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Teilbare Leitschaufel Im Wasserturbinen- und Pumpenbau, besonders
bei Großanlagen, ist es erstrebenswert, daß man jede einzelne Leitschaufel demontieren
kann, ohne daß sonst an der Turbine andere Arbeiten vorgenommen werden müssen.
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Bisher hat man diese Möglichkeit nur teilweise erreicht, indem man
neben der eigentlichen Leitschaufel noch andere Teile, zum mindesten deren Bolzen
bei Innenregulierung und bei Außenregulierung die Lagerung der Bolzen demontieren
mußte. Im letzteren Fall aber mußten neben der Lagerung des Bolzens noch Teile des
Laufraddeckels oder der Laufradkammer ausgebaut werden, um die Leitschaufeln, welche
in einem Stück hergestellt waren, überhaupt aus der Turbine ausbauen zu können.
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Zweck der Erfindung ist es, eine Leitschaufel zu schaffen, welche
noch bei den größten Ausführungen relativ leicht und schnell ausgebaut werden kann,
ohne daß sonst irgendwelche anderen Turbinenteile in Mitleidenschaft gezogen würden.
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Hierzu ist die Leitschaufel in an und für sich bekannter Weise aus
zwei Hauptteilen zusammengebaut, die durch eine Ebene geteilt sind, die etwa parallel
zur Hauptströmungsrichtung des Wassers liegt und durch die Drehachse der Leitschaufel
hindurchgeht. Während bei bekannten derartigen Schaufeln die beiden Hauptteile fest
und nicht ohne weiteres demontierbar miteinander verbunden sind, sind die beiden
Hauptteile der erfindungsgemäßen Leitschaufeln federnd ausgebildet und durch geeignete
lösbare Verbindungen verbunden, etwa durch Schrauben, welche beiderseits des Leitschaufelbolzens
so angeordnet sind, daß durch die Verbindung die federnden Leitschaufelhälften gleichzeitig
an
den Leitschaufelbolzen an- und an den Stoßstellen an der Wasserein- und -austrittsseite
der Schaufeln gegeneinandergepreßt werden.
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Es hat sich herausgestellt, das die Anpressung der Leitschaufelhälften
an den Leitschaufelbolzen bei gleichzeitiger Anpressung der Stoßstellen der Hälften
an den Ein- und Austrittsseiten der Leitschaufeln nur dann in ausreichendem Maße
erzielt wird, wenn die Strecke zwischen Stoßstellen und Leitschaufelbolzen in einem
bestimmten Verhältnis durch die Lage der Verbindungen geteilt wird. Das Verhältnis
der Streckenteilung muß in den Grenzen zwischen i : q. bis i : o,25 liegen.
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Erfindungsgemäß ist die Verschiebung der beiden Leitschaufelhälften
gegenüber den Leitschaufelbolzen, welche hauptsächlich durch Reibung verhindert
wird, außerdem durch kurze Passtifte hintangehalten, welche aber nicht tief in den
Leitschaufelbolzen hineinragen, um dessen Festigkeit möglichst nicht zu verringern.
Ferner können auch Füllstücke verwendet werden, die durch die den axialen Stirnflächen
der Leitschaufeln zunächst liegenden Schrauben festgehalten werden und sich gleichzeitig
gegen den Leitschaufelbolzen pressen, so das eine Verschiebung auch durch diese
verhindert wird. Diese Füllstücke können aus Montagegründen auch zweiteilig ausgeführt
sein. Schließlich können auch Passtifte oder Passchrauben in den Leitschaufelhälften
so angeordnet werden, das diese an den Leitschaufelbolzen ebenfalls wieder nahe
den axialen Stirnflächen der Leitschaufeln anliegen und dadurch eine Verschiebung
der Leitschaufelhälften verhindern.
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Erfindungsgemäß sind die Verbindungsmittel aus rostfreiem Material
hergestellt, zumindest aber mit nichtrostender Oberfläche versehen, damit es jederzeit
ohne Schwierigkeiten auch nach jahrelangem, selbst bei aggressivem Wasser gehaltenem
Betrieb noch möglich ist, die Leitschaufeln zu demontieren.
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Für größere Nutzfallhöhen, bei welchen die Leitschaufeln auch quer
zur Strömungsrichtung erheblich auf Biegung beansprucht werden, ist es zweckmäßig,
die Leitschaufeln an den Stoßstellen mit einer Verzahnung zu versehen, damit die
Leitschaufeln ein Widerstandsmoment ergeben, welches etwa dem einer Leitschaufel
gleich ist, welche an den Stoßstellen durch Schweißung verbunden ist.
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Die beschriebenen Leitschaufeln können nicht nur bei Turbinen mit
Außenregulierung Verwendung finden, sondern auch bei solchen mit Innenregulierung
sowie bei Pumpen und anderen ähnlichen Rotationsmaschinen; an die Stelle des Leitschaufelbolzens
treten bei Innenregulierung dann erfindungsgemäß Füllstücke mit Bohrungen, wobei
die Bohrungen in den Füllstücken dem Durchmesser der Leitschaufelbolzen entsprechen,
die z. B. als Stehbolzen zwischen dem unteren und oberen Leitradkranz angeordnet
sind und nicht ausgetauscht werden können.
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Die Leitschaufelkonstruktion hat auch erzeugungstechnisch sehr große
Vorteile. Bisher wurden die Leitschaufeln bei Außenregulierung mit den Leitschaufelbolzen
bzw. Stielen zusammen gegossen. Die Bearbeitung der Leitschaufelbolzen (Stiele)
war daher relativ teuer, weil infolge des mitgegossenen Schaufelblattes nur eine
relativ geringe Schnittgeschwindigkeit beim Drehen gewählt werden konnte. Das gleiche
war auch der Fall, wenn die Schaufeln in Schweißkonstruktion hergestellt waren.
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Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ist es aber möglich, den Leitschaufelbolzen
für sich fix und fertig zu bearbeiten, was mit den größtzulässigen Schnittgeschwindigkeiten,
welche durch das Drehmessermaterial gegeben sind, geschehen kann, wodurch billigste
Herstellung gewährleistet ist.
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Leitschaufeln, welche nach obigen Konstruktionsmerkmalen gebaut. sind,
können, wie angestrebt, ohne das sonst ein Teil der Turbine demontiert zu werden
braucht, leicht und schnell ausgebaut werden, wenn dies erforderlich wird. Außerdem
ergeben sich für die Herstellung der übrigen Teile der Turbine Ersparnisse, weil
wegen der erforderlichen Demontierbarkeit der Leitschaufeln auf diesen Umstand weiterhin
keinerlei Rücksicht genommen werden muß.
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Fig. i zeigt eine Leitschaufel für Außenregulierung. Der Leitschaufelbolzen
1o ist in dem Stück, mit welchem er innerhalb der Leitschaufelhälften 2 und 3 liegt,
in bekannter Weise der Form der Leitschaufel angepaßt. Die beiden Hälften 2 und
3 sind durch die je in einer Reihe liegenden Schrauben q. und 5 zusammengepreßt,
wobei die Leitschaufelhälften im Bereich der Schraubenlöcher angeschweißte Verstärkungen
q.a und 5a besitzen können. Die Schrauben 4 und 5 sind in Fig. i mit Senkköpfen
dargestellt. Es können aber ohne weiteres auch Innensechskantschrauben verwendet
werden. Sie sind aus rostfreiem Material hergestellt oder oberflächenbehandelt und
damit rostunempfindlich, so das sie auch nach längerer Zeit, innerhalb welcher die
Leitschaufeln im Wasser waren, gelöst werden können.
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Von größter Bedeutung ist die Lage der Schrauben in bezug auf die
Strecken a und b, ä und b'. Das Verhältnis von a : b bzw. d
: b' muß innerhalb der Werte i : q. und i : o,25 liegen, wenn bei den verschiedenen
hydraulischen Verhältnissen der gewünschte Effekt erreicht werden soll. Die Teilung
e, die Blechstärke s und die zulässige Zugbeanspruchung der Schrauben q. und 5 muß
so aufeinander abgestimmt sein, das in dem Stück von der Breite e und der Länge
(a -I- b) einer Leitschaufelhälfte durch die maximal zulässigen Zugkräfte der Schrauben
q. bzw. 5 in den Schaufeln Biegebeanspruchungen von etwa 12oo kg/qcm hervorgerufen
werden. Diese Forderung ist zu stellen, weil auf diese Weise das Material bis an
die Grenzen seiner Festigkeit ausgenutzt wird, wobei gleichzeitig auch beste Verbindung
mit den Leitschaufelbolzen entsteht.
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Die Passtifte 8 dienen zusätzlich zur Reibung, welche durch die Anpressung
der Leitschaufelhälften an den Leitschaufelbolzen entsteht, dazu, eine Verschiebung
der Leitschaufelhälften gegenüber
dem Leitschaufelbolzen zu verhindern.
Dies kann auch durch an den Leitschaufelhälften angeordnete Paßstücke 7 erreicht
werden, welche den Leitschaufelbolzen überhaupt nicht schwächen. Der gleiche Zweck
kann ferner durch Füllstücke 6 erreicht werden, welche durch die den axialen Stirnflächen
der Leitschaufeln zunächst liegenden Schrauben 4. und 5 festgehalten werden, sich
gegen den Leitschaufelbolzen legen und dadurch eine Verschiebung der Leitschaufelhälften
gegenüber dem Bolzen verhindern. Diese Füllstücke können auch zweiteilig ausgeführt
werden.
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Fig.2 zeigt eine Leitschaufel für Innenregulierung. Die beiden Schaufelhälften
2a und 3a werden nach den gleichen Grundsätzen wie gemäß Fig. i durch Schrauben
4 und 5 zusammengepreßt. An Stelle des Schaufelbolzens sind aber Füllstücke i vorgesehen,
welche Büchsen ib mit Bohrungen ja besitzen, durch welche die Leitschaufelbolzen
(in Fig. 2 nicht gezeichnet) durchgesteckt werden. Die Füllstücke können ein- oder
mehrteilig sein, wobei die Büchsen ib bekannterweise aus nichtrostendem Material
guter Gleiteigenschaft bestehen. Die Sicherung der Füllstücke gegenüber den Leitschaufelhälften
wird zusätzlich zu der im gleichen Sinne wirkenden Reibungskraft durch die Paßstifte
7 erzielt.