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Hydraulische Turbomaschine mit Verstellbaren Laufradschaufeln Die
Erfindung betrifft betrifft eine hydraulische Turbomaschine mit verste1lbarenLaufradschaufeln.
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Bei solchen Maschinen ist die Laufradnabe für gewöhnlich mit Öl gefüllt,
und die Verstellung der Laufradschaufeln erfolgt meistens durch einen außerhalb
der Laufradnabe befindlichen Servomotor, dem das Steueröl durch eine oberhalb des
Generators angeordnete Ölzuführungseinrichtung zugeführt wird. Falls es sich um
eine Kaplanturbine handelt, die einen Generator antreibt, so erfordert diese Art
der Ölzuführung jedoch eine hohlgebohrte Generatorwelle, und ferner ist meistens
bei neueren Anlagen von gedrängter Bauart für die oberhalb des Generators anzuordnende
Ölzu,führungsei.nrichtung kein Platz vorhanden, ganz abgesehen davon, daß durch
das aus der Ölzuführungseinrichtung leckende 01 leicht eine unzulässige Verschmutzung
des Generators erfolgen kann. Aus diesem Grund wird daher neuerdings eine zwischen
dem Generator und der Turbine angeordnete Ölzuführung bevorzugt. Dabei werden für
die Ölzuführung vielfach die Radiaflager der Turbinenwelle benutzt. Derartige Radiallageir
müssen aber durch geeignete Stopfbüchsen gegen heraustretendes Lecköl gedichtet
werden, wobei die Stopfbüchsen zeitweise unter hohem Öldruck stehen, so daß sie
starken Abnutzungen ausgesetzt sind.
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Außerdem ist eine Turbine bekannt, bei der das Lecköl der Radiallager
in einzelnen Leckölsammelräumen aufgefangen wird, von denen einer gleichzeitig als
Ölraum für ein Spurlager dient. Solche Leckölsammelräume wären aber bei .einer durch
die Radiallager gehenden Zu- und Abführung des zur
Betätigung des
Servomotors dienenden Öls nicht zweckmäßig, da infolge des hohen Druckes dieses
Öls große Mengen Lecköl aus den Lagern austreten würden, die dann wieder aus den
einzelnen, offenen Sammelräumen abgeführt werden müßten.
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Zweck der Erfindung ist, die vorstehend erwähnten Nachteile bei hydraulischen
Turbomaschinen mit verstellbaren Laufradschaufeln, bei denen der durch gesteuertes
Drucköl, das von einer außerhalb der Welle angeordneten Ölpumpe geliefert wird,
betätigte Servomotor für die Verstellung der Laufradschaufeln außerhalb der mit
Öl gefüllten Laufradnabe innerhalb der Welle angeordnet und zwischen Servomotor
und Laufradnabe mindestens ein Radiallager für die Maschinenwelle vorgesehen ist
und ferner die Zu- und Abführung des zur Betätigung des Servomotors dienenden Öls
durch dieses bzw. diese Radiallager hindurch erfolgt, zu vermeiden und gleichzeitig
die Ölversorgung der Laufradnabe sicherzustellen. Zu .diesem Behuf ist erfindungsgemäß
ein mit den beiden Endseiten des Radiallagers bzw. der Radiallager in Verbindung
stehender, die Maschinenwelle umgebender gemeinsamer Leckölsammelraum vorgesehen,
von dem aus der Ölraum der Nabe mit Öl versorgt wird. Dieser Leckölsammelraum ist
hierbei gegenüber dem zwischen Leitrad und Laufrad befindlichen Wasserraum durch
mindestens eine Stopfbüchse abgedichtet.
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Durch die erfindungsgemäße Bauweise werden die nach außen abzudichtenden
Stellen des Ölsystems auf eine Mindestzahl reduziert, was bei Druckölzuführungen
für die Betätigung der Servomotoren besonders wichtig ist. Der besagte Raum kann
dabei unter einem gewissen Druck gehalten werden. Das Lecköl des Lagers bzw. der
Lager wird zum Ersatz von Ölverlusten in der Nabe verwendet, welche an den Schmierstellen
der Schaufelzapfen auftreten können.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigt die Figur einen Teil eines Axialschnittes durch
eine Kaplanturbine und eines von dieser angetriebenen, elektrischen Generators.
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In der Zeichnung bezeichnet i die hohl ausgebildete Nabe des Turbinenlaufrades.
Von den in dieser Nabe i verstellbar ,gelagerten Schaufeln ist nur eine gezeigt,
die mit dem Bezugszeichen :2 belegt ist. Die Turbinenwelle setzt sich aus drei hohlgebohrten
Teilstücken 3, 4, 5 zusammen, die in nicht gezeigter Weise starr miteinander verbunden
sind und von denen ferner das untere Teilstück 3 auch starr mit der Nabe i verbunden
ist. Das obere Wellenteilstück 5 bildet gleichzeitig den Zylinder eines hydraulisch
betätigten Servomotorkolbens 6 für die Verstellung der Laufradschaufeln 2. Der Kolben
6 des außerhalb der Laufradnabe i angeordneten Servomotors ist mit einer Verstellstange
7, die sich durch den Hohlraum der Wellenstücke 3, 4 und 5 hindurch erstreckt, starr
verbunden. Die Stange 7 trägt am unteren Ende einen Verstellkopf 8, von dem aus
die Längsbewegungen der Stange 7 durch an sich bekannte und daher nicht veranschaulichte
Mittel in eine Drehbewegung der Laufradschaufeln 2 umgesetzt werden. Mit dem gleichzeitig
den Servomotorzylinder bildenden Wellenstück 5 ist der Rotor 9 eines von der Turbine
angetriebenen Generators drehfest verbunden; der Stator dieses Generators ist mit
dem Bezugszeichen io belegt.
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Die Turbinenwelle 3, 4, 5 ist zwischen Servomotor 5, 6 und Laufradnabe
i in zwei Radiallagern i i und 12 geführt, und die Axialkräfte, welche auf die Welle
3, 4, 5 einwirken, werden von einem Spurlager 13 aufgenommen, auf das sich das Wellenstück
5 mit einem ringförmigen Ansatz 14 abstützt.
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Die Zu- und Abführung des zur Betätigung des Servomotorkolbens 6 dienenden
Öls erfolgt durch die Radiallager i i und 12, hindurch. Zu diesem Zweck ist an einen
ringförmigen Raum 15 des Radiallagers i i eine zum Zu- und Abfühiren von Öl dienende
Leitung 16 angeschlossen. Der Ringraum 15 steht durch Bohrungen 17 im Wellenstück
4, ferner durch einen von der Verstellstange 7 und dem Wellenstück 4 begrenzten
Ringraum 18 und durch Kanäle i91 in einer Führungsbüchse i9 mit dem Zylinderraum
2o unterhalb des Servomotorkolbens 6 in Verbindung. Ferner ist an einen ringförmigen
Raum 2i des Radiallagers 12 eine zum Zu- und Abführen von Öl dienende Leitung 22
angeschlossen. Dieser Ringraum 21 steht durch Kanäle 23 im Wellenstück 3 und durch
eine Bohrung 24 in der Verstellstange 7 mit dem Raum 25 oberhalb des Servomotorkolbens
6 in Verbindung.
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Die Turbinenwelle 3, 4, 5 wird von einem gehäuseartigen Teil
26 umgeben, der zusammen mit der Turbinenwelle einen Raum 28 begrenzt. Der
Raum 28 steht einmal durch Bohrungen 29 im Lagergehäuse 12 mit einem im Turbinendeckel
31 vorgesehenen Hohlraum 30 in Verbindung. Der Raum 30 steht seinerseits
durch einen Ringraum 32, der von einem Rohrstück 27 innerhalb einer Stopfbüchse
33 und dem Wellenteil 3 begrenzt wird, ferner durch Kanäle 34 im untersten Teil
des Wellenstückes 3 und Kanäle 35 in der Nabe i mit dem Nabenhohlraum 36 in Verbindung.
Der erwähnte Hohlraum 28 steht aber auch durch Kanäle 37 im Gehäuse des Radiallagers
i i mit einem Raum 38 oberhalb des Radiallagers i i in @Terbindung.
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Im Betrieb sind der Raum 36 der Nabe i, ferner die Räume 30,:28 auf
beiden Endseiten des Radiallagers 12 und die Räume 28.38 zu beiden Endseiten
des Radiallagers i i mit Öl gefüllt, wobei alle diese Räume 36, 30, 28 und 38 miteinander
in Verbindung stehen. Der ein Längsstück der Turbinenwelle umgebende Raum 28 dient
dabei zum Sammeln des aus den Radiallagern i i und 12 austretenden Lecköls und zur
Ölversorgung der Laufradnabe. Gegenüber dem zwischen Leitrad 41 und Laufrad 1, 2
befindlichen Wasserraum 40 sind die Räume 30, 28 durch eine einzige Stopfbüchse
27, 33 abzudichten, von welcher der Teil 27 drehfest mit dem Wellenteil 3
und der zweite Teil 33 drehfest
mit dem Turbinendeckel 31 verbunden
ist. Dabei sind den Radiallagern z z und r2 unmittelbar überhaupt keine Stopfbüchsen
zuzuordnen.
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Bei der gezeigten Ausführungsform ist zwischen dem Sammelraum 28,
oder genauer ausgedrückt zwischen dem mit diesem Raum 28 verbundenen Raum 38, und
dem Ölraum 42 des Spurlagers 13
auch noch eine Stopfbüchse 43 vorgesehen.
Eine solche Stopfbüchse läßt sich aber unter Umständen entbehren.
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Der das untere Radiallager 12 umgebende Teil des Turbinendeckels 31
kann mit dem übrigen Teil dieses Deckels ein lösbar verbundenes Stück bilden und
mehrteilig ausgeführt sein, so daß nach Entfernung eines Teiles dieses mehrteiligen
Stückes die unterhalb jenes Radiallagers angeordnete Stopfbüchse 27, 33 zugänglich
wird.
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Je nach Bedarf kann die Welle 3, 4, 5 auch weniger unterteilt sein
bzw. sogar aus einem Stück bestehen.
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Statt des Generatorrotors 9 kann auf dem als Zylinder ausgebildeten
Wellenteil 5 auch ein Zahnrad eines Getriebes drehfest befestigt sein.
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Sinngemäß läßt sich die Erfindung auch bei Kreiselpumpen mit drehbaren
Laufradschaufeln anwenden.