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Laufrad für eine Propellerturbine bzw. -pumpe Es sind Propellerturbinen
und -pumpen bekannt, bei denen das Laufrad mit einem Außenkranz versehen ist, der
einen umlaufenden Teil .des Wasserführungsrohres bildet. Dieser Außenkranz wird
bevorzugt als Träger der umlaufenden Polte der dem Laufrad unmittelbar zugeordneten
elektrischen Maschine mitbenutzt. Die kraftschlüssigeVerbindung zwischen dem Außenkranz
und der Laufradnabe wird von den Laufradschaufeln gebildet, die in dieser Nabe und
dem Außenkranz fest oder verstellbar gelagert sind.
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Die Erfindung hat eine besondere Ausgestaltung des Laufrades für eine
Propellerturbine bzw. -pumpe, deren Flügel in einem Außenkranz und in der Laufradnabe
gelagert sind,- zum Gegenstand, und sie- besteht darin, .daß die entgegen .der Strömungsrichtung
des Triebwassers geneigten Laufradschaufeln mit kugeligen Zapfen in hohlkugelartige
Aussparungen . des: Außenkranzes eingesetzt sind. Durch diese Art der Verbindung"
zwischen dem Außenkranz und den Flügeln bzw. Schaufeln des Laufrades wird zwischen
den Flügeln bzw. Schaufeln und dem Kranz eine Trennfuge geschaffen, welche es ermöglicht,
die zwischen den Flügeln bzw. Schaufeln und dem Außenkranz vorhandenen Spannungen
auszugleichen. Bei diesem Ausgleich handelt es sich vor allem um diejenigen Spannungen,
.die sich zufolge des auf die Schaufeln bei der Beaufschlagung wirkenden Wasserdruckes
aus dem Durchbiegen .der Schaufeln in der Strömungsrichtung des Wassers ergeben.
Der Außenkranz, welcher gegenüber den sich anschließenden, vom feststehenden Wasserführungsrohr
gebildeten Führungen ein gewisses axiales Spiel besitzt, kann infolge der erfindungsgemäßen
Verbindung zwischen .dem Kranz und den Schaufeln des Laufrades sich so einstellen,
.daß er sich der Durchbiegung der Schaufeln anpaßt. Die Führung zwischen den Schaufeln
und dem Kranz ist bei diesem Anpassen durch die kugelartige Verbindung
zwischen
dem Kranz und den Schaufeln gegeben.
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Die bei dem Durchbiegen der Schaufeln auf .die Verbindung mit dem
Außenkranz wirkenden Spannkräfte können ausgeglichen werden, wenn der Aufbau .des
Laufrades so gewählt ist, daß die Schaufeln in der Ruhestellung des Laufrades, also
dann, wenn sie nicht beaufschlagt sind, entgegen der Strömungsrichtung des Triebwassers
geneigt angeordnet und in den Laufradkranz eingesetzt sind. Beim Durchbiegen der
so angeordneten Schaufeln in der Strömungsrichtung des Triebwassers wird die sich
aus der DurchbiegUng ergebende Verlängerung der Verbindungslinie zwischen Laufradnabe
und Außenkranz ausgeglichen, und die auf die Verbindung zwischen Schaufeln und Außenkranz
wirkenden Zugkräfte sind demzufolge entsprechend gering.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete V erbindung der Schaufeln mit dem
Außenkranz kann in gleich vorteilhafter Weise auch Anwendung finden, wenn es sich
um ein Laufrad handelt, dessen Schaufeln verstellbar zwischen dem Außenkranz und
der Laufra=dnabe angeordnet sind und bei denen die Verstellung vom Inneren der Laufradnabe
aus erfolgt. In diesem Falle wirkt sich die erfindungsgemäße Verbindung der Schaufeln
mit dem Kranz besonders vorteilhaft auf die Wirkungsweise der Verstelleinrichtung
für die Schaufeln aus, denn es braucht bei dem Zusammenwirken der an den inneren
Schaufeldrehzapfen angreifenden Verstellmittel keine Rücksicht auf die sonst unvermeidlichen
Verspannungen beim Durchbiegen der Schaufeln genommen werden.
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Durch die Benutzung einer kalottenäbnlichen Verbindung zwischen dem
Außenkranz und den Laufradschaufeln ist trotz der vorhandenen Trennfuge zwischen
den Schaufeln und dem Kranz bei allen Betriebszuständen der Turbine oder Pumpe die
Gewähr gegeben, daß ein die Betriebsweise ungünstig beeinflussendes Spiel an den
Verbindungsstellen nicht vorhan=den ist, denn, gleichgültig ob auf die Verbindungsstellen
Zug-, Druck- oder Biegungskräfte einwirken, werden die Zapfen der Laufradschaufeln
immer sicher in dem Außenkranz geführt, und sie bilden immer die für die Stabilität
des Laufrades erforderliche kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Kranz und der
Laufradnabe.
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Zum Ausgleich der betriebsmäßig auftretenden Beanspruchungen durch
die Zentrifugalkräfte an den Verbindungsstellen zwischen den Schaufeln und dem Außenkranz
können die Schaufeln mit entsprechender Vorspannung in ihre Lagerung an den Außenkranz
und an der Laufradnabe eingesetzt sein. Ist der Außenkranz Träger der umlaufenden
Pole einer zugeordneten elektrischen Maschine, so wird man den den Polradkranz bildenden
Teil des Außenkranzes als einen besonderen Ringkörper auf den zur Lagerung der Schaufeln
dienenden Teil des Außenkranzes aufsetzen. Die Verbindung zwischen den beiden Ring-
bzw. Kranzkörpern erfolgt in vorteilhafter Weise durch Verkeilen oder durch Aufschrumpfen.
Die Vorspannung, mit welcher der den Polradkranz bildende Ringkörper aufgezogen
ist, wird man so bemessen, daß sie die Dehnung innerhalb des Ringkörpers ausgleicht,
die bei .der Durchgangsdrehzahl der Turbine oder Pumpe zufolge der Fliehkraftwirkung
auftreten kann.
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Zum erleichterten Einsetzen der kugeligen Zapfen der Lauf radschaufeln
in ihre Führungen am Außenkranz wird man den Kranz seiner Breite nach unterteilen,
und zwar vorzugsweise derart, daß die Kugelmittelpunkte der von hohlkugelartigen
Aussparungen gebildeten Führungen in dem Kranz auf der Trennfuge des axial geteilten
Außenkranzes liegen. Auch auf einen so unterteilten Außenkranz kann der den Polradkranz
bildende Ringkörper aufgeschrumpft oder aufgekeilt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung
dargestellt. Die Schaufeln a sind mit der Laufradnabe fest verbunden. Sie können
verschraubt, verschweißt o. dgl. mit der Nabe sein. Mit den kugeligen Zapfen
b greifen die Schaufeln a
in die ebenfalls kugeligen Aussparungen c
des Laufradaußenkranzes d ein. Der Kranz d ist zum erleichterten Einsetzen
der Zapfen b unterteilt, und die Teile e und-, j sind durch die über den Umfang
verteilt angeordneten Schrauben g zusammengehalten. Der den Polradkranz cler zugehörigen
elektrischen Maschine bildende Ringkörper k ist auf den Kranz d aufgeschrumpft.
In den Außenkranz können auch Büchsen aus Lagermetall eingesetzt sein, die die Lager
für die Kugelzapfen der Schaufeln bilden.