DE2351282C3 - Rohrturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrturbine mit einem wasserumspülteri, aus Generator und Turbine gebildeten Mittelkörper der sich über wenigstens zwei starr in der Stollenwano od. dgl. verankerte, radiale Arme abstützt.

Eine der größten Schwierigkeiten bei derartigen Rohrturbinen liegt in der Lagerung des Mittelkörpers. Seine Abstützung gegen die Stollenwand bzw. allgemein gegen das Bauwerk ist ein wesentliches Konstruktionselement jeder Rohrturbine, denn es müssen sämtliche auf den Mittelkörper wirkende Kräfte und Momente durch diese Abstützung aufgenommen und in das Bauwerk abgeleitet werden. Dabei soll der Zufluß des Betriebswassers zum Turbinenleitapparat bei möglichst kleinen Strömungsverlusten über den ganzen Umfangsbereich gleichmäßig erfolgen. Dazu kommt noch die Forderung der wirtschaftlichen Herstellbarkeit und der einfachen Transportierbarkeit und Montage.

Für die Lagerung des Mittelkörpers sind bereits zahlreiche Lösungen bekanntgeworden, so z. B. gibt es eine Ausführung, bei der sich der Mittelkörper auf einer zentralen Betonrippe abstützt. Diese Lösung stellt aber außerordentliche Anforderungen an die Steifigkeit und Festigkeit aller Bestandteile des Mittelkörpers, so daß eine derartige Lagerung für größere Maschinen nicht geeignet ist.

Eine weitere bekannte Möglichkeit der Lagerung besteht darin, den Mittelkörper einerseits mittels zweier sich über einen Großteil der Mittelkörperlänge erstreckender Flügel, andererseits mittels einer Anzahl fester Leitschaufeln an der Stollenwandung abzustützen. Diese Stützschaufelkonstruktion stellt aber ein relativ zur gesamten Maschine großes Werkstück dar, das oft an die Werkstatteinrichtungen, an die Größe des Glühofens usw. beträchtliche Anforderungen stellt und auch große Transportprobleme mit sich bringt.

Es gibt auch bereits Rohrturbinen, deren Mittelkörper über zwei vertikale Arme, die innerhalb des Mittelkörpers miteinander in Verbindung stehen, gelagert und durch eine Anzahl von Pendelstützen an der Stollenwand angelenkt sind. Auch hier ist der Aufwand der Mittelkörperlagerung beträchtlich und das Turbinengehäuse mit seinen beiden Armen nimmt Dimensionen an, die hinsichtlich der Herstellung und des Transportes zu Schwierigkeiten führen. Außerdem muß bei den bisher bekanntgewordenen Mittelkörperabstützungen der Mittelkörper bereits zu einem ziemlich frühen Zeitpunkt des gesamten Bauvorhabens eingebaut werden, wodurch die Zeitspanne für die Turbinenherstellung relativ kurz bemessen und der Mittelkörper schon vor Bauende des Stollens auszuliefern und einzusetzen ist.

Es gibt nun auch schon Rohrturbinen, deren Mittelkörper zusätzlich zu einer starren Abstützung durch den Verteiler- oder Leitapparat bzw. weiteren festen Tragarmen von wenigstens einer teilelastischen Stütze gehalten wird (DT-AS 16 28 111. US-PS 35 35 540). Diese Stütze ist im Bereich zwischen Mittelkörper und Stollenwandung in Strömungsrichtung elastisch deformierbar aber mit dem Mittelkörper und der Stollenwandung starr verbunden, so daß sie zwar wärmebedingte Dehnungen des Mittelkörpers zumindest teilweise aufnehmen kann, jedoch nicht in der Lage ist, eine Momentübertragung auf den Mittelkörper zu verhindern. Auch bringt eine solche teilelastische Stütze einen ziemlichen Konstruktionsaufwand mit sich und erfordert ebenfalls einen frühzeitigen Einbau.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dnß bei allen bisher bekannten Rohrturbinenlagerungen der große Nachteil einer Momentübertragung auf den Mittelkörper aufscheint. Die Konstruktion des Mittelkörpergehäuses muß dadurch immer recht aufwendig und schwer ausfallen, was den gesamten Bauaufwand unwirtschaftlich erhöht. Dabei spielt es eine relativ geringe Rolle, in welcher Weise die Stützarme oder -flügel mit der Stollenwand oder dem Bauwerk selbst in Verbindung stehen.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, diese Mangel zu beseitigen und eine Rohrturbine der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei der die Abstützung des Mittelkörpers mit zur Maschinengröße kleinen Bauteilen erfolgt, die den Mittelkörper nicht so stark belastet, die die Montage der Maschine vom Wachsen des Bauwerkes unabhängiger macht und erleichtert, die den Festigkeits- und Strömungserfordernissen voll und ganz entspricht und die somit auch für die Herstellung großer Rohrturbinen geeignet ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, daß der Mittelkörper mit den im wesentlichen horizontalen Armen gelenkig verbunden ist. Durch die gelenkige Verbindung der Arme mit dem Mittelkörper können auf den Mittelkörper zwar Kräfte, aber keine Momente übertragen werden, wodurch der Aufbau des Mittelkörpers relativ leicht und einfach gehalten werden kann. Außerdem ist eine derartige gelenkige Verbindung ohne Schwierigkeiten herzustellen und vor allem ist es möglich, Mittelkörper und Arme voneinander getrennt zu fabrizieren und zu transportieren. Man ist dadurch auch in der Lage, die Arme allein im Zuge

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des Wachsens des Bauwerkes bzw. des Stollens einzubauen, den Mitlelkörper selbst bzw. seine Einzelteile aber erst nach Fertigstellung des Bauwerkes durch entsprechende Montageöffnungen in den Stollen einzubringen und mit den Armen gelenkig zu verbinden. Um dieses nachträgliche Einsetzen des Mitlelkörpers zu gestatten, müssen die Arme auch im wesentlichen horizontal angeordnet sein, da der Mittelkörper nut Hilfe eines Kranes od. dgl. ja von oben in den Stollen eingefahren werden muß. Die Herstellung der Arme als vom Mittelkörper unabhängige Bauteile reduziert die Abmessungen der Einzelteile in Relation zur Maschinengröße, so daß eine derartige Bauweise für beliebig dimensionierte Maschinen geeignet ist. Die horizontal angeordneten Arme können selbstverständlich eine is strömungsgünstige Form oder Verkleidung erhalten, so daß die in einer Ebene angeordneten Arme den Strömungsverlauf nicht nachteilig behindern und sich vor dem Turbinenleitapparat die gewünschte gleichmäßige Strömungsverteilung ergibt. Bei der Anordnung von mehreren Maschinensätzen nebeneinander kann die Einspannung der Arme im Beton der Stollenwandung auch dadurch unterstüt/t werden, daß die Arme zweier benachbarter Maschinen in der diese beiden Maschinen bzw. die beiden beireffenden Stollen trennenden Wandung miteinander verbunden sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gelenksverbindung zwischen Mittelkörper und Armen wird dadurch erreicht, daß άζν Mittelkörper im Bereich der Arme zur Maschinenlängsachse parallele walzenförmige Lagerkörper aufweist, die von Lagerschalen an den Armen umfaßt sind. Derartige Gelenke gestatten zwar eine Drehung, blockieren jedoch ein vertikales oder seitliches Ausweichen des Mittelkörpers, so daß die gewünschte Lagerung des Mittelkörpers, die zwar eine gewisse Drehbeweglichkeit, aber keine Schrägstellung des Mittelkörpers erlauben soll, erhalten wird. Die Ausbildung der einzelnen Gelenkteile ist dabei unkompliziert und billig herstellbar.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die gelenkige Verbindung zwischen Mittelkörper und Armen durch elastische Zwischenglieder gebildet, und zwar dient vorteilhafierweise jeweils als elastisches Zwischenglied eine quer zur Armlängsachse liegende Membran, die einerseits im Randbereich mit dem Arm, anderseits im Mittelbereich mit einem Lagerbock des Mittelkörpers starr verbunden ist, wobei sich die Membran im Bereich des Lagerbockes mittels eines bombierten Anschlages am Arm abstützt. Durch die Membran, die ja quer zur horizontalen Richtung liegt, werden vertikale Kräfte aufgenommen und der armfeste Anschlag verhindert eine seitliche Bewegung des Mittelkörpers und nimmt die in dieser Richtung wirkenden Belastungen auf. Die Elastizität der Membran und die abgerundete Form des Anschlages gestatten hingegen eine gewisse Verdrehung des Mittelkörpers gegenüber den Armen, so daß auch bei dieser Ausführung die gewünschte Gelenkverbindung entsteht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeweils zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Arme vorgesehen sind, denn dadurch können alle Kräfte und Momente, die auf den Mittelkörper einwirken, gut aufgenommen und abgeleitet werden, ohne daß eine Schrägstellung der Maschinenachse zu befürchten ist. Die Arme selbst können dadurch relativ schmal Behalten werden und auch die Gelenke selbst brauchen nicht übermäßig groß dimensioniert zu sein.

Erfindungsgemäß ist es weiters möglich, daß die Arme von der Stollenwand gebildet sind, d. h. daß als Arme Rippen, nasenartige Vorsprünge od. dgl. der Stollenwand dienen. Der dadurch erreichbare Vorteil liegt vor allem im geringeren Aufwand für die Fertigung der Arme, denn diese können so direkt mit der Stollenwand hergestellt und selbstverständlich wie diese auch aus Stahlbeton gebaut sein.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand rein schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Rohrturbine,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II der Fi g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie lll-lll der F i g. 2 in größerem Maßstab und

Fig.4 eine erfindungsgemäße Gelenkverbindung zwischen Mittelkörper und Armen mittels elastischer Zwischenglieder im Querschnitt und ebenfalls in größerem Maßslab.

Die erfindungsgemäße Rohrturbine besieht aus einem Mittelkörper 1, der im wesentlichen ;his dem Generator 2 und der Turbine 3 gebildet wird. Dieser Mitlelkörper 1 befindet sich in einem durch das Bauwerk 4 führenden Stollen 5 und stützt sich gegen die Stollenwandung über vier horizontale Arme 6 gegen die Stollenwandung ab. Diese Arme 6 sind in der Stollcnwandurig b/w. im Bauwerk 4 starr verankert, stehen aber mit dem Mittelkörper in gelenkiger Verbindung. Durch die Gelenksverbindung zwischen Mittelkörper ! und Armen 6 bleibt der Mittelkörper im wesentlichen momentenfrei, da über die Gelenke keine Momente von außen auf den Mittelkörper übertragen werden können. Das Gehäuse des Mittelkörpers kann daher recht einfach und ohne besondere Tragelemente ausgebildet sein. Die gelenkige Verbindung zwischen den Armen 6 und dem Mittelkörper 1 gestattet auch eine getrennte Herstellung dieser Bauteile, so daß einerseits die Größe der einzelnen Werkstücke in tragbaren Grenzen bleibt, andererseits auch ein separater Einbau von Armen und Mittelkörper möglich ist. Dadurch kann die Turbine selbst ohne Rücksicht auf den fortschreitenden Bau des Stollens 5 erst zu einem Zeitpunkt eingesetzt werden, zu dem das gesamte Bauwerk bereits fertiggestellt ist. Lediglich die Arme 6 müssen mit dem Bau des Stollens in das Gebäude 4 einbetoniert werden. Der Mittelkörper 1 bzw. dessen Einzelteile werden dann nachträglich durch die Montageöffnung 7 mittels eines Kranes od. dgl. in den Stollen eingebracht, dort zusammengebaut und mit den Armen verbunden.

Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, kann die gelenkige Verbindung zwischen Armen 6 und Mittelkörper 1 verschiedenartig hergestellt sein. Nach Fig. 3 wird ein echtes Gelenk gebildet, da der Mittelkörper im Bereich der Arme zur Maschmenlängsachse parallele, walzenförmige Lagerkörper 8 aufweist und die Arme 6 diese mit entsprechenden Lagerschalen 9 umfaßt. Dieses Gelenk gestattet zwar eine Drehbewegung des Mittelkörpers gegenüber den Armen, doch keine vertikalen und horizontalen Bewegungen.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, kann die gelenkige Verbindung zwischen Armen 6 und Mittelkörper 1 aber auch durch elastische Zwischenglieder zustande kommen. Dabei dient als elastisches Zwischenglied eine quer zur Armlängsachse liegende Membran 10, die einerseits im Randbereich 11 mit dem betreffenden Arm 6, andererseits im Mittelbereich 12 mit einem Lagerbock

13 des Mittclkörpcrs 1 starr verbunden ist. Die Membran 10 stützt sich im Bereich des Lagerbockes 13 mittels eines bombierten Anschlages 14 am Arm 6 ab. so daß die in Armlängsrichiung wirkenden Belastungen, ohne die Membran 10 beanspruchen zu müssen, aufgenommen werden können. Die Membran 10 ist nur quer zu ihrer flächigen Ausdehnung genügend elastisch, so daß Kräfte in der Membranebene ohne weiteres aufgenommen werden können, d. h. eine seitliche, vertikale und horizontale Bewegung des Mittclkörpers unmöglich wird, eine reine Drehbewegung jedoch, begünstigt durch den bombierten Anschlag (4. durchführbar ist.

Hie gelenkige Verbindung /wischen Mittelkörper 1 und Armen b kann also sowohl durch ein echtes Gelenk als auch durch elastische Zwischenglieder gebildet werden, da beide Möglichkeiten /war eine gewisse Drehbewegung des Mitielkörpers gegenüber der Armen erlauben, jedoch keinerlei in Strömungsrichlunj; oder quer zur Slrömungsnchlung liegende Bewegungen, so daß ein ungewolltes Schragstellen dei Maschinenachse sicher vermieden ist und die gcwiinsch te gelenkige Lagerung des Mittelkörpers in den Amici erreicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zcichnunccn

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Rohrturbine mit einem wasserumspülten, aus Generator und Turbine gebildeten Mittelkörper, der sich über wenigstens zwei starr in der Stollenwand od. dgl. verankerte, radiale Arme abstützt, d a · durch gekennzeichnet, daß der Mittelkörper (1) mit den im wesentlichen horizontalen Armen (6) gelenkig verbunden ist.

2. Rohrturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelkörper (1) im Bereich der Arme (6) zur Maschinenlängsachse parallele, walzenförmige Lagerkörper (8) aufweist, die von Lagerschalen (9) an den Armen umfaßt sind.

3. Rohrturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkige Verbindung zwischen Mittelkörper (1) und Armen (6) durch elastische Zwischenglieder gebildet ist.

4. Rohrturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils als elastisches Zwischenglied eine quer zur Armlängsachse liegende Membran (10) dient, die einerseits im Randbereich (U) mit dem Arm (6), anderseits im Mittelbereich (12) mit einem Lagerbock (13) des Mittelkörpers (1) starr verbunden ist. wobei sich die Membran im Bereich des Lagerbockes mittels eines bombierten Anschlages (14) am Arm abstützt.

5. Rohrturbine nach jinem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Arme (6) vorgesehen sind.

6. Rohrturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (6) von der Stollenwand gebildet sind.