NO329157B1 - Anordning ved vannturbin, samt skovler for vannturbin - Google Patents

Abstract

Anordning ved tubinhjul, hvor det ved omkretsen av en bæreflens (13) båret av et turbinnav (11) er anordnet turbinskovler (15), Hver turbinskovl har et utragende beinpar (27, 28) som griper inn med kanten av bæreflensen (13), idet de er festet til bæreflensen med aksialt gjennomgående bolter (16). Bæreflensen (13) er forsynt med utragende medbringere (17), fortrinnsvis én for hver turbinskovl (15), idet turbinskovlene er innrettet for å danne anlegg mot medbringerens (17) anleggsflate (18). Det er også skapt en skovl for turbinhjul, med et enkel eller dobbelt koppdel (23, 24) som er integrert med et par festebein (27, 28) som er innrettet for å bli montert på kanten av en bæreflens (13) i et turbinhjul. Steget (38) mellom festebeina (27, 28) er innrettet for å danne anlegg mot et framspring (17) som rager ut ved bæreflensens (13) kant.

Description

Anordning ved vannturbin, samt skovler for vannturbin

Oppfinnelsen gjelder en vannturbin som angitt i innledningen til patentkrav 1, samt skovler for en slik vannturbin.

Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen en anordning hvor det ved omkretsen av en bæreflens båret av et turbinnav er anordnet turbinskovler, særlig peltonskovler, hver skovl med et utragende beinpar som griper inn med kanten av bæreflensen, hvor turbinskovlene er festet til bæreflensen med aksialt gjennomgående bolter, og hvor bæreflensen er forsynt med en utragende medbringer, for hver turbinskovl, idet turbinskovlene er innrettet for å danne anlegg mot medbringerens anleggsflate,

Videre gjelder den en turbinskovl med en enkel eller dobbelt koppdel som er integrert med et par festebein som er innrettet for å bli montert på kanten av en bæreflens i et turbinhjul, hvor steget mellom festebeina er innrettet for å danne anlegg mot et framspring som rager ut ved bæreflensens kant,

Bakgrunn

Det er kjent å lage turbinhjul av kategorien peltonturbiner med en bæreflens på et turbinhjulsnav, hvor det langs omkretsen er montert ei rekke turbinskovler av metall eller plast, henholdsvis plastkompositt. Turbinskovlene har hatt et par utragende bein som er satt inn på kanten av bæreflensen og festet til denne med aksialt gjennomgående bolter.

Økt utbygging av småkraftverk har ført til økt interesse for optimalisering av vannturbiner for slike kraftverk, både med hensyn til virkningsgrad og med hensyn til byggekostnader, slitestyrke og en del andre parametre som påvirker driftsegenskaper og levetid og dermed driftssikkerhet og økonomi.

Mellom de tiltak som er gjort, er tilvirkning av turbinskovler for slike vannturbiner av plastmateriale. Bruk av plast som skovlmateriale gir stor frihet med hensyn på utforming innafor ei akseptabel økonomisk ramme. Dessuten gir materialvalget mulighet for å redusere produksjonstid, eventuelt holde lager av reserveskovler og på den måten redusere kostnadene ved driftsstans i forbindelse med reparasjon og vedlikehold av turbinhjulet.

Det er altså kjent å lage turbinhjul for peltonturbiner med skovler av metall eller plast som har et utragende beinpar som festes ved kanten av ei bæreplate.

Ved skovler av metall er dette normalt en tilfredsstillende struktur. Men ved plastskovler vil denne oppbygningen ikke gir tilfredsstillende styrke.

Fra norsk patentskrift 322857 er det kjent et turbinhjul hvor hver skovl eller skovlpar kan dreies en viss vinkel om festebolten for individuell tilpasning til ulike hjuldiametre. Dette er en problemstilling som ikke er særlig aktuell ved små vannturbiner.

Formål

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skape et turbinhjul og en turbinskovl, særlig for en peltonturbin, som har større styrke i sammenkoblingen enn ved tilsvarende kjente turbinhjul.

Et mer spesifikt formål er å forbedre kraftoverføringen mellom skovler og bæreflens, slik at skovlene kan tilvirkes av plast med større dimensjoner, eventuelt med mindre masseforbruk, enn ved kjente slike plastskovler.

Videre ønsker en å tilrettelegge sammenkoblingen mellom skovler og bæreflens, slik at montering, henholdsvis utskifting, kan skje skovl for skovl som tidligere.

Det er også et formål å skape et turbinhjul, henholdsvis en skovl som er tilrettelagt for produksjon med minst mulig tidkrevende maskinering. Det bør fortrinnsvis være mulig å bearbeide bæreflensen med datastyrt skjæring og å støpe skovlene i en støpeprosess, fortrinnsvis av plast, slik at de kan klargjøres for bruk med minst mulig maskinering.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen omfatter et turbinhjul som angitt i patentkrav 1 og en turbinskovl som angitt i patentkrav 2.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved at medbringerne har ei generelt radial forløpende anleggsflate og at beinparene i montert tilstand danner anlegg mot nabobein. Anlegg mellom nabobein er ikke teknisk nødvendig, men det gir mulighet for montering av flere skovler og dermed høyere virkningsgrad.

De nye skovlene har ved baksida av skovlen anordnet et par forsterkningsribber som har en kniveggformet ytterkant vendt mot naboskovlen.

Det er en fordel dersom forsterkningsribbene danner en forlengelse av festebeina over mellomliggende ribber.

Det er også en fordel dersom festebeina spisser med en vinkel på ca. 18<9> og at de er innrettet til å danne tett anlegg mot hverandre langs skovlrekka.

Eksempel

Oppfinnelsen er nedenfor beskrevet nærmere under henvisning til tegningene, hvor

Figur 1 viser et delvis oppsnittet perspektivriss av et turbinhjul som er utformet i samsvar med oppfinnelsen, Figur 2 og 3 viser perspektivriss fra to sider av en turbinskovl utformet i samsvar med oppfinnelsen.

Turbinhjulet i Figur 1 omfatter et rørformet nav 11 beregnet for forbindelse med enn generatoraksel, med en endeflens 12 som bærer ei rund, ringformet plate 13, i det følgende kalt "bæreflens". Drivforbindelsen mellom endeflensen 12 og bæreflensen 13 er i eksemplet opprettet med ei rekke aksiale bolter 14.

Bæreflensen 13 er innrettet for montering av ei rekke turbinskovler 15, i eksemplet tjue, som hver dekker en sektor på 182.av turbinhjulets omkrets. Turbinskovlene 15, som vil bli beskrevet nærmere i en alternativ utføreIsesform under henvisning til Figur 2 og 3, holdes fast til bæreflensen 13 med minst en skruebolt 16 for hver turbinskovl 15.

Ved bæreflensens 13 omkrets er det for hver turbinskovl 15 anordnet en utragende medbringer 17 med en generelt radial støtteflanke 18 vendt mot den tilstøtende turbinskovlen 15 og med en rygg 19 som danner en spiss vinkel med støtteflanken 18. Betydningen av støtteflanken 18 og medbringeren 17 vil gå fram mer detaljert av den etterfølgende beskrivelsen av turbinskovlen 15.

Rommet 20 mellom en støtteflanke 19 og ryggen til den påfølgende medbringeren 17 gir plass for montering av en turbinskovl. Bunnen 21 i rommet 20 danner en vinkel med omkretsen som samsvarer med den motsvarende ryggen 39 på turbinskovlen 15, slik det vil bli beskrevet nedenfor. Ved den bakre enden (sett i rotasjonsretningen) er det utformet en avtrapning 22

Figur 2 og 3 viser et eksempel på en turbinskovl i samsvar med oppfinnelsen. Turbinskovlen 15 kan ha kjent grunnutforming, med en hoveddel i form av ei dobbeltskål 23, 24 ("split bucket") der de to skåldelene 23, 24 er integrert om en rett, knivseggformet skillekant 25. Den indre enden 26 av skillekanten 25 er beregnet for å danne anlegg mot avtrapningen 22 på bæreflensen 13.

De to skovldelene 23, 24 har ved den radialt indre enden to bein 27, 28 som rager ut parallelt med planet for skålåpningen, med en spissing på 18e i bæreflensens plan mot den fri enden, med rette sidekanter og med et mellomrom 30 mellom beina 27, 28 som er likt tykkelsen på bæreflensen 13. Gjennom beina 27, 28 går det et hull 32 som passer mot et tilsvarende hull 33 i bæreflensen 13 (Figur 1), beregnet for innsetting av en skruebolt 16.

Ved den ytre enden av beina 27, 28, går disse over i ei støtteribbe 34 som følger krumningen i skovldelenes bunn.

Utvendig på skovldelene 23, 24 er det ved denne utførelsesformen laget to tversgående ribber 35, 36 som forsterker turbinskovlene og tillater reduksjon av veggtykkelsen uten risiko for uheldig svekkelse.

Den utvendige skovlprofilen mellom beina 27, 28 har en endevegg 38 som befinner seg generelt parallelt med skovlåpningens plan. Denne endeveggen 38 er beregnet for i montert tilstand å ligge an mot medbringerens 17 anleggsflate 18. Denne vil dermed overføre kraft fra turbinskovlene 15 til bæreflensen 13 og dermed til generatoren.eller en annen rotasjonsmaskin som skal drives.

Tilsvarende vil den utvendige skålkanten eller sideveggen 39 mellom beina 27, 28 danne anlegg mot utsparingen eller bunnen 21 mellom to medbringere 17. Dette anlegget vil bidra til å øke inngrepet og dermed kraftoverføringen mellom hver turbinskovl 15 og bæreflensen 13.

På turbinskovlens bakside er det anordnet fordypning 40, og i fortsettelse av ribbene 34 et par forsterkningsribber 42,43 som har ytterkanten vendt mot naboskovlen. Forsterkningsribbene 42, 43 danner en forlengelse av festebeina 27, 28.

Claims (4)

1. Anordning ved turbinhjul, hvor det ved omkretsen av en bæreflens (13) båret av et turbinnav (11) er anordnet turbinskovler (15), særlig peltonskovler, hver skovl med et utragende beinpar (27, 28) som griper inn med kanten av bæreflensen (13), hvor turbinskovlene er festet til bæreflensen med aksialt gjennomgående bolter (16), og hvor bæreflensen (13) er forsynt med en utragende medbringer (17), for hver turbinskovl (15), idet turbinskovlene er innrettet for å danne anlegg mot medbringerens (17) anleggsflate (18), karakterisert ved at medbringerne (17) har ei generelt radial forløpende anleggsflate (18) og at beinparene (27, 28) i montert tilstand danner anlegg mot nabobein.

2. Skovl for turbinhjul, med et enkel eller dobbelt koppdel (23, 24) som er integrert med et par festebein (27, 28) som er innrettet for å bli montert på kanten av en bæreflens (13) i et turbinhjul, hvor steget (38) mellom festebeina (27, 28) er innrettet for å danne anlegg mot et framspring (17) som rager ut ved bæreflensens (13) kant, karakterisert ved at det ved baksida av skovlen er anordnet et par forsterkningsribber (42, 43) som har en ytterkant vendt mot naboskovlen.

3. Skovl i samsvar med patentkrav 2, karakterisert ved at forsterkningsribbene (42, 43) danner en forlengelse av festebeina (27, 28,) over mellomliggende ribber (34).

4. Skovl i samsvar med et av patentkravene 2 og 3, karakterisert ved at festebeina (27, 28) spisser med en vinkel på ca. 18e og at de er innrettet til å danne anlegg mot hverandre langs skovlrekka.