NL8500055A

NL8500055A - Water powered generator with fixed blade turbine - mounted on vertical shaft with flow controlled by butterfly valve

Info

Publication number: NL8500055A
Application number: NL8500055A
Authority: NL
Original assignee: Jansen Venneboer B V
Priority date: 1985-01-10
Filing date: 1985-01-10
Publication date: 1986-08-01

Abstract

The inlet to the turbine assembly (1) is set in a dam (3) separating the up-stream (4) and down-stream (5) water levels. The water funnels (11) to the inlet end (10) os a spiral housing (9). A vertical flow control butterfly valve in the outer part of the housing controls the flow rate. At the centre of the spiral the water flows down a cylindrical channel (12) onto the blades (7) of the turbine (6) which turns a vertical shaft (8). The upper end of the shaft is linked via a gearbox (21) to the generator (20). The upper and lower ends of the shaft flare out in hyperbolic cross-section and are supported by conventional bearings.

Description

* NO 32910* NO 32910

Waterturbine.Water turbine.

De uitvinding betreft een waterturbine omvattende een schoepen-wiel met schuin staande schoepen dat is gemonteerd op een verticaal lopende as of naaf en een deze as, boven de schoepen, spiraalvormig omgevend slakkenhuis met een, met de watertoevoer te verbinden ingangs-5 opening, welk huis bij de onderkant is bevestigd aan een, de schoepen omhullend cilindrisch kanaal met een radiaal gerichte ringvormige ingang dat bij de onderkant overgaat in een diffusor voor de afvoer van het water. Een dergelijke waterturbine is algemeen bekend en wordt voornamelijk toegepast bij een betrekkelijk gering verval in de water-10 stroom.The invention relates to a water turbine comprising a blade wheel with oblique blades mounted on a vertically running shaft or hub and a spiral casing surrounding this shaft, above the blades, with an inlet opening to be connected to the water supply, which housing at the bottom is attached to a blade-enclosing cylindrical channel with a radially oriented annular entrance which at the bottom merges into a diffuser for the drainage of the water. Such a water turbine is generally known and is mainly used with a relatively small decay in the water flow.

Bij de bekende turbine van dit type, waarbij het doorstroom-oppervlak van de ingang van het slakkenhuis wezenlijk groter is dan het doorstroomoppervlak van de ingang van het cilindrische kanaal, is om de naaf, stroom opwaarts van het schoepenwiel een krans van beweegbare 15 leidschoepen aangebracht teneinde het water onder een verdere drukver-mindering naar het schoepenwiel te leiden, waarbij de stand van deze leidschoepen instelbaar is om bij een deellast toch een hoog rendement te kunnen verkrijgen. Daarbij is de diffusor uitgevoerd als een zuig-buis bestaande uit een 90° bochtstuk dat aan het ondereind van het 20 genoemde cilindrische kanaal is aangesloten en dat bij het andere eind overgaat in een in wezen horizontaal lopende buis.In the known turbine of this type, in which the flow area of the entrance to the cochlea is substantially larger than the flow area of the entrance to the cylindrical channel, a ring of movable guide vanes is arranged around the hub, upstream of the impeller wheel. in order to lead the water to the impeller under a further pressure reduction, the position of these guide vanes being adjustable so as to be able to obtain a high efficiency at a partial load. The diffuser is designed as a suction tube consisting of a 90 ° elbow that is connected to the bottom end of the said cylindrical channel and which at the other end changes into an essentially horizontal tube.

De bekende turbine is, voornamelijk door de verstelbare leidschoepen, betrekkelijk ingewikkeld en vereist daarom een zorgvuldig onderhoud uitgevoerd door vakbekwame lieden, zodat deze turbine niet zo 25 geschikt is om in zogenaamde ontwikkelingsgebieden te worden toegepast, j waar geschoolde arbeidskrachten schaars zijn. Bovendien vereist de als j een zuigbuis uitgevoerde diffusor dat de turbine in het algemeen op een fundatie wordt gemonteerd of, in het bijzonder bij een zeer klein verval, dat een uitgraving in de bodem wordt uitgevoerd voor het opnemen van de 30 zuigbuis, zodat in het algemeen betrekkelijk uitgebreide en kostbare bouwkundige werken moeten worden uitgevoerd voor het opstellen van de j turbine wat in ontwikkelingsgebieden niet gewenst is.The known turbine, mainly due to the adjustable guide vanes, is relatively complex and therefore requires careful maintenance carried out by skilled people, so that this turbine is not so suitable for use in so-called development areas, where skilled labor is scarce. In addition, the diffuser configured as a suction tube generally requires the turbine to be mounted on a foundation or, especially in the case of a very small decay, an excavation in the ground to take up the suction tube, so that in the generally relatively elaborate and expensive construction works have to be carried out for setting up the turbine, which is not desirable in developing areas.

Het doel van de uitvinding is een turbine van het genoemde type te verschaffen die geen krans van verstelbare leidschoepen heeft 35 en daardoor zeer eenvoudig van constructie is, zodat de onderhoudswerk- 8500055 ·* iThe object of the invention is to provide a turbine of the above-mentioned type which does not have a ring of adjustable guide vanes and is therefore very simple in construction, so that the maintenance work 8500055

JJ

-2- zaamheden en eventuele reparaties door niet of weinig geschoolde werklieden kunnen worden uitgevoerd, en die praktisch zonder uitgebreide bouwkundige werken kan worden geplaatst, zodat de turbine in het bijzonder geschikt is om in ontwikkelingsgebieden te worden opgesteld.-2- work and possible repairs can be carried out by unskilled or unskilled workers, and which can be placed practically without extensive construction work, so that the turbine is particularly suitable for installation in developing areas.

5 Dit doel wordt bereikt doordat bij de turbine volgens de uitvinding, in de radiaal gerichte ingang van het cilindrische kanaal een krans van vaststaande leidschoepen is aangebracht, en in het slakkenhuis een verticaal op en neer beweegbaar kleporgaan, dat wordt gevormd door tenminste een eerste horizontale plaat met, de schoepen omgrijpende 10 uitsparingen, die bij de buitenomtrek is verbonden met een verticale, langs de binnenomtrek van het slakkenhuis lopende, gebogen plaat, die een zodanige hoogte heeft, dat in de laagste stand van het kleporgaan, het boveneind van deze plaat niet lager ligt dan het boveneind van de ingang van het cilindrische kanaal.This object is achieved in that in the turbine according to the invention, a ring of fixed guide vanes is arranged in the radially oriented entrance of the cylindrical channel, and in the cochlea a vertically up and down movable valve member, which is formed by at least a first horizontal plate with blade circumferential recesses connected at the outer circumference to a vertical curved plate running along the inner circumference of the cochlea, having a height such that in the lowest position of the valve member, the top end of this plate not lower than the upper end of the entrance to the cylindrical channel.

15 Bij een op deze wijze uitgevoerde turbine zijn de leid schoepen dus niet instelbaar en daarom zeer eenvoudig van constructie, terwijl slechts één beweegbaar onderdeel aanwezig is, zodat de gehele turbine veel eenvoudiger en meer betrouwbaar is dan de bekende turbine.With a turbine designed in this way, the guide vanes are thus not adjustable and therefore very simple in construction, while only one movable part is present, so that the entire turbine is much simpler and more reliable than the known turbine.

Bij voorkeur is aan het boeneind van de verticale, gebogen 20 plaat een tweede horizontale plaat bevestigd, waarvan de buitenomtrek langs de buitenomtrek van het slakkenhuis loopt. Hierbij wordt, wanneer bij een deellast, het kleporgaan naar beneden wordt verplaatst, in wezen de geometrie van het slakkenhuis zodanig aangepast, dat de stroming naar de vaste leidschoepen gelijkmatig blijft.Preferably, a second horizontal plate, the outer circumference of which extends along the outer circumference of the cochlea, is attached to the bottom end of the vertical, curved plate. In this case, when the valve member is moved downwards at a partial load, the geometry of the cochlea is essentially adjusted such that the flow to the fixed guide vanes remains uniform.

25 Weliswaar is, bij de bekende turbine, om de krans van instelbare leidschoepen een krans van vaste steunschoepen aangebracht, doch deze laatste dienen uitsluitend voor het vormen van een starre constructie waarin de instelbare leidschoepen zijn gelagerd. Deze steunschoepen hebben daarbij nog twee nadelige effecten; bij een deellas van 30 de turbine, is de stroming tegen de leidschoepen niet optimaal, en het slakkenhuis moet betrekkelijk groot zijn.It is true that, in the known turbine, a crown of fixed support blades is arranged around the crown of adjustable guide blades, but the latter only serve to form a rigid construction in which the adjustable guide blades are mounted. These support vanes have two further adverse effects; at a partial weld of the turbine, the flow against the guide vanes is not optimal, and the cochlea must be relatively large.

Bij een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding is het doorstroomoppervlak van de ingangsopening van het slakkenhuis tennaastebij gelijk aan het doorstroomoppervlak van het cilindrische kanaal, dat wil 35 zeggen gelijk is aan het dwarsdoorsnede-oppervlak van dit kanaal minus het dwarsdoorsnede-oppervlak van de daarin stekende as of naaf, waarbij in het ingangsdeel van het slakkenhuis een vlinderklep is aangebracht, die is uitgevoerd als een leidschoep met een naar de ingang gericht 8500055 -3- convex gebogen vlak en die in de, het ingangsdeel afsluitende stand, in de stromingsrichting gezien, schuin vanaf de binnenkant naar de buitenkant van het slakkenhuis loopt.In another embodiment of the invention, the flow-through area of the entrance opening of the cochlea is approximately equal to the flow-through area of the cylindrical channel, ie equal to the cross-sectional area of this channel minus the cross-sectional area of the shaft projecting therein or hub, in which a butterfly valve is arranged in the entrance part of the cochlea, which is designed as a guide vane with a convex curved surface directed towards the entrance, and which, in the direction of flow, closing the entrance part, obliquely runs from the inside to the outside of the cochlea.

Bij een op deze wijze uitgevoerde turbine is dus ook geen 5 krans van instelbare leidschoepen aanwezig, doch slechts één beweegbaar onderdeel in de vorm van een, in het ingangsdeel van het slakkenhuis aangebrachte vlinderklep, als regelmiddel om bij deellast toch een hoog rendement te verkrijgen.Thus, in a turbine designed in this manner, there is also no ring of adjustable guide vanes, but only one movable part in the form of a butterfly valve arranged in the entrance part of the cochlea, as a control means to still obtain a high efficiency at partial load.

Op voordelige wijze kan volgens de uitvinding de diffusor 10 worden gevormd door een ringvormig, vanaf de onderkant van het genoemde cilindrische kanaal, via een gebogen deel, radiaal naar buiten gericht kanaal, zodat de turbine met diffusor in wezen direkt op de onder water gelegen bodem rustend kan worden geplaatst en geen uitgebreide bouwkundige werken behoeven te worden uitgevoerd.Advantageously, according to the invention, the diffuser 10 can be formed by an annular channel, radially outwardly directed from the bottom of the said cylindrical channel, via a curved part, so that the turbine with the diffuser is essentially directly on the submerged bottom can be placed resting and no extensive construction work needs to be carried out.

15 De uitvinding wordt nader beschreven onder verwijzing naar de tekening, waarinsThe invention is further described with reference to the drawing, in which

Figuur 1 een geplaatste waterturbine van een eerste uitvoeringsvorm volgens de uitvinding in schematische axiale doorsnede toont,Figure 1 shows a placed water turbine of a first embodiment according to the invention in schematic axial section,

Figuur 2 een doorsnede volgens de lijn II-II in figuur 1 20 is.Figure 2 is a sectional view taken on the line II-II in Figure 1.

Figuur 3, een tweede uitvoeringsvorm van een turbine volgens de uitvinding in schematische axiale doorsnede toont, enFigure 3 shows a schematic axial section of a second embodiment of a turbine according to the invention, and

Figuur 4 een doorsnede volgens de lijn IV-IV in figuur 3.Figure 4 is a section on the line IV-IV in Figure 3.

Zoals getoond in de figuren 1 en 2 is een waterturbine 1 25 op een onder water gelegen bodem 2 geplaatst, stroomafwaarts van een dam 3 waardoor een hoogteverschil tussen de waterniveaus ¢- en 5 wordt verkregen.As shown in Figures 1 and 2, a water turbine 1 is placed on an underwater bottom 2, downstream of a dam 3, whereby a height difference between the water levels ¢ - and 5 is obtained.

De waterturbine omvat een schoepenwiel 6 met schuin staande schoepen 7 dat is gemonteerd op de as 8, waarbij deze as 8 spiraalvormig 30 wordt omgeven door een slakkenhuis 9 met een ingangsopening 10. De ingangs- opening 10 van het slakkenhuis is verbonden met een watertoevoerkanaal j 11 dat door de dam 3 loopt. De onderkant van het slakkenhuis 9 is j bevestigd aan een cilindrisch kanaal 12 dat de schoepen 7 omhult, waarbij | het doorstroomoppervlak van dit cilindrische kanaal boven het schoepenwiel j 35 6 tennaastebij gelijk is aan het doorstroomoppervlak van de ingangs- jThe water turbine comprises an impeller 6 with inclined blades 7 mounted on the shaft 8, this shaft 8 being spirally surrounded by a volute casing 9 with an inlet opening 10. The inlet opening 10 of the volute casing is connected to a water supply channel j 11 passing through dam 3. The bottom of the cochlea 9 is attached to a cylindrical channel 12 enclosing the blades 7, wherein | the flow area of this cylindrical channel above the impeller wheel j 35 6 is next to equal to the flow area of the inlet j

opening 10 van het slakkenhuis. Jopening 10 of the cochlea. J

Aan de onderkant van het cilindrische kanaal 12 sluit een ringvormig, radiaal naar buiten gebogen kanaal 13 aan dat bij de binnenkant wordt begrensd door een verlening 14- van de as 8 dat ongeveer de ¢-0 vorm van een hyperbololde heeft. Het kanaal 13 gaat over in een radiaal i 8500055 -4- naar buiten gericht ringvormig kanaal 15 dat uitmondt in een uitstroom-bak 16. Zoals getoond in figuur 1 rust de gehele waterturbine 1 met de door de delen 13 en 15 gevormde radiale diffusor op de onder water gelegen bodem 2, waarbij slechts een eenvoudige ondersteuningsconstructie 17 aanwezig behoeft te zijn.An annular, radially outwardly curved channel 13 adjoins the underside of the cylindrical channel 12, which is bounded on the inside by an extension 14 of the shaft 8 which has approximately the ¢ -0 shape of a hyperboloid. The channel 13 merges into a radially outwardly directed annular channel 15 which opens into an outflow trough 16. As shown in Figure 1, the entire water turbine 1 rests with the radial diffuser formed by parts 13 and 15. the submerged bottom 2, whereby only a simple supporting construction 17 need be present.

5 Zoals getoond in figuur 2 is in het ingangsdeel van het slakkenhuis 9 een vlinderklep 18 aangebracht die om de as 19 kan zwaaien,As shown in figure 2, a butterfly valve 18 is arranged in the entrance part of the cochlea 9 which can swing about the axis 19,

In de getoonde, het ingangsdeel van het slakkenhuis afsluitende stand van de klep 18, loopt deze klep in de stromingsrichting gezien schuin vanaf de binnenkant naar de buitenkant van het slakkenhuis 9. De klep 10 18 is uitgevoerd als een leidschoep met een naar de ingang 10 gericht convex gebogen vlak 18'.In the shown position of the valve 18 closing the entrance part of the volute casing, this valve runs obliquely seen from the inside towards the outside of the volute casing in the direction of flow 9. The valve 10 18 is designed as a guide vane with an inlet 10 focused convex curved surface 18 '.

In figuur 1 zijn verder nog schematisch aangegeven een generator 20 die met tussenkomst van de.tandwielkast 21 door het schoepen-wiel 6 wordt aangedreven.Figure 1 further shows schematically a generator 20 which is driven by the impeller wheel 6 through the gearbox 21.

15 Bij de in de figuren 3 en 4 getoonde uitvoeringsvorm van een waterturbine volgens de uitvinding zijn de onderdelen die overeenkomen met die van de in de figuren 1 en 2 getoonde uitvoeringsvorm voorzien van hetzelfde verwijzingscijfer echter met toevoeging van een accentteken.In the embodiment of a water turbine according to the invention shown in Figures 3 and 4, the parts corresponding to those of the embodiment shown in Figures 1 and 2 are provided with the same reference number, but with the addition of an accent mark.

Bij deze uitvoeringsvorm is een krans van vaststaande leid-20 schoepen 22 in de radiaal gerichte ingang van het cilindrische kanaal 12' aangebracht. Verder is in het slakkenhuis 9' een op en neer beweegbaar kleporgaan 23 aangebracht, dat wordt gevormd door een eerste horizontale plaat 24, die is voorzien van de leidschoepen 22 omgrijpende uitsparingen 25, een, langs de buitenomtrek van de plaat 24 daarmee verbonden verticale, 25 volgens de binnenomtrek van het slakkenhuis gebogen plaat 26, en een met de bovenkant van de plaat 26 verbonden tweede horizontale plaat 27.In this embodiment, a ring of fixed guide vanes 22 is disposed in the radially oriented entrance of the cylindrical channel 12 '. Furthermore, in the cochlea 9 'an up and downwardly movable valve member 23 is provided, which is formed by a first horizontal plate 24, which is provided with recesses 25 engaging the guide vanes 22, a vertical, connected along the outer circumference of the plate 24, 25 plate 26 bent along the inner circumference of the cochlea, and a second horizontal plate 27 connected to the top of the plate 26.

Het gehele kleporgaan 23 wordt door de pennen 28 geleid, waarbij ten minste één van deze pennen is gekoppeld met niet getoonde middelen voor het op en neer bewegen van het kleporgaan 23.The entire valve member 23 is guided through the pins 28, at least one of these pins being coupled to means (not shown) for moving the valve member 23 up and down.

•30 In de met getrokken lijnen getoonde stand, bevindt zich het kleporgaan 26 in de open stand. Door het kleporgaan naar beneden te bewegen tot bijvoorbeeld de met een stippellijn getoonde stand wordt zowel de doortocht in het slakkenhuis als door de leidschoepen 22 verkleind. De aanstroomhoek van de schoepen 7 zal daardoor zodanig 35 veranderen, dat de volumestroom kleiner wordt, terwijl het rendement hoog blijft.In the position shown with solid lines, the valve member 26 is in the open position. By moving the valve member down to, for example, the position shown by a dotted line, both the passage in the cochlea and through the guide vanes 22 are reduced. The angle of attack of the blades 7 will thereby change such that the volume flow becomes smaller, while the efficiency remains high.

De tweede horizontale plaat 27 kan eventueel worden weggelaten, zodat bij het naar beneden bewegen van het kleporgaan 23 alleen de doortocht door de leidschoepen 22 zal worden verkleind.The second horizontal plate 27 can optionally be omitted, so that when the valve member 23 moves downwards only the passage through the guide vanes 22 will be reduced.

85000558500055

Claims

Water turbine comprising an impeller with tilted blades mounted on a vertically running shaft or hub, and a spiral casing surrounding this shaft, above the blades, with an entrance opening to be connected to the water supply, which housing is at the bottom attached to a vane-enveloping cylindrical channel with a radially oriented annular entrance which at the bottom changes into a diffuser for the discharge of the water, characterized in that in the radially oriented entrance of the cylindrical channel is a ring of fixed guide vanes and, in the slag housing, a vertically up and down movable valve member, which is formed by at least a first horizontal plate with recesses engaging the guide vanes, which is connected at the outer circumference with a vertical, along the inner circumference of the slag housing running curved plate, which has a height such that in the lowest position of the valve member, the top end of the n this plate is not lower than the upper end of the entrance to the cylindrical channel.

Water turbine according to claim 1, characterized in that a second horizontal plate, the outer circumference of which runs along the outer circumference of the cochlea, is attached to the top end of the vertical curved plate.

Water turbine comprising an impeller with inclined blades mounted on a vertically running shaft or hub, and a spiral casing surrounding this shaft above the blades; with an inlet opening to be connected to the water supply, the housing 25 being attached at the bottom to a blade-enveloping cylindrical channel with a radially oriented annular entrance which at the bottom changes into a diffuser for the discharge of the water, characterized in that the flow-through area of the entrance opening of the cochlea is approximately equal to the flow-through area of the cylindrical channel, that is, equal to the cross-sectional area of this channel minus the cross-sectional area of the shaft or hub inserted therein, and in the The input part of the cochlea has a butterfly valve, which is designed as a guide vane with a convex curved surface facing the entrance and which, in the flow-closing position, viewed in the direction of flow, obliquely 8500055 -6- V * from the inside towards the outside of the cochlea runs.

4 ·. Water turbine according to claims 1-3, characterized in that the diffuser is formed by an annular channel, radially outwardly directed from the bottom of said channel, via a curved part. # 8500055