NO325031B1 - Vannturbin - Google Patents

Abstract

Vannturbin av reaksjonstypen, så som en Francis- eller Kaplanturbin, omfattende en rotor (2) og et omgivende hus (5), med en tetningsanordning (10, 20) mellom rotoren og huset. Tetningsanordningen omfatter børstetetninger (11, 12, 13a, b) plassert med en radiell avstand fra rotoraksen (1), som er en større andel av den maksimale radielle dimensjon av rotoren (2).

Description

Denne oppfinnelse angår en vannturbin av reaksjonstypen,

så som en Francis- eller Kaplanturbin, omfattende en rotor og et omgivende hus, med tetningsanordninger mellom rotoren og huset.

Ved denne type turbiner er det et problem at en stor del av tapene er knyttet til tetnings-lekkasje. I dag benyttes ofte enkle labyrinttetninger, men disse krever store klaringer og har følgelig store tap. I denne forbindelse må dimensjonene av de konstruksjonene som inngår, tas i betraktning; og tradisjonelle akseltetninger er ikke av interesse her.

US patent 4 464 580 (Miller) er et eksempel på en konvensjonell vannturbin forsynt med tetninger på steder som tilsvarer det som er av interesse for foreliggende oppfinnelse, dvs. i betydelige radielle avstander fra rotoraksen. Disse kjente tetningene er leppetetninger.

US patent 4 293 777 (Gamell) er rettet mot en meget spesiell type turbin ("drag turbine") som er forsynt med børstetetninger, der disse er en art av akseltetninger utsatt for lave trykkhøyder.

US patent 6 406 027 (General Electric Company) beskriver børstetetninger i roterende maskiner, med vekt på damp- og gassturbiner, der den spesielle utforming og konstruksjon av tetningene er i fokus. Det er hovedsakelig tale om akseltetninger.

US patent 6 913 265 (Datta) angår også konstruksjonen av en børstetetning som sådan.

Av ovenstående fremgår det at børstetetninger er kjent særlig for anvendelse i gassturbiner og lignende.

På denne bakgrunn er det et viktig formål med foreliggende oppfinnelse å fremskaffe et tetningssystem for vannturbiner som muliggjør meget mindre klaringer enn vanlige labyrinttetninger og andre konvensjonelle tetnings-konstruksjoner for det formål som er omtalt ovenfor, med sikte på å oppnå en forbedret virkningsgrad i blant annet Francis-turbiner for stor fallhøyde.

Dette blir ifølge oppfinnelsen oppnådd ved i en

vannturbin som angitt i det første avsnittet ovenfor, å

benytte en tetningsanordning omfattende børstetetninger plassert ved radielle avstander fra rotoraksen, som er en større del av den maksimale radielle dimensjon av rotoren. Således er det overraskende funnet at børstetetninger er anvendbare i klaringer mellom rotoren og huset i den type vannturbiner som her er av interesse.

Fordeler som blir oppnådd med løsningen ifølge oppfinnelsen er:

• Mindre klaringer

• Vesentlig redusert lekkasje

• Tetning som er mindre følsom for vibrasjoner som kan forekomme • Forhøyet virkningsgrad både i nye turbinenheter og med tetninger montert på etterhånd i eksisterende enheter I den følgende beskrivelse vil et eksempel på en turbinkonstruksjon basert på denne oppfinnelsen, bli forklart mer i detalj, under henvisning til tegningen, der Fig. 1 i aksielt snitt viser vesentlige deler av en Francis- - turbin, og Fig. la er en forstørret detalj av konstruksjonen på fig. 1.

Som det er konvensjonelt omfatter den viste turbinen en rotor 2 med en rotasjonsakse 1, idet denne aksen er vertikal i dette eksempelet. En huskonstruksjon 5 omgir rotoren og omfatter en ledeskovlekanal 5 for å dirigere vann mot rotoren 2. Lekkasje av slikt vann i klaringer mellom partier av huset og nær tilstøtende deler av rotoren, bør så meget som mulig hindres. For dette formål er det anordnet tetninger som vist ved 10 og 20.

Tetningen 10 er vist mer detaljert på fig. la. Tetningen 20 har en tilsvarende konstruksjon. Således er på fig. la tilstøtende partier av rotoren 2 og huset 5 utformet for å gi plass for tetningen 10 i form av en børstetetning, der det vesentlige element er den egentlige børste- eller bustenhet 11. Denne er montert mellom klemelementer 13a og 13b slik at de fremstikkende bustendene ligger an mot en ytre endeflate 12 som vender radielt utad ved omkretsen av rotoren 2. Det er en fordel at børsten eller bustene generelt danner en rett vinkel mot overflaten 12, slik det ses i det aksielle snittet på figurene 1 og la. I omkretsretningen vil imidlertid bustene være orientert med en skråstilling i forhold til overflaten 12, svarende til rotasjonsretningen. I tillegg vil det normalt foreligge noe bøyning mot de endene som ligger an mot overflaten 12.

Legg merke til plasseringen av børstetetningene 10 og 20, ettersom ifølge oppfinnelsen og særlig ved turbiner med en vertikal rotasjonsakse, begge tetningene 10 og 20 har posisjoner tilnærmet ved samme radielle avstand fra aksen 1. I denne forbindelse kan det imidlertid være forskjellige modifikasjoner med hensyn til den radielle posisjon av øvre (10) og nedre (20) tetninger i avhengighet av vedkommende turbinkonstruksjon. Selv om det i mange konstruksjoner vil være foretrukket med tetningsposisjoner ved omtrent samme og/eller maksimal radiell avstand fra aksen, er andre valg også mulig. Hva som er viktig er at de radielle avstandene mellom tetningene og aksen, er en større eller vesentlig del av den maksimale radielle dimensjon av rotoren. Dette viser at det som her er av interesse ikke har noe å gjøre med tradisjonell akseltetning.

Claims (4)

1. Vannturbin av reaksjonstypen, så som en Francis- eller Kaplanturbin, omfattende en rotor (2) og et omgivende hus (5), med en tetningsanordning (10, 20) mellom rotoren og huset, karakterisert ved at tetningsanordningen omfatter børstetetninger (11, 12, 13a, b) plassert med en radiell avstand fra rotoraksen (1), som er en større del av den maksimale radielle dimensjon av rotoren ( 2).

2. Vannturbin ifølge krav 1, der en bevegelig del av børstetetningen (10) er en omkretsmessig radielt utadvendende overflate (12) på den ytterste kanten av rotoren (2).

3. Vannturbin ifølge krav 2, der bust (11) på børstetetningen (10) er rettet i det vesentlig med rett vinkel mot den nevnte overflate (12), slik som vist i aksielt snitt.

4. Vannturbin ifølge krav 1, 2 eller 3, med en vertikal rotasjonsakse (1), der øvre (10) og nedre (20) børstetetninger har tilnærmet samme radielle avstand fra aksen (1).