DE19738911A1

DE19738911A1 - Gleichstrom-Leitrad für Wasserturbinen

Info

Publication number: DE19738911A1
Application number: DE19738911A
Authority: DE
Inventors: Ewald Dipl Ing Renner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1999-03-11

Description

Wie bekannt wird bei Francis-, Propeller- und Kaplan-Turbinen, zur Regulierung, das sogen. Fink'sche Leitrad verwendet. Dieses hat aber den Nachteil, daß sich bei der Drehung der Leitschaufeln der Anströmwinkel zu den festen Laufschaufeln ändert. Das führt zu Stoß-, Wirbel- und Wirkungsgradverlusten bei Teillast. So geben z. B. Francis- und Propellerturbinen schon bei 1/4 bis 1/3 Durchfluß fast keine Leistung mehr ab, was den Wert der Anlagen stark mindert, weil diese bei Wasserklemme oft längere Zeit mit Teillast laufen müssen.

Dieser Nachteil wurde bei der Kaplan-Turbine dadurch behoben, daß auch die Laufschaufeln drehbar ausgeführt wurden, um ihre Anströmwinkel denen des Leitrades anzupassen. Als Erfolg wird z. B. noch bei 10% Durchfluß ein Wirkungsgrad von ca 50% erreicht. Die theoretischen Winkelstellungen werden auch hier nicht erreicht, weil die Laufschaufeln bei der Drehung ihre Form nicht ändern.

Die Laufradverstellung ist aber aufwendig und teuer, weil dazu benötigt wird: Die Verstellmechanik für die Laufschaufeln in der Nabe mit Öldichtproblemen, die hohlgebohrte Welle mit dem Öldruck- Stellzylinder und Verstellstange, Ölzuführung, Zusammengehörigkeitssteuerung für Leit- und Laufschaufeln mit Rückführung, Druckölpumpe mit Antrieb, Ölwirtschaft und vermehrte Wartungsarbeit.

Zur Vereinfachung geht die vorliegende Erfindung einen anderen Weg. Die teuere Laufradverstellung entfällt. Dafür wird die veränderliche Abströmung aus dem bekannten Leitrad mittels Umlenkschaufeln in eine immer gleichwinkelige Zuströmung zu den festen Laufschaufeln umgelenkt. Damit werden optimale Strömungsverhältnisse erzeugt, die auch bei Teillast beste Wirkungsgrade erwarten lassen.

Abb. 1 zeigt ein bekanntes Leitrad mit Leitschaufeln 1, Lenkern 2 und Regulierring 3. Nach der Erfindung ist jeder Leitschaufel eine Umlenkschaufel 4, 4a zugeordnet, die an einem Ende auf einer zylindrischen Stelle 5, der Leitschaufelrückseite, konzentrisch zur Drehachse dichtend gleitet, während das andere Ende nach dem besten Zustromwinkel zum Laufrad ausgerichtet ist. Die Umlenkschaufeln können leicht gewölbt bis eben sein, was die Einhaltung der Stromrichtung begünstigt. Sie sind aus Stahlblech gefertigt und können z. B. mittels Zapfen 8 und Bohrungen in den Seitenwänden fixiert sein.

Bei Turbinen mit radialem Leitrad und axialem Laufrad wird der schaufellose Raum über diesem, bei Teillast nicht gefüllt. Infolge der Radialkomponente und der Rotation des Laufrades wird die Strömung aber an die Laufradkammer gedrückt und bildet dort Teilturbinen mit richtigen Anströmwinkeln, die nach innen von Flutlinien 6, in Abb. 2, begrenzt sind.

Damit das Wasser aus dem Saugrohr in den hohlen Innenraum nicht hochgesaugt wird und als Bremse wirkt, wird nach der Erfindung, bei Bedarf, Luft zugeführt, um den Wasserspiegel unter das Laufrad abzusenken. Die Luft kann über Rohr 7, je nach Einbauhöhe des Laufrades, entweder angesaugt oder mit Druck zugeführt werden. Der Verlust an Saughöhe ist gering, weil der Rückgewinn bei den kleinen Fließgeschwindigkeiten im Saugrohr ohnehin minimal ist. Die Luftzugabe hängt von der Leitradstellung ab.

Solche Umlenkschaufeln können auch bei älteren Turbinen, nach Austausch oder Nacharbeit der alten Leitschaufeln, eingebaut werden, um den Wirkungsgrad bei Teillast zu verbessern. Der Einbauwinkel richtet sich nach dem Leitschaufelwinkel bei Vollast.

Das "Gleichstrom-Leitrad" nach der Erfindung, ist in dieser Form bisher nicht bekannt.

Dieses kann praktisch bei allen Turbinenarten, einschließlich Rohrturbine, zur Anhebung des Wirkungsgrades, verwendet werden. Auch bei der Kaplan-Turbine könnten, durch Fortfall der teueren Laufradregulierung, die Herstellungkosten beträchtlich gesenkt werden, da die Kosten für die Umlenkschaufeln niedrig sind.

Die Regelung erfolgt wie bekannt, nur durch Verstellung des Leitrades.

Der technische Fortschritt ist aus der Anmeldung damit gegeben.

Claims

1. Leitrad für Wasserturbinen bekannter Fink'scher Bauart, mit drehbaren Leitschaufeln, mit Innen- oder Außenregulierung, dadurch gekennzeichnet, daß die mit veränderlichen Winkeln aus den Leitschaufeln austretende Strömung mittels Umlenkschaufeln (4, 4a) in eine immer gleichwinkelige Zuströmung zu den festen Laufschaufeln, mit bestem Wirkungsgrad, umgelenkt wird,
daß diese Umlenkschaufeln leicht gewölbt bis eben sind, an einem Ende in der Mitte der Leitschaufel-Rückseite auf einer zylindrischen Stelle, konzentrisch zur Drehachse, dichtend gleiten und das andere Ende in Richtung des besten Anströmwinkels zum festen Laufrad stehen,
daß dieses Leitrad mit Umlenkschaufeln bei allen Turbinen mit festen Laufschaufeln, wie Propeller-, Francis-, Schrägpropeller-, usw., sowie bei Rohrturbinen, verwendet wird.

2. Leitrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teillast und nicht gefülltem Laufschaufelraum, der Wasserspiegel im Saugrohr, bei Bedarf, mittels Luft-Ansaugung oder -Zufuhr unter die Laufschaufeln abgesenkt wird.

3. Umlenkschaufeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Stahlblech gefertigt und mittels Zapfen in entsprechenden Bohrungen in den Seitenwänden befestigt sind.