DE2436635A1 - Hydraulische maschine - Google Patents
Hydraulische maschineInfo
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Description
;\;*-" -νΐ 66
"J Ξ,-.·.ί ι.: - ο82 50 7.1
218/15.331 DE 26. JuIi 1974
Patentanmeldung
der Firma
ATELIERS DES CHARMILLES S.A
Genf (Schweiz)
109, rue de Lyon
Hydraulische Maschine
509884/0312
/Γ
Die Erfindung betrifft eine für Turbinen- und Pumpbetrieb dienende hydraulische Maschine.
Auf diesem industriellen Ausstatu i.,:sgebiet wird eine /τοεεο
Nachfrage für die Lieferung sehr grosser Maschinen int für
die Ausnutzung von immer höher we.-· urxlen Gefallen fe.ν:.gestellt.
Deshalb wurde die Ausführung der Pumpenturbinen klassischer Bauart bis zum äussersten Grenzwert der wirtschaftlich und
mechanisch zulässigen Abmessungen entwickelt.
Die erfindungsgemässe neue Bauart der Maschine entspricht
dem Wunsche, eine Entwicklung im Sinne der Ausnutzung; von
noch höheren Einheitsleistungen und Gefallen zu ermöglichen.
Der Erfindungsgegenstand ist eine hydraulische Maschine, umfassend
eine Turbine und eine Kreiselpumpe, deren Räder auf einer gemeinsamen Welle sitzen, wobei Mittel vorgesehen sind,
zum Austreiben des Wassers aus dem Raum in dem sich das Pumpenrad bzw. das Turbinenrad dreht und diesem Raum von dem
durch den oberstromigen Sammler und durch unterstromige Rohrleitungen unter Wasserdruck gesetzten Raum zu trennen,
dadurch gekennzeichnet, dass der oberstromige Sammler, auf an sich bekannter Weise, durch mindestens zwei Teilspiralen
mit der Pumpe und durch mindestens zwei Teilspiralen mit der Turbine verbunden ist, und dass der Windungssinn der Teilspi-
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PR/HW/ek-10958 BADORiOSNAL - 3 -
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ralen zur Pumpe, in Bezug auf jenen der Teilspiralen zur
Turbine, invertiert ist, wobei die Pumpen- und Turbinenräder für dieselbe Drehrichtung ausgestaltet sind.
Die beiIiG1--^].de Zeichnung zeigt schchiatisch und bc.V.-.r-ie] haft
eine Ausführungsform und für-.f Varianten des Er"''.:;. "Ji^-
gegenstandcs. Darin zeigen:
Pig. I einen Aufriss mit axialem Teilschnitt,
Fig. 2 einen Querschnitt nach den Linien II-II undHI-III
der Fig. 1,
Fig. 3 eine Gesamtansicht im Aufriss der in den Fig. 1 und
2 dargestellten Maschine,
Fig. 4 eine Gesamtansicht im Aufriss einer ersten AusfUhrungsvariante,
Fig. 5 eine Gesamtansicht im Aufriss einer zweiten Ausführungsvariante,
Fig. 6 eine Gesamtansicht im Aufriss einer dritten Ausführungsvariante,
Fig. 7 eine Gesamtansicht im Aufriss einer vierten AusfUhrungsvariante,
Fig. 8 eine Gesamtansicht im Aufriss einer fünften Ausführungsvariante
.
Die in Fig. 1 dargestellte Maschine umfasst eine einstufige Pumpe mit vier Teilspiralen ^, die als Ersatz für das ge-
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BAD ORIGINAL
bräuchliche Spiralgehäuse dienen und eine einstufige Turbine, mit ebenfalls vier Teilspiralen 4_.
Die Fig. 2 zeigt, dass der Wickelsinn der Teilspiralen ^ der
Pumpe in Bezug auf den Wickelsinn ..:r Teilspiralen H_ ..zv
Turbine-inverti.crt ist. Der von je·rr Teilspirale um:''-·■ vone
Zentrumswinke1 beträgt zirka 90° ·
Die Welle £ der Maschine ist vertikal und ist mit einem Motorgenerator
1. (Fig. y) gekuppelt, der auf dem Wellenende
oberhalb des Maschinensatzes sitzt. Er kann auch auf dem anderen Wellenende angeordnet v/erden.
Das Pumpenrad _8 und das Turbinenrad 2. sitzen auf der Welle
2, mit ihren entgegengesetzt gerichteten Ansaugöffnungen fest.
Folglich sind der Saugkrümmer 6, der Pumpe und das Ansaugrohr j5 ebenfalls entgegengesetzt gerichtet. Die Beschaufelung dieser
Räder _8 und £ ist für die gleiche Drehrichtung ausgestaltet.
Ein Führungslager I-I1 ist zwischen dem Pumpenrad £3 und dem
Turbinenrad J_ geschaltet. Das Pumpenrad 8_ sitzt überhängend
auf der Welle.
Die Turbine umfasst einen Ring mit Stützschaufeln. Diese Stützschaufeln 2. könnten teilweise oder ganz durch die Abweiser
1J2,, welche die Teilspiralen H_ der Turbine voneinander
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trennen, ersetzt werden.
Die Pumpe umfasst ebenfalls feststehende Diffusor-LuLoschaufeln
J_2, die auch teilweise· oder ganz durch die Abweiser 16,
welche die Teilspiralen ^. der Pumpe voneinander tremxy\, ersetzt
werden könnten.
Die Turbine umfasst ferner die verstellbaren Leitschaufeln 10, die durch einen gebräuchlichen Mechanismus gesteuert werden.
Ein verstellbarer Diffusor kann ebenfalls zwischen die Pumpe 8. und ihre Teilspiralen geschaltet werden. Eine Verschlussvorrichtung
in der Art eines Spaltschiebers _14 gestattet es, den Innenraum, in dem sich das Pumpenrad _8 dreht, von
dem Innenraum seiner Teilspiralen jj zu trennen, welcher durch
den Sammler, der die Maschine mit dem oberstromigen Staubecken verbindet, unter Wasserdruck gesetzt wird.
Eine andere Verschlusseinrichtung -gleicher Art 1J5 gestattet es,
den Innenraum,in dem sich das Turbinenrad £ dreht, von dem
Innenraum seiner Teilspiralen 4, zu trennen, welcher ebenfalls mit dem oberstromigen Staubecken verbunden ist. Diese Verschlussvorrichtung
Ij5 ist zwischen dem Rad £ und den Leitschaufeln
JLO geschaltet und kann ebenfalls zwischen den Leitschaufeln J1O und den Stützschaufeln £ geschaltet werden.
Der Leitschaufelapparat der Turbine, bestehend aus den verstellbaren
Leitscnaufeln .10, könnte den Spaltschieber JLJ5 der
Turbine ersetzen„
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Die geeignete Bedienung der verschiedenen erwähnten Verschlussvorrichtungen
und der bereits bekannten Vorrichtungen zum Austreiben und Wiedereinlassen des Wassers aus und in dt -i '-;c·-
treffenden Maschinenräumen, gestattet den Turbinenbetrvloi; der
Maschine bei trockengelegtem Pumper...^-Λ _8 oder den Pu.:;oV;';"ieb
bei trockengelegtem Turbinenrad J-. Die Verluste durch - nleudern
des Wassers werden also vermieden.
Diese Pumpenturbine läuft immer im Turbinenbetrieb an, und
deren Motorgenerator I- (Fig. 3) wird dabei am Stromnetz angeschaltet
gehalten, welches auch immer die Betriebsverhältnisse sein mögen,und dies ebenfalls bei der Bedienung zur
Veränderung der Betriebsverhältnisse, was dank der für die gleiche Drehrichtung ausgestalteten Räder ermöglicht wird.
Zahlreiche Varianten der an Hand der Fig. 1, 2 und j5 beschriebenen
Ausführungsformen sind noch denkbar. Sie unterscheiden sich voneinander ausschliesslich durch die Lage der Räder auf
der Welle und durch die ihren Ansaugöffnungen auferlegte Richtung sowie durch die Lage des Motorgenerators JL, in Bezug auf
die Pumpen- und Turbinenräder 8, bzw. 2..
Bei der ersten, in Fig. 4 schematisch dargestellten Ausführungsvariante,
sitzen die Pumpen- und Turbinenräder 8, bzw. £ auf der Welle 2_, mit ihren entgegengesetzt gerichteten Ansaugöffnungen.
Der Saugkrümmer O- und das Ansaugrohr j3 der Turbine
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sind ebenfalls entgegengesetzt gerichtet. Der Motorgenerator 1_ ist zwischen den Pumpen- und Turbinenrademgeschaltet.
Bei der zweiten, in Fig. 5 schematisch dargestellten Ausführungsvariante
sitzen die Pumpen- und Turbinenräder 8, b:-/i. £
auf der Welle ?-.> mit ihren gegeneinander gerichteten ;. Säugöffnungen.
Da£ gleiche gilt für den Saugkrümmer 6, der ?\impe
und das Ansaugrohr ^ der Turbine. Der Motorgenerator I- ist
mit dem Wellenende 2_ pumpen- oder turbinenseitig gekuppelt.
Bei der in Fig. 6 schematisch dargestellten dritten Ausführungsvariante
sitzen die Pumpen- und Turbinenräder _8 bzw. 2. auf der Welle 2_, mit ihren gegeneinander gerichteten
Ansaugöffnungen. Das gleiche gilt für den Ansaugkrümmer 6, der Pumpe und das Ansaugrohr j5 der Turbine. Der Motorgenerator
JL ist zwischen den Pumpen- und Turbinenräderngeschaltet.
Bei der in Fig. 7 schematisch dargestellten vierten Ausführungsvariante
sitzen die Pumpen- und Turbinenräder Q- bzw. "]_
auf der Welle 2_, mit ihren beiden gleichgerichteten Ansaugöffnungen.
Der Saugkrümmer j5 der Pumpe und das Ansaugrohr j5
der Turbine sind also gleich wie die Ansaugöffnungen gerichtet. Der Motorgenerator I- ist mit dem Wellenende 2_ turbinen-■oder
pumpensei tig gekuppelt.
Bei der in Fig. 8 schematisch dargestellten fünften Ausfüh-
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rungsVariante sitzen die Pumpen- und Turbinenräder 8 bzw. £
auf der Welle 2,, mit ihren beiden betreffenden gleichgerichteten
verstellbaren Ansaugöffnungen. Der Saugkrümnc·:' 6, ■:■:-.'
Pumpe und das Ansaugrohr j5 der Turbine sind also gleici wie
die Ansaugöffnungen gerichtet. Der Motorgenerator J_ i r: zwischen
den Puini'On- und Turbtaenrädern geschaltet.
Bei allen diesen Varianten wird die bei solchen Maschinen übliche Bauart angewandt, entweder zur Wahl der Lage der Führungslager
der Welle 2_ oder um den Durchgang derselben durch das Ansaugrohr j5 der Turbine oder durch den Saugkrümmer (5
der Pumpe zu gewährleisten, oder noch um das Pumpenrad jS und/
oder das Turbinenrad χ überhängend zu montieren, soweit es
die Anordnung gestattet.
Die Welle 2_ der Maschine kann vertikal, horizontal oder
schräg liegen und die Räder können Radial- Diagonal- oder Axialräder sein.
Die Maschine kann mehrere Stufen für die Pumpe und/oder die Turbine aufweisen.
Die Anzahl der Teilspiralen der Pumpe und der Turbine ^ bzw.
jjf kann beliebig gewählt werden. Sie kann bei der Pumpe von
jener der Turbine abweichen.
Die Teilspiralen können eine beliebige Form aufweisen und
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ihr Querschnitt kann symetrisch (wie in Fig. l) oder seitlich
versetzt sein. Sie können am Umfang des Rades verteilt werden und untereinander gleiche oder ungleiche Windungswinkel
bilden»
Die Teilspiralen der Pumpe und der Turbine fj_ bzw. ^ onnen
in mehrere identische oder unterschiedliche Elemente verlegt werden, die bei der Montage an Ort und Stelle miteinander
geschweisst oder durch Flanschen mit Gewindebolzen zusammengeschraubt oder durch irgenwelche andere Mittel zusammengesetzt
werden»
Insbesondere können die Teilspiralen ^- der Pumpe in einer
Mantelfläche liegen, die in der durch den Umfang des Pumpenrades _8 verlaufenden mittleren Ebene II-II (Fig. 2)
einbeschrieben ist, wobei die Anschlüsse dieser Elemente mit einer Rohrleitung, die mit dem Sammler verbunden ist, ebenfalls
in dieser mittleren Ebene II-II liegen.
Ebenso können die Teilspiralen _4 der Turbine in einer über
die erste liegende zweite Mantelfläche angeordnet werden, welche in der durch den Umfang des Turbinenrades £ verlaufenden
mittleren Ebene III-III (Fig. 2) einbeschrieben 1st,
wobei die Anschlüsse dieser Elemente mit einer Rohrleitung, die mit dem Sammler verbunden ist, ebenfalls in dieser mittleren
Ebene III-III liegen.
- 10 509884/0312
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Man kann auch die Teilspiralen ^. der Pumpe und jene 4_ der
Turbine durch Gabelrohre verbinden.
Der Spaltschiober 14. der Pumpt- und/oder der Spaltschiebor JJ;
der Turbine können durch Schiebe.·· irgendwelcher Ausfl" ν ng
ersetzt wercc.:, die zwischen den Te:.lspiralen 5.,Jf. d' ■ Pumpe
und oder der turbine und dem Sammler geschaltet werdcr,, der
die Maschine πit dem oberstromigen Staubecken verbinde;.
Die erfindungsgemasse Maschine bietet bei der Schaffung von
Einheiten sehr grosser Leistung, oder wenn sie einem sehr hohen Gefälle unterworfen wird, folgende Hauptvorteile:
- Eine Verringerung des Raumbedarfs für die Teilspiralen, in Bezug auf jenen eines entsprechenden Spiralgehäuse^.
- Eine Herabsetzung der mechanischen Beanspruchung, die auf den in den Teilspiralen wirkenden Wasserdruck zurückzuführen
ist, in Bezug auf jene, die durch den gleichen Druck in einem entsprechenden Spiralgehäuse verursacht werden.
- Eine Verminderung des auszutreibenden oder einzulassenden •Wasservolumens beim Bedienungsvorgang, wenn die erwähnten
Verschlussvorrichtungen in den Rohrleitungen zwischengeschaltet sind, welche die Teilspiralen mit dem Sammler verbinden
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der zwischen der Maschine und dem oberstromigen Staubecken
liegt.
Die drei vorstehend erwähnten Vorteile werden im Falle, bei
dem die Anzahl Teilspiralen erhöht wird, hervorgehoben.
- Die Herabse'.zung der mechanischen Beanspruchung ermöglicht
die Verwendung von dünneren Blechen und erleichtert die Schweissarbeiten.
- Die günstigste Wahl für die Zerlegung der Teilspiralen in identische Elemente gestattet es, ihre Herstellung zu rationalisieren.
- Die Probleme des Transports und der Montage an Ort ui.\d Stelle
derartiger Elemente sind leichter zu lösen als jene, die mit entsprechendem Spiralgehäuse gestellt werden, welche viel
schwerer und platzraubend sind.
- Schliesslich wird der Betrieb dieser hydraulischen Maschine die Probleme beseitigen, die dem A/ilauf im Pumpbetrieb anhaften,
welcher die zulässige Einheitsleistung gewisser Ausführungen von Pumpenturbinen begrenzt, entweder aufgrund der komplizierten
und teuren Hilfsmaschinen oder vor allen Dingen aufgrund der durch diesen Bedienungsvorgang verursachten Netzstörungen.
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- Patentansprüche -
Claims (12)
1. Hydraulische Maschine, umfassend eine Turbine und eine Kreiselpumpe, deren Räder auf einer gemeinsamen Welle
sitzen, wobei Mittel zum Austreiben des Wassers aus dem Raum, in dem sich das Pumpenrad bzw. das Turbinenrad
dreht und diesen Raum, von dem durch den oberstromigen Sammler und durch unterstromige Rohrleitungen unter
Wasserdruck gesetzten Raum zu trennen, dadurch ge
kennzeichnet, dass der oberstromige Sammler
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- ίί -
(auf an sich bekannter Weise) durch mindestens zwei Teilspiralen (5) mit der Pumpe und durch mindestens zwei Teilspiralen
(4) mit der Turbine verbunden ist, und class der Windungssiria der Teilspiralen (5) zur Pumpe in Bezug auf
jenen der Teilspiralen (4) zur Turbine invertiert .'.st, wobei
die Pumpen- und Turbinenräder (8 bzw. 7) für dieselbe Drehrichtung ausgestaltet sind.
2. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen- und Turbinenräder
(8 bzw. 7) mit ihren betreffenden entgegengesetzt gerichteten Ansaugoffnungen auf der Welle (2) nebeneinanderliegend
sitzen, wobei der Motorgenerator (1) mit dem Wellenende (2) turbinen- oder pumpenseitig gekuppelt ist.
3. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge
kennze ichnet, dass die Pumpen- und Turbinenräder (8 bzw. 7) mit ihren betreffenden entgegengesetzt
gerichteten Ansaugoffnungen auf der Welle (2) sitzen, wobei der Motorgenerator (1) zwischen den Pumpen- und
Turbinenrädern geschaltet ist.
4. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen- und Turbinenräder
(8 bzw. 7) mit ihren betreffenden gegeneinander gerichteten Ansaugoffnungen auf der Welle (2) sitzen, wobei
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der Motorgenerator (l) an dem Wellenende (2) turbinen
oder pumpenseitig gekuppelt ist.
5. Hydraulische Maschine nach ArGpruch 1, dadurch ?: e
kennzeichnet, dar;s die Pumpen- und Turo.lnenräder
3 ozv;, 7 mit ihren be troff enden gegeneinander erichteten
Ansaugöffnunger auf der Welle (2) sit:· :Π, wobei
der Motorgenerator (1) zwischen den Pumpen- und Turbinenrädern geschaltet ist.
6. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Pumpen- und Turbinenräder (8 bzw. 7) mit ihren beiden betreffenden gleichgerichteten
Ansaugöffnungen auf der Welle (2) sitzen, wobei der Motorgenerator (1) am Wellenende (2) turbinen-
oder pumpenseitig gekuppelt ist.
7. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Pumpen- und Turbinenräder (8 bzw. 7) mit ihren beiden betreffenden ^] eichgerichteten
Ansaugöffnungen auf der Welle (2) sitzen, wobei der Motorgenerator (l) zwischen den Pumpen- und Turbinenrädern
(8 bzw. 7) geschaltet ist.
8. Hydraulische Maschine nach einem oder einigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
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dass ein Schieber in der Art eines Spaltschiebers l4) zwischen dem Pumpenrad (8) und/oder dem Turbinenrad
(7) und den Teilspi-ralen (5,4) der Pumpe und/oder
der Turbine geschaltet ist.
9. Hydraulische Maschine nach einem oder einigen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die Teilspiralen (4,5) in Elemente zerlegt sind, die durch Schweissen oder Verschraubung zusammengesetzt
werden.
10. Hydraulische Maschine nach einem oder einigen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Pumpe und die Turbine eine einzige Stufe aufweise η .
11. Hydraulische Maschine nach einem oder einigen der Ansprüche 1 bis 9>
dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe und/oder die Turbine mindestens zwei Stufen
aufweisen.
12. Hydraulische Maschine nach einem oder einigen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass die Teilspiralen (5) der Pumpe und jene (4) der Turbine durch Gabelrohre paarweise verbunden sind.
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_ π _ J
Hydraulische Maschine nach einem oder einigen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindungen der Teilspiralen (5) der Pumpe und/ oder der Turbine mit dem' Sammler des Kraftwerks oder mit
zu diesem Sammler führenden Rohrleitungen in einer durch den Umfang des Pumpenrades (8) und/oder in einer di.vch
den Umfang des Turbinenrades (7) verlaufenden mittleren Ebene liegen.
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