DE462519C - Wasserturbine fuer schwankendes Gefaelle und wechselnde Wassermenge - Google Patents

Wasserturbine fuer schwankendes Gefaelle und wechselnde Wassermenge

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DE462519C
DE462519C DEH114509D DEH0114509D DE462519C DE 462519 C DE462519 C DE 462519C DE H114509 D DEH114509 D DE H114509D DE H0114509 D DEH0114509 D DE H0114509D DE 462519 C DE462519 C DE 462519C
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turbine
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DEH114509D
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16Stators
    • F03B3/18Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • F03B3/183Adjustable vanes, e.g. wicket gates
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • Wasserturbine für schwankendes Gefälle und wechselnde Wassermenge In den zur Zeit gebräuchlichen Wasserturbinen der Systeme Francis, Kaplan und ähnlichen wird das Triebmittel mittels der sogenannten Leitschaufeln (drehbaren Leitschaufeln) in einer mit der Beaufschlagung wechselnden Richtung dem zwischen Leitapparat und Laufrad liegenden Spaltraum zugeführt.
  • Die Eintrittsgeschwindigkeit des Triebmittels in den Spaltraum (gleich der Austrittsgeschwindigkeit aus dem Leitapparat) ändert sich gleichfalls mit der Beaufschlagung, ist aber außerdem, und zwar in höherem Maße, abhängig vorn Wechsel des Gefälles. In dem Spaltraum ist das Triebmittel bis zum Eintritt in das Laufrad sich selbst überlassen, und je nach der Größe und Gestaltung dieses Raumes bewegt es sich in einem mehr oder weniger ausgesprochenen Drehwirbel, dessen Drehachse in der Regel mit der Turbinenachse zusammenfällt Und dessen Winkelgeschwindigkeit sich ändert mit jeder Änderung der Leitapparatstellung und mit jeder Änderung des Gefälles.
  • Bei Turbinen der vorerwähnten Art, die mit festen Laufradschaufeln ausgerüstet sind, bei denen also die Eintritts- und Austrittswinkel unveränderlich bleiben, bei denen aber die Richtung und Geschwindigkeit, mit der das Triebmittel an der Laufradeintrittskante ankommt, mit der Bea:ufschlagung und mit dem Gefälle sich ändern, entspricht das Eintrittsdiagramm unter der Voraussetzung gleichhl-eibender Drehzahl nur für eine einzige Leitschaufelstellung und für ein einziges Gefälle der Bedingung stoßfreien Eintritts; sinngemäß gilt dasselbe auch für das Laufradaustrittsdiagramm.
  • Bei Turbinen finit drehbaren Laufradschaufeln (Kaplan-Turbinen) passen sich durch die Schaufeldrehung deren Eintritts- und Austrittswinkel in gewissen Grenzen der durch Leitapparatstellung und Gefälle bedingten Fließrichtung an; dies äußert sich in einem wesentlich günstigeren Verlauf der Wirkungsgradkurven dieser Turbinen -gegenüber den .entsprechenden Kurven der zuerst genannten Turbinen mit festen Laufradschaufeln.
  • Den beiden betrachteten Turbinenarten, Francis und Kaplan, ist gemeinsam, daß ihre- Schluckfähigkeit mit dem Gefälle abnimmt.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Fließmittelbewegung in dem Raum unmittelbar vor dein Laufrad zu schaffen, daß deren Richtung und Geschwindigkeit am Laufradeintritt bei wechselnder Beaufschlagung und bei wechselndem Gefälle in Verbindung mit gleichbleibender Drehzahl gleichbleibende Eintrittsdiagramme verbürgen, gleichzeitig aber die aus Gründen der Reguliermöglichkeit nötige Änderung der Durchflußlichtweite des Laufrades durch Veränderung des Laufraddurchmessers, also ohne än-derung der Laufradeintritts- und -austr ittswinkel, zu bewirken.
  • Der Erreichung dieses Zweckes dienen folgende Mittel: Erstens wird der bislang gebräuchliche stillstehende Leitapparat mit Drehschaufeln verlassen und ersetzt durch eine Einrichtung, die dem Triebmittel in dem Raum vor dem Laufrad durch äußere Kräfte eine Drehbewegung aufzwingt, ähnlich derjenigen, die bislang durch die Leitschaufeln erzielt wurde, deren Winkelgeschwindigkeit aber in Abhängigkeit vom Gefälle so geregelt wird, daß die Bedingungen stoßfreien Eintritts auch bei wechselnder Beaufschlagung und wechselndem Gefälle erfüllt sind.
  • Zweitens erfolgt die Anpassung der Schluckfähigkeit an die jeweils vorhandene Wassermenge nicht mehr durch den Leitapparat, wie bei der Francis-Turbine, oder durch den Leitapparat und das Laufrad, wie bei der Kaplan-Turbine, sondern allein durch Veränderung der Durchflußquerschnitte des Laufrades, aber nicht, wie seither, durch Drehung der Laufradschaufeln um eine Achse, sondern zum Zweck der Erhaltung möglichst gleichbleibender Winkel durch Schwenkung der Schaufeln vermittels der zu Kurbeln ausgebildeten Schaufelbolzen. Die Schaufelbolzen der schwenkbaren Laufradschaufeln stehen dabei nicht senkrecht zur Turbinendrehachse, sondern parallel zu derselben. Jede Drehung der Schaufelbolzen bewirkt eine Veränderung des Laufraddurchmessers. Um hierbei die Ein- und Austrittswinkel möglichst unverändert zu erhalten, sind die Schaufelpunkte p an die Regulierringgpunkte q angelenkt (siehe Abb. 2,).
  • Im übrigen zeigen: Abb. i das Schema einer solchen Turbine senkrechter Anordnung im Schnitt durch das Wellenmittel, Abb. 2 den zugehörigen Grundriß, Abb. 3 den schematischen Einbau einer derartigen Turbine mit Zu- und Ablauf im Schnitt, Abb. 4 dasselbe im Grundriß. In Abb. i und 2 bezeichnen: a die fest mit dem Fundament verbundenen Tragringe der Turbine, b die Tragsäulen für die oberen Ringe und für etwaige senkrechte Lasten durch Bau- und Maschinenteile, c die Turbinenwelle, d den Laufradboden, e die als Kurbeln ausgebildeten Laufradschauf elbolzen, f die Laufradschaufeln, g die zur Drehung der Schaufelbolzen bzw. zur Schwenkung der Laufradschaufeln erforderlichen Zahnritzel, lt den mit Zahnkranz versehenen Regulverring, i Verbindungsglieder zwischen Laufradschaufeln und Regulierring, die im Zusammenwirken mit den Kurbeln die zwangläufige Verstellung der Laufradschaufeln parallel mit sich selbst bewirken, _ , h Wasserführungsring im Anschluß an die Einlaufspirale, L notierende Schaufeln zur Erzwingung der gewollten Richtung und Geschwindigkeit des Triebmittels, vor dem Laufrad, m die Hohlwelle zum Antrieb von 1. In Abb. 3 und q. bezeichnen: it den Weg der Z'iTasserzuführung, ,c den Weg der Wasserabführung.
  • Wird die durch l und in erzwungene Geschwindigkeit beim normalen Gefälle ebenso groß gemacht, wie sie bei Verwendung des seither gebräuchlichen Leitapparates sich von selbst ergibt, so würde eine gewisse Normaldrehzahl erreicht werden, zu deren Erhaltung mit guten Wirkungsgraden bei wechselndem Gefälle eine bestimmte Änderung der Drehzahl von 1 und in erforderlich ist. Diese Drehzahlvariation von 1 und m läßt sich leicht erzielen durch Anordnung eines Asynchronmotors auf der Welle nz, der durch einen auf der Welle c sitzenden Generator angetrieben wird. Die Drehzahl des Asynchronmotors wird mittels eines Schwimmers entsprechend dem Gefälle geregelt.
  • Geht man mit der durch 1, m erzwungenen Geschwindigkeit über das im Vorsatz erwähnte Maß hinaus, wird also die Drehzahl von m gegenüber derjenigen von c durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Generator und. Asynchronmotor gesteigert, so stellt dies ein Mittel dar, die Drehzahl der Turbine zu steigern.
  • Die in der Erfindung gekennzeichneten Einrichtungen haben alsoi die Eigenschaften eines Gefällsausgleichers und eines Gefällsvermehrers.
  • Da die Laufradschaufelbolzen mit dem Laufrad rotieren, üben die Kurbeln und die Schaufeln selbst in den meisten Betriebsfällen ein Drehmoment auf die Kurbeln aus; die zum Massenausgleich erforderlichen Gegengewichte sind nicht zur Darstellung gebracht, desgleichen nicht die Ausgleichgewichte, die dazu dienen, innerhalb des sich drehenden Systems eine möglichst gleichmäßige Form des Druckdiagramms zu gewährleisten, das die Kurbeln auf den Regulierring ausüben bzw. das der Servomotor des Reglers auf den Regulierring ausüben muß.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Wasserturbine für schwankendes Gefälle und wechselnde Wassermenge, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung vor dem Laufradeintritt, welche das Triebwasser dem Laufrad unter dem Einfluß äußerer Kräfte mit erzwungener Geschwindigkeit zuführt.
  2. 2. Wasserturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, <laß die Vorrichtung zur Erzeugung der erzwungenen Wassergeschwindigkeit derart in Abhängigkeit von dem jeweiligen Nutzgefälle und dein veränderbaren Laufraddurchinesser gebracht ist, daß kleiner werdendem Gefälle und größer werdendem Laufraddurchmesser eine Steigerung dieser Geschwindigkeit entspricht, damit bei gleichbleibender Turbinendrehzahl günstigste Eintritts- und Austrittsdiagramme erzielt «erden.
  3. 3. Wasserturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradschaufeln auf Kurbeln sitzen. deren Drehachsen parallel der Turbinendrehachse angeordnet sind und die außerdem mit dem Regulierorgan so verbunden sind, daß die Schaufeln bei einer Drehung der Kurbeln parallel mit sich selbst verschoben werden, so daß also jeder Kurbelstellung ein besonderer Laufraddurchmesser zugeordnet ist. d.. Wasserturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet. daß die Vorrichtung zur Erz«-ingung der Wasserbewegung (Anspruch i) und die Turbinenwelle elektrisch miteinander gekuppelt sind, wobei das Übersetzungsverhältnis veränderlich ist im Sinne des Anspruchs 2.
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