DE883426C - Freistrahlturbine - Google Patents

Freistrahlturbine

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DE883426C
DE883426C DEV3220A DEV0003220A DE883426C DE 883426 C DE883426 C DE 883426C DE V3220 A DEV3220 A DE V3220A DE V0003220 A DEV0003220 A DE V0003220A DE 883426 C DE883426 C DE 883426C
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DE
Germany
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impeller
free jet
jet turbine
turbine according
distance
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Expired
Application number
DEV3220A
Other languages
English (en)
Inventor
Otto Dr-Ing Boehm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JM Voith GmbH
Original Assignee
JM Voith GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by JM Voith GmbH filed Critical JM Voith GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of DE883426C publication Critical patent/DE883426C/de
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B1/00Engines of impulse type, i.e. turbines with jets of high-velocity liquid impinging on blades or like rotors, e.g. Pelton wheels; Parts or details peculiar thereto
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/02Casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors
    • F05B2240/24Rotors for turbines
    • F05B2240/241Rotors for turbines of impulse type
    • F05B2240/2411Pelton type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

  • Freistrahlturbine In neuerer Zeit werden Freistrahlturbinen für immer höhere Gefälle und Drehzahlen gebaut. Dabei wird die Wasserführung im Gehäuse der Turbine immer schwieriger. Das aus den Schaufeln des Laufrads abspritzende Wasser wird nämlich durch Aufprall auf die Gehäusewandungen teilweise wieder auf das Laufrad zurückgelenkt und beaufschlagt dieses in einer der Drehrichtung entgegengesetzten Richtung, was eine erhebliche Wirkungsgradverschlechterung zur Folge hat. Außerdem tritt dabei eine Anreicherung der Luft im Laufrad mit Wassergischt ein, was ebenfalls eine Wirkungsgradeinbuße bedeutet. Es ist an sich bekannt, das Laufradgehäuse zur Erzielung einer rückwirkungsfreien Abführung des Abwassers besonders zu formen und außerdem noch besondere Ablenkflächen besonders seitlich des Laufrads und an der dem Einlauf gegenüberliegenden Front anzuordnen. Diese bekannten Einrichtungen reichen jedoch für besonders hohe Gefälle und für Laufräder mit größerer Düsenzahl nicht mehr aus. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ausführungsform anzugeben, die für solche Freistrahlturbinen eine günstige Wasserführung ermöglicht.
  • Gemäß der Erfindung wird das Laufrad durch einen in geringem Abstand von dessen Außendurchmesser angeordneten Mantel umgeben und außerdem seitlich vom Laufrad je eine Prallplatte angeordnet, die zusammen mit dem Mantel beiderseits des Laufrads je einen radialen, in Ablaufräume führenden Spalt bilden. Der das ganze Laufrad umgebende und nur von den Dösen durchbrochene Mantel sowie die seitlichen Prallplatten werden so angeordnet und so glattwandig ausgeführt, daß sich die Abwasserfäden des Abstrahls ohne Rückspritzer in eine Strömung auf dem Mantel und auf den Prallplatten verwandeln. Durch den radialen Spalt zwischen Mantel und Prallplatte beiderseits des Laufra, ds wird das Abwasser nach außen abgeführt, so daß es nicht mehr auf das Laufrad auftreffen kann. Die Formgebung ist dabei so, daß das Abwasser durch die ihm noch innewohnende Energie gänzlich aus dem Laufradgehäuse wegtransportiert wird und nicht wie bisher bei seiner Umlenkung in die Ablaufrichtung aus dem Gehäuse wieder in bremsende Berührung mit dem Laufrad gelangen kann. Selbstverständlich könnte auch eine zu große Energie der Abwasserschicht des Mantels, .die an sich den Ablauf von .der Prallplatte zu verhindern droht, durch kleine Lenkwände am Ende des Mantels in den radialen Spalt unschädlich bzw. für den Abtransport sogar nutzbar gemacht werden.
  • Der das Laufrad umhüllende Mantel ist etwa als ein Zylindermantel auszubilden oder als ein Doppelkegelstumpfmantel, der in ,der Laufradmittelebene den kleinsten Durchmesser hat und nach beiden Seiten im Durchmesser zunimmt. Der Abstand des Mantels vom Laufrad wird etwa gleich 1/4 bis 1/2 der Schaufelbreite gewählt.
  • Die seitlichen Prallplatten werden als in achssenkrechten Ebenen liegende Platten ausgebildet, die mit einer Rundung an die Nabe des Laufrads anschließen oder als Ringflächen, die von der Laufradnabe an schräg oder gewölbt nach außen verlaufen. Der Abstand bzw. der mittlere Abstand der Prallplatten ist wiederum etwa gleich der halben Schaufelbreite zu wählen. Je glatter die Oberflächen der Prallplatten und des Mantels sind, um so geringer kann ihrAbstandvomLauf radgewählt werd;°n.
  • Für Turbinen mit horizontaler Welle wird zur Abführung des aus den Spalten zwischen Mantel und Prallplatten ablaufenden Wassers an beide Enden .des Mantels je eine Kegelfläche angeschlossen, die mit einer Rundung in die seitlichen Gehäusewandungen übergehen. Der Ringraum zwischen der Prallplatte und der benachbarten Gehäusewand dient also beiderseits des Laufrads als Ablaufraum zur Abführung des durch den Ringspalt abströmenden Wassers.
  • Bei vertikalachsigen Turbinen kann sich an das untere Ende des Mantels wiederum eine Kegelschale anschließen, die mit einer Rundung in eine unterhalb der unteren Prallplatte liegende Führungswand übergeht. Als obere Prallplatte dient vorzugsweise die obere Gehäusewand, wobei dann das durch den oberen Spalt abströmende Wasser außen um den Mantel herum nach unten abgeführt wird.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar in den Abb. i und 2 für eine vierdüsige horizontalachsige Freistrahlturbine und in den Abb. 3 und 4 für eine ebenfalls vierdüsige vertikalachsige Freistrahlturbine.
  • Abb. i zeigt einen Axialschnitt nach der Linie c-b der Abb. 2 und Abb. 2 in der linken Hälfte einen Schnitt nach der Linie c-d.der Abb. i in Richtung A gesehen und in der rechten Hälfte einen Schnitt nach der Linie e-f der Abb. i in Richtung B gesehen. Abb. 3 zeigt wiederum einen Axialschnitt nach der Linie -a'*-b' der Abb. 4 in Richtung A' gesehen und Abb. 4 achssenkrechte Schnitte, in der oberen Hälfte nach der Linie c '-d' und in der unteren Hälfte nach der Linie e'-f' der Abb. 3.
  • Auf der Welle i sitzt das Laufrad 2 mit den Schaufeln 3. In Abb. 2 ist das Laufrad nur durch den mittleren und äußeren Schaufeldurchmesser dargestellt. Es wird in einem gewissen Abstand - von seinem Außendurchmesser von einem zylinderförmigen Mantel 4 umgeben, dessen Länge ungefähr dem 1l/2- bis 2fachen der Schaufelbreite entspricht. Zu beiden Seiten des Laufrads ist je eine Ringscheibe 5 bzw. 6 als Prallplatte angeordnet, die in ihrem größten Durchmesser so gewählt sind, daß sie etwas über den Mantel 4 hinausragen. Zwischen dem Mantel 4 und den Prallplatten 5, 6 wird je ein radialer Ringspalt 7 bzw. 8 gebildet: An die innere Öffnung der ringförmigen Prallplatten schließt sich nach außen je ein die Welle umgebender Zylinder g und io an, während zwischen dem Laufrad und den Prallplatten ein in seinem Durchmesser etwa dem innerenDurchmesser der Schaufelnentsprechendes Zwischenstück ii bzw. 12 an den Prallplatten befestigt ist, das mit einer Rundung in die Prallplatten übergeht. An die Enden des Mantels schließt außen je eine Umlenkschale 13 bzw. 14. an, die zunächst kegelig verläuft und dann mit einer wulstartigen Rundung in die Außenwand 15 bzw. 16 übergeht. Um etwa an den kegeligen Teilen der Umlenkschalen 13 und 14 von außen nach innen drängendes Wasser nicht in den Laufradraum gelangen zu lassen, sind die Umlenkschalen in einen kleinen Abstand vom Rand des Mantels 4 an diesen angesetzt. Durch diesen Rand wird dann an den Kegelflächen nach innen fließendes Wasser wieder in Achsrichtung umgelenkt und von dem durch den Spalt 7 bzw. 8 austretenden Wasserstrahl erfaßt und .mitgenommen.
  • Statt in einer achssenkrechten Ebene liegend könnten die Prallplatten auch leicht gewölbt oder kegelig ausgeführt werden, wie es in der unteren Hälfte der Abb. i gezeigt ist.
  • Bei der Ausführung nach Abb. i treffen die Wasserfäden des Laufradabwassers nahezu senkrecht auf die Prallplatten 5 und 6 und zum Teil auf den Mantel ,4 auf und werden dort unter Umlenkung um 9o° in eine Strömung auf der Platte und auf dem Zylindermantel verwandelt. Die Strömung gelangt dann durch den Spalt 7 und 8 nach außen, wird in der oberen Hälfte durch die Umlenkschalen 13 und 14 nach unten umgelenkt, während sie in der unteren Hälfte unmittelbar in den Ablaufraum abgelenkt wind. In den zwischen den Prallplatten 5 und 6 einerseits und den Außenwänden 15 und 16 andererseits liegenden Ablaufräumen sind noch besondere Führungsbleche 17 und 18 angeordnet, wie aus Abb. 2 ersichtlich ist.
  • Der Mantel 4 könnte auch die in Abb. i oben in gestrichelten Linien :4' angedeutete Form eines Doppelkegelmantels erhalten.
  • Bei der in den Abb. 3 und .4 gezeigten Ausführungsform wird das auf der Welle 21 sitzende Laufrad 2@2 mit den Schaufeln 23 wiederum von einem zylinderförmigen Mantel 24 umgeben. Unter dem Laufrad ist in geringem Abstand eine Prallplatte -25 angeordnet, während die obere Prallplatte von der Gehäusewand 26 gebildet wird. Zwischen Zylindermantel 24 und Prallplatte 25 ist der Ringspalt 27 und zwischen Zylindermantel 2.f und Gehäusewand 26 der Spalt 28 freigelassen. An die obere Gehäusewand 26 schließt sich über eine entsprechende Rundung 30 das zylindrische Gehäuse 31 an, das den oberen Teil des Abwassers hinter dem Zylindermantel 2,4 herum nach unten in den Ablaufraum 32 abführt. Das vom Zylindermantel 24. nach unten ablaufende Wasser vereinigt sich mit dem von der unteren Prallplatte 25 nach außen strömenden Abwasser und wird von der Kegelfläche 33 nach unten in den zweiten Ablaufraum 34 umgelenkt. In den Ablaufräumen 32 und 34 sind wieder besondere vertikale Leitbleche 37 und 38 (s. Abb. 4) angeordnet, die das Wasser in die Richtung zum Auslaß drängen. Etwaige Rückspritzer, die vom Umlenken der aus Spalt 27 austretenden Wassermassen in die durch Bleche wie 37 und 38 erzwungene Richtung herrühren, werden dem Rand des Zylindermantels zugeführt und wiederum dem austretenden Wasser, strom zugeleitet. Für diesen Zweck schließt die Kegelfläche 33 in einem gewissen Abstand vom Rand an den Zylindermantel an. Die Zwischenwand 35 zwischen den beiden Ablaufkammern 32 und 34 könnte etwa auch fehlen.
  • Die Erfindung ermöglicht es, besonders bei horizontalachsigen Freistrahlturbinen eine größere Anzahl von Düsen anzuordnen als bisher, so daß vielfach ein einziges Laufrad genügt, wo bisher deren zwei ausgeführt werden mußten.
  • Bei vertikalachsigen Turbinen, insbesondere solchen für Kavernenkraftwerke, wirkt sich die Erfindung vor allem in einer Verringerung der 3'auhöhe und des Durchmessers aus.
  • Ein weiterer Vorteil einer Ausführung gemäß der Erfindung besteht darin, daß sowohl die Ventilationsverluste als auch das zu verwirbelnde Luftvolumen kleiner ist als bei den bekannten Ausführungen. Bei Ablenkertätigkeit oder beim Durchgehen derTurbine wird die Wasserenergie durch den Abdeckmantel aufgespalten und bis zum Auslauf derTurbine auf einen unschädlichen Wertverringert.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Freistrahlturbine mit Einrichtungen zur Verhinderung einer Rückwirkung des Laufradabwassers auf das Laufrad, gekennzeichnet durch einen das Laufrad (2 bzw. 22) in geringem Abstand von dessen Außendurchmesser umgebenden Mantel (.I bzw. 2.4) und seitlich vom Laufrad angeordnete Prallplatten (5, 6 bzw. 25, 26), die zusammen mit dem Mantel beiderseits des Laufrads je einen radialen, in Ablaufräume führenden Spalt (7, 8 bzw. 27, 28) bilden.
  2. 2. Freistrahlturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufradmantel (4., -2.[) als glatter Zylinder ausgebildet ist.
  3. 3. Freistrahlturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufradmantel (4.') als Doppelkegelmantel mit von der Laufradmittelebene nach beiden Seiten zunehmendem Durchmesser ausgebildet ist. -..
  4. Freistrahlturbine nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Mantels (4., 2.1.) bzw. der mittlere Abstand des Mantels (d') vom Außendurchmesser des Laufrads (2, 22) etwa gleich 1/4 bis 1/2 der Schaufelbreite ist.
  5. 5. Freistrahlturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis ,4, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Prallplatten (5, 6 bzw. 25, 26) als in achssenkrechten Ebenen liegende Platten ausgebildet sind, die mit einer Rundung (12) an die Nabe des Laufrads (2, a2) anschließen.
  6. 6. Freistrahlturbine nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Prallplatten (5, 6 bzw. 25, 26) als Ringscheiben ausgebildet sind, die von der Laufradnabe an leicht kegelig oder nach außen gewölbt verlaufen.
  7. 7. Freistrahlturbine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß -der Abstand bzw. der mittlere Abstand der Prallplatten (5, 6 bzw. 25, 26) vom Laufrad (2, 22) etwa der halben Schaufelbreite entspricht. B. Freistrahlturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 7 mit horizontaler Welle, dadurch gekennzeichnet, daß sich außen an den das Laufrad (2) umgebenden Mantel Kegelflächen (13, i.I) anschließen, die mit einer wulstförmigen Rundung in die seitlichen Gehäusewandungen (15, i6) übergehen. g. Freistrahlturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 7 mit vertikaler Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Prallplatte von der oberen in geringem Abstand vom Laufrad (22) angeordneten Gehäusewand ('26) gebildet wird. io. Freistrahlturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 7 oder g, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das untere Ende des das Laufrad (22) umgebenden Mantels (2.1) eine nach unten sich erweiternde Kegelfläche (33) anschließt, die mit einer Rundung in eine achssenkrechte Führungswand (35) übergeht und einerseits das durch den unteren Radialspalt (27) abfließende Wasser in eine unterhalb der unteren Prallplatte (25) liegende Wasserführungskammer (3-) und andererseits den durch den oberen Radialspalt (28) abgeführten Abwasserstrom in eine zweite darunterliegende Wasserführungskammer (32) leitet. i i. Freistrahlturbine nach Anspruch 8 oder i o, gekennzeichnet durch besondere Führungswände (17, 18 bzw. 37, 38) zwischen den Prallplatten (5, 6) und den äußeren Gehäusewänden (15, 16) bzw. in den Ablaufräumen (32 und 34).
DEV3220A 1951-03-25 1951-03-25 Freistrahlturbine Expired DE883426C (de)

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