DE2436635C3 - Hydraulische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische

Maschine, bestehend aus einer Turbine und einer Pumpe, deren Räder auf einer gemeinsamen Welle sitzen und deren Spiralgehäuse entgegengesetzte

jo Windungsrichtungen zueinander haben.

Bei einer bekannten Maschine dieser Art (DE-PS 606894) ist je ein Spiralgehäuse für das Pumpenrad und für das Turbinenrad vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese j> Maschine derart zu ändern, daß sie für sehr große Wasserdurchsätze geeigneter ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere in Umfangsrichtung hintereinandergeschaltete Spiralgehäuse SGV/ohl für das Pumpenrad als auch für das Turbinenrad vorgesehen sind.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die Verteilung der Kräfte über die Peripherie der Räder gleichmäßiger wird, was sich um so mehr auswirkt, je größer die Maschine ist. Hinzu kommt, daß mehrere kleinere Spiralgehäuse der gesamten Maschine mehr Stabilität verleihen als ein entsprechend großes Spiralgehäuse. Auch dieser Sachverhalt wirkt sich um so günstiger aus, je größer die Maschine ist. Die erfindungsgemäße Maschine ist insofern besser für (extrem) große Wasserdurchsätze geeignet als die bekannte.

Weitere Ausbildungen im Rahmen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Zeichnung zeigt schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform und fünf Varianten des Erfindungsgegenstandes. Es zeigt

Fig. 1 einen Aufriß mit axialem Teilschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt nach den Linien H-II und IH-III der Fig. 1,

Fig. 3 eine Gesamtansicht im Aufriß der in den bo Fig. 1 und 2 dargestellten Maschine,

Fig. 4 eine Gesamtansicht im Aufriß einer ersten Ausführungsvariante,

Fig. 5 eine Gesamtansicht im Aufriß einer zweiten Auiiführungsvariante,

b5 Fig. 6 eine Gesamtansicht im Aufriß einer dritten Ausführungsvariante,

Fig. 7 eine Gesamtansicht im Aufriß einer vierten Ausführungsvariante,

Fig. 8 eine Gesamtansicht im Aufriß einer fünften Ausführungsvariante.

Die in Pig. I dargestellte Maschine umfaßt eine einstufige Pumpe mit vier Teilspiralen 5, die als Ersatz für das gebräuchliche Spiralgehäuse dienen, und eine einstufige Turbine mit ebenfalls vier Teilspiralen 4.

Die Fig. 2 zeigt, daß der Wickelsinn der Teilspiralen 5 der Pumpe in bezug auf den Wickelsinn der Teilspiralen 4 der Turbine invertiert ist. Der von jeder Teilspirale umfangene Zentrumswinkel beträgt zirka 90°.

Die Welle 2 der Maschine ist vertikal und ist mit einem Motorgenerator 1 (Fig. 3) gekuppelt, der auf dem Wellenende oberhalb des Maschinensatzes sitzt. Er kann auch auf dem anderen Wellenende angeordnet werden.

Das Pumpenrad 8 und das Turbinenrad 7 sitzen auf der Welle 2 mit ihren entgegensetzt gerichteten Ansaugöffnungen fest. Folglich sind der Saugkrümmer 6 der Pumpe und das Ansaugrohr 3 ebenfalls entgegengesetzt gerichtet. Die Beschaufelung dieser Räder 8 und 7 ist für die gleiche Drehrichtung ausgestaltet.

Ein Führungslager 11 ist zwischen dem ihimpenrad 8 und dem Turbinenrad 7 geschaltet. Das Pumpenrad 8 sitzt überhängend auf der Welle.

Die Turbine umfaßt einen Ring mit Stützschaufeln. Diese Stützschaufeln 9 könnten teilweise oder ganz durch die Abweiser 15, welche die Teilspiralen 4 der Turbine voneinander trennen, ersetzt werden.

Die Pumpe umfaßt ebenfalls feststehende Diffusor-Leitschaufeln 12, die auch teilweise oder ganz durch die Abweiser 16, welche die Teilspiralen 5 der Pumpe voneinander trennen, 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 Innenr&jm seiner Teilspiralen 5 zu trennen, welcher durch den Sammler, der die Maschine mit dem oberstromigen Staubecken verbindet, unter Wasserdruck gesetzt wird.

Eine andere Verschlußeinrichtung gleicher Art 13 gestattet es, den Innenraum, in dem sich das Turbinenrad 7 dreht, von dem Innenraum seiner Teilspiralen 4 zu trennen, welcher ebenfalls mit dem oberstromigen Staubecken verbunden ist. Diese Verschlußvorrichtung 13 ist zwischen dem Rad 7 und den Leitschaufeln 10 geschattet und kann ebenfalls zwischen den Leitschaufeln 10 und den Stützschaufeln 9 geschaltet werden.

Der Leitschaufelapparat der Turbine, bestehend aus den verstellbaren Leitschaufeln 10, könnte den Spaltschieber 13 der Turbine ersetzen.

Die geeignete Bedienung der verschiedenen erwähnten Vers'.hiußvorrichtungen und der bereits bekannten Vorrichtungen zum Austreiben und Wiedereinlassen des Wassers aus und in den betreffenden Maschinenräumen, gestattet den Turbinenbetrieb der Maschine bei trockengelegtem Pumpenrad 8 oder den Pumpbetrieb bei trockengelegtem Turbinenrad 7. Die Verluste durch Schleudern des Wassers werden also vermieden.

Diese Pumpenfurbine läuft immer im Turbinenbetrieb an, und deren Motorgenerator 1 (Fig. 3) wird dabei am Stromnetz ar^eschaltet 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 3 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 1 in bezug auf die Pumpen- und Turbinenräder 8 bzw. 7.

Bei der ersten, in Fig. 4 schematisch dargestellten Ausführungsvariante sitzen die Pumpen- und Turbinenräder 8 bzw. 7 auf der Welle 2, mit ihren entgegengesetzt gerichteten Ansaugöffnungen. Der Saugkrümmer 6 und das Ansaugrohr 3 der Turbine sind ebenfalls entgegengesetzt gerichtet. Der Motorgenerator 1 ist zwischen den Pumpen- und Turbinenrädern geschaltet.

Bei der zweiten, in Fig. 5 dargestellten Ausführungsvariante sitzen die Pumpen- und Turbinenräder 8 bzw. 7 auf der Welle 2, mit ihren gegeneinander gerichteten Ansaugöffnungen. Das gleiche gilt für den Saugkrümmer 6 der Pumpe und das Ansaugrohr 3 der Turbine Der Motorgenerator 1 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. 7 auf der Welle 2, mit ihren gegeneinander gerichteten Ansaugöffnungen. Das gleiche gilt für den Ansaugkrümmer 6 der Pumpe und das Ansaugrohr 3 der Turbine. Der Motorgenerator 1 ist zwischen den Pumpen- und Turbinenrädern geschal-

Bei der in Fig. 7 schematisch dargestellten vierten Ausführungsvariante sitzen die Pumpen- und Turbinenräder 8 bzw. 7 auf der Welle 2, mit ihren beiden gleichgerichteten Ansaugöffnungen. Der Saugkrümmer 6 der Pumpe und das Ansaugrohr 3 der Turbine sind also gleich wie die Ansaugöffnungen gerichtet. Der Motorgenerator 1 ist mit dem Wellenende 2 turbinen- oder pumpenseitig gekuppelt.

Bei der in Fig. 8 schematisch dargestellten fünften Ausführungsvariante sitzen die Pumpen- und Turbinenräder 8 bzw. 7 auf der WeMe 2, mil ihren beiden betreffenden gleichgerichteten verstellbaren Ansaugöffnungen. Der Saugkrümmer 6 der Pumpe und das Ansaugrohr 3 der Turbine sind also gleich wie die An-Saugöffnungen gerichtet. Der Motorgenerator 1 ist zwischen den Pumpen- und Turbinenrädern 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 3 der Turbine oder durch den Saugkrümmer 6 der Pumpe zu gewährleisten, oder noch um das Pumpenrad 8 und/oder das Turbinenrad 7 überhängend zu montieren, soweit es die Anordnung gestattet.

Die Wellfi 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 Tsilspiralen der Pumpe und der Turbine S bzw. 4 kann beliebig gewählt werden. Sie kann bei der Pumpe von jener der Turbine abwci-

ehe n.

Die Teilspiralen können eine beliebige Form aufweisen, und ihr Querschnitt kann symmetrisch (wie in Fig. 1) 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 S bzw. 4 können in mehrere identische oder unterschiedliche Elemente zerlegt werden, die bei der Montage an Ort und Stelle miteinander geschweißt oder durch Flau- '" sehen mit Gewindebolzen zusammengeschraubt oder durch irgendwelche andere Mittel zusammengesetzt werden.

Insbesondere können die Teilspiralen 5 der Pumpe in einer Mantelfläche liegen, die in der durch den Um- '' fang des Pumpenrades 8 verlaufenden mittleren Ebene U-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 7 verlaufenden mittleren Ebene IM-III (Fig. 2) einbeschrieben ist, wobei die An- '"> Schlüsse dieser Elemente mit einer Rohrleitung, die mit dem Sammler verbunden iss. ebenfalls in dieser T^:uleren Ebene III-III liegen.

Man kann auch die Teilspiralen 5 der P u-pr und jene 4 der Turbine durch Gabelrohre verbinden. s"

Der Spaltschieber 14 der Pumpe und/oder der Spaltschieber 13 der Turbine können durch Schieber irgendwelcher Ausführung ersetzt werden, die zwischen den Teilspiralen 5, 4 der Pumpe und/oder der Turbine und dem Sammler geschaltet werden, der die f> Maschine mit dem oberstromigen Staubecken verbindet.

Die erfindungsgemäße 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 Spiralgehäuses.

- 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 horn Ij>,>jicnungsvorgang, wenn die erwähnten Verschlußvorrichtungen in den Rohrleitungen zwischengeschaltet sind, welche die Teilspiralep mit dem Sammler verbinden, der zwischen der Maschine und dem oberstromigen Staubecken liegt.

Die drei vorstehend erwähnten Vorteile werden im falle, bei dem die Anzahl TeilTiralen erhöht win! nervorgehoben.

- Die Herabsetzung der mechanischen Beanspruchung ermöglicht die Verwendung von dünneren Blechen und erleichtert die Schweißa.rbeiten.

- Die günstigste Wahl für die Zerlegung dor Teilspiralen in identische Elemente gestattet es. ihre Herstellung zu rationalisieren.

- Die Probleme des Transports und der Montage r\n Ort und Siciic derartiger Elemente sind leichter iu lösen als jene, die mit entsprechendem Spiralgehäuse gestellt werden, welche vie schwerer und platzraubend sind.

- Schließlich wire der Betrieb dienet hydraulischer Maschine die Probleme beseitigen, die dem Anlauf im Pumpbetrieb anhaften, welcher die zulässige Einheitsleistung gewisser Ausführungen vor Pumpenturbinen begrenzt, entweder au/grunc der komplizierten und teuren Hilfsmaschiner oder vor allen Dingen aufgrund der durch dieser Bedienungsvorgang verursachten Netzstörungen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnuneen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Maschine, bestehend aus einer Turbine und einer Pumpe, deren Räder auf einer gemeinsamen Welle sitzen und deren Spiralgehäuse entgegengesetzte Windungsrichtungen zueinander haben, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in Umfangsrichtung hintereinander geschaltete Spiralgehäuse (4, 5) sowohl für das Pumpenrad (8) als auch für das Turbinenrad (7) vorgesehen sind.

2. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen- und Turbinenräder (8 bzw. 7) mit ihren betreffenden entgegengesetzt gerichteten Ansaugöffnungen 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 gekennzeichnet, daß die Pumpen- und Turbinenräder (8 bzw. 7) mit ihren betreffenden entgegengesetzt gerichteten Ansaugöffnungen auf der Welle (2) sitzen, wobei der Motorgenerator (1) zwischen den Pumpen- und Turbinenrädern geschaltet ist.

4. Hydraulische Maschine nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen- und Turbinenräder (8 bzw. 7) mit ihren betreffenden gegeneinander gerichteten Ansaugöffnungen auf der WeIe (2) sitzen, wobei der Motorgenerator (1) an dem WelLnende (2) turbinen- oder pumpenseitig gekuppelt ist.

5. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß '^::e Pumpen- und Turbinenräder (8 bzw. 7) mit ihren betreffenden gegeneinander gerichteten Ansaugöffnungen auf der Welle (2) sitzen, wobei der Motorgenenator (1) zwischen den Pumpen- und Turbinenrädern geschaltet ist.

6. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, daß die Pumpen- und Turbinenräder (8 bzw. 7) mit ihren beiden betreffenden gleichgerichteten Ansaugöffnungen auf der Welle (2) sitzen, wobei der Motorgenerator (1) zwischen den Pumpen- und Turbinenrädern (8 bzw. 7) geschaltet ist.

8. Hydraulische Maschine nach einem oder einigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schieber in der Art eines Spaltschiebers (13, 14) zwischen dem Pumpenrad (8) und/oder dem Turbinenrad (7) und den Teilspiralen (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 gekenn-

zeichnet, daß die Pumpe und die Turbine eine einzige Stufe aufweisen.

11. Hydraulische Maschine nach einem oder einigen der Ansprüche I 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.

13. Hydraulische Maschine nach einem oder einigen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen der Teilspiralen (S) der Pumpe und/oder der Turbine mit dem Sammler des Kraftwerks oder mit zu diesem Sammler führenden Rohrleitungen in einer durch den Umfang des Pumpenrads (8) und/oder in einer durch den Umfang des Turbinenrads (7) verlaufenden mittleren Ebene liegen.