DE3501883C1

DE3501883C1 - Deckel fuer Turbinen und Pumpen

Info

Publication number: DE3501883C1
Application number: DE3501883A
Authority: DE
Inventors: Helmut Bronowski; Christian 7920 Heidenheim Dahlke
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1985-01-22
Filing date: 1985-01-22
Publication date: 1986-08-28
Also published as: US4720240A; US4715781A; AT392520B; ATA351385A; US4708590A; JPS61169673A; BR8600471A

Description

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der durchmessergrößte Ring (26) verläuft etwa mittig zwischen den stirnseitigen Ringen (25, 27),

der laufradseitige Ring (27) ist zur wenigstens mittelbaren Aufnahme eines Radiallagers (17) der rotierenden Maschinenteile (11, 12) ausgebildet,

an den durchmessergrößten Ring (26) ist eine zweite Schale (28) angefügt, die sich gegen den laufradabgewandten Ring (25) verjüngt, die Rippen (31) erstrecken sich zwischen dem laufradabgewandten Ring (25) und dem durchmessergrößten Ring (26) entlang der Außenseite der angrenzenden Schale (28), während die entlang der Innenseite der Schalen (28,29) vergekennzeichnet, daß der Deckel (50) aus dem ebenen Ring (51) und den beiden wasserführenden Schalen (53, 58) besteht, von denen die erste Schale (53) an ihrem laufradseitigen Endabschnitt zur wenigstens mittelbaren Befestigung des Radiallagers (55) ausgebildet ist, während an ihrem laufradabgewandten, über den ebenen Ring (51) hinausragenden Endabschnitt der Regelring (60) gelagert ist (F ϊ g. 3).

5. Deckel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4, wobei die erste Schale (73) an der dem Laufrad (72) zugewandten Seite des ebenen Rings (71) angeschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekkel (70) aus den beiden wasserführenden Schalen (73,74) und dem ebenen Ring (71) besteht, an dessen dem Laufrad (72) zugewandter Seite die erste Schale (73) angeschweißt ist (F i g. 4.)

6. Deckel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ebene Ring (51; 71) in einen Innenring (51'; 71') und einen die Lager der Leitschaufeln (61; 82) aufnehmenden Außenring (51"; 71") geteilt ist.

7. Deckel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die laufradseitige kegelmantelförmige zweite Schale (58; 74) des Deckels (50; 70) dünnwandig ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft aus Blechen geschweißte Dekkel für Propeller- oder Kaplan-Turbinen bzw. entsprechend gestaltete Pumpen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1,4 und 5.

Im Hinblick auf einerseits steigenden Energiebedarf und andererseits zunehmende Finanzierungsschwierigkeiten besteht ein erhöhter Bedarf nach kostengünstig herstellbaren Wasserturbinen und Pumpen. Es ist daher schon seit langem das Bestreben, Deckel für derartige

Maschinen aus teueren Gußkonstruktionen durch aus laufenden Rippen (32) die drei Ringe (25,26,27) 40 Blechen geschweißte Ausführungsformen zu ersetzen.

miteinander verbinden (F i g. 1 und 2).

2. Deckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Schalen (28,29) derart an voneinander axial abgewandten Randzonen der Stirnseiten des mittleren Rings (26) angeschweißt sind, daß sich die Schwerlinien (26', 28', 29') der Bauteilquerschnitte in einem Punkt schneiden.

3. Deckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der laufradseitige Ring (27) zur Halterung eines sich gegen das Laufrad (11) erstreckenden Wasserführungsschildes (18) ausgebildet ist.

4. Aus Blechen geschweißter Deckel (50) für Propeller- oder Kaplan-Turbinen bzw. entsprechend ge-Aus der DE-Patentschrift 8 76 230 ist ein die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweisender Deckel bekannt, der sich im Querschnitt als eine aus einer Vielzahl von kegelmantelförmigen Schalen, diese verbindende Ringe und zusätzliche Füllbleche aufweisende Fachwerk-Konstruktion mit zahlreichen Hohlräumen darstellt. Dieser Ausführungsform ist nur mit einem erheblichen Aufwand an spanender Formgebung der Verbindungsringe sowie umfangreicher Schweißarbeit herzustellen.

Aus der JP-Patentveröffentlichung 57-2473 (A) ist ein Deckel mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Ansprüche 4 und 5 bekannt. Auch diese Konstruktion besteht aus zahlreichen Einzelteilen, welche zu einer im

staltete Pumpen mit einem ebenen, am Rahmen (au- 55 Querschnitt hohlen Fachwerk-Konstruktion zusamßerer Deckel) oder Stützschaufelring (64) angreifen- mengefügt sind. Der bekannte Deckel ist daher nur mit

den, dickwandigen Ring (51) und einer mit dem Ring verbundenen und sich im Querschnitt unter einem Winkel von wenigstens annähernd 45° zur Laufradachse gegen das Laufrad (52) der Maschine verjüngenden, kegelmantelförmigen, dickwandigen Schale (53), an die eine zweite, sich bis gegen das Laufrad erstreckende, kegelmantelförmige Schale (58) geringerer Neigung angefügt ist, mit einem wenigstens mittelbar vom Deckel (50) getragenen Radiallager (55) der rotierenden Maschinenteile (Laufrad 52, Welle 56) sowie mit einer Lagerung für einen Regelring (60) für verstellbare Leitschaufeln (61), dadurch erheblichem Arbeitsaufwand zu fertigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Maschinen der eingangs genannten Art die Zahl der Einzelteile des Maschinendeckels zu verringern, jedoch ohne dessen Formsteifigkeit und Festigkeit zu vermindern.

Diese Aufgabe wird durch die jeweils in den Patentansprüchen 1,4 und 5 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Die drei erfindungsgemäßen Lösungen zeichnen sich durch Deckel mit wenigen, einfach gestalteten Bauteilen aus, die im Falle der Schalen durch Biegen erzeugt, nur in geringem Maße spanabhebend bearbeitet und aufgrund ihrer guten Zugänglichkeit durch maschi-

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nell erzeugbare Schweißnähte miteinander verbunden geschweißt, daß sich die Schwerlinien 26', 28' und 29'

werden. Schwer zugängliche Hohlräume sind bei den dieser Bauteilquerschnitte zur biegemomentarmen Be-

erfindungsgemäßen Deckeln vermieden. Zwar ist der anspruchung des mittleren Ringes 26 in einem Punkt

Werkstoffaufwand im Vergleich zu herkömmlichen schneiden.

Deckeln erhöht; dies wird jedoch durch sehr viel gerin- 5 Der durchmesserkleinste, laufradseitige Ring 27 gere Fertigungsaufwendungen ausgeglichen. Aufgrund "schließt die Schale 29 stirnseitig ab. Der Ring 27 ist zur der bei der Lösung nach Patentanspruch 1 zwischen den Aufnahme der Lagertragscheibe 16 für das Radiallager Ringen eingefügten kegelmantelförmigen Schalen hat 17 sowie zur Befestigung des Wasserführungsschildes dieser Deckel einen sehr hohen Stülpwiderstand und ist 18 ausgebildet. Der die andere Schale 28 stirnseitig abzur Verwendung in mittleren und großen Maschinen io schließende, laufradabgewandte Ring 25 ist zur Halteder eingangs genannten Art besonders geeignet. Die rung des Axiallagerträgers 14 vorgesehen. Die Bauteile Lösungen nach den Ansprüchen 4 und 5 sind dagegen 25 bis 29 des Deckels 15 sind nur an den Kontaktflächen, besonders für mittlere und kleine derartige Maschinen an denen andere Bauteile angreifen, sowie zur Schweißgeeignet, nahtvorbereitung spanend bearbeitet. Die übrigen Flä-

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in 15 chen können nach dem Ausbrennen der Bleche unbear-

den Unteransprüchen gekennzeichnet. beitet beziehungsweise walzrauh bleiben.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden Der Deckel 15 ist zur Versteifung außerdem mit annachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es nähernd dreieckförmigen Rippen 31 und 32 versehen, zeigt Nach dem maschinellen Herstellen der Schweißnähte

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Kaplan-Turbine mit 20 zwischen den Ringen25,26 und27 sowie den Schalen 28

einem im wesentlichen aus drei ebenen Ringen und zwi- und 29 sind die aus Blechen ausgebrannten Rippen 31

sehen diese eingefügten kegelmantelförmigen Schalen und 32 radialverlaufend in den Deckel 15 eingefügt und

bestehenden Deckel als erstes Ausführungsbeispiel, mit den angrenzenden Bauteilen verschweißt. Dabei er-

F i g. 2 einen Abschnitt des Deckels nach F i g. 1, eben- streckt sich die Rippe 31 entlang der laufradabgewand-

falls im Schnitt und in größerem Maßstab, 25 ten Schale 28 und verbindet den mittleren Ring 26 mit

F i g. 3 einen im wesentlichen aus drei Bauteilen be- dem laufradabgewandten Ring 25. Die in der gleichen

stehenden Deckel als zweites Ausführungsbeispiel in Ebene zur Rippe 31 verlaufende Rippe 32 erstreckt sich

F i g. 2 entsprechender Darstellungsweise und entlang den beiden Schalen 28 und 29 und verbindet alle

F i g. 4 einen ähnlich F i g. 3 gestalteten Deckel als drei Ringe 25, 26 und 27 des Turbinendeckels 15. Bei

drittes Ausführungsbeispiel in gleichfalls F i g. 2 ent- 30 einem mehrteilig ausgebildeten Deckel 15 sind beider-

sprechender Darstellungsweise. seits einer Trennfuge 33 jeweils als Teilflansche 34 und

Die in F i g. 1 dargestellte Kaplan-Turbine 10 weist 35 dienende Rippen vorgesehen. Die Verbindung der

ein Laufrad 11 mit vertikal angeordneter Welle 12 auf, Deckelteile erfolgte mit die Teilflansche 34 und 35

die über ein Axiallager 13 an einem im wesentlichen durchgreifenden Schrauben 36. Im übrigen sind die Rip-

kegelstumpfförmigen Lagerträger 14 abgestützt ist. 35 pen 31 und 32 in gleichmäßiger Teilung am Deckel 15

Dieser wiederum sitzt auf einem Turbinendeckel 15, in angeordnet.

dem laufradseitig ein von einer Tragscheibe 16 gehalte- Für die Lagerung des Regelringes 22 sind einige der

nes Radiallager 17 für die Welle 12 angeordnet ist. An Rippen 31 nahe dem Ring 25 jeweils mit einem Ansatz

den Deckel ist außerdem ein sich gegen das Laufrad 11 37 versehen (in Fig. 2 gegenüber der Rippe 31 mit

erstreckender Wasserführungsschild 18 angefügt. 40 strichpunktierter Linie abgegrenzt), an den eine quer

Der das erste Ausführungsbeispiel bildende und nach- zur Maschinenachse 30 angeordnete Versteifungsrippe

folgend ausführlich beschriebene Deckel 15 stützt sich 38 angeschweißt ist. Stirnseitig ist am Ansatz 37 jeder in

randseitig an einem einen ringförmigen Rahmen bilden- Frage kommenden Rippe 31 ein Lagerbock 39 befestigt,

den äußeren Deckel 19 ab. In diesem sind verstellbare Dieser trägt eine Rolle 40 zur Radialführung sowie eine

Leitschaufeln 20 gelagert, für deren Betätigung ein oder 45 Rolle 41 zur Axialführung des Regelrings 22.

mehrere am Deckel 15 befestigte Servomotoren 21 so- Der das zweite Ausführungsbeispiel darstellende Tur-

wie ein von diesem oder diesen verstellbarer Regelring binendeckel 50 gemäß F i g. 3 weist einen sich in einer

22 vorgesehen sind. Der äußere Deckel 19 ist am Stütz- radial verlaufenden Ebene erstreckenden dickwandigen,

schaufelring 23 eines Spiralgehäuses 24 befestigt. ebenen Ring 51 auf, an dessen inneren Rand eine sich

Der in F i g. 2 als erstes Ausführungsbeispiel darge- 50 gegen das Laufrad 52 der Maschine verjüngende kestellte Turbinendeckel 15 besteht aus Blechen. Seine gelmantelförmige Schale 53 angeschweißt ist. Die dickwesentlichen Bauteile sind drei ebene Kreisringe 25,26 wandig ausgebildete Schale 53 verläuft im Querschnitt und 27 sowie zwei kegelmantelförmige Schalen 28 und unter einem Winkel von etwa 45° zur Laufradachse. Auf 29. Diese rotationssymmetrisch zur Maschinenachse 30 ihrer Innenseite ist sie an ihrem laufradseitigen Ende mit angeordneten Bauteile sind durch Schweißung mitein- 55 einer Auflage 54 für eine das Radiallager 55 der Turbiander verbunden. nenwelle 56 tragenden Scheibe 57 versehen. An diesem Die Ringe 25, 26 und 27 sind mit gegenseitigem Endabschnitt der Schale 53 ist eine zweite, sich bis geaxialen Abstand angeordnet, wobei der durchmesser- gen das Laufrad 52 erstreckende kegelmantelförmige größte, sich am Rahmen (äußerer Deckel 19) abstützen- Schale 58 geringerer Neigung durch Schweißung angede Ring 26 etwa mittig zwischen den beiden anderen 60 fügt. Die Schale 58 ist dünnwandig ausgebildet, da sie stirnseitigen Ringen 25 und 27 des Deckels 15 verläuft. lediglich als Wasserführungsschild dient. An den Innenrand des mittleren Ringes 26 sind die bei- Am über den ebenen Ring 51 hinausragenden, laufden Schalen 28 und 29 angefügt, von denen sich die eine radabgewandten Endabschnitt der kegelmäntelförmi-Schale 28 gegen den laufradabgewandten Ring 25 und gen Schale 53 ist ein Wälzlager 59 zur Lagerung eines die andere Schale 29 gegen den laufradseitigen Ring 27 65 Regelrings 60 für die Verstellung von im Ring 51 gelaim Durchmesser verjüngt. Dabei sind die beiden Scha- gerten Leitschaufeln 61 vorgesehen. Hierzu steht der len 28 und 29 derart an voneinander axial abgewandten Regelring 60 über je einen Lenker 62 mit einem Stellhe- ■ Randzonen der Stirnseiten des mittleren Ringes 26 an- bei 63 der jeweiligen Leitschaufel 61 in Verbindung. Der

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Ring 51 greift mit seinem äußeren Rand am Stützschaufeiring 64 der Turbine an.

Auch bei diesen Ausführungsbeispiel des Turbinendeckels 50 ist eine spanende Bearbeitung der aus Blech gefertigen Einzelteile 51, 53 und 58 nur dort nötig, wo Schweißnähte und Auflageflächen für angrenzende Bauteile vorgesehen sind. Wie in F i g. 3 im Querschnitt des Ringes 51 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, kann der Ring auch in einen Innenring 51' und einen Außenring 51" geteilt sein. Hierdurch ergeben sich Montagevorteile, beispielsweise dann, wenn zum Ausbau des Laufrades 52 der Außenring 51" mit den darin gelagerten Leitschaufeln 61 am Stützschaufelring 64 befestigt bleiben kann, während lediglich der Turbinendeckel 50 mit Innenring 51' demontiert werden muß.

Das in F i g. 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel eines Turbinendeckels 70 zeichnet sich im Vergleich zum vorangegangenen Beispiel durch eine verringerte axiale Erstreckung aus. Der Deckel 70 besteht wiederum aus durch Schweißung miteinander verbundenen Blechteilen, und zwar aus einem sich radial erstreckenden, ebenen Ring 71 großer Blechdicke, an dessen dem Laufrad 72 der Turbine zugewandter Seite eine dickwandig ausgebildete, kegelmantelförmige Schale 73 angeschweißt ist. Diese erfüllt hier im wesentlichen eine den Stülpwiderstand des Deckels 70 erhöhende Funktion. An die Schale 73 ist stirnseitig eine zweite sich bis gegen das Laufrad 72 verjüngende, kegelmantelförmige Schale 74 geringer Wandstärke als Wasserführungsschild angeschweißt.

Der Ring 71 des Turbinendeckels 70 ist an seinem Innenrand zur Aufnahme einer Tragscheibe 75 für ein Radiallager 76 anderer Bauweise der Turbinenwelle 77 ausgebildet Mit seinem äußeren Rand greift der Ring 71 an einem Stützschaufelring 78 an.

An der laufradabgewandten Seite des ebenen Ringes 71 ist ein koaxial zur Maschinenachse umlaufender Ring 79 geringer axialer Erstreckung angeschweißt, welcher ein Wälzlager 80 für einen Regelring 81 zur Verstellung von im Deckelring 71 gelagerten Leitschaufeln 82 aufnimmt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 entsprechender Weise ist der Regelring 81 über je einen Lenker 83 mit einem Leitschaufelhebel 84 der entsprechenden Leitschaufel 82 verbunden.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei demjenigen gemäß F i g. 3, wenn, wie im Querschnitt des Ringes 71 mit gestrichelten Linien angedeutet, dieser ebenfalls in einen Innenring 71' und in einen Außenring 71" zweigeteilt ist.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

35 Ol Patentansprüche:

1. Aus Blechen geschweißter Deckel (15) für Propeller- oder Kaplan-Turbinen (10) bzw. entsprechend gestaltete Pumpen mit rotationssymmetrisch angeordneten kegelmantelförmigen Schalen (28,29) und ebenen Ringen (25, 26, 27), die mit gegenseitigem axialen Abstand angeordnet sind, sowie mit die Schalen und die Ringe verbindenden, wenigstens annähernd dreieckförmigen Rippen (31,32), die sich in Axialebenen entlang der Innenseite der Schalen zwischen den Ringen erstrecken, von denen der durchmessergrößte Ring (26) sich am Maschinenrahmen (äußerer Deckel 19) abstützt, während der laufradabgewandte Ring (25) gegebenenfalls zur wenigstens mittelbaren Aufnahme eines Axiallagers (13) für die rotierenden Maschinenteile (Laufrad 11, Welle 12) ausgebildet ist, wobei die Schalen, von denen sich die eine Schale (29) gegen den laufradseitigen Ring (27) verjüngt, am durchmessergrößten Ring (26) angefügt sind, gekennzeichnet durch die Merkmale:

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