DE2539636C2 - Runner for a hydrodynamic machine, in particular a Francis turbine or a reversible pump turbine - Google Patents
Runner for a hydrodynamic machine, in particular a Francis turbine or a reversible pump turbineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Läufer für eine -»ο hydrodynamische Maschine, insbesondere eine Francisturbine oder eine umgekehrbare Pumpenturbine, mit festen Läuferschaufeln zwischen einer Krone und einem Seitenring und mit an einer Kronenspitze angeordneten Leitflügeln, die im wesentlichen dreieckförmig ausgebildet und vollständig voneinander getrennt angeordnet sind, zur Führung einer die Läuferschaufel verlassenden Wasserströmung, wenn die Maschine als Turbine arbeitet.The invention relates to a runner for a - »ο hydrodynamic machine, in particular a Francis turbine or a reversible pump turbine, with fixed rotor blades between a crown and a side ring and with arranged at a crown tip Guide vanes, which are essentially triangular and arranged completely separated from each other are for guiding a water flow leaving the rotor blade when the machine is a turbine is working.
Der Läufer für eine Francisturbine oder eine Pumpenturbine ist im allgemeinen so ausgeführt, daß für einen gewissen Arbeitsbereich, der durch Werte der Druckhöhe, der Sirömung, der Geschwindigkeit und des Läuferdurchmessers bestimmt ist, die Arbeitsweise gleichmäßig und wirkungsvoll ist. Für diesen Bereich und andere naheliegende Bereich wird der höchste Wirkungsgrad erreicht, und es verläßt das Wasser den Läufer ohne Rotation oder nur mit geringer Rotation. Bei Arbeitsbedingungen, die in stärkerem Maß von den optimalen Bedingungen abweichen, wird der Wirkungs- &o grad geringer, und es treten gewisse Störungen auf, wie Druckschwankungen, Ausgangsschwankungen und erhöhter Lärmpegel. Falls es erwünscht ist, die Turbine zu weit von den optimalen Bedingungen zu betreiben, kann dies unmöglich sein, weil die Störungen so stark werden, daß das Risiko von Beschädigungen der Turbinenanlage zu groß wird. Die hauptsächliche Ursache für die Störungen ist die Tatsache, daß das Wasser den Läufer mit einer gewissen Rotation verläßt. Bei Teillast rotiert das Wasser in der gleichen Richtung wie der Läufer, bei Oberlast*in entgegengesetzter Richtung. Wenn die Rotation stark ist, wird der Druck im Zentrum der rotierenden Wassermasse so niedrig, daß die Bildung von Dampfblasen (Kavitation) auftritt Der Wirbel ist nicht koaxial zur Rotationsachse des Läufers sondern führt eine Prezessionbewegung um den Läufer aus.The rotor for a Francis turbine or a pump turbine is generally designed so that for a certain working range, which is determined by values of the pressure altitude, the air flow, the speed and the Runner diameter is determined, the mode of operation is uniform and effective. For this area and other obvious areas, the highest efficiency is achieved and the water leaves the Runner without rotation or only with little rotation. In working conditions that are more dependent on the deviate from optimal conditions, the effect & o degree lower, and certain disturbances occur, such as pressure fluctuations, output fluctuations and increased Noise level. If it is desired to run the turbine too far from the optimal conditions, can this would be impossible because the disturbances are so strong that there is a risk of damage to the turbine system gets too big. The main cause of the disturbances is the fact that the water is the runner leaves with some rotation. At partial load, the water rotates in the same direction as the runner, at Overload * in the opposite direction. When the rotation is strong, the pressure is in the center of the rotating water mass so low that the formation of vapor bubbles (cavitation) occurs The vortex is not coaxial to the rotor's axis of rotation, but rather performs a precession movement around the rotor.
Um einen störungsfreien Lauf innerhalb der Ausgangsregion so groß wie möglich zu halten sind viele Anstrengungen in bezug auf die Ausbildung und Form des Läufers gemacht worden, insbesondere in bezug auf die Form der Läuferschaufeln. Um die Intensität des Wirbels zu verringern, schlägt die britische Patentschrift 7 99 013 Leitflügel an den Kronenspitze des Läufers vor. Aufgrund der vorgeschlagenen Lage und Form der Leitflügel ist es aber nicht möglich gewesen, eine wesentliche Verbesserung zu erreichen.To ensure a smooth run within the starting region Much effort is made in terms of training and form to keep it as large as possible of the rotor, in particular with regard to the shape of the rotor blades. To the intensity of the To reduce vortex, the British patent 7 99 013 suggests guide vanes on the crown tip of the rotor. However, due to the proposed location and shape of the guide vanes, it has not been possible to create a to achieve substantial improvement.
Es ist auch ein Läufer der eingangs genannten Art bekannt (FR-PS U 62 872), bei welchem die Leitflügel im wesentlichen dreieckförmig ausgebildet und vollständig voneinander getrennt angeordnet sind, um so Störungen, wie Stöße und Vibrationen zu verringern. Bei der bekannten hydrodynamischen Maschine sind aber die Leitflügel eben angeordnet wodurch das angestrebte Ziel nur unvollständig erreicht wird.A runner of the type mentioned is also known (FR-PS U 62 872), in which the guide vanes are essentially triangular and are arranged completely separated from one another, so as to Reduce disturbances such as shocks and vibrations. In the known hydrodynamic machine are but the guide vanes are evenly arranged so that the desired goal is only partially achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Läufer der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein weitgehend störungsfreier Arbeitsbereich der hydrodynamischen Maschine erreicht wird bzw. der störungsfreie Bereich in Richtung auf höhere Ausgangsleistungen verschoben wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jeder Leitflügel so gekrümmt" ist, daß sein stromaufwärts liegender Teil wenigstens annähernd mit der Strömungsrichtung unmittelbar hinter den Läuferschaufeln zusammenfällt und sein folgender Teil diese Strömungsrichtung nach und nach in Achsrichtung des Läufers ablenkt. Hierdurch wird erreicht, daß die austretende Strömung praktisch rotationsfrei ist, so daß keine Störungen auftreten.The invention is based on the object of designing a rotor of the type mentioned in such a way that a largely trouble-free working area of the hydrodynamic machine is achieved or the interference-free area is shifted in the direction of higher output powers. This is according to the invention achieved in that each guide vane is so "curved" that its upstream part at least and approximately coincides with the direction of flow immediately behind the rotor blades The following part gradually deflects this flow direction in the axial direction of the rotor. This will achieves that the exiting flow is practically rotation-free, so that no disturbances occur.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further refinements of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing of exemplary embodiments. In the Drawing shows
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Läufer, teilweise in einem vertikalen Schnitt,1 shows a runner according to the invention, partly in a vertical section,
Fig.2 die Kronenspitze des Läufers, von unten gesehen,Fig. 2 the tip of the crown of the runner, from below seen,
Fig.3 die Form eines Leitflügels in einer Draufsicht, und zwar in gegenüber den F i g. 1 und 2 vergrößertem Maßstab,3 shows the shape of a guide vane in a plan view, namely in opposite to the F i g. 1 and 2 enlarged scale,
Fig.4 eine abgewandelte Ausführungsform der Kronenspitze mit Leitflügeln und4 shows a modified embodiment of the crown tip with guide vanes and
F i g. 5 eine abgewandelte Ausführungsform mit Leitflügeln, die durch Schlitze in der Kronenspitze hindurch vorschiebbar sind.F i g. 5 shows a modified embodiment with guide vanes that pass through slots in the crown tip can be advanced through.
Fig. 1 zeigt den Läufer einer Francisturbine mit festen Läuferschaufeln 1, die zwischen einer Krone 3 und einem Seitenring 5 angeordnet sind. Die Krone 3 ist mit einer Kronenspitze 7 versehen, auf welcher Leitflügel 9 angeschweißt sind. Die Leitflügel 9 sind vollständig voneinander getrennt angeordnet, wie es in F i g. 2 gezeigt ist, und sie besitzen in Draufsicht im wesentlichen eine Dreieckform, wie es in F i g. 3 gezeigt ist. Jeder Leitflügel 9 ist so gekrümmt, daß sein stromaufwärtsliegender Teil U, der den Läuferschaufeln 1 zunächst liegt, ohne wesentlichen AnstellwinkelFig. 1 shows the rotor of a Francis turbine with fixed rotor blades 1, which between a crown 3 and a side ring 5 are arranged. The crown 3 is provided with a crown tip 7 on which Guide vanes 9 are welded. The guide vanes 9 are arranged completely separated from one another, as shown in FIG F i g. 2 and are generally triangular in plan, as shown in FIG. 3 shown is. Each guide vane 9 is curved so that its upstream part U, the rotor blades 1 initially lies without a significant angle of attack
mit der Richtung der Strömung unmittelbar hinter den Läuferschaufeln 1 zusammenfällt und sein folgender Teil nach und nach in Richtung der Strömung in Achsrichtung des Läufers ablenkt Die Krümmung der Leitflügel 9 ist so berechnet, daß bei einer gewissen Überlastung der Turbine der Mittelteil der Abwärtsströmung der Kronenspitze 7 praktisch rotattonsfrei ist, während bei Arbeitsbedingungen entsprechend der optimalen Last der Mittelteil der Abwärtsströmung der Kronenspitze 7 nur eine so geringe Rotation in gleicher Richtung wie der Läufer aufweist, daß praktsich keine Störungen auftreten.with the direction of the flow immediately behind the Rotor blades 1 collapse and its following part gradually in the direction of the flow in the axial direction of the rotor deflects The curvature of the guide vanes 9 is calculated so that with a certain overload of the turbine, the middle part of the downward flow of the crown tip 7 is practically free of rotation, while at Working conditions according to the optimal load of the central part of the downward flow of the crown tip 7 only so little rotation in the same direction as the rotor shows that practically no disturbances occur.
Für bestimmte Läufer kann es vorteilhaft sein, daß die Kronenspitze 7, wie es in Fig.4 gezeigt ist, einen oberen Kegelstumpf 13 und einen unteren Kegelstumpf 15 aufweist, der an dem oberen Kegelstumpf 13 befestigt ist und der einen größeren Kegelwinkel aufweist ais der obere Kegelstumpf 13. Jeder Leitflügel 9 wird dann entlang einer Kante an der Mantelfläche des unteren Kegelstumpfes 15 so befestigt, daß eine andere Kante dieses Leitflügels einer nach abwärts gerichteten imaginären Erstreckung der Marcelfläche des oberen Kegelstumpfes 13 folgt.For certain runners it can be advantageous that the Crown tip 7, as shown in Figure 4, a has an upper truncated cone 13 and a lower truncated cone 15, which is attached to the upper truncated cone 13 is attached and which has a larger cone angle than the upper truncated cone 13. Each guide vane 9 is then attached along an edge on the lateral surface of the lower truncated cone 15 so that a other edge of this guide vane of a downwardly directed imaginary extension of the Marcel surface of the upper truncated cone 13 follows.
F i g. 5 zeigt eine weitere Anordnung gemäß der Erfindung, bei welcher die Leitflügel 9 in verschiedene Lagen in bezug auf die Oberfläche der Kronenspitze 7 gebracht werden können, und zwar in eine Arbeitslage, in welcher sie vollständig vorspringen, und in einer wirkungslose Lage, in welcher sie zurückgezogen sind. Diese Anordnung ist insbesondere für Pumpenturbinen vorgesehen, bei denen zur Verhinderung von Störungen die Leitflügel, die in bezug auf die Strömungsbedingungen während des Turbinenbetriebes ausgebildet sind, während des Pumpenbetriebes unwirksam sein müssen.F i g. 5 shows a further arrangement according to the invention, in which the guide vanes 9 in different Layers can be brought with respect to the surface of the crown tip 7, namely in a working position, in which they protrude completely, and in an ineffective position in which they are withdrawn. This arrangement is particularly intended for pump turbines, in which to prevent malfunctions the guide vanes, which are designed in relation to the flow conditions during turbine operation, must be ineffective during pump operation.
Die Leitflügel 9 sind an einem Leitflügelträger 19 befestigt, der als ein durch eine Feder 21 belasteter Kolben in einem hydraulischen Zylinder 23 wirkt, der ein Teil der Kronenspitze 7 ist. Der Leitflügelträger 19 ist innerhalb der Kronenspitze 7 axial verschiebbar zwischen zwei Endlagen, und es ist die Kronenspitze 7 mit Schlitzen 25 versehen, durch welche die Leitflügel 9 sich hindurcherstrecken können.The guide vanes 9 are attached to a guide vane carrier 19, which is loaded by a spring 21 as a Piston acts in a hydraulic cylinder 23 which is part of the crown tip 7. The guide vane carrier 19 is axially displaceable between two end positions within the crown tip 7, and it is the crown tip 7 provided with slots 25 through which the guide vanes 9 can extend.
Wenn der Leitflügelträger 19 in seiner oberen Endlage bleibt, wie es in F i g. 5 gezeigt ist, treten die Leitflügel 9 nicht durch die Fläche der Kronenspitze 7 hindurch. Wenn dagegen der Leitflüjr_:träger in seine untere Endlage gebracht wird, durchdringen die Leitflügel 9 maximal die Oberfläche der Kronenspitze 7. Der Leitflügelträger 19 kann auch in verschiedene Lagen zwischen den Endlagen gebracht werden, wodurch die Leitflügel 9 nur teilweise die Oberfläche der Kronenspitze 7 durchsetzen.When the guide vane carrier 19 remains in its upper end position, as shown in FIG. 5 is shown, the Guide vane 9 does not pass through the surface of the crown tip 7. If, on the other hand, the Leitflüjr_: bearer in his is brought to the lower end position, the guide vanes 9 penetrate a maximum of the surface of the crown tip 7. The guide vane carrier 19 can also be brought into different positions between the end positions, whereby the guide vanes 9 only partially penetrate the surface of the crown tip 7.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (3)
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Legal Events
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