DE511187C - Umkehrbare hydraulische Kraft- bzw. Arbeitsmaschine mit mindestens einer radialen Durchflusskomponente - Google Patents

Description

• Umkehrbare hydraulische Kraft- bzw. Arbeitsmaschine mit mindestens einer radialen Durchflußkomponente Es gibt bekanntlich schon ,eine große Anzahl von Vorschlägen für die Benutzung einer Turbine als Pumpe und unigekehrt. Die meisten dieser Vorschläge bedingen jedoch den Nachteil, daß der Wirkungsgrad weder bei Turbinen- noch, bei Pumpenbetrieb den sonst bei Turbinen bzw. Pumpen erzielbaren höchsten Wirkungsgrad erreicht, da der Umkehrt' wegen zu Kompromissen gegriffen werden muß. Werden die Laufradschaufeln in verschiedenem Sinne bei Pumpen- und Turhinenbetrie:b angeströmt, wie es vielfach der Fall ist, und führt man sie dabei gut profiliert für Turbinenbetrieb aus, so ergeben sich bei der Oberströmung der Schaufeln bei Pumpenl:etrieb große Widerstände, da die hydrodynamisch günstigen Formen bei verkehrter Anströmung sehr ungünstig sind. Eine weitere Ursache, welche die Erzielung guter Wirkungsgrade bei beiden Betriebsarten verhindert, hängt mit denn Umstand Zusammen, daß ein Pumpenlaufrad bei gleicher Umdrehungszahl im allgemeinen weniger Druck liefert, als ein Turbinenjaufrad von gleichem Durchmesser aufnehmen kann, was bekanntlich mit dem grundsätzlich verschiedenen Charakter von beschleunigter und verzögerter Strömung in bezug auf Wandreibung zusammenhängt. Da nun die mit dem hydraulischen Teil zu kuppelnden elektrischen Maschinen (die ja sozusagen ausschließlich in Betracht kommen) meistens synchron, also mit fester Drehzahl, laufen, ist eine Diskrepanz in den Druckhöhen beim Turbinen- und Pumpenbetrieb vorhanden, die bisher nur durch verhältnismäßig verwickelte und den Wirkungsgrad beeinträchtigende Maßnahmen überwunden werden kann.
• Vorliegende Erfindung bezweckt eine radikale Beseitigung der erörterten Nachteile und macht zu diesem Behufe Gebrauch von dem an sich bekannten Prinzip der Laufschaufelverdrehung. Bei einer umkehrbaren hydraulischen Kraft- bzw. Arbeitsmaschine mit mindestens einer radialen Durchflußkomponente und mit Laufschaufeln, die um zur Maschinenachse um weniger als 6o° geneigte Achsen vierdrehbar sind, ist gemäß vorliegender Erfindung der Drehzapfen jeder Laufschaufel zwischen deren beiden Enden derart gelegen, daß beim Pumpenbetrieb der mittlere Radius des durch die Austrittskanten der Laufschaufeln gelegten Kreises größer ist als der mittlere Radius des beim Turbinenbetrieb durch die Eintrittskanten dieser Schaufeln gelegten Kreises. Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise und schematisch veranschaulicht, und zwar ist Fig. i ein waagerechter Schnitt durch gewisse Teile einer hydraulischen Kreiselmaschine mit rein radialem Durchfluß und Spiralgehäuse, bei welcher die Drehachsen der Laufschaufeln genau parallel zur Drehachse der Maschine sind, wobei die Laufschaufeln in der Stellung dargestellt sind, die sie beim Turbinenbetrieb T einnehmen.
• Fig.2 ist ein gleicher Schnitt, der die Laufschaufeln in der Stellung für den Pumpenbetrieb P veranschaulicht, während Fig.3 in einem kleineren Maßstab einen entsprechenden Schnitt durch die Kreiselmaschine bei geschlossenem Leitapparat und bei der Mittelstellung der Laufschaufeln zeigt.
• i bezeichnet die Welle einer mit Spiralgehäuse 6 ausgestatteten Kreiselmaschine, deren Laufschaufeln mit 2 und deren Leitschaufeln mit 3 bezeichnet sind. Die Laufschaufeln 2 sind um Zapfen 5 drehbar, deren Achse parallel zur Maschinenwelle i ist, während die Leitschaufeln 3 um Zapfen q. drehbar sind. Jeder Drehzapfen 5 ist zwischen den Enden (Kanten) der zugeordneten Laufschaufel 2 so gelegen, daß beim Pumpenbetrieb der Radius Rp (Fig. 2) des durch die Austrittskanten der Laufschaufeln 2 gelegten Kreises A größer ist als der Radius Rt (Fig. i) des beim Turbinenbetrieb durch die Eintrittskanten der Laufschaufeln 2 gelegten Kreises E. Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, entspricht die Länge e der Laufschaufeln angenähert der Teilung t des Zapfenkreises Z. Sowohl beim Turbinenbetrieb T (Fig. i) als auch -beim Pumpenbetrieb P (Fig. 2) haben die Laufschaufeln 2 stets die für die jeweilige Förderungsrichtung günstigste Stellung, und bei. gleicher Drehzahl ist es möglich, beim Pumpenbetrieb den Druck zu erzeugen, den das Laufrad beim Turbinenbetrieb> aufnimmt. Beim Pumpenbetrieb ist dabei der Spalt zwischen Laufschaufeln 2 und Leitschaufeln 3 klein, beim Turbinenbetrieb dagegen groß, was bekanntlich sehr erwünscht ist.
• In die in Fig. 3 dargestellte Lage werden die Schaufeln 2 und 3 vorzugsweise gebracht, wenn vom Turbinenbetrieb auf den Pumpenbetrieb überzugehen, also die stillstehende Pumpe auf die Betriebsdrehzahl zu bringen ist. In dieser Stellung der Laufschaufeln 2 sind die Widerstände, die beim Anlassen der Pumpe zu überwinden sind, wesentlich kleiner, als sie es wären, wenn die Pumpe bei geöffneter Stellung der Laufschaufeln 2 auf die Betriebsdrehzahl gebracht werden müßte.
• Es kann Fälle geben, wo eine Überdeckung der Laufschaufeln 2 erwünscht ist. Um in einem solchen Falle die Schaufeln 2 in die jeweils für den Turbinen- bzw. Pumpenbetrieb erforderliche Lage schwenken zu können, können benachbarte Laufschaufeln mit verschiedenen Einstellvorrichtungen versehen sein, so daß dann vorerst die eine Gruppe von Laufschaufeln in ihre rein radiale Stellung verschwenkt, hierauf die zweite Gruppe in die für den neuen Betriebszustand erforderliche Lage gedreht und schließlich auch noch die erste Gruppe in letztere Lage gedreht werden kann.
• Die Erfindung läßt sich auch da anwenden, wo nicht eine rein radiale Strömung, sondern nur eine radiale Durchflußkomponente vorhanden ist, und ferner auch in all den Fällen, wo die Drehachse der Laufschaufeln um weniger als 6o° zur Maschinenachse geneigt ist. In einem solchen Falle sind dann die Drehzapfen derLaufschaufeln so anzuordnen, daß beim Pumpenbetrieb der' mittlere Radius des durch die Austrittskanten der Laufschaufeln gelegten Kreises größer ist als der mittlere Radius des beim Turbinenbetrieb durch die Eintrittskanten dieser Schaufeln gelegten Kreises.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Umkehrbare hydraulische Kraft-bzw. Arbeitsmaschine mit mindestens einer radialen Durchflußkomponente und mit Laufschaufeln, die um zur Maschinenachse um weniger als 6o° geneigteAchsen verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzapfen jeder Laufschaufel zwischen deren beiden Enden derart gelegen ist, daß beim Pumpenbetrieb der mittlere Radius des durch die Austrittskanten der Laufschaufeln gelegten Kreises größer ist als der mittlere Radius des beim Turbinenbetrieb durch die Eintrittskanten dieser Schaufeln gelegten Kreises. .
2. 2. Umkehrbare hydraulische Kraft-bzw. Arbeitsmaschine nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Laufschaufeln angenähert gleich der Teilung des Zapfenkreii-ses der Laufschaufeln ist.