DE7731451U1

DE7731451U1 - Leitapparat fuer turbomaschinen, insbesondere wasserturbinen

Info

Publication number: DE7731451U1
Application number: DE19777731451U
Authority: DE
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1977-10-12
Filing date: 1977-10-12
Publication date: 1978-10-05

Description

T 3538 J.M. Voith GmbH

Kennwort: "Kompakter Leitapparat" Heidenheim

Leitapparat für Turbomaschinen, insbesondere Wasserturbinen

Die Erfindung betrifft einen Leitapparat für Turbomaschinen, insbesondere Wasserturbinen, z.B. Kaplan- oder Francis-Turbinen oder Pumpenturbinen, mit zueinander konzentrischen Ringen fester Stütz- und verstellbarer Drehschaufeln zwischen einer Einlaufspirale und dem Laufrad, wobei jeder Drehschaufel eine ihr eigene Drehachse zugeordnet ist. Ein derartiger Leitapparat besteht bekanntermaßen aus einem radial innerhalb eines Stützschaufelringes angeordneten Ring von Drehschaufeln. Die Stützschaufeln bilden eine feste Verbindung zwischen zwei den sogenannten Traversenring bildenden Ringteilen, an denen die inneren Enden der Blechschüsse der Einlaufspirale befestigt sind. Im Falle einer Wasserturbine strömt dann das Wasser von der Einlaufspirale kommend durch den Traversenring zwischen den Stutzschaufeln hindurch und dann zwischen den Drehschaufeln des LeJtapparates hinduroh zum Laufrad. Bei Pumpenturbinen erfolgt der Wasserfluß im Pumpenbetrieb in umgekehrter Richtung. Dieses Prinzip wird weltweit seit bald einem Jahrhundert bei allen Francis-, Kaplan- und Francispumpturbinen angewandt.

Aufgrund der Beanspruchungen der einzelnen Teile ergeben sich hierbei nicht unterschreitbare Mindestabmessungen. Im Hinblick auf die immer größer werdenden Anlagen und damit Durchmesser von Laufrad, Traversenring und Spirale schlägt jeder Zentimeter Einsparung am Gesamt durchmess er bezüglich Gewicht und damit Kosten sehr stark zu Buche. Es ist deshalb in zunehmendem Maße das Bestreben der Turbinenbauer und liegt der vorliegenden Erfindung die Auf-

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gäbe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, welcher es ermöglicht, die Abmessungen und damit Herstellungskosten derartiger Anlagen bei gleichbleibender Leistung zu verringern.

Die Erfindung löst das Problem bei einer Turbomaschine der eingangs genannten Gattung dadurch, daß ein wesentlicher Teil der einzelnen Drehschaufel innerhalb des durch die Stützschaufeln definierten Ringraumes liegt und daß zwischen jeweils zwei Stützschaufeln bis zu zwei Drehschaufeln angeordnet sind, von denen jede in Offenstellung unmittelbar an eine Stützschaufel über einen wesentlichen Teil ihrer Länge angrenzt.

Bei einer solchen erfIndungsgemäßen Anordnung der verstellbaren Leitschaufeln ist es möglich, den Durchmesser des Traversenringes und damit der Einlaufspirale um einen wesentlichen Betrag zu verringern. Beispielsweise kann der Außendurchmesser eines Traversenringes von 93OO mm auf 8100 mm verringert werden, d.h. um etwa 14 %. Gewichtsmäßig bedeutet das eine Reduzierung bis zu 30 #, d.h. bei einer Anlage der angegebenen Größenordnung einschließlich der Spirale sind Gewichtseinsparungen bis zu 100 t und mehr möglich. Damit können bei einer Wasserturbine Einsparungen in der Größenordnung von etwa 1 Million DM und mehr erfolgen, was sich bei Kraftwerksanlagen mit 10 und mehr Turbinen ganz erheblich auswirkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die äußeren Schaufelkonturen des Querschnittes der Drehschaufeln wenigstens in ihrem vorderen angeströmten Bereich sowie der benachbarten Stützschaufeln über ihren an die Drehschaufeln angrenzenden Bereich im wesentlichen auf einem gemeinsamen Kreisbogen um die Schwenkachse. Hierdurch bleibt in einfacher Weise über einen großen Stellbereich ein gemeinsames Profil beider Schaufeln ei-halten, d.h. es bildet jede Drehschaufel zusammen mit der ihr zugeordneten Stützschaufel über den wesentlichen Verstellbereich ein hydraulisch günstiges Strömungsprofil. Zur Vermeidung zu dicker Profile verläuft dabei die Drehachse der Drehschaufel zweckmäßigerweise außerhalb ihres Schaufelprofils. Hierzu weist die Schaufel wenigstens an einer Stirnseite einen flanschartigen Schaufelfuß auf, an dem der jeweilige Drehzapfen befestigt ist.

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Zur Vermeidung zu großer Bearbeitungsflächen und um eine gute Abdichtung zwischen Drehschaufel und jeweiliger benachbarter Stützschaufel zu gewährleisten, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zwischen der Drehschaufel und der zugeordneten Stützschaufel ein geringer Spalt vorgesehen und an der Stützschaufel im Bereich der Abströmkante ein an der Drehschaufel anliegender Dichtwulst angeordnet.

Während man bei niedrigen Gefällen im allgemeinen eine einzelne Drehschaufel zwischen zwei Stützschaufeln vorsieht, werden bei höheren Gefällen vorzugsweise zwei derartige Drehschaufeln angeordnet. Diese beiden Drehschaufeln werden dann in bevorzugter Ausbildung der Erfindung an wenigstens einer Stirnseite durch einen gemeinsamen Schaufelfuß zu einem einteiligen Drehkörper überbrückt. Im allgemeinen erfolgt die Überbrückung aus Pestigkeitsgründen jedoch an beiden Stirnseiten der Schaufel, wobei bei besonders hohen Beanspruchungen axial zwischen den beiden Stirnflächen wenigstens noch eine weitere die beiden Schaufeln verbindende Rippe angeordnet sein kann.

Zur Erleichterung oder um sogar die Montage überhaupt zu ermöglichen, sind die Zapfen der Drehschaufeln durch eine lösbare Schraubverbindung befestigt, wobei zur^Jbertragung der Stellmomente vorzugsweise eine an sich bekannte Hirth-Verzahnung od.dgl. dienen kann.

Die Verstellung der Drehschaufeln erfolgt auf herkömmliche Weise, entweder mittels Regelringen unter Verwendung üblicher Bruchoder Reibelemente zum Schutz gegen eingeklemmte Premkörper oder mittels Einzelservomotoren.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

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Pig.

1 einen Längsschnitt durch einen Traversenring einer Francis-Wasserturbine mit einem Leitapparat nach der Erfindung,

2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Pig. I,

]5 im Schnitt entsprechend Fig. 2 eine Alternativausbildung mit nur einer Drehschaufel zwischen zwei Stützschaufeln und

4 im Schnitt entsprechend Fig. 2 eine weitere Alternativausbildung der Ausführung nach Fig„ 5.

In Fig. 1 ist von dem radial innerhalb des aus oberen und unteren Ringteilen 5* 6 bestehenden Traversenringes umlaufenden Laufrad 7 nur ein Teil einer Schaufel dargestellt. Radial außen sind an den Ringteilen 5, 6 des Traversenringes die Blechschüsse der Einlaufspirale 8 angeschweißt. Zwischen beiden Teilringen 5 und 6 sind Stützschaufeln 9 fest eingeschweißt. Zwischen jeweils zwei Stützschaufeln 9 sind zwei Drehschaufeln 10 und 11 angeordnet (Fig. 2), die an ihren beiden Stirnflächen je durch einen flanschartigen Fuß 12 bzw. 13 miteinander fest verbunden sind. An den Schaufelfüßen 12 und 13 sind die Schaufelzapfen 14 bzw. 15 angeschraubt. Wie aus Fig. 2 zu erkennen, kann der aus den beiden Schaufeln 10 und 11 sowie den Schaufelfüßen 12 und \J> bestehende Verstellkörper zwischen der ausgezogenen Offenstellung und der strichpunktiert dargestellten Geschlossenstellung verdreht werden. Zu diesem Zweck sind die äußeren, an den StUtzschaufein 9 anliegenden Begrenzungswände der Drehschaufeln 10, 11 zylindrisch gekrümmt, wobei die Zylinderachse koaxial zur Drehachse ist. Die Stützschaufeln sind in dem Bereich, in welchem die Drehschaufeln an ihnen anliegen, in entsprechender Weise zylindrisch gekrümmt. Die einander zugeordneten Stütz- und Drehschaufeln bilden in Offenstellung im wesentlichen ein gemeinsames hydraulisch günstiges Strömungsprofil. Zwischen den beiden Füßen sind zwei weitere die Schaufeln 10 und 11 verbindende Rippen l6 angeordnet. Die Verstellung der Schaufeln erfolgt über am oberen Zapfen 14 angreifende Lenker 17 und einen Stellring 18 in an sich bekannter Weise.

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In Pig. 1 sind strichpunktiert die Umrisse des Traversenringes und der Stützschaufeln Q¹ eingezeichnet, wie sie sich bei konventioneller Ausbildung ergeben würden. Beispielsweise läßt sich der Außendurchmesser des konventionellen Traversenringes von IV = 9J5OO durch die erfindungsgemäße Ausbildung auf einen Durchmesser D₁-, = 8100 reduzieren.

In Pig. 3 ist eine Alternativausbildung mit nur einer Drehschaufel 19 zwischen zwei Stützschaufeln 9 dargestellt. Die Schaufeln sind mittels Schaufelfüßen 20 gehalten, so daß die Drehachse auch hier außerhalb des Schaufelprofils verlaufen kann.

In der in Fig. 4 dargestellten Variante ist zwischen der Drehschaufel 19 und der Stützschaufel 9 ein geringer Spalt 21 belassen. An der Abströmkante der Drehschaufel I9 ist ein an der Stützschaufel 9 anliegender Dichtwulst 22 angeordnet.

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JB/Srö

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Claims

τ 35:38 Kennwort: "Kompakter Leitapparat" J.M. Voith GmbH Heidenheim s ρ r ü c he

1. Leitapparat für Turbomaschinen, insbesondere Wasserturbinen, z.B. Kaplan- oder Francis-Turbinen oder Pumpenturbinen, mit zueinander konzentrischen Ringen fester Stütz- und verschwenkbarer Drehschaufeln zwischen einer Einlaufspirale und dem Laufrad, wobei jeder Drehschaufel eine ihr eigene Drehachse zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Teil der einzelnen Drehschaufel (10, 11; 19) innerhalb des durch die Stützschaufeln (9) definierten Ringraumes liegt und daß zwischen jeweils zwei Stützschaufeln (9) bis zu zwei Drehschaufeln (10, 11) angeordnet sind, von denen jede in Offenstellung unmittelbar an eine Stützschaufel über einen wesentlichen Teil ihrer Länge angrenzt.

2. Leitapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Schaufelkonturen des Querschnittes der Drehschaufeln (10, 11 j 19) wenigstens in ihrem vorderen angeströmten Bereich sowie der benachbarten Stützschaufeln (9) über ihren an die Drehschaufeln angrenzenden Bereich im wesentlichen auf einem gemeinsamen Kreisbogen um die Schwenkachse liegen.

J5. Leitapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse der Drehschaufel außerhalb ihres Schaufelprofils verläuft.

4. Leitapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Drehschaufel (19) und der zugeordneten Stützschaufel (9) ein geringer Spalt vorgesehen und an der Stützschaufel (9) im Bereich der Abströmkante ein an der Drehschaufel anliegender Dichtwulst (22) angeordnet ist.

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5. Leitapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit zwei Drehschaufeln zwischen zwei Stützschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drehschaufeln (10, 11) an wenigstens einer Stirnseite zu einem einteiligen Drehkörper überbrückt sind.

6. Leitapparat nach Anspruch 5„ dadurch gekennzeichnet, daß axial zwischen den jeweils beiden Stirnflächen der miteinander verbundenen Drehschaufein (10, 11) wenigstens eine weitere die Schaufeln verbindende Rippe (l6) angeordnet ist.

7. Leitapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (14, 15) an den Drehschaufeln (10, 11; 19) durch eine Schraubverbindung befestigt sind.

Heidenheim, den 10.10.77
JB/Srö

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