder weitgehend dem Profil entsprechen, somit hier
ebenfalls Tannenbaumprofil haben.
Die tannenbaumförmigen Aussparungen der Radscheibe 1 erstrecken sich im
vorliegenden Falle durch die gesamte Dicke der Radscheibe 1 hindurch. Die
Schaufeln 3 können somit ihrem Schaufelfüßen 3.3 in die genannten
Aussparungen eingeschoben werden.
Statt der Tannenbaumform könnte auch eine andere Gestaltung der
Schaufelfüße 3.3 vorgesehen werden, beispielsweise ein Sägezahnprofil, oder
ein Trapezprofil. Entscheidend ist, daß der einzelne Schaufelfuß Erhöhungen
und Vertiefungen aufweist, denen entsprechende Erhöhungen und
Vertiefungen der Aussparung der Radscheibe 1 zugeordnet sind. Die
Begrenzungsflächen der Schaufelfüße sowie die komplementären Flächen der
Aussparungen der Radscheibe stellen somit Fügeflächen dar.
Die Schaufelfüße 3.3 können auf die folgende Weise in den Aussparungen
der Radscheibe 1 montiert werden:
Die Kontur eines jeden Schaufelfußes 3.3 kann relativ zu ihrer Aussparung in der Radscheibe 1 ein gewisses Übermaß haben, bzw. so geformt sein, daß er im unterkühlten Zustand in die Aussparung der Radscheibe 1 paßt. In diesem Falle kann man die Schaufelfüße unterkühlen, beispielsweise durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff, so daß die Schaufelfüße schrumpfen. Sodann werden die Schaufelfüße in geschrumpftem Zustand in die Aussparungen eingeschoben, wo sie sich allmählich erwärmen und ausdehnen, so daß es zu einem festen Sitz der Schaufeifüße 3.3 in den Aussparungen der Radscheibe 1 kommt.
Die Kontur eines jeden Schaufelfußes 3.3 kann relativ zu ihrer Aussparung in der Radscheibe 1 ein gewisses Übermaß haben, bzw. so geformt sein, daß er im unterkühlten Zustand in die Aussparung der Radscheibe 1 paßt. In diesem Falle kann man die Schaufelfüße unterkühlen, beispielsweise durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff, so daß die Schaufelfüße schrumpfen. Sodann werden die Schaufelfüße in geschrumpftem Zustand in die Aussparungen eingeschoben, wo sie sich allmählich erwärmen und ausdehnen, so daß es zu einem festen Sitz der Schaufeifüße 3.3 in den Aussparungen der Radscheibe 1 kommt.
Alternativ hierzu könnte man auch die Schaufelfüße derart dimensionieren,
daß sie gegenüber den Aussparungen ein gewisses Übermaß haben. In
diesem Falle müßten die Schaufelfüße 3.3 in die Aussparungen eingepreßt
werden.
Die Schaufeln unterliegen einem gewissen Verschleiß. So kann es notwendig
sein, einzelne oder sämtliche Schaufeln nach einigen Jahren auszutauschen
durch neue Schaufeln. Hierzu müssen sie wieder aus ihrer Verankerung
gelöst werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die
Schaufelfüße 3.3 hydraulisch aus den Aussparungen der Radscheibe
herausgepreßt werden. Deshalb kann es zweckmäßig sein, zwischen den
Fügeflächen der Schaufelfüße 3.3 und den Aussparungen eine Trennschicht
vorzusehen. Die Schaufelfüße können mit einer solchen Trennschicht vor dem
Einsetzen in die Aussparungen der Radscheibe beschichtet werden.
Durch die erfindungsgemäße Verbindung zwischen den einzelnen Schaufeln
und der Radscheibe entfällt jede Schraubverbindung. Die Schaufeln werden
hierdurch zuverlässig befestigt. Es kann zweckmäßig sein, die Schaufelfüße
gegen Verschieben in einer zur Laufradachse parallelen Richtung nochmals
durch Anschläge zu sichern, beispielsweise durch einen Umfangsring, der auf
die beiden Stirnseiten der Radscheibe 1 aufgesetzt wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Schaufeln einzeln
hergestellt werden können nach sehr vielen unterschiedlichen
Herstellungsmethoden, beispielsweise durch Gießen, Schmieden, daß das
Montieren sehr einfach ist, daß der Austausch einzelner Schaufeln oder
sämtlicher Schaufeln einer Radscheibe stark vereinfacht wird, und daß damit
die zu Reparaturen erforderliche Zeitspanne verkürzt wird. Man erhält damit
die Vorteile eines Laufrades mit einer Vielzahl von Einzelschaufeln, kombiniert
mit dem Vorteil eines einteilig gegossenen Laufrades.
Ein wichtiger Gedanke der Erfindung sieht vor, zwischen den Fügeflächen des
einzelnen Schaufelfußes und der Radscheibe oder am Profilgrund einen oder
mehrere Keile einzulegen. In Fig. 2 ist diese Möglichkeit angedeutet - siehe
die beiden Keile 7.1, 7.2. Zur Aufnahme der Keile 7.1, 7.2 sind entsprechende
Bohrungen im Fleisch der Radscheibe 1 vorgesehen. Die Bohrungen sind an
solchen Stellen angebracht, daß sich die Keile einerseits satt an der Leibung
einer solchen Bohrung anliegen, andererseits in der betreffenden Nut des
Schaufelfußes 3.3.
Besonders günstig ist die Anordnung des Keiles 7.2. Wird er beispielsweise in
einem Preßsitz eingefügt, so übt er auf die ganze Schaufel Druck aus, und
zwar genau in der Richtung, in welcher der Wasserstrahl 8 auf die Schaufel 3
einwirkt. Dies hat den Vorteil, daß kräftemäßig definierte Verhältnisse
geschaffen werden.
Claims (5)
1. Laufrad für eine Freistrahlturbine
- 1.1 mit einer Welle (2);
- 1.2 mit einer Radscheibe (1), die mit der Welle drehfest verbunden ist;
- 1.3 mit einer Vielzahl von Becherschaufeln (3);
- 1.4 jede Schaufel (3) weist einen Schaufelfuß (3.3) auf;
- 1.5 jeder Schaufelfuß (3.3) ist mit der Radscheibe (1) formschlüssig verbunden;
- 1.6 jeder Schaufelfuß (3.3) weist - in einem zur Radachse (2.1) senkrechten Schnitt gesehen - Erhöhungen und Vertiefungen auf, welche Nuten bilden;
- 1.7 die Radscheibe (1) weist - ebenfalls in einem zur Radachse senkrechten Schnitt gesehen - für jeden Schaufelfuß (3.3) komplementäre Erhöhungen und Vertiefungen auf.
2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
zueinander komplementären Flächen (Fügeflächen) der Schaufelfüße
(3.3) und der Aussparungen der Radscheibe (1) jeweils eine
Trennschicht zum Verhindern des Fressens vorgesehen ist.
3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den Fügeflächen von Schraubenfuß (3.3) und Radscheibe (1)
ein Keil (7.1, 7.2) eingelegt ist.
4. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (7.1,
7.2) zylindrisch oder kegelig ist, und daß die Zylinderachse im
montierten Zustand koaxial zur Radachse (2.1) verläuft.
5. Laufrad nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Keile hohl und expandierbar sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19619316A DE19619316C2 (de) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | Laufrad für eine Freistrahlturbine |
AT0081997A AT405081B (de) | 1996-05-14 | 1997-05-13 | Laufrad für eine freistrahlturbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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Family
ID=7794222
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19619316A Expired - Fee Related DE19619316C2 (de) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | Laufrad für eine Freistrahlturbine |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT405081B (de) |
DE (1) | DE19619316C2 (de) |
Cited By (2)
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-
1996
- 1996-05-14 DE DE19619316A patent/DE19619316C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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DE19619316C2 (de) | 2002-07-18 |
AT405081B (de) | 1999-05-25 |
ATA81997A (de) | 1998-09-15 |
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
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