DE485262C - Freistrahlturbine mit axialer Beaufschlagung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Axialfreistrahlturbine. Diese Turbinengattung besitzt vielfache Vorzüge vor Überdruckturbinen, besonders in bezug auf gleichbleibenden Wirkungsgrad bei wechselnder Leistung und auf die Vermeidung der häufig in Überdruckturbinen auftretenden Korrosion. Trotzdem sind Freistrahlturbanen bisher auf eine Verwendung bei verhältnismäßig hohen Gefallen beschränkt geblieben, da ihre verhältnismäßig geringe spezifische Geschwindigkeit große Ausmaße und damit hohe Anschaffungskosten bedingt, was nicht nur für die Turbine selbst, sondern auch für die Generatoren und sonstige angetriebene Maschinen und die Anlage als Ganzes zutrifft.

Bei der Turbine gemäß der Erfindung ist hinter den Leitschaufeln eine Ringdüse angeordnet, die den Strahl im geschlossenen Ring austreten läßt, so daß der Strahl ununterbrochen auf das ganze Laufrad wirkt, dessen sämtliche Schaufeln also fortgesetzt arbeiten und fortgesetzt ihre volle Leistung abgeben. Für die Ringdüse ist ein Ringverschluß vorgesehen, bei dem für alle Öffnungen bis zur geschlossenen Stellung der Charakter der Düsenform erhalten bleibt. In konstruktiver Hinsicht ist die neue Turbine einfach und kräftig gebaut und mit verhältnismäßig geringen Kosten herstellbar; alle ihre Teile können mittels einfacher Bohr- und Drehverfahren hergestellt werden. Sie weist einfache Einrichtungen zum Drosseln und wirksamen Absperren des Wasserzuflusses auf.

Dia Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung eine Reihe von Ausführungsbeispielen. Die erste Ausführungsform, die in Abb. 1 in senkrechtem Schnitt in den Ebenen A-B-C der Abb. ia, in Abb. ia im Grundriß dargestellt ist, waist ein mittels Nabe B auf der stehenden Welle S befestigtes Laufrad R auf mit innerem Kranz 7, äußeren Felgenring 8 und dazwischen liegenden Schaufeln B. Das Wasser fließt durch diese Schaufeln abwärts in einer Richtung, die bei Türbinen für sehr hohe spezifische Geschwindigkeit in einem kleinen Winkel zur Acihsenrichtung geneigt ist, wobei die Eintrittskanten der Schaufeln in der Drehrichtung nach vorn geneigt sind. Bei Turbinen für ge-

rimgere spezifiscihe Geschwindigkeit ist der Strahl in eiinem größeren Winkel zur Achsenricfhtung geneigt, und die Eintrittskanten der Schaufeln sind in nahezu axialer Richtung gekrümmt (Abb. 3a, 3b, 3c).

Das Wasser fließt auf die Schaufeln in einem freien, ringförmigen Strahl 7, der sich über den ganzen Laufradumfang erstreckt, acts einer zur Welle JT konzentrischen Ringöffntmg 10 des Gehäuses 9 gegenüber dem Laufrad R. Die letzten Leitkanten 11, 12 im Gehäuse bilden mit der Ringöffnimg 10 einen genügend großen Winkel, um durch die Konvergenz der Strömungsliniien eine Ein-

*5 schnürung des Strahls 7 über die öffnungsweite hinaus hervorzurufen. Der Strahl ist somit im Querschnitt größter Geschwindigkeit frei und außer Berührung mit Leitflächen, Die Strömungslinien des Strahls 7 können so gerichtet sein, daß ihre Meridiankomponenten parallel zur Achse verlaufen oder nach innen oder außen gegen diese geneigt sind. In den beiden letzteren Fällen hat der Strahl Kegelforni, bei den dargestellten Ausfüh-

»5 rungformen ist er innen zylindrisch.

Das Laufrad ist für hohe spezifische Uralaufzahlen besonders geeignet; dann sind seine Schaufeln B in einen verhältnismäßig großen Winkel quer zu den Strömungsldnien geneigt, so daß eine bestimmte Verstärkung der Bewegung des Strahls in einer mit der Achse einen kleinen Winkel bildenden Richtung einer verhältnismäßig großen Drehbewegung des Laufrades entspricht. Die tangentialen Strömungskomponenten des das Gehäuse verlassenden Strahls werden von Leitschaufeln 14 und 15 bestimmt, die bei der Ausführungsform nach Abb. 1 als gekrümmte oder geneigte Rippen im Gehäuse 9 seitlich der Öffnung 10 sitzen. Zwar sind die tangentialen Strömungskomponenten des freien Strahls im allgemeinen nur gering, aber doch unentbehrlich, damit das Laufrad das erforderliche Drehmoment erlangt und das Wasser aus dem Laufrad möglichst in Meridianebenen, d. h. in Ebenen austritt, die durch die Turbinenachse gehen. Man kann die tangentialen Bewegungskomponenten des Strahls im Vergleich mit den- axialen Strömungskomponenten niedrig halten, wenn man das Laufrad für hohe Umfangsgeschwindigkeiten und ein entsprechend niedriges Drehmoment baut. Geregelt wird die Turbine durch Änderung der Strahldicke, z. B. durch Verschiebung eines Ringkolbens P mit seinem Ringkeil gegen die Düsenöffnung 10. Nach Abb. 1 kann sich der Kolben P auf die Kanten der Düsenöffnung 10 aufsetzen, um den Abfluß vollständig abzusperren. Seine Verschiebung erfolgt mittels zwei oder mehr Kolben 17, die mit dem Kolben P durch Stangen 19 verbunden sind und in Zylindern 18 oberhalb des Gehäuses 9 von Druckflüssigkeit beeinflußt werden, die durch die Reglungsorgane der Turbine geregelt wird. -

Die im Strahl durch die geneigten Leitsohaufeln 14, 15 erzeugte Abwirblung macht es erforderlich, die Düse so weit zu verengen, daß der Strahl sich bis zu seinem Eintritt in das Laufrad R nicht verteilt. Besonders an der 7» Außenfläche des Strahls muß die Verengung beträchtlich sein, da die Umfangsfläche des Strahls für eine Reihe geneigter Grade ein Rotationshyperboloid bilden würde. Der Strahl muß bis zum Eintritt in das Laufrad ^5 eine Querschnitts Verengung aufweisen, die am Laufradeingang oder darunter am größten ist. Der Strahlumriß muß außerhalb des Hyperboloids liegen und allmählich am Laufradeingang mit ihm zusammenfallen oder sich ihm nähern.

Die Schließbewegung des Düsenkolbens P¹ (nach Abb. 2) erfolgt durch Flüssigkeitsdruck auf seinen oberen Ringboden in dem darüber liegenden Ringraum des Gehäuses 21, 22, während in einen zweiten Ringraum 26 einzulassendes Druckwaeser zwecks Anhebens des Kolbens auf den Flansch 27 des Kolbens P¹ wirkt und den aufwärts wirkenden Wasserdruck auf den Kolbenboden unterstützt. Der Gleitschluß zwischen den Kolben und den Flanschen kann 'beliebig· tief sein, um ein Ecken des Kolbens zu verhindern. Leitschaufein 24, 25 verlaufen vom Gehäuse bis zu den Wänden 21,22, quer durch die Strömungs- ⁹S linien und sorgen für die erforderliche Wirbelung.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 besitzt das Gehäuse eine innere, radial gerichtete Öffnung 30. Quer vor dieser verschiebt sich ein Kolben P², dessen innerer Teil 31 ausgehöhlt ist, um den Strahl axial auf das Laufrad R zu führen. Durch axiale Verschiebung des Kolbens P² wird der Querschnitt der Öffnung 30 zwecks Einstellung der Strahlstärke verändert; der Strahl behält dauernd Ringform, nur seine Dicke verändert sich. Der Oberteil 32 des Kolbens P² ist in die Kammer 33 derart eingepaßt, daß er durch Druckflüssigkeit beaufschlagt werden kann. Bei den Ausführungsformen nach Abb. 2 und 3 kann der Aufwärtshub des Kolbens durch den Druck des Wassers auf die Kolbenfläche unter Abstellung des oben wirkenden Druckes bewirkt werden; um den Kolben zuerst von seinem Sitz abzuheben, kann er sich in der Verschlußstellung über seinen Sitz 34 hinaus erstrecken. Man kann aber auch einen zweiten Zylinderraum 35 vorsehen, der für sich allein oder zusammen mit dem von unten wirkenden Druck den erforderlichen Auftrieb schafft.

Claims (2)

1. Patentansprüche:
   ι. Freistrahlturbine mit axialer Beaufschlagung, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Leitschaufeln eine Ringdüse angeordnet ist, die den Strahl in geschlossenem Ring ausströmen läßt.
2. 2. Freistrahlturbine mit konzentrischer Ringdüsenach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen Ringverschluß, bei dem für alle Öffnungen bis zur geschlossenen Stellung der Charakter der Düsenform erhalten bleibt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

   N. GEDRUCKT IM DER