NO322075B1 - Lopehjul for en hydraulisk stromningsmaskin etter Francis-prinsippet - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et løpehjul for en hydraulisk strømningsmaskin etter Francis-prinsippet, særlig for en vannturbin, pumpeturbin eller pumpe, omfattende et hus som omslutter løpehjulet samt hensiktsmessige tilkoblinger for vanntilførsel og utløp. En slik maskin omfatter dessuten i alminnelighet et lederapparat som oppviser et antall skovler og som er koblet foran eller bak løpehjulet eller et ytterligere løpehjul. Det vi-ses som eksempel til US-A-4 496 282.

DE-C-323 190 samt DE-C- 322 233 omtaler respektive en hydraulisk strømningsmaskin etter Francis-pirnsippet og slik som angitt ved innledningen i krav 1.

Løpehjulet i en slik maskin er under drift utsatt for høye påkjenninger fra de innvirkende kreftene. Dette er særlig tilfellet ved tilkoblingsstedet mellom skovlene på den ene side og løpehjulsbunnen og løpehjulskransen på den annen side. Særlig stor spenningstopper oppstår i overgangsområdet mellom skovlene og løpehjulsbunnen. Dette kan ved ekst-rem belastning føre til riss ved de nevnte stedene.

De normale tiltak har bare begrenset effekt. Således har man for eksempel økt skovl-tykkelsen partielt eller over det hele. Allikevel oppstår riss. Dessuten vil man på denne måten ikke oppnå optimal hydraulisk ytelse.

Den foreliggende oppfinnelse går ut på å utforme løpehjulet til en strømningsmaskin etter Francis-prinsippet på en slik måte at man ved de nevnte kritiske stedene sikrer unødvendig styrke til at maskinen får ønsket levetid, uten at den strømningstekniske optimale utformning derved påvirkes, og at den nødvendige innsatsen er minst mulig. Således skal blant annet skovlene kunne utføres tynnest mulig.

Denne oppgaven løses ved hjelp av trekkene i krav 1.

Ifølge dette kravet blir hver av skovlene i området ved utløpskanten og først og fremst i området ved tilkoblingen til løpehjulsbunnen forstørret ved hjelp av et lite flateelement i nedstrømsretningen. Utløpskanten på skovlene som normalt viser et kontinuerlig for-løp, oppviser således i en viss avstand fra løpehjulsbunnen en avbøyning, slik at ende-punktet på utløpskanten ligger lenger nedstrøms på løpehjulsbunnen enn det som ellers hadde vært tilfellet.

Avlastingselementet overtar dermed oppgaven med omdannelse av skovlens stivhet slik at den maksimalt opptredende stnikturspenning på tilkoblingsområdet som er følsomt for sprekkdannelse, blir lagt til et stort flateområde i området for avlastningselementet, noe som fører til en samtidig senking av spenningsnivået.

Dermed har oppfinneren angitt et svært enkelt tiltak. Det nevnte flateelementet behøver ikke være tykkere enn skovlen for øvrig på utløpskantområdet.

Det som gjelder for overgangen mellom skovl og løpehjulsbunn, kan også gjelde for overgangen mellom skovl og løpehjulskrans. Imidlertid er spenningen i overgangsområdet til løpehjulsbunnen vanligvis større og farligere, slik at tiltaket ifølge oppfinnelsen er viktigere på dette området.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningen. På denne er føl-gende vist:

Figur 1 viser en Francis-turbin sett i aksialsnitt.

Figur 2 viser i et meridiansnitt et utsnitt av et løpehjul for en Francis-turbin.

Figur 3 viser gjenstanden i figur 1 i større målestokk.

Den i figur 1 viste Francis-turbin oppviser som hovedelement et løpehjul 1, et hus 2, et ledeapparat 3 og en aksel 4.

Løpehjulet omfatter en løpehjulsbunn 1.1, en løpehjulskrans 1.2 samt et antall skovler 1.3. Mellom turbindekselet 2.1 og løpehjulsbunnen 1.1 er det et siderom 5 for hjulet, og mellom løpehjulskransen 1.2 og huset 2, befinner det seg i et siderom 6 for hjulet.

I figur 2 ser man igjen en løpehjulsbunn 1.1 i en Francis-tubin, løpehjulskransen 1.2 samt en skovl 1.3.

Skovlen 1.3 oppviser en innløpskant 1.3.1 og en utløpskant 1.3.2.

Som det videre fremgår, oppviser skovlen 1.3.2 ikke langt fra løpehjulsbunnen 1.1 en avbøyning. Forløpet av utløpskanten 1.3.2 på en tidligere kjent skovl er vist med prik-ket linje. På grunn av utløpskantens 1.3.2 forløp ifølge oppfinnelsen oppviser skovlen 1.3.1 ifølge oppfinnelsen i forhold til tidligere kjente skovler et ytterligere skovlelement 1.3.1 som er tydelig større enn den vanlig bueformede overgang. I foreliggende tilfelle er skovlelementet 1.3.1 i det vesentlige trekantet utformet.

I figur 3 fremgår forholdene i detalj. Som man ser, treffer den med prikkete linje viste utløpskanten 1.3.2 - slik som er tilfelle ved konvensjonelle skovler - løpehjulsbunnen 1.1 ved et punkt A. Ved forløpet ifølge oppfinnelsen derimot treffer utløpskanten 3.2 løpehjulsbunnen 1.1 ved punkt B. Treffpunktet B ligger nedstrøms i forhold til treffpunkt A på en konvensjonell skovl.

I detalj er forløpet som følger sett i retning mot løpehjulsbunnen 1.1: Først er det en første avrunding som går ut fra en stort sett rettlinjet utløpskant. Denne første avrun-dingen går over i en konveks krumning. Deretter skjer en ytterligere avrunding som i punkt B løper mykt over i den indre konturen av løpehjulsbunnen 1.1.

Som et alternativ til dette kan utløpskantens forløp ifølge oppfinnelsen også skje rettlinjet. Videre kan den generelt, dvs. over den største delen av sin utstrekning også forløpe svakt konkavt.

Det ytterligere skovlelement 1.3.1 ifølge oppfinnelsen kan være fremstilt i ett stykke med skovlen 1.3. Dette vil særlig være tilfelle når hele løpehjulet fremstilles ved stø-ping. Det kan imidlertid også fremstilles i ett stykke. Det kan ha samme tykkelse som avløpskantområdet 1.3.2 for øvrig. Det kan imidlertid også ha en tykkelse som avviker fra dette området. Videre kan det helle i forhold til skovlens 1.3 hoveddel, slik at det skjer en viss avbøyning av sfrømningen i den ene eller andre retning.

Beliggenheten på punkt C, fra hvilket kantsnittet 1.3.3 løper ut fra, kan også være for-skjellig fra tilfelle til tilfelle. Således kan avstanden mellom punkt A og C være mellom 0,1 til 0,3 av hele utløpskantens 1.3.2 samlede lengde. Forholdet 0,2 har vist seg å være spesielt fordelaktig. Avvikelser fra det nevnte området oppover og nedover er allikevel mulig.

Det er derfor ingen hittil har vist at målet A-C samt også målet B - C må være i det minste 5% av den i strømningsretningen målte skovllengden. Imidlertid er det ikke ute-lukket at et enda mindre mål kan gi en forbedring med hensyn til løsning av den stilte oppgave.

Claims (6)

1. Løpehjul for en hydraulisk strømningsmaskin etter Francis-pirnsippet, særlig for en vannturbin; med en løpehjulsbunn (1.1), en løpehjulskrans (1.2) samt et antall skovler (1.3); idet hver skovl (1.3) oppviser en innløpskant (1.3.1) og en utløpskant (1.3.2); idet utløpskanten (1.3.2) på hver skovl (1.3) er avbøyd ved punkt (C) i området til løpe-hjulsbunnen (1.1) på en slik måte at utløpskantens (1.3.2) videre forløp (1.3.3) treffer løpehjulsbunnen (1.1) ved punkt (B) som ligger nedstrøms i forhold til et treffpunkt (A) uten avbøyning av utløpskanten (1.3.2), karakterisert v e d at det mellom avbøyningspunktet (C) og treffpunktet (B) beliggende lengdeavsnitt (1.3.3) av utløpskanten (1.3.2) er rettlinjet eller konvekst.

2. Løpehjul ifølge ett eller flere av kravene 1, karakterisert v e d at lengdeavsnittet mellom punktene (A) og (B) er i det minste 3% av skovlens lengdeavsnitt ved løpehjulsbunnen mellom innløpskanten og punkt (A).

3. Løpehjul ifølge krav 2, karakterisert ved at lengdeavsnittet mellom punktene (A) og (B) er i det minste 5% av skovlens lengdeavsnitt ved løpehjulsbunnen mellom innløpskanten og punkt (A).

4. Løpehjul ifølge ett av kravene 1 til 3, karakterisert v e d at avstanden mellom punktene (A) og (C) er i det minste 3% av skovlens lengdeavsnitt ved løpehjulsbunnen mellom innløpskanten og punkt (A).

5. Løpehjul ifølge ett kravene 1 til 4, karakterisert ved at avstanden mellom punktene (A) og (B) er i det minste 5% av lengdeavsnittet for skovlen ved løpehjulsbunnen mellom innløpskanten og punkt (A).

6. Hydrodynamisk strømningsmaskin ifølge Francis-pirnsippet, karakterisert ved et løpehjul som angitt i ett av kravene 1 til 5.