DE265627C

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Publication number: DE265627C
Application number: DENDAT265627D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES Λ

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVi: 265627 -KLASSE 88«. GRUPPE

Schützenanordnung für Reaktionsturbinen. Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. April 1912 ab.

Die Reaktionswasserturbinen gewährleisten bei erhöhter Leistungsfähigkeit eine große Arbeitsgeschwindigkeit und alle sich daraus ergebenden Vorteile. Dies wird dadurch erzielt, daß man den Reaktionsgrad dieser Turbinen bis zu den äußersten Grenzen bringt. Alsdann läßt aber die Leistung erheblich nach, da die verlangte Kraft oder die zur Verfügung stehende Wassermenge veränderlich sind, indem nur ein einziger Öffnungspunkt in der Regulierschütze existiert, der dem günstigsten Reaktionsgrad entspricht, nämlich dem, für welchen die Turbine konstruiert worden ist. Tatsächlich wechselt das Verhältnis zwischen dem Einströmungsquerschnitt für das Wasser und dem Abströmungsquerschnitt mit jeder Öffnungsstellung der Schütze, da der Ausströmungsquerschnitt konstant bleibt, während der Einströmungsquerschnitt . sich ändert.

so Zahlreiche Versuche sind angestellt worden, um dieser Leistungsabnahme vorzubeugen, und es sind besonders in Verbindung mit dem Laufrade bewegliche und feste Glieder zur Verwendung gekommen, die sich mit dem Laufrade drehten, um den Ausströmungsquerschnitt zu ändern. Sehr bald wurde aber die Wirkung der Zentrifugalkraft in Verbindung mit Abnutzung und Unterhaltungsschwierigkeiten, die durch Sand und die übrigen durch das Wasser mitgerissenen Fremdkörper hervorgerufen wurden, als so schädlich erkannt, daß von der Anwendung jener verwickelten Einrichtungen Abstand genommen wurde.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun, allen diesen Mängeln abzuhelfen. Sie ermöglicht die Aufrechterhaltung einer konstanten 45

hydraulischen Leistung selbst bei den verschiedensten Verausgabungen, indem sie bei allen Einlaßgraden die absolute Konstanz des Verhältnisses zwischen dem Einlaßquerschnitt für das Wasser quer durch den Verteiler und dem Ausströmungsquerschnitt aufrecht erhalten. Dies wird erzielt mittels einer Schützenordnung, die unabhängig vom Laufrade ist und an seiner Umdrehung nicht teilnimmt.

Beiliegende Zeichnung stellt drei Ausführungsformen der neuen Turbine beispielsweise dar, und zwar veranschaulicht

Fig. ι im Vertikalschnitt die Anwendung der Erfindung auf eine Turbine mit zentripetaler Einströmung und zentrifugaler Ausströmung.

Fig. 2 veranschaulicht im Vertikalschnitt die Anwendung der Erfindung auf eine gemischte Turbine nach System Hercule-Progres o. dgl., bei welcher die Einströmung zentripetal und die Ausströmung gleichzeitig zentrifugal und parallel zur Turbinenachse erfolgt.

Fig. 3 veranschaulicht im Vertikalschnitt die Anwendung der Erfindung auf eine Turbine mit beweglichen Leitschaufeln nach System Francis, bei welcher die Einströmung zentripetal und die Ausströmung gleichzeitig zentrifugal und parallel zur Turbinenachse erfolgt.

Fig. 4 veranschaulicht auf ihrer rechten Hälfte die Turbine nach Fig. 3 im Grundriß und in ihrer linken Hälfte einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3, wobei drei Schaufeln in geöffneter Stellung und drei Schaufeln in geschlossener Stellung veranschaulicht sind.

In Fig. ι ist α die Turbinenwelle, h das Laufrad mit zentripetaler Einströmung und zentrifugaler Ausströmung, c der Zündverteiler

des Wassers, d der. Turbinendeckel und e der Auslaß.

Mittels einer zylindrischen Schütze f kann man die Einlaßöffnungen des Verteilers verschließen, während man mittels einer zweiten zylindrischen Schütze g die Auslaßöffnungen am Auslaß verschließen kann. Die Schütze g ist durch Stangen h mit dem Antriebsmechanismus i für die Schütze f verbunden, so daß

ίο die Verschiebungen beider Schützen zwangläufig erfolgen. Die Größe dieser Verschiebungen ist derart bestimmt, daß der Auslaßquerschnitt stets proportional dem Einlaßquerschnitt bleibt, so daß man in allen öffnungs-Stellungen den theoretisch und praktisch günstigsten Reaktionsgrad bewahren kann
• In Fig. 2 bezeichnen dieselben Buchstaben dieselben Organe wie in Fig. 1. Das Laufrad b hat hier zentripetale Einströmung und gemischte Ausströmung, d. h. eine zentrifugale Ausströmung durch das Rohr e und eine Ausströmung parallel zur Turbinenachse durch das zentrale Rohr /. Die Stangen h sind hier verlängert und endigen in einen Knopf h¹.

Sie gleiten mit sanfter Reibung in einer Muffe g¹, die an der Schütze g befestigt ist. Die Bewegung der beiden Schützen f und g erfolgt also gemeinsam erst an einem gewissen Punkte des Hebels, wenn nämlich der Knopf h¹ gegen die Muffe g¹ stößt. Erst in diesem Augenblick beginnt die Auslaßschütze auf den Reaktionsgrad der Turbine einzuwirken.

Hat das Wasser die Schaufeln durchströmt, so läuft es im Falle der Fig. 1 durch den ringförmigen freien Querschnitt des Auslaßrohres e ab und im Falle der Fig. 2 durch das zentrale Rohr j, wenn die Schütze g geschlossen ist und durch das Rohr / und den ringförmigen freien Querschnitt des ■ Rohres e, wenn die Schütze g offen ist.

Wirkt die Turbine durch Depression, so bilden die Rohre e (Fig. 1) oder e und / (Fig. 2) Saugrohre. In diesem Falle kann, wenn die Turbine mit beschränkter Wasserzufuhr arbeitet, der normale Querschnitt des Auslaßrohres zu beträchtlich für die Wasserabgabe sein, was Zerstörung der Wassersäule herbeiführen kann.
Die Anordnung der beiden Auslaßrohre j und e (Fig. 2) hilft diesem Ubelstande ab. Bei vermindertem Zufluß wird nämlich das Auslaßrohr e durch die Schütze g verschlossen, so daß der Auslaßquerschnitt der Turbine erheblich verringert wird. Bei den meisten modernen Turbinen nach Bauart Francis wird die Einlaßschütze von den Leitschaufeln des Verteilers gebildet. Zu diesem Zwecke sind diese Leitschaufeln drehbar angeordnet und gestatten eine Regelung des Wassereinlaßgrades und außerdem ein vollständiges Absperren des Zulaufes, d. h. ein vollständiges Anhalten der Turbine. Diese Anordnung von drehbaren Leitschaufeln bildet also eine richtige Zulaßschütze.

Fig. 3 und 4 veranschaulichen die Anwendung des Prinzips gemäß vorliegender Erfindung auf eine Turbine des obengenannten Systems.

Die Antriebsstangen h für die Absperrschütze g gehen durch die Achszapfen k der Leitschaufeln k¹ des Verteilers hindurch. Wie bei dem Beispiel nach Fig. 2 enden die Stangen h in einem Knopf h¹ und gleiten mit sanfter Reibung in einer Muffe g¹, die von der Schütze g getragen wird. Sie sind an ihrem oberen Teile durch zwei Zahnstangen g² verlängert, die mit zwei auf einer Welle I¹ aufgekeilten Zahnrädern I in Eingriff stehen.

Die Welle P- trägt an ihrem Ende ein konisches Zahnrad m, welches in einem Zahnsektor η eingreift, welcher fest auf einer Welle 0 sitzt, die mit einem Antriebsrade o¹ versehen ist.

Die Leitschaufeln k¹ werden durch einen kreisförmigen Ring p betätigt, der sich unter Einwirkung von zwei Stangen g verschiebt, die mit der Welle 0 verbunden sind. Man ersieht hieraus, daß bei der Drehung des Rades o¹ gleichzeitig die Verschlußschütze g und die drehbaren Leitschaufeln k¹ verschoben werden, welch letztere die Rolle der Einlaßschütze spielen. Wie bei dem Beispiel nach Fig. 2 nimmt jedoch die Verschlußschütze erst dann an der Bewegung der drehbaren Leitschaufeln teil, wenn der Knopf h¹ gegen die Muffe g¹ stößt.

Zu bemerken ist, daß die Turbine nach Fig. 3 kein Auslaßrohr besitzt.

Übrigens könnten auch bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 die Auslaßrohre in Fortfall kommen; sie sind nur in dem Falle nötig, wo die Turbine durch Ansaugung arbeitet, d. h. wenn sie in einer gewissen Höhe oberhalb des unteren Stromniveaus aufgestellt ist.

Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die drei veranschaulichten Ausführungsformen. Sie kann auch auf alle anderen Vertikal- oder Horizontalturbinensysteme angewendet werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Schützenanordnung für Reaktionsturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaßöffnungsquerschnitte für das Wasser und die Auslaßöffnungsquerschnitte des Laufrades durch Schützen ff und g) oder äquivalente -Organe verändert werden, deren Teile beständig oder zeitweise zwangläufig miteinander verbunden sind und unabhängig von dem Laufrade angeordnet sind und an seiner Umdrehung nicht teilnehmen.

2. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einläßöffnungsquerschnitte für das

Wasser und die Auslaßöffnungsquerschnitte des Laufrades gleichzeitig und proportional durch beständig zwangläufig miteinander verbundene Schützen verändert werden.

3. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1, in Anwendung auf eine Reaktionsturbine mit gemischter Ausströmung, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Wassereinlaßöffnungen zuerst getrennt und dann gemeinsam mit nur einem Teil des Querschnitts der Ausströmungsöffnungen mittels zeitweise zwangläufig verbundener Schützen abgeändert werden.

4. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausströmungsöffnungen steuernde zylindrische Schütze im Innern des Auslaßrohres angeordnet und wenigstens zeitweise mit der die Einströmungsöffnungen steuernden zylindrischen Schütze zwangläufig verbunden ist.

5. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung eines doppelten Auslaßrohres mit konzentrischen Elementen, so daß das Wasser in den Auslaß durch ein einziges Element oder durch zwei miteinander vereinigte Elemente hindurch abgesaugt werden kann, zum Zwecke, ein geeignetes Verhältnis zwischen dem Volumen gebrauchten Wassers ■ und dem Ausströmungsquerschnitt aufrecht zu erhalten.

6. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1 unter Anwendung auf Turbinen mit beweglichen Leitschaufeln nach System Francis, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstangen (h) der Verschlußschütze durch die Achszapfen der Leitschaufeln hindurchgehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.