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Aus mindestens zwei Turbineneinheiten bestehende überdruckwasserturbine
Das Bestreben, alle verfügbaren Wasserkräfte zur elektrischen Energieerzeugung heranzuziehen,
bringt die Notwendigkeit mit sich, auch Niedergefälle mit großen Wassermengen der
Nutzung zuzuführen. Um den hierbei vorliegenden hydraulischen Verhältnissen gerecht
zu werden, steigerte man, um -die Hauptabmessungen der Turbinenanlage herabzudrücken,
die Drehzahlen. Der hierdurch erzielte Erfolg war aber nur unbedeutend. Deshalb
entschloß man sich zur Verteilung der Wassermenge auf zwei oder mehr Laufräder.
So entstanden die sog. Zwillings- und.Mehrfachturbinen. In besonderen Fällen verband
man mehrere solche Turbinen zu Turbinensätzen. Da jedoch hierbei normalerweise die
Niederdruckturbinen mit axialem Wasseraustritt arbeiteten, erfordern auch diese
Turbinensätze wegen der zwischen den einzelntin Laufrädern eingebauten Saugrohrkrümmer-
immer noch verhältnismäßig große Grundrißflächen und damit kostspielige Werkbauten.
Der Stand der Technik weist allerdings schon auf Ansätze zur Beseitigung der eingangs
erwähnten -Nachteile hin. Doch entsprechen auch diese bekannten Ausführungsvorschläge
nicht den hohen Anforderungen, die an eine Mehrfachturbine gestellt werden müssen.
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So tritt bei einer bekannten Doppelturbine das Wasser von ,außen radial
in das Leitrad ein, wird von feststehenden Führungskanälen an die inneren Schaufelenden
des konusförmigen Laufrades herangeführt, durchströmt diagonal nach außen die Laufradschaufeln
und fließt dann axial in die Saugrohrkrümmer ab. Diese Bauform besitzt also Saugrohr.
krümmer, welche eine gedrängte Bauart in dem erfindungsgemäß angestrebten Sinne
unmöglich machen. Außerdem stellen die halbkreisförmig nach außen geschwungenen
Ringflächen Teile des feststehenden Leitrades dar, wodurch der Ausbau der Laufräder
umständlich ist. Bei einer anderen bekannten Aus-
| führung einer mit radialer Ein- und Aus- |
| strömung arbeitenden Mehrfachturbine muß |
| das Wasser nach Eintritt in das Laufrad axi |
| gerichtete U-förmige Kanäle, welche du |
| radial gestellte Laufradschaufeln -- gebildet |
| den, bis zum Austritt aus dem Laufrad du |
| strömen, wobei sich durch die unvermittel |
zweimalige Umlenkung des Wassers um je 9o° zwangsläufig Wasserwirbel bilden. Attl3erdem
bedingen die langen Schaufelkanäle große Druckverluste. Wesensgleiche Nachteile
zeigt auch eine weitere bekannte Bauform, bei welcher ebenfalls lange Schaufelkanäle
vorgesehen sind und eine Wasserumlenkung sogar unvermittelt um i So' erfolgt. Darüber
hinaus wird bei den letztgenannten Turbinen das die Laufradschatifelkanäle in axialer
Richtung durchströmende Wasser an die Schaufelkrümmung im Bereich des Lattfradaustrittes
unvermittelt abgelenkt, wodurch überdies noch große Stoßverluste auftreten.
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Demgegenüber ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrfachüberdruckwasserturbin.e
von den geschilderten Nachteilen und Mängeln frei. Bei dieser handelt es sich um
eine aus mindestens zwei mit radialem Wasserein- bzw. -austritt arbeitende, sowohl
bezüglich der Leit-und Laufräder als auch der Gehäuse spiegelbildlich zueinander
auf gemeinsamer Welle angeordneten Turbineneinheiten bestehende Überdruckwasserturbine.
Erfindungsgemäß wird bei jeder Turbineneinheit das dem Leitapparat durch einen angenähert
spiralig ausgebildeten Druckstutzen zugeführte Wasser, nachdem es den Leitapparat
durchströmt hat, an einer im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildeten Führungsfläche
der Laufradnabe schraubenlinienförmig gegen den Laufradschaufelkranz zu umgelenkt,
beaufsclilagt sodann die einerseits am Umfang der Laufradnabe befestigten, andererseits
mittels eines frei tragenden Ringes miteinander verbundenen Laufschaufeln bekannter
Gestaltung von innen und strömt alsdann zu dein gleichfalls angenähert spiralig
ausgebildeten, von annähernd zueinander parallelen Führungsflächen unterteilten
Saugstutzen ab, welch letzterer ebenso wie der Druckstutzen mit Bezug aufeinander
gegensätzlich derart erweitert sind, daß die Ebenen. in denen das Wasser zu- bzw.
abströmt, zusammenfallen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Mehrfachüberdruckwasserturlrine
mit den Merkmalen gemäß der Erfindung in mehr oder weniger grundsätzlicher Form
dargestellt. Abb. i zeigt einen Längsschnitt der Turbine, und zwar nach der in den
Abb.2 und 3 angedeuteten Schnittebene 1-I. Die Abb.2 und 3 sind Gehäusequerschnitte
nach den in Abb. i angedeuteten Schnittebeneci 1I-11 und 1II-III, wobei die Querschnittsdarstellung
| gemäß Abb. 2 in der Richtung des Pfeiles IV |
| und die Querschnittsdarstellung nach Abb.3 |
| in der Richtung des Pfeiles V gesehen ist. Die |
| i tb. ,l und 5 sind Gehäusequerschnitte nach |
| in den Abb. 2 und 3 angedeuteten Schnitt- |
| en V I-V I und V I I-V I I, wobei die Ansicht |
| eser Schnitte in der Richtuni des Pfeiles |
VIII erfolgt. Die Abb. 6 und 7 zeigen schließlich Axial- und Radialschnitte durch
die im vergrößerten Maßstab dargestellten Bauteile zur Bildung der Laufradeinheiten.
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Auf der Turbinenwelle t sind eine Anzahl von Laufracleiiiheiten 2
unmittelbar nebenein ander angeordnet. Jede dieser Laufradeinheiter wird von der
linken und rechten Hälfte zweier nebeneinander angeordneter Nabenkörper 3 gebildet.
Der sich hierbei ergebende, zu einer Laufradeinheit gehörende Laufradkörper erhält
somit spulenförmige Grundform q. (Abb. i). Die beiden Laufradkränze 5 zweier nebencinanderliegender
Nabenkörper 3 sind durch eine halbkreisförmige, nach außen gewölbte Ringfläche 6
miteinander in körpermäßige Verbindung gebracht. Längs des Umfanges jedes zweiten
Laufradkranzes 5 sind zu beiden Seiten die Laufradschaufeln 7 mit dem einen Ende
parallel zur Welle i befestigt. Die Krümmung der Laufradschaufeln erfolgt nur in
einer Richtung, wobei die Formgebung der Schaufeln durch das Arbeitsprinzip der
Überdruckturbine eindeutig gegeben ist. Der andere Laufradkranz ist schaufellos
und dient nur zur Führung des in das Laufrad einströmenden Wassers. Ein in der Mitte
der beiden Laufradkränze 5 angeordneter Ring 8 dient zur frei tragenden Befestigung
der anderen Laufradschaufelenden. Dieser Ring teilt die Laufradeinheit in zwei Teile,
von welchen der eine Teil die schaufellose Einströmseite und der andere Teil die
Ausströmseite bildet. Die Aufreihung der Laufradeinhesten auf der Welle erfolgt
derart, daß stets zwei Eintrittsseiten bzw. zwei Austrittsseiten unmittelbar nebeneinanderliegen.
Jede dieser Laufradeinheiten ist nun einer Gehäuseeinheit 9 zugeordnet, die aus
zwei Hälften io und i t besteht. Grundsätzlich haben diese Gehäuseeinheiten die
Form der bekannten Spiralgehäuse. Nach der inneren Gestaltung ist zwischen einer
Druckgehäusehälfte und einer Sauggehäusehälfte zu unterscheiden. Beide bestehen
im wesentlichen aus einer Trennwand 12, einer Verschalungswand 13 und Befestigungsflanschen
1q.. Zur Umlenkung des einströmenden Wassers besitzt die Druekgehäusehälfte io eine
spiralförmige Leitwand 15.
Außerdem ist in das Druckgehäuse das Leitrad eingebaut,
dessen Schaufeln 16 fest oder zwecks Regulierung und Veränderung der Beaufschlagung
drehbar gelagert sein können. Der Wasserströmungsverlauf ist durch die
Pfeile
17 gegeben. Die Sauggehäusehälfte i i besitzt die gleiche Leitwand 15. Innerhalb
der Sauggehäusehälfte sind mehrere annähernd parallel laufende Führungswände 18
vorgesehen, welche das aus der Laufradeinheit ausströmende Wasser gleichmäßig über
den ganzen Sauggehäusequerschnitt zu verteilen haben. Beim Zusammenbau mehrerer
solcher Gehäuseeinheiten müssen entsprechend der Anordnung der Laufradeinheiten
auch wieder je zwei Druck- und je zwei Sauggehäusehälften einander zugekehrt sein
(Abh. i). Zur Trennung dieser beiden Gehäusehälften einer Turbineneinheit von der
benachbarten sowie zum Abschluß der äußersten Gehäuseeinheiten dienen einfache Zwischen-
bzw. Abschlußwände i9. Zwei Lagerdeckel 2o schließen die seitlichen Gehäuseöffnungen
ab, durch welche die Welle i mit den auf ihr aufgekeilten Laufradeinheiteneingeschoben
werden kann. Die Welle ist durch Stopfbüchsen 21 nach außen geführt und ruht in
entsprechenden Lagern 22. Eine am Wellenende sitzende Kupplung o.dgl. ist mit 23
bezeichnet.
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Das Wasser wird bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Turbine aus
der geradlinigen Bewegung des Zulaufes im Spiraldruckgehäuse in eine krummlinige
Bewegung und mach dem Austritt aus dem Leitrad infolge der schräg gestellten Leitschaufeln
in .eine kreisende Bewegung umgelenkt. Im schaufellosen Raum des Laufrades bewegt
sich sodann das Wasser schraubenlinienförmig um die Nabe, worauf es die Laufradschaufeln
in einer Radialebene von innen nach außen durchströmt. Nach seinem Austritt aus
dem Laufrad wird das Wasser durch das Spiralsauggehäuse in die gewünschte geradlinige
Bewegung zurückgeleitet. Durch Erweiterung des Gehäusezu- und -ablaufes in gegensätzlicher
axialer Richtung wird erreicht, daß die Ebenen, in denen das Wasser zu- bzw. abströmt,
zusammenfallen. Zu- und Ablauf können in jedem beliebigen Winkel zueinander gestellt
werden.