NO333777B1

NO333777B1 - Lopehjul til francisturbin

Info

Publication number: NO333777B1
Application number: NO20120005A
Authority: NO
Inventors: Geir Gulbrandsen
Original assignee: Rainpower Technology As
Priority date: 2012-01-03
Filing date: 2012-01-03
Publication date: 2013-09-16
Also published as: NO20120005A1; EP2923075A1; WO2013103304A1; PE20141647A1; CA2862493A1; WO2013103304A8; EP2923075B1; EP2923075A4

Abstract

Et Francisturbinløpehjul (5) for innløpsfallhøyde over 200 m, omfattende en ring (8), et løpehjulsboss (9) konsentrisk med ringen (8), og en flerhet av blader (10) med innbyrdes avstand mellom ringen og løpehjulsbosset, for rotasjon om en turbinakse (26) ved virkningen av vann som strømmer mellom nærliggende blader (10), inn i et sentralt utløpsområde (19) og ut fra turbinløpehjulet gjennom et utløp (28) av ringen (8) med en utløpsdiameter (Db), hvert blad har en innløpsside (17), bladene er anordnet med sine innløpssider (17) rundt omkretsen av løpehjulet (5), hvert blad har en innløpsdiameter, bladene har samlet en midlere innløpsdiameter (Dm), minst ett blad (10) har en innløpsdiameter med et avvik fra den midlere innløpsdiameter (Dm) på 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter (Db).

Description

FRANCISTURBIN-LØPEHJUL

Oppfinnelsen vedrører et Francisturbin-løpehjul for innløpsfallhøyde over

200 m, omfattende en ring, et løpehjulsboss konsentrisk med ringen, og en flerhet av blader med innbyrdes avstand mellom ringen og løpehjulsbosset, for rotasjon om en turbinakse på grunn av virkningen av vann som strømmer mellom nærliggende blader.

I en Francisturbin strømmer vann med høyt trykk inn i en spiraltromme som fordeler vannet rundt periferien. Vannet strømmer deretter mellom et system av skovler, vanligvis stasjonære stagskovler og bevegelige ledeskovler, for justering av mengden av vann som går gjennom turbinen. Etter å ha strømmet mellom ledeskovlene, strømmer vannet inn i det roterende løpehjulet som over-fører mesteparten av energien i vannet til mekanisk energi på turbinakselen. Deretter forlater vannet turbinen gjennom et sugerør.

Geometrien til bladene i et Francisturbin-løpehjul kan forårsake instabiliteter i vannstrømmen, hvilket kan føre til trykkpulsasjoner. I et Francisturbin-løpehjul i henhold til kjent teknikk, er alle bladene og deres posisjon i forhold til ringen, løpehjulsbosset og hverandre laget så likt som praktisk mulig, hvilket betyr at tidsintervallet mellom trykkpulsasjonene vil være nesten likt rundt omkretsen av løpehjulet. Trykkpulsasjonene kan derfor interferere med og addere seg til hverandre, hvilket kan frembringe støy og vibrasjoner. Dette kan være et problem for turbinens drift, særlig hvis støyen eller vibrasjonene forårsaker resonans i turbinen. Problemet er særlig tydelig for noen Francisturbiner med innløpsfallhøyde over 200 m.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe et Francisturbin-løpehjul for innløpsfallhøyde over 200 m hvor problemet omtalt ovenfor er redusert eller eliminert.

Denne hensikt oppnås i henhold til oppfinnelsen med trekkene i beskrivelsen og kravene.

Oppfinnelsen vedrører således et Francisturbin-løpehjul for innløpsfallhøyde over 200 m, omfattende en ring, et løpehjulsboss konsentrisk med ringen, og en flerhet av blader med innbyrdes avstand mellom ringen og løpehjulsbosset, for rotasjon om en turbinakse ved virkningen av vann som strømmer mellom nærliggende blader, inn i et sentralt utløpsområde og ut fra turbinløpehjulet gjennom et utløp av ringen med en utløpsdiameter, hvert blad har en fremre sugeside, sett i rotasjonsretningen, en bakre trykkside, en ringside forbundet til ringen, en løpehjulsboss-side forbundet til løpehjulsbosset, en innløpsside og en utløpsside, bladene er anordnet med sine innløpssider rundt omkretsen av løpehjulet, hvert blad har en innløpsdiameter, bladene har samlet en midlere innløpsdiameter. I henhold til oppfinnelsen har minst ett blad en innløps-diameter med et avvik fra den midlere innløpsdiameter på 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter.

"Avvik" skal bety både positivt og negativt avvik. I henhold til oppfinnelsen har således minst ett av bladene en innløpsdiameter som er enten 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter mindre enn den midlere innløpsdiameter, eller 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter større enn den midlere innløpsdiameter.

Innløpsdiameterens avvik er fortrinnsvis 0,75 til 1,5% av ringens utløps-diameter.

Francisturbin-løpehjulet i henhold til oppfinnelsen er fortrinnsvis anordnet til å tilveiebringe en ikke-syklisk variasjon av bladenes innløpsdiameter rundt omkretsen. Dette kan oppnås med et løpehjul med flere enn ett blad med avviket, og uensartede vinkelavstander mellom bladene med avviket i den samme retning. "Blader med avviket i den samme retning" betyr blader som enten har innløpsdiametere som er mindre enn den midlere innløpsdiameter eller har innløpsdiametere som er større enn den midlere innløpsdiameter. Fortrinnsvis varieres også vinkelavstandene mellom blader uten avviket langs omkretsen. Fortrinnsvis har minst ett blad med avviket en innløpsdiameter som er større enn den midlere innløpsdiameter, og fortrinnsvis har minst ett blad med avviket en innløpsdiameter som er mindre enn den midlere innløpsdiameter.

Fortrinnsvis har minst ett blads innløpsside en symmetrisk eller asymmetrisk avrunding, som danner en nese. For et blad med en innløpsdiameter som er mindre enn den midlere innløpsdiameter, står nesen fortrinnsvis mot trykksiden, og for et blad med en innløpsdiameter som er større enn den midlere innløps-diameter, står nesen fortrinnsvis mot sugesiden.

Trekkene ved oppfinnelsen forårsaker variasjoner i tidsintervallene mellom de ovennevnte trykkpulsasjoner. Sammenlignet med et Francisturbin-løpehjul i henhold til kjent teknikk, hvor disse tidsintervaller er neste like, vil et Francisturbin-løpehjul i henhold til oppfinnelsen ha mindre interferens mellom trykkpulsasjonene, og følgelig mindre støy og vibrasjoner.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av et Francisturbin-løpehjul for innløpsfallhøyde over 200 m, omfattende en ring, et løpehjulsboss konsentrisk med ringen, og en flerhet av blader med innbyrdes avstand mellom ringen og løpehjulsbosset, for rotasjon om en turbinakse ved virkningen av vann som strømmer mellom nærliggende blader, inn i et sentralt utløpsområde og ut fra turbinløpehjulet gjennom et utløp av ringen med en utløpsdiameter, hvert blad har en fremre sugeside, sett i rotasjonsretningen, en bakre trykkside, en ringside forbundet til ringen, en løpehjulsbosside forbundet til løpehjulsbosset, en innløpsside og en utløpsside, bladene er anordnet med sine innløpssider rundt omkretsen av løpehjulet, hvert blad har en innløpsdiameter, bladene har samlet en midlere innløpsdiameter, omfattende trinn for: 1) fremstilling av ringen og løpehjulsbosset; 2) fremstilling av alle blader identiske, med en overdimensjon tilpasset til å sette sammen bladene med en innløpsdiameter 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter større enn den midlere innløpsdiameter av det ferdige løpehjul; 3) sammenstilling av bladene mellom ringen og løpehjulsbosset, med en innløpsdiameter 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter større enn den midlere innløpsdiameter av det ferdige løpehjul; 4) maskinering av noen bladers innløpssider til en innløpsdiameter 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter mindre enn den midlere innløpsdiameter av det ferdige løpehjul, for å introdusere en ikke-syklisk variasjon av bladenes innløpsdiametere rundt omkretsen av løpehjulet.

Intervallet 0,5 til 3% i trinn 2), 3) og 4) erstattes fortrinnsvis med 0,75 til 1,5%.

Oppfinnelsen løser eller reduserer et problem vedrørende vekselvirkningen mellom vannstrømmen og innløpssidene av turbinbladene, og fra dette følger at oppfinnelsen vedrører de partier av innløpssidene som vekselvirker med hoveddelen av vannstrømmen. Partier av innløpssidene med mindre eller liten vekselvirkning med vannstrømmen behøver ikke å oppfylle den oppfinneriske idé.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, ved hjelp av eksempler, med henvisning til de ledsagende tegninger, hvor: Fig. 1 er et sideriss av en Francisturbin; Fig. 2 er et riss ovenfra av Francisturbinen på fig. 1; Fig. 3 er et sideriss av et Francisturbin-løpehjul; Fig. 4 er et riss ovenfra av et Francisturbin-løpehjul;

Fig. 5 er en del av et skjematisk tverrsnittsriss av et Francisturbin-løpehjul

i henhold til oppfinnelsen;

Fig. 6 er en sammenligning mellom et Francisturbin-blad i henhold til

oppfinnelsen og kjent teknikk;

Fig. 7 er en sammenligning mellom et Francisturbin-blad i henhold til

oppfinnelsen og kjent teknikk;

Fig. 8 er et skjematisk tverrsnittsriss av blader av et Francisturbin-løpehjul i

henhold til oppfinnelsen;

Fig. 9 er et skjematisk tverrsnittsriss av blader av et Francisturbin-løpehjul

i henhold til oppfinnelsen;

Fig. 10 er et skjematisk tverrsnittsriss av blader av et Francisturbin-løpehjul

i henhold til oppfinnelsen;

Fig. 11 er et skjematisk tverrsnittsriss av et blad av et Francisturbin-løpehjul

i henhold til oppfinnelsen;

Fig. 12 er en del av et skjematisk tverrsnittsriss av et Francisturbin-løpehjul

i henhold til oppfinnelsen under dets produksjon; og

Fig. 13 er en del av et skjematisk tverrsnittsriss av et Francisturbin-løpehjul

i henhold til oppfinnelsen.

Det vises til fig 1 og 2, som er et sideriss henholdsvis et riss ovenfra av en Francisturbin. Francisturbinen omfatter en stasjonær spiraltromme 1 som fordeler innkommende høytrykksvann 4 rundt periferien av turbinen. Vannet strømmer deretter mellom og ledes av faste stagskovler 2 og dreibare ledeskovler 3, for justering av mengde av vann som strømmer gjennom turbinen. Fra ledeskovlene 3 går vannet inn i et løpehjul 5.

For en videre forklaring, vises det til fig. 3, som er et sideriss av løpehjulet 5. Løpehjulet 5 omfatter en ring 8, et løpehjulsboss 9 konsentrisk med ringen, og blader 10 lokalisert mellom og festet til eller i ett med ringen og løpehjulsbosset. Ringen 8 og/eller løpehjulsbosset 9 er festet til en aksel 6 med sin akse 26.

Når det går inn i løpehjulet 5, treffer vannet turbinbladene 10, hvilket forårsaker at bladene og dermed ringen 8, løpehjulsbosset 9 og akselen 6 roterer i retningen R. Deretter strømmer vannet inn i et sentralt utløpsområde 19, og ut fra turbinens løpehjul gjennom et utløp 28 av ringen 8, inn i sugerøret 7, og forlater turbinen. Som det ses på fig. 3, utløpet 28 av ringen har en innvendig diameter Db.

Fig. 4 er et riss ovenfra av løpehjulet 5 med løpehjulsbosset 9 fjernet, og viser bladene 10 og ringen 8. Fig. 4 illustrerer i nærmere detalj hvordan strømmen av vann 11 fra ledeskovlene 3 treffer bladene 10 og avgir mesteparten av sin energi, hvilket forårsaker at vannet forandrer retning og strømmer inn i løpehjulskanaler 12 dannet mellom nærliggende blader 10, og videre inn i utløpsområdet 19. En del 20 av strømmen 11 vil bli omtalt med henvisning til fig. 6 og 7. Hvert blad 10 har en bakre trykkside 13, vendende mot vann-strømmen 11, og en motsatt fremre sugeside 14. Uttrykkene bakre og fremre refererer til rotasjonsretningen R. Videre har hvert blad en ikke synlig ringside 15 forbundet, typisk sveiset, til ringen 8, en løpehjulsbosside 16 forbundet, typisk sveiset, til løpehjulsbosset 9, en innløpsside 17 for strømmen av vann, og en utløpsside 18 for strømmen av vann. Bladene er anordnet med sine innløps-sider 17 rundt omkretsen av løpehjulet 5 og utløpssidene 18 rundt utløps-området 19 i senter av løpehjulet.

Fig. 5 er en del av et tverrsnittsriss av et Francisturbin-løpehjul i henhold til oppfinnelsen, lagt langs snittlinje A-A på fig. 3. Fig. 5 illustrerer det ytre parti av fire blader 10.1-10.4. P er delingen for løpehjulet, som er vinkelavstanden mellom bladene. Bladenes innløpssider 17 er avrundet. Hvert blad har en innløpsdiameter, som er diameteren av bladets innløpsside 17. Alle bladenes innløpssider har samlet en midlere innløpsdiameter Dm, som også kan betegnes den midlere innløpsdiameter for bladene 10 og den midlere innløpsdiameter for løpehjulet 5. I henhold til oppfinnelsen har minst ett blad en innløpsdiameter med et avvik fra den midlere innløpsdiameter Dmpå 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter Db. "Avvik" skal forstås som både positivt og negativt avvik. I henhold til oppfinnelsen har således minst ett av bladene en innløpsdiameter som er enten 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter Db mindre enn den midlere innløpsdiameter Dm, eller 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter Db større enn den midlere innløpsdiameter Dm. Som nevnte ovenfor, ringens utløpsdiameter Db., dvs. den innvendige diameter av ringens utløp 28, er illustrert på fig. 3.

Med videre henvisning til fig. 5, Dmer den midlere innløpsdiameter, DSier den mindre indre innløpsdiameter, dvs. 3% av ringens utløpsdiameter Db mindre enn den midlere innløpsdiameter Dm, Dsoer den mindre ytre innløpsdiameter, dvs. 0,5 av ringens utløpsdiameter Db mindre enn den midlere innløpsdiameter Dm, Dgier den større indre innløpsdiameter, dvs. 0,5 av ringens utløpsdiameter Db større enn den midlere innløpsdiameter Dm, og Dgoer den større ytre innløpsdiameter, dvs. 3% av ringens utløpsdiameter Db større enn den midlere innløpsdiameter Dm.

Blad 10.1 og 10.4 har innløpsdiametere i intervallet avgrenset av DSiog Dso, blad 10.2 har innløpsdiameter i intervallet avgrenset av Dgiog Dgo, og blad 10.3 har innløpsdiameter lik eller essensielt lik Dm.

Som et eksempel, en Francisturbin kan ha de følgende dimensjoner:

Midlere innløpsdiameter, Dm: 1000 mm

Ringens utløpsdiameter, Db: 588 mm.

Med den ovenstående notasjon, i henhold til oppfinnelsen:

Dsi= Dm- 3% x Db = 1000mm - 3% x 588mm = 1000mm - 17,64mm = 982,36mm.

Dso=Dm- 0,5% x Db = 1000mm - 0,5% x 588mm = 1000mm - 2,94mm = 997,06mm. Dgi= Dm+ 0,5% x Db = 1000mm + 0,5% x 588mm = 1000mm + 2,94mm = 1002,94mm. Dgo= Dm+ 3% x Db = 1000mm + 3% x 588mm = 1000mm + 17,64mm = 1017,64mm.

Innløpsdiameteravviket i henhold til oppfinnelsen er fortrinnsvis 0,75 til 1,5% av ringens utløpsdiameter Db, dvs. at tallene 0,5 og 3 i forklaringen og beregningen ovenfor erstattes av 0,75, henholdsvis 1,5.

Fortrinnsvis har flere enn ett blad avviket i henhold til oppfinnelsen, som illustrert på fig. 5, hvor både bladene 10.1, 10.2 og 10.4 har avviket. Vinkelavstandene mellom blader med avviket i samme retning varierer fortrinnsvis ikke-syklisk rundt omkretsen. "Blader med avviket i samme retning" betyr blader som enten har innløpsdiametere mindre enn den midlere innløpsdiameter eller har innløpsdiametere større enn den midlere innløpsdiameter. Dette betyr at vinkelavstanden mellom bladene 10.1 og 10.4, dvs. blader som begge har mindre innløpsdiametere enn den midlere innløpsdiameter, ikke skal gjentas syklisk rundt omkretsen for andre blader med mindre innløpsdiametere enn den midlere innløpsdiameter. Vinkelavstanden mellom to blader er lik delingen ganger antallet delingsavstander mellom bladene, som et eksempel er vinkelavstanden mellom blad 10.1 og 10.4 3P.

Vinkelavstandene mellom blader uten avviket, dvs. blader med en innløps-diameter lik eller essensielt lik Dm, varierer fortrinnsvis også ikke-syklisk rundt omkretsen.

Det er videre foretrukket at minst ett blad med avviket i henhold til oppfinnelsen har en innløpsdiameter større enn den midlere innløpsdiameter Dm, og at minst ett blad med avviket har en innløpsdiameter mindre enn den midlere innløps-diameter Dm.

Oppfinnelsen tilveiebringer et Francisturbin-løpehjul med innløpsdiameter som varierer ikke-syklisk rundt omkretsen. Dette kan oppnås ved flere "tilfeldige" kombinasjoner av vinkelavstander mellom bladene med og uten avvikene.

Fig. 6 og 7 sammenligner Francisturbin-blader i henhold til oppfinnelsen med Francisturbin-blader i henhold til kjent teknikk, og illustrerer virkningen av oppfinnelsen. På fig. 6 er blad 10.3 et blad i henhold til kjent teknikk, med en innløpsdiameter lik eller essensielt lik Dm. Blad 10.2 er et blad i henhold til oppfinnelsen, med en innløpsdiameter større enn Dm. På fig. 7 er blad 10.3 det samme som på fig. 6, mens blad 10.1 er et blad i henhold til oppfinnelsen, med en innløpsdiameter mindre enn Dm.

På fig. 6 og 7 betegner henvisningstall 20 strømmen, kjent som virvelstrøm, fra ledeskovlens bakre kant. Virvelstrømmen 20 er en del av strømmen 11, omtalt med henvisning til fig. 4. Hver gang et blad passerer en ledeskovl, vekselvirker bladets innløpsside 17 med virvelstrømmen 20, hvilket genererer en liten trykkpulsasjon, også kjent som trykkstøt, som beveger seg i alle retninger. Dette fenomen gjelder både konvensjonelle blader og blader i henhold til oppfinnelsen. I et konvensjonelt Francisturbin-løpehjul, hvor alle blader har like eller essensielt like innløpsdiametere, lik blad 10.3, vil det være regelmessige tidsintervaller mellom trykkpulsasjonene. Dette betyr at trykkpulsasjonene kan interferere med hverandre og bygge opp til støy eller vibrasjoner, hvilket i sin tur kan forårsake resonans i turbinen.

I et Francisturbin-løpehjul i henhold til oppfinnelsen har ikke alle bladene like eller essensielt like innløpsdiametere. Blad 10.2 med en innløpsdiameter større enn Dmvil møte virvelstrømmen fra ledeskovlens bakre kant tidligere enn hvis bladet hadde en innløpsdiameter lik Dm, og blad 10.1 med en innløpsdiameter mindre enn Dmvil møte virvelstrømmen fra ledeskovlens bakre kant senere enn hvis bladet hadde en innløpsdiameter lik Dm. Ved å variere innløpsdiametrene av bladene og vinkelavstandene mellom bladene med avviket i den samme retning, som omtalt ovenfor, vil det være uregelmessige tidsintervaller mellom trykkpulsasjonene. Dette betyr at trykkpulsasjonene i en mindre grad enn i konvensjonelle Francisturbiner vil interferere med hverandre, og det er mindre sannsynlig at det bygges opp støy eller vibrasjoner. Med denne type løpehjul er faren for en resonanssituasjon forbundet med trykkstøt eller trykkpulsasjoner ved løpehjulets innløp sterkt redusert eller eliminert.

Det vises til fig. 8, 9 og 10, som er tverrsnittsriss av blader i et Francisturbin-løpehjul med avviket i innløpsdiameter i henhold til oppfinnelsen, lagt langs snittlinje A-A på fig. 3. Fig. 8, 9 og 10 illustrerer fordelaktige former av bladene, som kommer i tillegg til de fordelaktige karakteristika for løpehjulet omtalt med henvisning til fig. 6 og 7. For å bistå ved forklaringen og definisjonen av disse trekk, viser fig. 8, 9 og 10 midtlinjer 22 mellom trykksiden 13 og sugesiden 14. Figurene bruker den samme notasjon for diametrane som på fig. 5. Hver figur viser to blader, ett med innløpsdiameter mindre enn den midlere innløps-diameter Dm, og ett med innløpsdiameter større enn den midlere innløps-diameter Dm. Fig. 8 viser at bladet med innløpsdiameter større enn den midlere innløps-diameter Dmhar en innløpsside med en avrunding symmetrisk om midtlinjen 22, idet avrundingen danner en nese 25.1. Nesen er lokaliseringen på avrundingen med den minste krummingsradien. Fig. 8 viser også at bladet med innløps-diameter mindre enn den midlere innløpsdiameter har en innløpsside med en avrunding asymmetrisk om midtlinjen, idet avrundingen danner en nese 25.2. På lignende vis viser fig. 9 og 10 symmetriske og asymmetriske avrundinger som danner neser.

Fortrinnsvis, som illustrert på fig. 8, 9 og 10, for et blad med innløpsdiameter mindre enn den midlere innløpsdiameter Dm, er nesen enten symmetrisk 25.4 eller asymmetrisk 25.2, og hvis den er asymmetrisk, peker mot trykksiden 13. Det er også foretrukket at for et blad med innløpsdiameter større enn den midlere innløpsdiameter Dm, er nesen 15 enten symmetrisk 25.1 eller asymmetrisk 25.3, og hvis den er asymmetrisk, peker mot sugesiden 14.

Fig. 11 er et tverrsnittsriss av et blad 10 i et Francisturbin-løpehjul i henhold til oppfinnelsen, lagt langs snittlinje A-A på fig. 3. En grunnlinje 23 for avrundingen perpendikulær på midtlinjen 22 har blitt inkludert. Det er foretrukket at en vinkel v mellom midtlinjen 22 og en linje 27 gjennom senter i nesen 25 og skjæringspunktet mellom midtlinjen 22 og grunnlinjen 23 er 0°-15°.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av et Francisturbin-løpehjul for innløpsfallhøyde over 200 m, som omtalt ovenfor. Fremgangsmåten omfatter trinn for: 1) Fremstilling av ringen 8 og løpehjulsbosset 9; typisk ved dreiing og fresing av plateemner eller støpte emner, på en kjent måte. 2) Fremstilling av alle blader 10 identiske, med en overdimensjon tilpasset til å sammenstille bladene med en innløpsdiameter 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter Db større enn den midlere innløpsdiameter Dmav det ferdige løpehjul 5. Dette gjøres typisk ved fresing av plateemner eller støpte emner, på en kjent måte. 3) Sammenstilling av bladene mellom ringen 8 og løpehjulsbosset 9, med innløpsdiameter 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter Db større enn den midlere innløpsdiameter Dmfor det ferdige løpehjul 5. Dette gjøres typisk ved å sveise bladene inn mellom ringen og løpehjulsbosset, på en kjent måte. 4) Maskinering av noen bladers innløpssider 17 til en innløpsdiameter 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter Db mindre enn den midlere innløpsdiameter Dmav det ferdige løpehjul, for å introdusere en ikke-syklisk variasjon av bladenes innløpsdiameter rundt omkretsen av løpehjulet 5. Dette gjøres typisk med fresing eller sliping, og kan gjøres med jig-monterte og styrte verktøy eller håndholdte verktøy. Fig. 12 er en del av et tverrsnittsriss av et Francisturbin-løpehjul i henhold til oppfinnelsen, lagt langs snittlinje A-A på fig. 3, etter trinn 3). Innløpssidene 17 er maskineri flate, med en innløpsdiameter 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter Db større enn den midlere innløpsdiameter Dmav det ferdige løpehjul, dvs. mellom Dgiog Dgo, ved bruk av notasjonen definert med henvisning til fig. 5. Fig. 13 er en del av et tverrsnittsriss korresponderende til fig. 12, etter trinn 4). Blad 10.2 har innløpsdiameter maskineri til 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter

Db større enn den midlere innløpsdiameter Dmav det ferdige løpehjul, dvs. mellom Dgiog Dgo, og har blitt maskineri videre sammenlignet med fig. 12. Bladene 10.1 og 10.2 har innløpsdiametere maskineri til 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter Db mindre enn den midlere diameter Dmav det ferdige løpehjul, dvs. mellom DSiog Dso. Blad 10.3 har innløpsdiameter maskineri til eller essensielt til den midlere innløpsdiameter Dmav det ferdige løpehjul.

Det ovenfor omtalte intervall 0,5 til 3% i trinn 2), 3) og 4) er fortrinnsvis erstattet av 0,75 til 1,5%.

Med henvisning til figurene 8, 9 og 10, i en foretrukket utførelse inkluderer trinn 4) maskinering av noen bladers innløpssider til en avrunding symmetrisk om en midtlinje 22 mellom trykksiden 13 og sugesiden 14, hvilken avrunding danner en nese, og fortrinnsvis også maskinering av noen bladers innløpssider til en avrunding asymmetrisk om en midtlinje 22 mellom trykksiden 13 og sugesiden 14, hvilken avrunding også danner en nese.

Trinn 4) inkluderer fortrinnsvis maskinering av innløpssidene av blader med innløpsdiameter mellom DSiog Dsotil en symmetrisk nese 25.4 eller en asymmetrisk nese 25.2 som peker mot trykksiden 13. Trinn 4) inkluderer også fortrinnsvis maskinering av innløpssidene av blader med innløpsdiameter mellom Dgiog Dgotil en symmetrisk nese 25.1 eller en asymmetrisk nese 25.3 som peker mot sugesiden 14.

Løpehjulet i henhold til oppfinnelsen kan også fremstilles med andre metoder, eksempelvis kan hvert blad eller hele løpehjulet støpes, smis, slipes og/eller sveises til den korrekte form. Den ikke-sykliske variasjon av løpehjulets innløpsdiameter og løpehjulets profil kan også introduseres på eksisterende løpehjul ved maskinering, sliping eller andre metoder.

Oppfinnelsen er i det ovenstående omtalt med henvisning til tverrsnittsriss lagt gjennom midtpartiene av innløpssidene 17 av bladene 10 av løpehjulet 5, illustrert på fig. 3. Disse midtpartier er de partier av innløpssidene 17 som vekselvirker med senterdelen eller hoveddelen av vannstrømmen, og derfor må oppfylle den oppfinneriske idé. Bladenes innløpssider 17 strekker seg mellom ringen 8 og løpehjulsbosset 9, og både formen og innløpsdiameteren av innløpssidene 17 og den midlere innløpsdiameter Dmav løpehjulet kan variere langs innløpssidene 17 mellom ringen 8 og løpehjulsbosset 9. Bladenes innløpssider 17 er typisk konkave, dvs. krummet mot senter av løpehjulet, men formen og diameteren av innløpssidene 17 kan også variere på andre måter mellom ringen 8 og løpehjulsbosset 9. Partier av innløpssidene 17 bort fra midtpartiene er av mindre viktighet for vekselvirkningen med vannstrømmen, og er følgelig mindre viktige enn midtpartiene for å oppnå reduksjonen i støy og vibrasjoner. Derfor, selv om det er foretrukket at partiene av innløpssidene bort fra midtpartiene også oppfyller den oppfinneriske idé, er dette strengt tatt ikke påkrevet for å oppnå oppfinnelsens hensikt. Som et eksempel, kan partiene av innløpssidene nær ringen og løpehjulsbosset være avrundet eller på annen måte tilpasset til ringen og løpehjulsbosset.

Claims

1. Francisturbin-løpehjul (5) for innløpsfallhøyde over 200 m, omfattende en ring (8), et løpehjulsboss (9) konsentrisk med ringen (8) og en flerhet av blader (10) med innbyrdes avstand mellom ringen og løpehjulsbosset, for rotasjon om en turbinakse (26) ved virkningen av vann som strømmer mellom nærliggende blader (10), inn i et sentralt utløpsområde (19) og ut fra turbinløpehjulet gjennom et utløp (28) av ringen (8) med en utløpsdiameter (Db), hvert blad har en fremre sugeside (14), sett i rotasjonsretningen (R), en bakre trykkside (13), en ringside (15) forbundet til ringen (8), en løpehjulsboss-side (16) forbundet til løpehjulsbosset (9), en innløpsside (17) og en utløpsside (18), bladene er anordnet med sine innløpssider (17) rundt omkretsen av løpehjulet (5), hvert blad (10) har en innløpsdiameter, bladene har samlet en midlere innløpsdiameter (Dm), karakterisert vedat minst ett blad (10) har en innløpsdiameter med et avvik fra den midlere innløpsdiameter (Dm) på 0,5 til 3% av ringens utløps-diameter (Db).

2. Francisturbin-løpehjul som angitt i krav 1, hvor innløpsdiameter-avviket er 0,75 til 1,5% av ringens utløpsdiameter (Db).

3. Francisturbin-løpehjul som angitt i krav 1 eller 2, hvor flere enn ett blad (10) har avviket, og vinkelavstandene mellom blader med avviket i den samme retning varierer ikke-syklisk rundt omkretsen.

4. Francisturbin-løpehjul som angitt i et av de foregående krav, hvor flere enn ett blad (10) har avviket, og vinkelavstandene mellom blader uten avviket varierer ikke-syklisk rundt omkretsen.

5. Francisturbin-løpehjul som angitt i et av de foregående krav, hvor minst ett blad (10) med avviket har en innløpsdiameter større enn den midlere innløpsdiameter (Dm), og minst ett blad med avviket har en innløpsdiameter mindre enn den midlere innløpsdiameter (Dm).

6. Francisturbin-løpehjul som angitt i et av de foregående krav, hvor flere enn ett blad (10) har avviket, og bladenes innløpsdiametere varierer ikke-syklisk rundt omkretsen av løpehjulet.

7. Francisturbin-løpehjul som angitt i et av de foregående krav, hvor, i et tverrsnittsplan perpendikulært på den aksiale retning, minst ett blads innløps-side (17) har en avrunding symmetrisk om en midtlinje (22) mellom trykksiden (13) og sugesiden (14), avrundingen danner en nese (25).

8. Francisturbin-løpehjul som angitt i et av de foregående krav, hvor, i et tverrsnittsplan perpendikulært på den aksiale retning, minst ett blads innløps-side (17) har en avrunding asymmetrisk om en midtlinje (22) mellom trykksiden (13) og sugesiden (14), avrundingen danner en nese (25).

9. Francisturbin-løpehjul som angitt i krav 7 eller 8, hvor, for et blad (10) med innløpsdiameter mindre enn den midlere innløpsdiameter (Dm), nesen (25) er symmetrisk eller asymmetrisk, hvis asymmetrisk pekende mot trykksiden (13).

10. Francisturbin-løpehjul som angitt i et av kravene 7-9, hvor, for et blad (10) med innløpsdiameter større enn den midlere innløpsdiameter (Dm), nesen (25) er symmetrisk eller asymmetrisk, hvis asymmetrisk pekende mot sugesiden (14).

11. Francisturbin-løpehjul som angitt i et av kravene 8-10, hvor avrundingen har en grunnlinje (23), perpendikulært på midtlinjen (22), en vinkel (v) mellom midtlinjen (22) og en linje (27) gjennom senter i nesen (25) og skjæringspunktet mellom midtlinjen (22) og grunnlinjen (23) er 0°-15°.

12. Fremgangsmåte for fremstilling av et Francisturbin-løpehjul (5) for innløpsfallhøyde over 200 m, omfattende en ring (8), et løpehjulsboss (9) konsentrisk med ringen (8), og en flerhet av blader (10) med innbyrdes avstand mellom ringen og løpehjulsbosset, for rotasjon om en turbinakse (26) ved virkningen av vann som strømmer mellom nærliggende blader (10), inn i et sentralt utløpsområde (19) og ut fra turbinløpehjulet gjennom et utløp (28) av ringen (8) med en utløpsdiameter (Db), hvert blad har en fremre sugeside (14), sett i rotasjonsretningen (R), en bakre trykkside (13), en ringside (15) forbundet til ringen (8), en løpehjulsboss-side (16) forbundet til løpehjulsbosset (9), en innløpsside (17) og en utløpsside (18), bladene er anordnet med sine innløps-sider (17) rundt omkretsen av løpehjulet (5), hvert blad (10) har en innløps-diameter, bladene har samlet en midlere innløpsdiameter (Dm),karakterisert vedtrinn for: 1) fremstilling av ringen (8) og løpehjulsbosset (9); 2) fremstilling av alle blader (10) identiske, med en overdimensjon tilpasset til å sammenstille bladene med en innløpsdiameter 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter (Db) større enn den midlere innløpsdiameter (Dm) av det ferdige løpehjul (5); 3) sammenstilling av bladene (10) mellom ringen (8) og løpehjulsbosset (9), med en innløpsdiameter 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter (Db) større enn den midlere innløpsdiameter (Dm) av det ferdige løpehjul (5); 4) maskinering av noen bladers innløpssider (17) til en innløpsdiameter 0,5 til 3% av ringens utløpsdiameter (Db) mindre enn den midlere innløps-diameter (Dm) av det ferdige løpehjul (5), for å introdusere en ikke-syklisk variasjon av bladenes (10) innløpsdiametere rundt omkretsen av løpe-hjulet (5).

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, hvor intervallet 0,5 til 3% i trinn 2), 3) og 4) er erstattet av 0,75 til 1,5%.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 12 eller 13, hvor trinn 4) inkluderer maskinering av noen bladers innløpssider (17) til den midlere innløps-diameter (Dm) av det ferdige løpehjul (5).

15. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 12-14, hvor trinn 4) inkluderer maskinering av noen bladers innløpssider (17) til en avrunding symmetrisk om en midtlinje (22) mellom trykksiden (13) og sugesiden (14), avrundingen danner en nese (25).

16. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 12-15, hvor trinn 4) inkluderer maskinering av noen bladers innløpssider (17) til en avrunding asymmetrisk om en midtlinje (22) mellom trykksiden (13) og sugesiden (14), avrundingen danner en nese (25).

17. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 12-16, hvor trinn 4) inkluderer maskinering av innløpssidene (17) av blader (10) med innløpsdiameter mindre enn den midlere innløpsdiameter (Dm) til en avrunding symmetrisk eller asymmetrisk om en midtlinje (22) mellom trykksiden (13) og sugesiden (14), avrundingen danner en nese (25), hvis asymmetrisk pekende mot trykksiden (13).

18. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 12-17, hvor trinn 4) inkluderer maskinering av innløpssidene (17) av blader (10) med innløps-diameter større enn den midlere innløpsdiameter (Dm) til en avrunding symmetrisk eller asymmetrisk om en midtlinje (22) mellom trykksiden (13) og sugesiden (14), avrundingen danner en nese (25), hvis asymmetrisk pekende mot sugesiden (14).