DE6941173U - Zweiflutige turbine fuer fluessigkeiten und gase. - Google Patents

Description

Dr.-Ing.F.Nikolaus Scheubai, 6l00 Darmstadt, Rüthleinweg k

Zweiflutige Turbine für Flüssigkeiten und Gase

Die Erfindung betrifft eine zweiflutige Turbine für Flüssigkeiten und Gase, bei der das Medium am äusseren Umfang des Laufrades eintritt und in zwei Teilströmen etwa parallel zur Achse austritt.

Bei den bekannten Turbinenlaufrädern dieser Art (Francisturbinenlaufrädern) liegen die Eintrittsquerschnitte für beide Austrittsseiten in Umfangerichtung nebeneinander, und das Laufrad weist in der Mitte eine Trennwand auf. Diese Laufradkonstruktionen weisen enge Strömungequerschnitte in den Kanälen und auch schwache Schaufelstärken auf. Die engen Strömungsquerschnitte bedingen grosse Verluste, besonders bei Rädern geringer Schnellaufigkeit. Wegen der geringen Schaufelstärken ist bei langsamläufigen Francisrädern ein« Verstellung der Schaufeln nach Art der Kaplan-oder Deriaz-turbinen konstruktiv nicht oder allenfalls nur für geringe Druckunterschiede zu verwirklichen.

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Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad von Turbinen der eingangs genannten Art allgemein zu verbessern und darüber hinaus besonders im Teillastbereich und Überlastbereich eine erhebliche Verbesserung zu erzielen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Verwendung eines Laufrades gelöst, bei dein die Eintrittsquerschnitte der Laufradkanäle einander in Umfangsrichtung abwechselnd folgen und sich jeweils über die ganze Breite des Laufradeintritts erstrecken, während die Austrittsquerschnitte der Kanäle abwechselnd zueinander entgegengesetzt zur Mittelebene liegenden Seiten führen. Diese erfIndungsgemässe Laufradkonstruktion erzielt die angestrebte Wirkungsgradverbesserung in der Hauptsache durch seine grossen rechteckigen Strömungsquerschnitte. Ausserdem bietet dieses Laufrad die Grundlage für ein weiteres Merkmal der Erfindung, indem sich genügend grosso Schaufelstärken im Austrittsbereich ergeben, so dass die Schaufelenden selbst für grosse Druckunterschiede verstellbar gemacht werden können. Das weitere wesentliche Merkmal der Erfindung, nämlich die Enden der Laufradschaufeln verstellbar zu gestalten, bietet im Teil-und Überlastbereich eine Möglichkeit zu weiteren Verbesserungen des Wirkungsgrades, die überraschenderweise die rechnerisch ermittelten Werte noch übertreffen. Eine weitere Möglichkeit, den Wirkungsgrad zu verbessern bietet dieses Laufrad, bei dem es möglich ist, die Laufradkanäle nach der Seite, zu der sie führen, ganz oder teilweise offen zu lassen. Dadurch kann insbesondere bei kleineren Rädern

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die Oberfläche sehr formtreu und glatt gehalten werden. Zum andern wird die Seitenscheibe nahezu in ihrer Oberfläche halbiert und damit ihr Reibungsverlustanteil wesentlich herabgesetzt, was besonders für Maschinen geringer Schnellaufigkeit sich sehr vorteilhaft auswirkt.

Die Überströnrverluste zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kanälen einer Seite des Laufiades worden infolge des grossen Abstandes zwischen diesen beiden Kanälen klein bleiben*, Sie können weiter dadurch reduziert werden, dass die dem Kanalquerschnitt abgewandte Seite der Laufradwand in Umfangsrichtung einen kleinen Winkel mit dieser bildet, wobei der dadurch entstellende Spalt zwischen Laufradaussenseite und Turbinengehäuseinnenseite an der in Umfangsrichtung voreilenden Kante grosser ist als an der in Umlaufrichtung nacheilenden Kante. Durch diesen Keilwinkel entsteht in der Strömung zwischen der Laufradaussenseite und der Gehäuseinnenwand eine Druckverteilung, deren Mittelwert höher ist als der Mittelwert der beiden Drücke an Eintritts- und Austrittsseite des Spaltes am gleichen Radius, Diese Druckerhöhung ist um so grosser, je enger der Spalt und je grosser das Verhältnis der Spaltweiten am Eintritt und Austritt in ihm ist. Dadurch wird es möglich, mit sehr engen Abständen der Gehäuseinnenseite vom Laufrad zu arbeiten, da durch diese Drücke eine zentrierende Wirkung eintritt.

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Wenn es au3 irgendwelchen Gründen unerwünscht ist, die beiderseitigen Spalte zwischen Laufradaussenseite und Gehäuseinnenseite kxein zu machen, so kann man diese Wirkung dadurch erzielen, dass man im Innern des Gehäuses dem Laufrad zugewandte, in axialer Richtung bewegliche, zu der Meridiankontur der Lauf radaussen.seiten passende Scheiben vorsieht. Vorbindet man der Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dieser Scheibe an deren äusseren Umfang mit dem Zwischenraum dieser Scheibe und dem Laufrad, so herrscht am Aussenrand der Scheibe gleicher Druck. Zur Achse hin nimmt der Druck im Laufrad der Turbine stärker ab a.'cs in dom Zwischenraum zwischen Gehäuse und Scheibe, so dass diese so weit auf das Laufrad hin bewegt wird, bis durch die infolge der oben beschriebenen Keilwirkung sich einstellende Druckerhöhung auf den Suitenscheibensektoren Gleichgewicht eintritt, wobei die sich einstellende mittlere Spaltweite vom Keilwinkel abhängt.

Da die Schaufelenden einer derartigen Turbine sehr stark belastet sind, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Drehachse der verstellbaren Schaufelenden zur Druckseite hin exzentrisch angeordnet. Ausserdem ist es bei Verwendung als Wasserturbine vorteilhaft, die beweglichen Schaufelenden so lang zu machen, dass bei nahezu geschlossenem Austrittskanal die Hinterkante der in Umlaufrichtung voreilenden Schaufel bis über die Drehachse der in Umlaufrichtung nacheilenden ^chaufel leicht. Diese M&Jsnahme

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erleichtert es, das Maximum der Relativgeschwindigkeit bis über die Drehachse der nacheilenden Schaufel hinaus zu schieben.

Um die Herstellung de» erfindungsgemässen Laufrades noch weiter zu erleichtern, kann es zweckmässig sein, dieses dreiteilig, und zwar aus einem den Eintritt einschliessenden Mittelstück und zwei beiderseits vorzugsweise lösbar angesetzten Auetrittsteilen zusammenzusetzen. Als willkommener Nebeneffekt können bei diesem Aufbau Instandsetzungsarbeiten, die bekanntlich langzeitige Betriebsunterbrechungen zur Folge haben, durch blossen Austausch der Austrittsteile wesentlich abgekürzt werden; darüber hinaus können für Mittelteil und die beiden Austrittsteile verschiedene Werkstoffe gewählt werden, die den jeweils auftretenden Beanspruchungen und auch den unterschiedlichen Temperaturen angepasst sind.

Die Zeichnungen veranschaulicher ein Ausführungsbeispiel Jer Erfindung, es zeigt

Fig.l einen teilweisen Längsschnitt durch die Turbine, mit Laufrad, Verstelleinrichtung, benachbarten Gehäusepartien und Eintrittsleitrad,

Fig.2 das Laufrad mit verstellbaren Schaufelenden in perspektivischer Ansicht und

Fig. 3 eine Abrricklurg des Laufradumfanges mit den benachbart r- beweglichen Scheiben=

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Das Laufrad 1 ist auf der Welle 2 im Gehäuse 3 angeordnet= Das Arbeitsmedium tritt über das Eintrittsleitrad k in Pfeilrichtung ein» Die Laufradenden 5 sind beweglich und werden über einen Kegelradeatz 6 verstellt. Das Laufrad 1 selbst besteht aus einem Mittelstück la und den beiderseits angeordneten Austrittsteilen Ib und Ic. Zwischen Laufrad 1 und Gehäuse 3 sind bewegliche (elastisch deformierbare oder axial verschiebbare) Scheiben 7 angeordnet. Aus der perspektivischen Darstellung (Fig.2) ist die Anordnung der verstellbaren Laufradenden 5 und ihre exzentrisch in ihnen angebrachte Drehachse 81 zu erkennen. Die Abwicklung des äusseren Umfange des Laufrades 1 zeigt die keilförmige Ausbildung der Seitensoheibensektoren 9 und die in geringem Abstand davon beweglich angeordneten Scheiben 7·

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Claims (1)

1= Zweiflutige Turbine für Flüssigkeiten und Gase,bei der das Medium am äusseren Umfang des Laufrades eintritt und in zwei Teilströmen etwa parallel zur Achse "\ustritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsquerschnitte der Laufradkanäle einander in Umfangsrichtung abwechselnd folgen und sich jeweils über die ganze Breit© des Laufradeintritts erstrecken, während die Austrittsquerschnitte der Kanäle abwechselnd zueinander entgegengesetzt zur Mittelebene liegenden Seiten führen.

2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Laufradschaufeln einstellbar sind ο

3„ Turbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbaren Schaufelenden während des Betriebes gemeinsam verstellt werden können.

k„ Turbine nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die während des Betriebes verstellbaren Schaufelenden des Laufrades gleichzeitig mit den Eintrittsleitschaufeln verstellt werden.

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-a- H.

5. Turbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, dasj die Drehachsen der verstellbaren Schaufelenden zur Druckseite hin exzentrisch angeordnet sind ο

6. Turbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5· dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Schaufelenden so lang siiid, dass bei nahezu geschlossenem Auetrittskanal die Hinterkante der in Umlaufrichtung voreilenden Schaufel bis über die Drehachse der in Umlaufrichtung nacheilenden Schaufel reicht.

7· Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradkanäle nach der Seite, zu der sie führen, ganz oder teilweise offen sind.

8. Turbine nach Anspruch 1 und 71 dadurch gekennzeichnet, dass die dem Kanalquerschnitt abgewandte Seite der Laufradwar, in Umfangsrichtung einen kleinen Winkel mit dieser bildet, wodurch der dadurch entstehende Spalt zwischen Laufradaussenseite und Turbinengehäuseinnenseite an der in Umlaufrichtung voreilenden Kante grosser ist als an der in Umlaufrichtung nacheilenden Kante.

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9. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Gehäuses dem Laufrad zugewandte bewegliche, zu der Meridiankontur der Laufradaus s ens ei t θ passende Scheiben vorgesehen sind.

10. Turbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 ι dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad aus einem den Eintritt einschliessenden Mittelstück und zwei beiderseits vorzugsweise lösbar angesetzten Austrittsteilen besteht.