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Vorrichtung zur Regelung von Wasserdurchströmturbinen Zur Ausnutzung
kleinerer Wasserkräfte sind Wasserdurchströmturbinen bekannt, bei denen das Wasser
in einem geschlossenen Zulauf dem in einem Gehäuse angeordneten Turbinenrad zugeführt
wird, das eine größere Anzahl leicht gekrümmter Schaufeln aufweist, die von der
einen Laufradwand zur anderen durchgehen. Das Gehäuse ist unten offen, so daß das
Wasser frei auslaufen kann. Solche Turbinen können auch dort ohne weiteres aufgestellt
werden, wo bisher ein Wasserrad vorhanden gewesen ist. Ferner ist es bekannt, die
Geschwindigkeit bzw. die Umdrehungszahl der Turbine dem schwankenden Wasserzulauf
dadurch anzupassen, daß das Turbinenrad durch feste Zwischenwände in einzelne, z.
B. drei verschieden große Zellen unterteilt ist, denen je nach Bedarf das Wasser
durch Betätigung von Schiebern oder Klappen zugeführt werden kann. Eine solche Regelung
ist aber nur sehr grobstufig und gestattet auch keine laufende selbsttätige Anpassung
an den augenblicklichen Energiebedarf und an die vorhandenen Wasserverhältnisse.
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Hier schafft die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch Abhilfe, daß
die Regulierung von Wasserdurchströmturbinen stetig ohne Stufen entweder von Hand
von einer zentralen Stelle aus oder durch elektrische Regler erfolgt. Erreicht wird
dies durch eine neuartige Ausbildung des Laufrades und des Wasserzulaufes in der
Weise, daß entsprechend gestaltete Zwischenwände von außen längs der Turbinenachse
verschiebbar angeordnet sind.
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Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regulierung
von Wasserdurchströmturbinen sind dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
zu entnehmen, und zwar zeigt Abb. i einen Querschnitt durch die Turbine und Abb.
a einen Längsschnitt durch die Turbine mit der erfindungsgemäßen Reguliervorrichtung.
Auf
einem Grundrahmen i ist das unten offene Turbinengehäuse 2 angeordnet, in dessen
beiderseitigen Lagern die Turbinenwelle 3 gelagert ist. Auf der Turbinenwelle 3
ist das Laufrad 4 befestigt, das eine größere Anzahl Schaufeln 5 aufweist. Die Turbinenschaufeln
5 sind durchgehend von der einen zu der anderen Laufradwand 4 angeordnet und leicht
gekrümmt.
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Auf der Turbinenwelle 3 sitzt erfindungsgemäß zwischen den äußeren
Laufrad-wänden 4 eine längs verschiebbare Trennwand 6, die sich also mit dem Turbinenrad
dreht und welche die Zwischenräume zwischen .den Turbinenschaufeln 5 ausfüllt. Die
Lauf radzwischenwand 6 ist eine volle Scheibe mit entsprechend gestalteten Schlitzen,
in welche die Turbinenschaufeln 5 mit Spiel passen, so daß die Wand 6 auf der Turbinenwelle
3 parallel zu dieser verschoben werden kann. Zu diesem Zweck hat die Welle 3 eine
Längsbohrung 7, in welcher mit Spiel die Steuerwelle 9 hin und her bewegt werden
kann. Ferner ist die Turbinenwelle 3 zwischen den beiden äußeren Laufradwänden 4
geschlitzt, so daß in dem Schlitz 8 ein flaches Verbindungsstück iö gleiten kann.
Dieses Verbindungsstück io verbindet die verschiebbare Zwischenwand6 fest mit der
Steuerwelle 9, die nach außen führt und die durch eine Stopfbuchse 26 abgedichtet
ist. Durch Ziehen oder Drücken an der oder auf die Steuerwelle 9 verschiebt sich
somit auch die Trennwand 6 längs der Turbinenachse. Damit nun kein Klemmen zwischen
der Wand 6 und dem Turbinenrad 4 stattfindet, können je nach Bedarf kleine Führungsrollen
außen angebracht sein. Im allgemeinen aber ist die Zwischenwand 6 durch die große
Anzahl der Schaufeln 5 hinreichend geführt und bewegt sich ohne Ecken oder Klemmen.
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Das Gehäuse 2 besitzt oben einen Aufsatz i i, an den sich das Zulaufgehäuse
12 anschließt. Oberhalb des letzteren bewirkt der Maulaufsatz 13 (in Abb. 2 nicht
eingezeichnet) den Übergang zu einer offenen Zulaufrinne oder zu einem geschlossenen
Zulaufrohr. Die Wände des Zulaufgehäuses 12 sind parallel zueinander angeordnet
in Richtung quer zur Turbinenachse; sie verbreitern sich aber konisch nach außen
zwischen-dem Maulaufsatz 13 und dem Gehäuseaufsatz i i, so daß das Zulaufgehäuse
12 unten ebenso lang wie das Turbinengehäuse 2 ist.
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In dem Gehäuseaufsatz i i ist eine parallel zu der Turbinenradzwischenwand
6 angeordnete Aufsatzzwischenwand 14 vorgesehen, die wie die Wand 6 längs verschiebbar
ist. Diese Verschiebung wird durch eine fest mit der Wand 14 verbundene Steuerstange
23 hervorgerufen, die wie die Steuerwelle 9 durch das Gehäuse 2 nach außen geht.
Damit nun die Zwischenwand 14 bei den Längsbewegungen nicht eckt, sind in dem Gehäuseaufsatz
i i Führungsnuten 21 vorgesehen, in denen auf der Zwischenwand 14 befestigte Führungsbolzen
22 gleiten. Die Form der Zwischenwand 14 richtet sich nach der Formgebung des Gehäuseaufsatzes
i i und ist entsprechend dem Durchmesser des Turbinenrades 4 nach der Umdrehungsrichtung
zu geschweift, so daß ein möglichst dichter Abschluß vorhanden ist. Im Gegensatz
zu der sich mit dem Turbinehräd drehenden Zwischenwand 6 steht also die Zwischenwand
14 still, aber beide sind in der gleichen Richtung längs verschiebbar.
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An der oberen Seite der Aufsatzzwischenwand 14 befindet sich ein Scharnierstück
16, das mit der schräg nach oben in das Zulaufgehäuse i2 hineinragenden Regulierbühne
15 verbunden ist. Diese Regulierbühne 15 legt sich mit ihrem oberen Ende gegen die
äußere Wandung des Zulaufgehäuses 12 und hat zu diesem Zweck ein Scharnierstück
17 mit einem Übergangsblech 18. Beide werden seitlich in Nuten 20 in dem Gehäuse
12 geführt und sind nach innen auf der Wasserzulaufseite durch ein federndes Abdeckblech
i9 geschützt. Wenn also mittels der Steuerstange 23 die Zwischenwand 14 bewegt wird,
so macht die Regulierbühne 15 diese Bewegungen mit, stellt sich mehr oder weniger
steil bzw. schräg in dem Zulaufgehäuse 12 ein und gleitet dabei mit dem Scharnierstück
17 und dem Übergangsblech 18 in den Führungsnuten 20.
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In einem Ansatz 28 auf der Außenseite des Turbinengehäuses 2 ist eine
Regulierwelle 27 als Gewindespindel gelagert, die außen durch einen Lagerbock 29
aufgenommen wird. Auf der Regulierspindel 27 bewegt sich in Längsrichtung der Regulierarm
24, durch welchen oben und unten in Bohrungen die Steuerwelle 9 und die Steuerstange
23 hindurchgehen. Die Steuerwelle 9 dreht sich dabei in der Bohrung des Regulierarmes
24 wie die Turbinenwelle 3 in ihren Lagern. Damit nun die Steuerwelle 9 sich längs
verschieben kann, ist sie beiderseits des Regulierarmes 24 durch Stellringe 25 in
ihrer Lage gesichert. Auch die Steuerstange 23 ist durch andere Stellringe 25 mit
dem Regulierarm 24 verbunden. Außen sitzt auf der Regulierwelle 27 z. B. ein Kettenrad
30 mit Kette, die z. B. durch ein Handrad 31 oder auch durch einen elektrischen
Regler bekannter Art betätigt wird.
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Die Wirkungsweise ist nun folgende: Das Wasser strömt von oben durch
den Maulaufsatz 13 in das Zulaufgehäuse 12 und gelangt an der schräg liegenden Regulierbühne
15 vorbei in den Gehäuseaufsatz i i und trifft dann die Turbinenschaufeln 5 zwischen
der Laufradwand 4 und der > Laufradtrennwand 6. Da die Turbinenschaufeln 5 nach
innen offen sind, fällt das Wasser nochmals auf die Barunterliegenden weiteren Schaufeln
und fließt dann frei nach unten ab. Dadurch wird seine Energie weitgehend ausgenutzt.
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Wird nun z. B. eine größere Leistung verlangt, also eine erhöhte Wasserzufuhr
gefordert, was z. B. durch sinkende UmdrehungszahI der Turbine angezeigt wird, dann
wird das Handrad 31 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn gedreht. Das Kettenrad
30 und mit ihm die Regulierwelle 27 werden mitgedreht, die durch ihr Gewinde
den Regulierarm 24 in Richtung zum Lagerbock 29 hin mitnimmt. Dadurch wird die Steuerwelle
9 um den gleichen Betrag herausgezogen, ebenso gleichzeitig auch die Steuerstange
23, so daß die Beaufschlagung des Turbinenrades durch Vergrößerung des Abstandes
zwischen der Laufradwand 4 und der Laufradzwischenwand
6 bzw. zwischen
dem Gehäuseaufsatz i i und der Aufsatzzwischenwand 14 größer wird. Gleichzeitig
stellt sich auch die Regulierbühne etwas steiler, so daß, gleichgültig wo die Trenn-
oder Zwischenwände 6 und 14 sich befinden, stets ein schräger Übergang des Wasserzulaufes'in
dem Zulaufgehäuse 12 gewährleistet ist. Zwischen den Wänden 6 und i4 und der anderen
äußeren Wandung des Aufsatzes i i bzw. des Gehäuses 2 bei dem Ansatz 28 ist also
kein Wasserdruck vorhanden, es braucht also die Steuerstange 23 nicht abgedichtet
zu werden.
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Die Längsverschiebung der Turbinentrennwand 6 kann auch auf andere
Art und Weise mit einfachen i Mitteln durchgeführt werden. So ist es z. B. möglich,
auf der Außenseite der Turbinenwelle3 mehrere durchlaufende Nuten anzuordnen, in
denen je eine Steuerwelle 9 untergebracht ist. In diesem Fall fällt dann der Längsschlitz
8 in der Welle 3 weg. An der Lagerstelle ist dann die Welle entsprechend verstärkt
ausgeführt, so daß die einzelnen Steuerwellen 9 dort in Bohrungen durchgehen. Außen
werden sie dann durch Stopfbuchsen abgedichtet, durch eine gemeinsame Scheibe zusammengefaßt
und durch ein kurzes Wellenstück an dem Regulierarm auf ähnliche Art und Weise befestigt,
wie oben bereits beschrieben ist. Die Verschiebbarkeit der Zwischenwand 1:1 kann
gleichfalls auch mit anderen bekannten Mitteln durchgeführt werden, so z. B. durch
Gleitrollen. Auch die Regulierbühne kann je nach Bedarf in Rollen geführt werden.
Wichtig ist dabei stets, daß die Trennwände 6 und 14 und die Regulierbühne 15 stufenlos
und stetig sowie gemeinsam je nach Bedarf jederzeit eingestellt und verstellt werden
können.
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Dadurch, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine verlustlose Feinregulierung
ermöglicht, kann stark schwankenden Wasserkräften weitgehend Rechnung getragen werden.
Durch Anordnung von Umdrehungszählern mit elektrischen Kontakten ist es ferner möglich,
mit bekannten Mitteln auch eine voll selbsttätige Regulierung zu erhalten und damit
ohne Zutun die Umdrehungszahl der Turbine jedem Kraftbedarf gegenüber konstant zu
halten oder auch je nach Bedarf eine bestimmte gleichbleibende oder sich verändernde
Wassermenge einströmen zu lassen. Durch die Schrägführung der Regulierbühne werden
Stauungen und Wirbelbildungen im Wasserzulauf und damit zusätzliche Verluste wirksam
unterbunden, im Gegensatz zu einer Regulierung mittels Klappen oder Schieber. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt daher eine weitgehende Anpassung, was den Wünschen
von Kleinwasserbesitzern entspricht und auch kleine und kleinste Wasserkräfte wirtschaftlich
auszunutzen gestattet. Dabei ist der Einbau und bleibt die Bedienung denkbar einfach.