DE907760C - Rohrturbinenlaufrad mit festen oder verstellbaren Schaufeln - Google Patents

Rohrturbinenlaufrad mit festen oder verstellbaren Schaufeln

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DE907760C
DE907760C DEV1253D DEV0001253D DE907760C DE 907760 C DE907760 C DE 907760C DE V1253 D DEV1253 D DE V1253D DE V0001253 D DEV0001253 D DE V0001253D DE 907760 C DE907760 C DE 907760C
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DE
Germany
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blades
outer rim
impeller
hub
piston
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Expired
Application number
DEV1253D
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English (en)
Inventor
Carl Fuchs
Dr-Ing Hugo Kieser
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JM Voith GmbH
Original Assignee
JM Voith GmbH
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Publication date
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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
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/14Rotors having adjustable blades
    • F03B3/145Mechanisms for adjusting the blades
    • 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
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/40Transmission of power
    • F05B2260/406Transmission of power through hydraulic systems
    • 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
    • F05B2260/00Function
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    • F05B2260/76Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades the adjusting mechanism using auxiliary power sources
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Rohrturbinenlaufrad mit festen oder verstellbaren Schaufeln Die Erfindung betrifft Rohrturbinenlaufräder mit festen oder verstellbaren Schaufeln und bezweckt, die von Fliehkräften und Erwärmung herrührenden Formänderungen des Laufradkranzes für die Schaufeln unschädlich zu machen und gleichzeitig das Rundlaufen des Laufradkranzes sicherzustellen.
  • Man hat gegen diesen Einfluß auf die an der Nabe und am Außenkranz entweder radial starr befestigten oder drehbar gelagerten Laufradschaufeln, welcher Einfluß sich in nicht mehr aufnehmbaren Zugbelastungen der Schaufeln äußerte, vorgeschlagen, die Formänderungen durch Aufschrumpfen des Polringes auf den Laufradkranz zu verkleinern oder aber die Verbindungen der Schaufeln mit der Nabe oder mit dem Außenkranz oder mit beiden radial beweglich zu machen. Beide Vorschläge führten nicht zum Erfolg.
  • Das Aufschrumpfen verringert wohl die Zugspannungen, bringt aber andere, noch schwerer überwachbare Beanspruchungen mit sich; die radiale Beweglichkeit der Schaufeln aber gibt dem Außenkranz die Möglichkeit, infolge seines Eigengewichtes Bewegungen quer zur Achse zu machen, die für den Betrieb äußerst bedenkliche Schwingungen des Kranzes zur Folge haben können. Die Erfindung hilft den Mängeln der bisher angewandten oder vorgeschlagenen Bauarten dadurch `ab, daß die Schaufeln wohl mit der Nabe radial beweglich verbunden werden, daß aber die bei außermittiger Verlagerung des Außenkranzes auftretende radiale Relativbewegung zwischen Schaufel und Nabe dazu benutzt wird, um eine Rückstellkraft auszulösen. Das geschieht nach einem besonderen Merkmal der Erfindung dadurch, daß der Laufradaußenkranz über die Schaufeln Kräften ausgesetzt wird, die sich bei zentrischer Lage des Außenkranzes gegenseitig das Gleichgewieht halten, daß jedoch bei außermittiger Verlagerung die Kraftwirkung auf den am weitesten ausgewichenen Teil des Laufradaußenkranzes mit der zugeordneten Schaufel durch die Relativbewegung der letzteren gegenüber der Nabe unterbrochen und dadurch die Kraft auf den am nächsten zur Laufradmitte stehenden Teil des Außenkranzes so lange zur Wirkung gebracht wird, bis die zentrische Lage wiederhergestellt ist.
  • Zur 'v'erwirkliclrung der angegebenen Lösungswege weist z. B. eine in der Nabe gleichachsig angeordnete und mit ihr umlaufende Vorrichtung zweckmäßig einen durch Druckflüssigkeit beaufschlagten Stellmotor mit Drehkolben oder geradlinig laufendem Kolben auf, der über ein Gestänge od. dgl. kraftschlüssig mit den einzelnen Schaufeln in Verbindung steht. Der Mechanismus, der die Kraft vom Kolben auf die radial beweglichen Schaufeln überträgt, wird durch Hebel gebildet, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von je einem Zwischenstück zwischen einer Schaufel und dem oder den zugewandten Enden des oder der zugehörigen (Schwenk-) Hebel.
  • Statt durch Hebel kann die Bewegung des Kolbens auch erfindungsgemäß unter Keilwirkung auf die Schaufeln übertragen «-erden. Zu diesem Zweck kann an dem Kolben ein Kegel befestigt «erden, der über entsprechende keilförmige radial bewegliche Zwischenstücke auf die Schaufeln kraftschlüssig einwirkt.
  • Auf diesen nur beispielsweise angegebenen Lösungswegen wird ein Unrundlaufen des Außenkranzes der Rohrturbine vermieden. Damit Bewegungen des Ringes quer zur Drehachse nur infolge seines Eigengewichtes völlig ausgeschlossen sind, muß die von einer Schaufel auf den Außenkranz ausübbare Kraft mindestens gleich dem Gewicht der gesamten umlaufenden Maschinenteile sein, weil sonst der Kranz die Kraft des Radialausgleichs überwinden und an einer gerade senkrecht stehenden Schaufel quer zur Drehachse herabgleiten und sich außermittig stellen könnte. In der Zeichnung stellt dar Abb. i Schema eines Rohrturbinenlaufrades gemäß der Erfindung bei Rundlauf, Abb.2 Schema des gleichen Rohrturbinenlaufrades bei außermittig stehendem Außenkranz, Abb. 3 Längsschnitt durch eine Laufradnabe für verstellbare Schaufeln, Ausführungsbeispiel eines Radialausgleichs mit Drehkolbenstellmotor, Abb. q. Querschnitt zur Abb. 3, Einzelheiten der Verbindung zwischen Stellmotorwelle und Schaufelzapfen, Abb.5 Längsschnitt durch eine Laufradnabe mit festen Schaufeln, Ausführungsbeispiel eines Radialausgleichs mit Stellmotor mit geradlinig laufendem Kolben.
  • Das Laufrad (Abb. i und 2) ist zusammengesetzt aus der Nabe i, den Schaufeln :2 mit den nabenseitigen Zapfen 3, die mit der Nabe i radial beweglich sind, und den kranzseitigen Zapfen., die mit dem Außenkranz 5 radial fest verbunden sind. In die Nabe i gleichachsig eingebaut ist der Radialausgleich, hier als Zylinder 6 mit Kolben 7 dargestellt, dessen Kolbenstange 8, in den Lagern 9 und io verschiebbar gelagert, mit den Lenkern i i und 12 auf die Druckstücke 13 und 14 wirkt, die ihrerseits die auf den Kolben 7 vom FlÜssigkeitsdruck ausgeübte Kraft durch Kraftschluß auf die Stirnflächen 15 und 16 der nabenseitigen Schaufelzapfen 3 übertragen. Durch Wahl geeigneter Winkel zwischen der Kolbenstange 8, den Lenkern i i und 12 und den Achsen der Schaufeln 2 kann zwischen der Kolbenkraft und den Kräften auf die Schaufeln 2 noch eine Übersetzung erzielt werden. Beim Laufrad mit rundlaufendem Kranz nach Abb. i liegen die Druckstücke 13, i4.. . , vom Kolben 7 angedrückt, alle gleichmäßig an den Zapfenstirnenden 15, 16 . . . an, weil bei Rundlauf die Größe aller Radien des Kranzes bis zur Drehachse gleich groß sind. Der Kranz wird durch die Druckkräfte im Rundlauf erhalten. Tritt nun aber durch das Eigengewicht, durch das Unrundwerden des Außenkranzes durch sein Eigengewicht, durch axiales Spiel im kranzseitigen Drehzapfenlager, infolge Nachlassens der Kolbenkraft eine kleine Bewegung des Ringes senkrecht zur Drehachse ein, so bildet sich der in Abb.2 dargestellte Zustand aus: Das Gewicht der umlaufenden Maschinenteile und die auf das Zapfenstirnende 16 der unteren Schaufel e drückende Kraft wirken in der gleichen Richtung, der Kranz geht von der in Abb. 2 strichpunktiert gezeichneten Lage in die ausgezogen gezeichnete Lage über und ist dabei um eine Strecke 17 aus dem Mittel gekommen. Die mit ihm radial fest verbundene Schaufel macht den gleichen Weg und mit ihr der Zapfen 3 mit seiner Stirnfläche 16. Das Druckstück 1d. kann jedoch nicht folgen, weil es nur kraftschlüssig mit dem Zapfen 3 verbunden ist und seine Lage von der Kolbenstange 8 und dem Lenker 12 bestimmt wird, die wiederum von der Lage der im Kraftschluß mit dem Druckstück 13 stehenden Stirnfläche 15 des Zapfens 3 der, oberen Schaufel 2 abhängen. Bei dieser Einstellung kann vom Radialausgleich keine Kraft mehr auf den Zapfen 3 _der unteren Schaufel ausgeübt werden, denn zwischen der Zapfenstirnfläche 16 und dem Druckstück 14 besteht der Spielraum 18; die Kraft des Radialausgleichs, für jede Schaufel mindestens gleich dem Gewicht der umlaufenden Maschinenteile, wirkt nur noch auf die obere Schaufel 2 und über sie auf den Außenkranz 5, der dadurch angehoben wird, so lange, bis die Stirnfläche 16 des inneren Zapfens 3 der unteren Schaufel 2 am Druckstück 1q. anliegt, das durch die Hubbewegung des oberen Druckstücks 13 eine Bewegung nach unten, dem Zapfen entgegen gemacht hat. Beim Anliegen des unteren Druckstücks 14 auf der Zapfenstirnfläche 16 sind die Radien des Außenkranzes in bezug auf die Drehachse weder ausgeglichen, der Kranz ist in die mitbige Lage zurückgezwungen worden.
  • Der Radialausgleich erhält, wie schon bemerkt, seinen Antrieb vorzugsweise durch einen hydraulischen Stellmotor, obwohl nichts im Wege liegen würde, den Antrieb auch mechanisch zu bewerkstelligen. In Abb.3 ist ein Längsschnitt durch einen Radialausgleich mit hydraulischem Stellmotor mit Drehkolben dargestellt. Der Motor ist in der Radnabe i eingebaut und besteht aus einem Gehäuse 20 mit Deckel 21, dem Drehkolben 22 und der Stellwelle 23, auf die der Kolben aufgekeilt ist. Durch die Leitung 24 wird der Motor mit Drucköl aus einer beliebigen- welle versorgt. Die Stellwelle 23 wird in zwei Lagern 25 und 26 zu beiden Seiten der rabenseitigen Zapfen 3 der hier verstellbar angeordneten Schaufeln gut unterstützt. Den Stirnflächen 15 und 16 der Zapfen 3 gegenüber ist die Stellwelle 23 auf ihrem ganzen Umfang mit Nuten 27 versehen, deren Form im Querschnitt (Abb. 4.) dargestellt ist. In den Schaufelzapfen 3 sind die Druckstücke 13 und 14 geführt, die an ihrer Innenseite 28 mit Nuten 29 von einem dem der Nuten 27 in der Stellwelle 23 entsprechenden Querschnitt versehen sind. Zwischen die Nuten 27 in der Stellwelle 23 und die Nuten 29 in den Druckstücken 13 werden stelzenförmige Lenker 30 eingeschoben. die die Kraft der Stellwelle gleichmäßig auf alle Druckstücke, also auch auf alle Schaufeln, und zwar erfindungsgemäß durch nur auf Druck wirksamen Kraftschluß übertragen, Die zum richtigen Arbeiten des Radialausgleichs zudem erforderliche radiale Nachgiebigkeit der Lagerung des rabenseitigen Schaufelzapfens 3 wird durch den Spielraum 31 zwischen der auf dem Zapfen sitzenden Verstellkurbel 32 und der Nabe i gesichert.
  • Bei dem in Abb.5 dargestellten Längsschnitt durch einen Radialausgleich mit Stellmotor mit geradlinigem Kolherweg ist ,der aus dem Zylinder 35 und dem Kolben 36 bestehende Stellmotor wiederum gleichachsig in die Laufradnabe i eingel>iaut und erhält sein Drucköl durch die Leitung 37. Der Kolben 36 wirkt über das Verlängerungsstück 3<8 auf den kegelförmigen Druckring 39, der mit seiner Kegelfläche über die Druckstücke .Io auf die rabenseitigen Schaufelzapfen 3 einwirkt, die hier festen, also nicht verstellbaren Schaufeln 2 angehören. Der Federkeil 41 verhindert Drehbewegungen des Zapfens 3. Die erfindungsgemäße, nur auf Druck wirksame Kraftschlüssigkeit zwischen dem Stellmotor und den Schaufelzapfen ist durch das Anliegen der Druckstücke :Io am Druckring 39 und im Schaufelzapfen 3 gesichert. Mit seiner Verlängerung 42 wird der Druckring im Lager 43 geführt und dadurch gegen die von ihm ausgeübten Drücke gut gelagert.

Claims (7)

  1. PATENTANSPHÜCIIE: i. Verfahren zum Unwirksammachen der nachteiligen Wirkungen der von Fliehkräften und Erwärmung herrührenden Formänderungen des Laufradaußenkranzes einer Rohrturbine auf die festen oder verstellbaren Schaufeln und zur gleichzeitigen Sicherung des Rundlaufens des Laufradaußenkranzes, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln an der Laufradnabe radial nachgiebig gelagert, dagegen am Außenkranz befestigt bzw. radial fest gelagert werden und daß die bei außermittiger Verlagerung des Außenkranzes auftretende radiale Relativbewegung zwischen Schaufel und Nabe dazu benutzt wird, um eine Rückstellkraft auszulösen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufradaußenkranz über die Schaufeln Kräften ausgesetzt wird, die sich bei zentrischer Lage des Außenkranzes gegenseitig das Gleichgewicht halten, daß jedoch bei außermittiger Verlagerung die Kraftwirkung auf den am weitesten ausgewichenen Teil des Laufradaußenkranzes mit der zugeordneten Schaufel durch Relativbewegung der letzteren gegenüber der Nabe unterbrochen und dadurch die Kraft auf den am nächsten zur Laufradmitte stehenden Teil des Außenkranzes so lange zur Wirkung gebracht wird, bis die zentrische Lage wiederhergestellt ist.
  3. 3. Rohrt.urbinenlaufrad mit einer Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Vorrichtung in der Nabe gleichachsig angeordnet ist und mit ihr umläuft und zweckmäßig einen durch Druckflüssigkeit beaufschlagten Stellmotor mit Drehkolben oder geradlinig laufendem Kolben aufweist, der über ein Gestänge od. dgl. kraftschlüssig mit den einzelnen Schaufeln in Verbindung steht. .I.
  4. Rohrhurbinenlaufrad nach Anspruch 3 mit in der Nabe radial beweglich gelagerten Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus, der die Kraft vom Kolben auf die radial beweglichen Schaufeln überträgt, durch Hebel gebildet wird, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von je einem Zwischenstück zwischen einer Schaufel und dem oder den zugewandten Enden des oder der zugehörigen (Schwenk-) Hebel.
  5. 5. Rohrturbinenlaufraid nach Anspruch 3 mit in der Nabe radial beweglich gelagerten Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Kolbens unter Keilwirkung auf die Schaufeln übertragen wird.
  6. 6. Rohrturbinenlaufrad mit in der Nabe radial beweglich gelagerten Schaufeln nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kolben (36) ein Kegel (39) befestigt ist, der über entsprechende Keilflächen und radial bewegliche Zwischenstücke (4o) auf die Schaufeln (2) kraftschlüssig einwirkt.
  7. 7. Rohrturbinenlaufrad nach Anspruch 4., dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel des die Kraft vom Drehkolbenstellmotor (22) auf die radial lr:weglichen Schaufeln (2) übertragenden 'Mechanismus als stelzenförmige Lenker (30) ausgebildet sind, die zwischen Nuten (29) an der Innenseite (28) der Z@vischenstiicl:e (13 bzw. 14) und der Stellwelle (23) des Drehkolbens eingespannt sind. B. Rohrturb@inenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche> 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft einstellbar bzw. regelbar und etwa gleich dem Gewicht der umlaufenden Maschinenteile gewählt wird.
DEV1253D 1943-04-11 1943-04-11 Rohrturbinenlaufrad mit festen oder verstellbaren Schaufeln Expired DE907760C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103397970A (zh) * 2013-08-16 2013-11-20 重庆同利实业有限公司 水母式水轮机

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103397970A (zh) * 2013-08-16 2013-11-20 重庆同利实业有限公司 水母式水轮机

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