WO2025098677A1 - Hydraulische maschine vom typ kaplan - Google Patents

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WO2025098677A1
WO2025098677A1 PCT/EP2024/077230 EP2024077230W WO2025098677A1 WO 2025098677 A1 WO2025098677 A1 WO 2025098677A1 EP 2024077230 W EP2024077230 W EP 2024077230W WO 2025098677 A1 WO2025098677 A1 WO 2025098677A1
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fluid
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Martin Schabasser
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Voith Patent GmbH
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    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/98—Lubrication

Definitions

  • the invention relates to a Kaplan-type hydraulic machine comprising an impeller with a hub body and a plurality of blades, the blades being rotatably mounted in the hub body.
  • Such hydraulic machines are used in hydroelectric power plants.
  • Hydraulic machines of this type are known from the prior art.
  • the bearings are typically simple plain bearings, with lubrication provided by a fluid filled into the hub body or by solid lubricants. In most cases, the fluid is oil.
  • hydraulic machines are also known in which the hub body is filled with water. Compared to water, oil offers the advantages of better lubrication and better corrosion protection, but has the disadvantage that if oil leaks from the hub body, it risks contaminating waterways.
  • hydraulic machines have been developed in which the hub body is only partially filled with oil. To ensure lubrication of the bearings in this case, these hydraulic machines include a special oil supply system that transports oil from the oil-filled areas of the hub body to the bearings. Such hydraulic machines are disclosed, for example, in SU 1 733 676 A1 and DE 697 22 960 T2.
  • the object of the invention is to provide a hydraulic machine of the Kaplan type with an alternative bearing system, which is characterized by reduced friction in the bearings and by an increased load capacity of the same under alternating load.
  • Fig. 1 State-of-the-art Kaplan type hydraulic machine
  • Fig. 2 Bearing arrangement of a Kaplan type hydraulic machine according to the state of the art
  • Fig. 3 Bearing arrangement according to the invention in a first embodiment
  • Fig. 4 Bearing arrangement according to the invention in a further embodiment
  • Fig. 5 Bearing arrangement according to the invention in a further embodiment
  • Fig. 6 Bearing arrangement according to the invention in a further embodiment
  • FIG 1 shows a schematic representation of a Kaplan-type hydraulic machine according to the prior art.
  • the hydraulic machine comprises an impeller with a hub body and a plurality of blades, wherein the blades are rotatably mounted in the hub body.
  • one of the blades is designated 1 and the hub body 2.
  • the impeller is rotatably mounted about an axis of rotation, which is indicated in Figure 1 by the dashed line.
  • the impeller is connected to a shaft, designated 3.
  • the shaft is hollow.
  • the mechanism for rotating the blades 1 is well known from the prior art and is described here only insofar as it is useful for understanding the present invention.
  • the hydraulic machine comprises a fluid source which provides pressurized fluid used to actuate the servomotor which actuates the rotating mechanism of the blades 1.
  • the servomotor is arranged in the impeller and is not shown in Figure 1.
  • the fluid source is shown very schematically in Figure 1 by the rectangle labeled 5.
  • the fluid source 5 is part of the stationary system of the hydraulic machine, i.e., it does not rotate with the impeller.
  • the fluid can be oil or water.
  • the hub body 2 is also filled with a fluid, i.e., all cavities inside the hub body 2 are filled with the fluid. Typically, the cavities are interconnected, forming a single cavity inside the hub body 1. In most cases, the hub body 2 is filled with the same fluid that also operates the servomotor. Since the servomotor is part of the rotating system, the pressurised fluid provided by the fluid source 5 must be transferred from the stationary system to the rotating system.
  • oil supply block which is indicated very schematically in Figure 1 by the rectangle labeled 4.
  • the oil supply block 4 is connected to the fluid source 5 on the stationary side and to the servomotor on the rotating side.
  • oil supply block is historically based and is not intended to imply that the fluid is necessarily oil.
  • the two fluid lines leading to the servomotor run inside the shaft 3 (not shown in Figure 1).
  • FIG. 2 shows the bearing arrangement for supporting a blade in a hydraulic machine according to the prior art.
  • the hub body is again designated 2.
  • the blade (not shown in Figure 2) is connected to a journal, which is designated 6.
  • the journal 6 is rotatably mounted in the hub body 2 by means of at least two bearings.
  • the axis of rotation of the journal 6 and the blade is indicated by the dashed line and is also referred to as the "blade axis" to distinguish it from the axis of rotation of the impeller, which is also referred to as the "impeller axis".
  • Bearings which are arranged furthest outwards from the impeller axis are called “outer bearings”, while bearings arranged further inwards are called “inner bearings”.
  • Both types of bearings are formed by bearing bushes which are arranged in openings in the hub body 2 and are connected to the hub body 2.
  • the outer bearing is designated 8 and the inner bearing 9.
  • both bearings are designed as combined radial and axial bearings.
  • embodiments have also become known in which at least the inner bearing 9 is designed as a pure radial bearing.
  • the axial bearing surface of the outer bearing 8 is arranged in the embodiment shown in Figure 2 between the associated bearing bush and a ring, which is designated by 7 and is connected to the journal 6.
  • the embodiment shown in Figure 2 is only to be regarded as an example of many other possible embodiments that have become known from the prior art.
  • FIG 3 shows a bearing arrangement according to the invention in a first embodiment.
  • the associated impeller comprises a distribution chamber, designated 11.
  • the distribution chamber 11 serves to receive fluid under excess pressure.
  • the distribution chamber is connected to the fluid source 5, which is indicated by the upwardly leading line.
  • the impeller further comprises a distribution groove, designated 13 in Figure 3.
  • Each distribution groove 13 is connected to the distribution chamber via a supply line, designated 12.
  • the distribution groove 13 wraps around the associated bearing bush and the axis of rotation of the associated blade.
  • the distribution groove 13 is formed by a recess in the hub body 2, which is arranged on the inside in the associated opening in the hub body 2. When the associated bearing bush is installed, the distribution groove 2 is delimited on its inside by the bearing bush.
  • a plurality of bearing chambers are arranged on the inside of the bearing bush, one of which is designated 14 in Figure 3.
  • Each bearing chamber 14 is connected to the distribution groove 13 via a radially running bore with a small cross-section in the bearing bush.
  • a throttle can optionally be arranged in each bore. In this case, the bore can also have a larger cross-section.
  • the arrangement shown in Figure 3 forms a hydrostatic plain bearing. In a hydrostatic plain bearing, the lubricant is continuously supplied and removed, resulting in an active lubricant circuit.
  • the lubricant is the pressurized fluid provided by the fluid source 5 and fed to the bearing chambers 14 in the outer bearing 8 via the distribution chamber 13 and the feed lines 12.
  • a special drainage of the lubricating fluid from the bearing chambers 14 is not absolutely necessary, since the fluid can flow through the bearing gaps into the cavities inside the hub body 2. Drainage lines can optionally be provided for this purpose.
  • the fluid flows out of the cavities inside the hub body 2 via a return line, which is designated 15 in Figure 3.
  • the return line 15 can open into the cavities at any point. From the above, it is clear that the hub body 2 is filled with the same fluid that also lubricates the outer bearings 8.
  • the return line 15 and the line leading upward from the distribution chamber 11 enter the stationary system via the oil supply bracket 4, so that the returned fluid can ultimately return to the fluid source 5.
  • FIG. 3 is particularly well suited for hydraulic machines whose fluid source 5 can provide sufficiently high fluid overpressures to operate the hydrostatic outer bearings 8.
  • Figure 4 shows an embodiment suitable for hydraulic machines for which this does not apply.
  • the distribution groove 13 and the bearing chambers 14 are designed exactly as in the embodiment according to Figure 2.
  • the hydraulic machine further comprises a pump unit, designated 16.
  • the pump unit 16 is arranged in the hub body 2 and designed such that it can convey the fluid filling the hub body 2 into the distribution chamber 11 under sufficiently high overpressure.
  • the distribution chamber 11 is arranged differently than in Figure 3. In Figure 4, it mainly consists of a groove in the hub body 2. So that all outer bearings 8 can be supplied with fluid from the distribution chamber 11, the distribution chamber 11 always wraps around the axis of rotation of the impeller.
  • the distribution chamber 11 is connected to all distribution grooves 13 via the supply line 12.
  • the pump unit 16 is supplied with the energy required for its operation via slip rings or magnetically inductively. In the embodiment according to Figure 4, no return line is required since the lubricant circuit is arranged entirely inside the hub body 2.
  • the embodiments according to Figures 3 and 4 can be combined.
  • the intake port of the pump unit 16 is connected to the fluid source 5, so that the pump unit 16 only has to supply the necessary pressure difference, which is missing from the fluid source 5, in order to operate the hydrostatic outer bearings 8.
  • a return line 15 is required.
  • a throttle can optionally be arranged in each bore. In this case, the hole can also have a larger cross-section.
  • Figure 6 shows another embodiment.
  • Figure 6 shows a detailed view of the axial portion of the outer bearing 8.
  • the special feature of this embodiment is a sleeve-shaped throttle, designated 17, which is arranged so that one part of it is inserted into the hub body 2 and the remaining part into the bearing bush. This additionally ensures that no pressurized fluid can enter the gap between the hub body 2 and the bearing bush.
  • the inner bearing 9 can also be designed analogously to the embodiments shown for the outer bearing 8. For each inner bearing 9, an additional distribution groove 13 is provided.
  • a common distribution chamber 11 can supply all bearings with fluid (as for the embodiment according to Figure 3) or a separate distribution chamber 11 is provided for the outer bearings 8 and a separate second distribution chamber 11 for the inner bearings 9 (as for the Embodiment according to Figure 4). If the supply is via a pump 16, one pump 16 is sufficient for all bearings in any case, as the outlet of the pump 16 is connected to all distribution chambers 11.
  • the bearing chambers 11 only need to be supplied with fluid when the blades are to be adjusted.
  • the hydraulic machine comprises a control device.
  • the control device controls corresponding valves or the pump unit 16 in order to supply the bearing chambers 11 with fluid when the blades are to be adjusted.

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Abstract

Hydraulische Maschine vom Typ Kaplan, welche ein um eine Laufradachse drehbares Laufrad mit einem Nabenkörper (2) und einer Vielzahl von Schaufeln (1) umfasst, und wobei die hydraulische Maschine wenigstens eine Verteilkammer (11) und für jede Schaufel eine Verteilnut (13) und eine Vielzahl von Lagerkammern (14) umfasst, und wobei die Verteilkammer die Laufradachse und jede Verteilnut die zugehörige Schaufelachse umschlingt, und wobei die Lagerkammern an der Innenseite der Lagerbuchsen und die Verteilnuten an der Innenseite der Öffnungen im Nabenkörper angeordnet sind, und wobei die Verteilnuten an ihrer Innenseite von den Lagerbuchsen begrenzt werden, und wobei jede der Lagerkammern durch eine radial verlaufende Bohrung mit der zugehörigen Verteilnut verbunden ist, und wobei jede Verteilnut durch eine Zuführleitung (12) mit einer der wenigstens einen Verteilkammer verbunden ist, und wobei die Lagerkammern so ausgebildet sind, dass dieselben als hydrostatisches Lager wirken, wenn unter Überdruck stehendes Fluid in die wenigstens eine Verteilkammer gelangt.

Description

Hydraulische Maschine vom Typ Kaplan
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Maschine vom Typ Kaplan, welche ein Laufrad mit einem Nabenkörper und einer Vielzahl von Schaufeln umfasst, wobei die Schaufeln im Nabenkörper drehbar gelagert sind. Solche hydraulischen Maschinen kommen in Wasserkraftwerken zum Einsatz.
Aus dem Stand der Technik sind gattungsgemäße hydraulische Maschinen bekannt. Üblicherweise handelt es sich bei den Lagern um einfache Gleitlager, wobei die Schmierung durch ein Fluid erfolgt, mit dem der Nabenkörper gefüllt ist, oder durch Festschmierstoffe. Das Fluid ist in den meisten Fällen Öl. Es sind aber auch hydraulische Maschinen bekannt, bei denen der Nabenkörper mit Wasser gefüllt ist. Öl bietet gegenüber Wasser die Vorteile einer besseren Schmierung und einem besseren Korrosionsschutz, hat aber den Nachteil, dass bei einem Öl-Austritt aus dem Nabenkörper eine Verunreinigung von Gewässern droht. Insbesondere um diese Gefahr zu verringern, sind hydraulische Maschinen entwickelt worden, bei welchen der Nabenkörper nur zum Teil mit Öl gefüllt ist. Um die Schmierung der Lager in diesem Fall sicherzustellen, umfassen diese hydraulischen Maschinen ein spezielles Öl- Zuführungssystem, welches Öl aus den Öl-gefüllten Bereichen des Nabenkörpers an die Lager transportiert. Solche hydraulischen Maschinen werden beispielsweise in der SU 1 733 676 A1 und in der DE 697 22 960 T2 offenbart.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Maschine vom Typ Kaplan mit einem alternativen Lagerungssystem anzugeben, welches sich durch eine reduzierte Reibung in den Lagern und durch eine erhöhte Belastbarkeit derselben bei Wechselbeanspruchung auszeichnet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 : Hydraulische Maschine vom Typ Kaplan gemäß dem Stand der Technik
Fig. 2: Lageranordnung einer hydraulischen Maschine vom Typ Kaplan gemäß dem Stand der Technik
Fig. 3: Erfindungsgemäße Lageranordnung in einer ersten Ausführungsform
Fig. 4: Erfindungsgemäße Lageranordnung in einer weiteren Ausführungsform
Fig. 5: Erfindungsgemäße Lageranordnung in einer weiteren Ausführungsform
Fig. 6: Erfindungsgemäße Lageranordnung in einer weiteren Ausführungsform
Figur 1 zeigt eine hydraulische Maschine vom Typ Kaplan gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung. Die hydraulische Maschine umfasst ein Laufrad mit einem Nabenkörper und einer Vielzahl von Schaufeln, wobei die Schaufeln im Nabenkörper drehbar gelagert sind. In Figur 1 ist eine der Schaufeln mit 1 und der Nabenkörper mit 2 bezeichnet. Das Laufrad ist drehbar um eine Drehachse gelagert, welche in Figur 1 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Das Laufrad ist mit einer Welle verbunden, welche mit 3 bezeichnet ist. Die Welle ist hohl ausgebildet. Der Mechanismus zum Verdrehen der Schaufeln 1 ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und wird hier nur insofern beschrieben als er für das Verständnis der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist. Die hydraulische Maschine umfasst eine Fluidquelle, welche unter Überdruck stehendes Fluid bereitstellt, welches für die Betätigung des Servomotors zur Verwendung kommt, welcher den Drehmechanismus der Schaufeln 1 betätigt. Der Servomotor ist im Laufrad angeordnet und in Figur 1 nicht dargestellt. Die Fluidquelle ist in Figur 1 stark schematisch durch das mit 5 bezeichnete Rechteck dargestellt. Die Fluidquelle 5 ist Teil des feststehenden Systems der hydraulischen Maschine, d.h. sie dreht sich nicht mit dem Laufrad mit. Als Fluid kommt Öl oder Wasser in Frage. Der Nabenkörper 2 ist ebenfalls mit einem Fluid gefüllt, d.h. alle Hohlräume im Innern des Nabenkörpers 2 sind mit dem Fluid gefüllt. In der Regel sind die Hohlräume miteinander verbunden und bilden so einen einzigen Hohlraum im Innern des Nabenkörpers 1. In den meisten Fällen ist der Nabenkörper 2 mit dem gleichen Fluid gefüllt, mit dem auch der Servomotor betätigt wird. Da der Servomotor Teil des rotierenden Systems ist, muss das von der Fluidquelle 5 bereitgestellte unter Überdruck stehende Fluid vom feststehenden System auf das rotierende System überführt werden. Das wird mit Hilfe des sogenannten Ölzuführbocks realisiert, welcher in Figur 1 stark schematisch durch das mit 4 bezeichnete Rechteck angedeutet ist. Der Ölzuführungsbock 4 ist auf der feststehenden Seite mit der Fluidquelle 5 verbunden und auf der rotierenden Seite mit dem Servomotor. Der Name „Ölzuführungsbock“ ist historisch bedingt und soll nicht andeuten, dass es sich bei dem Fluid zwingend um Öl handelt. Die zwei zum Servomotor führenden Fluidleitungen verlaufen im Inneren der Welle 3 (in Figur 1 nicht dargestellt).
Figur 2 zeigt die Lageranordnung zum Lagern einer Schaufel bei einer hydraulischen Maschine gemäß dem Stand der Technik. Der Nabenkörper ist wiederum mit 2 bezeichnet. Die Schaufel (in Figur 2 nicht dargestellt) ist mit einem Zapfen verbunden, welcher mit 6 bezeichnet ist. Der Zapfen 6 ist im Nabenkörper 2 mittels wenigstens zweier Lager drehbar gelagert. Die Drehachse des Zapfens 6 und der Schaufel ist durch die gestrichelte Linie angedeutet und wird auch als „Schaufelachse“ bezeichnet, um dieselbe von der Drehachse des Laufrades zu unterscheiden, welche auch als „Laufradachse“ bezeichnet wird. Lager, welche von der Laufradachse aus betrachtet am weitesten außen angeordnet sind, werden „äußere Lager“ genannt, während weiter innen angeordnete Lager als „innere Lager“ bezeichnet werden. Beide Arten von Lager werden durch Lagerbüchsen gebildet, welche in Öffnungen im Nabenkörper 2 angeordnet und mit dem Nabenkörper 2 verbunden sind. In Figur 2 ist das äußere Lager mit 8 und das innere Lager mit 9 bezeichnet. In Figur 2 sind beide Lager als kombinierte Radial- und Axiallager ausgebildet. Es sind aber auch Ausführungsformen bekannt geworden, bei denen zumindest das innere Lager 9 als reines Radiallager ausgeführt ist. Die axiale Lagerfläche des äußeren Lagers 8 ist in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform zwischen der zugehörigen Lagerbüchse und einem Ring angeordnet, welcher mit 7 bezeichnet und mit dem Zapfen 6 verbunden ist. Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform ist nur als Beispiel für viele andere mögliche Ausführungsformen anzusehen, die aus dem Stand der Technik bekannt geworden sind. Gemeinsam ist allen diesen bekannten Ausführungsformen, dass sie für jede Schaufel ein äußeres Lager aufweisen, welches radial wirkt und bei einer Drehung der Schaufeln am stärksten belastet wird und daher bei häufigen Lastwechseln, wie sie z.B. bei der Verwendung der hydraulischen Maschine zur Primärregelung auftreten, einem hohen Verschleiß ausgesetzt ist.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Lageranordnung in einer ersten Ausführungsform. Das zugehörige Laufrad umfasst eine Verteilkammer, welche mit 11 bezeichnet ist. Die Verteilkammer 11 dient zur Aufnahme von unter Überdruck stehendem Fluid. Dazu ist die Verteilkammer mit der Fluidquelle 5 verbunden, was durch die nach oben führende Leitung angedeutet ist. Für jedes äußere Lager umfasst das Laufrad ferner eine Verteilnut, welche in Figur 3 mit 13 bezeichnet ist. Jede Verteilnut 13 ist über eine Zuführleitung, welche mit 12 bezeichnet ist, mit der Verteilkammer verbunden. Die Verteilnut 13 umschlingt die zugehörige Lagerbüchse und die Drehachse der zugehörigen Schaufel. Die Verteilnut 13 wird durch eine Eintiefung im Nabenkörper 2 gebildet, welche an der Innenseite in der zugehörigen Öffnung im Nabenkörper 2 angeordnet ist. Wenn die zugehörige Lagerbüchse eingebaut ist, dann wird die Verteilnut 2 an ihrer Innenseite durch die Lagerbüchse begrenzt. An der Innenseite der Lagerbüchse ist eine Vielzahl von Lagerkammern angeordnet, von denen eine in Figur 3 mit 14 bezeichnet ist. D.h. die Lagerkammern 14 sind am radialen Teil des äußeren Lagers 8 angeordnet. Jede Lagerkammer 14 ist über eine radial verlaufende Bohrung mit kleinem Querschnitt in der Lagerbüchse mit der Verteilnut 13 verbunden. In jeder Bohrung kann optional eine Drossel angeordnet sein. In diesem Fall kann die Bohrung auch einen größeren Querschnitt haben. Die in Figur 3 gezeigte Anordnung bildet ein hydrostatisches Gleitlager. Bei einem hydrostatischen Gleitlager wird der Schmierstoff kontinuierlich zu- und abgeführt, so dass sich ein aktiver Schmierstoffkreislauf ergibt. Als Schmierstoff dient das unter Überdruck stehende Fluid, welches von der Fluidquelle 5 bereitgestellt wird und über die Verteilkammer 13 und die Zuführleitungen 12 den Lagerkammern 14 im äußeren Lager 8 zugeführt wird. Eine spezielle Abführung des schmierenden Fluids aus den Lagerkammern 14 ist nicht zwingend notwendig, da das Fluid über die Lagerspalte in die Hohlräume im Innern des Nabenkörpers 2 gelangen kann. Optional können zu diesem Zweck auch Drainageleitungen vorgesehen sein. Aus den Hohlräumen im Innern des Nabenkörpers 2 gelangt das Fluid über eine Rückführleitung heraus, welche in Figur 3 mit 15 bezeichnet ist. Die Rückführleitung 15 kann an beliebiger Stelle in die Hohlräume münden. Aus dem Gesagten ist klar, dass der Nabenkörper 2 mit demselben Fluid gefüllt ist, mit dem auch die äußeren Lager 8 geschmiert werden. Die Rückführleitung 15 und die aus der Verteilkammer 11 nach oben führende Leitung gelangen über den Ölzuführungsbock 4 ins feststehende System, so dass das rückgeführte Fluid letztlich wieder zur Fluidquelle 5 gelangen kann.
Die Ausführungsform gemäß Figur 3 ist besonders gut geeignet für hydraulische Maschinen deren Fluidquelle 5 ausreichend hohe Überdrücke des Fluids bereitstellen können, um die hydrostatischen äußeren Lager 8 betreiben zu können. Figur 4 zeigt eine Ausführungsform, die für hydraulische Maschinen geeignet ist, für die dies nicht zutrifft.
In der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform sind die Verteilnut 13 und die Lagerkammern 14 genauso ausgebildet wie in der Ausführungsform gemäß Figur 2. Die hydraulische Maschine umfasst ferner eine Pumpeneinheit, welche mit 16 bezeichnet ist. Die Pumpeneinheit 16 ist im Nabenkörper 2 angeordnet und so ausgebildet, dass sie das den Nabenkörper 2 füllende Fluid unter ausreichend hohen Überdruck in die Verteilkammer 11 fördern kann. Die Verteilkammer 11 ist anders als in Figur 3 angeordnet. In Figur 4 besteht sie hauptsächlich in einer Nut im Nabenkörper 2. Damit aus der Verteilkammer 11 alle äußeren Lager 8 mit Fluid versorgt werden können, umschlingt die Verteilkammer 11 in jedem Fall die Rotationsachse des Laufrades. Die Verteilkammer 11 ist über die Zuführleitung 12 mit allen Verteilnuten 13 verbunden. Die Pumpeneinheit 16 wird mit der für deren Betrieb notwendigen Energie über Schleifringe oder magnetisch induktiv versorgt. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 wird keine Rückführleitung benötigt, da der Schmierstoffkreislauf vollständig im Innern des Nabenkörpers 2 angeordnet ist.
Für hydraulische Maschinen deren Fluidquelle 5 einen zu geringen Überdruck erzeugt, können die Ausführungsformen gemäß den Figuren 3 und 4 kombiniert werden. In dieser weiteren Ausführungsform wird der Ansaugstutzen der Pumpeneinheit 16 mit der Fluidquelle 5 verbunden, so dass die Pumpeinheit 16 nur noch die notwendige Druckdifferenz bereitstellen muss, welche der Fluidquelle 5 fehlt, um die hydrostatischen äußeren Lager 8 betreiben zu können. Bei dieser Ausführungsform wird eine Rückführleitung 15 benötigt.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsform bei der nicht nur der radiale Teil des äußeren Lagers 8 als hydrostatisches Lager ausgebildet ist, sondern auch der axiale Teil des äußeren Lagers 8. Dazu sind an der axialen Lagerfläche der Lagerbüchse eine Vielzahl von Lagerkammern 14 angeordnet, d.h. die Lagerkammern 14 sind an dieser Stelle in die Lagerbüchse eingesenkt. Jede Lagerkammer 14 ist über eine axial verlaufende Bohrung mit kleinem Querschnitt mit der Verteilnut 13 verbunden. Diese Bohrungen erstecken sich sowohl durch einen Teil der Lagerbüchse als auch durch einen Teil des Nabenkörpers 2, da die Verteilnut 13 nicht direkt an den axialen Teil der Lagerbüchse angrenzt. Wenn die Verteilnut 13 an den axialen Teil der Lagerbüchse angrenzen würde, dann würden durch das in der Verteilnut 13 befindliche unter Überdruck stehende Fluid große axiale Kräfte auf die Lagerbüchse übertragen werden, was zu einer unerwünschten axialen Verschiebung der Lagerbüchse führen könnte. In jeder Bohrung kann optional eine Drossel angeordnet sein. In diesem Fall kann die Bohrung auch einen größeren Querschnitt haben.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform. Figur 6 zeigt im Detail den axialen Teil des äußeren Lagers 8. Die Besonderheit dieser Ausführungsform besteht in einer hülsenförmigen Drossel, welche mit 17 bezeichnet und so angeordnet ist, dass sie mit einem Teil im Nabenkörper 2 und mit dem restlichen Teil in der Lagerbüchse steckt. Dadurch wird zusätzlich sichergestellt, dass kein mit Überdruck beaufschlagtes Fluid in den Spalt zwischen Nabenkörper 2 und Lagerbüchse gelangen kann.
Auch das innere Lager 9 kann analog zu den für das äußere Lager 8 gezeigten Ausführungsformen ausgebildet sein. Für jedes innere Lager 9 ist dazu eine zusätzliche Verteilnut 13 vorzusehen. Je nach Ausführungsform kann eine gemeinsame Verteilkammer 11 alle Lager mit Fluid versorgen (so für die Ausführungsform gemäß Figur 3) oder es ist eine eigene Verteilkammer 11 für die äußeren Lager 8 und eine eigene zweite Verteilkammer 11 für die inneren Lager 9 vorgesehen (so für die Ausführungsform gemäß Figur 4). Wenn die Versorgung über eine Pumpe 16 erfolgt, so genügt in jedem Falle eine Pumpe 16 für alle Lager, indem der Ausgang der Pumpe 16 mit allen Verteilkammern 11 verbunden ist. Die Lagerkammern 11 müssen nur dann mit Fluid beaufschlagt werden, wenn eine Verstellung der Schaufeln erfolgen soll. Wenn die Lagerkammern 11 nicht mit Fluid beaufschlagt werden, dann stellt sich eine hohe Reibwirkung in den Lagern ein, welche in hohem Maße dazu beiträgt, die Schaufeln in der gewünschten Position zu halten. Dazu umfasst die hydraulische Maschine eine Steuereinrichtung. Je nach Ausführungsform steuert die Steuereinrichtung dazu entsprechende Ventile oder die Pumpeneinheit 16 an, um die Lagerkammern 11 mit Fluid zu beaufschlagen, wenn die Schaufeln verstellt werden sollen.
Bezugszeichenliste
1 Schaufel
2 Nabenkörper
3 Welle
4 Ölzuführungsbock
5 Fluidquelle
6 Zapfen
7 Ring
8 Äußeres Lager
9 Inneres Lager
10 Hohlraum im Nabenkörper
11 Verteilkammer
12 Zuführleitung
13 Verteilnut
14 Lagerkammer
15 Rückführleitung
16 Pumpeneinheit
17 Drossel

Claims

Patentansprüche
1 . Hydraulische Maschine vom Typ Kaplan, welche ein um eine Laufradachse drehbares Laufrad mit einem Nabenkörper (2) und einer Vielzahl von Schaufeln (1 ) umfasst, wobei die Schaufeln (1 ) im Nabenkörper (2) um Schaufelachsen drehbar gelagert sind, und wobei die hydraulische Maschine für jede Schaufel (1 ) einen mit der zugehörigen Schaufel (1 ) verbundenen Zapfen (6) und ein äußeres radial wirkendes Lager (8) mit einer Lagerbüchse umfasst, wobei die Lagerbüchsen in Öffnungen im Nabenkörper (2) angeordnet sind, und wobei der Nabenkörper (2) mit einem Fluid gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Maschine wenigstens eine Verteilkammer (11 ) und für jede Schaufel (1 ) eine Verteilnut (13) und eine Vielzahl von Lagerkammern (14) umfasst, und wobei die Verteilkammer (11 ) die Laufradachse und jede Verteilnut (13) die zugehörige Schaufelachse umschlingt, und wobei die Lagerkammern (14) an der Innenseite der Lagerbüchsen und die Verteilnuten (13) an der Innenseite der Öffnungen im Nabenkörper (2) angeordnet sind, und wobei die Verteilnuten (13) an ihrer Innenseite von den Lagerbüchsen begrenzt werden, und wobei jede der Lagerkammern (14) durch eine radial verlaufende Bohrung mit der zugehörigen Verteilnut (13) verbunden ist, und wobei jede Verteilnut (13) durch eine Zuführleitung (12) mit einer der wenigstens einen Verteilkammer (11 ) verbunden ist, und wobei die Lagerkammern (14) so ausgebildet sind, dass dieselben als hydrostatisches Lager wirken, wenn unter Überdruck stehendes Fluid in die wenigstens eine Verteilkammer (11 ) gelangt.
2. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1 , welche eine Fluidquelle (5) umfasst, welche unter Überdruck stehendes Fluid bereitstellen kann, um die Schaufeln (1 ) zu verdrehen, und wobei die hydraulische Maschine einen Ölzuführungsbock (4) umfasst, durch den Fluid ins Innere des Nabenkörpers (2) gelangen kann, und wobei der Ölzuführungsbock (4) mit der wenigstens einen Verteilkammer (11 ) verbunden ist, und wobei die hydraulische Maschine eine Rückführleitung (15) umfasst, durch die das den Nabenkörper (2) füllende Fluid aus dem Nabenkörper (2) heraus gelangen kann.
3. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1 , wobei die hydraulische Maschine eine Pumpeneinheit (16) umfasst, welche im Nabenkörper (2) angeordnet ist, und wobei die Pumpeneinheit (16) so ausgebildet ist, dass sie Fluid aus dem Nabenkörper (2) unter Überdruck in die wenigstens eine Verteilkammer (11 ) fördern kann.
4. Hydraulische Maschine nach Anspruch 2, wobei die hydraulische Maschine eine Pumpeneinheit (16) umfasst, welche im Nabenkörper (2) angeordnet ist, und wobei die Pumpeneinheit (16) mit dem Ölzuführungsbock (4) verbunden und so ausgebildet ist, dass sie Fluid vom Ölzuführungsbock (4) in die wenigstens eine Verteilkammer (11 ) fördern kann.
5. Hydraulische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die äußeren Lager (8) radial und axial wirken, und wobei im axial wirkenden Teil der Lagerbüchsen jeweils eine Vielzahl von Lagerkammern (14) angeordnet ist, und wobei jede Lagerkammer (14) im axial wirkenden Teil der Lagerbüchse durch eine axial verlaufende Bohrung mit der zum Lager (8) gehörigen Verteilnut (13) verbunden ist, und wobei sich die axial verlaufenden Bohrungen sowohl durch einen Teil der Lagerbüchsen als auch durch einen Teil des Nabenkörpers (2) erstrecken.
6. Hydraulische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die hydraulische Maschine für jede Lagerkammer (14) eine Drossel (17) umfasst, welche zwischen der Lagerkammer (14) und der zugehörigen Verteilnut (13) angeordnet ist.
7. Hydraulische Maschine nach Anspruch 5 und 6, wobei die zu den im axial wirkenden Teil der Lagerbüchsen angeordneten Lagerkammern (14) gehörigen Drosseln (17) als Hülsen ausgebildet sind, welche jeweils zum Teil im Nabenkörper (2) und zum Teil in den Lagerbüchsen angeordnet sind.
8. Hydraulische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die hydraulische Maschine für jede Schaufel (1 ) ein inneres Lager (9) umfasst, und wobei die inneren Lager analog zu den äußeren Lagern (8) aufgebaut sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH255206A (de) * 1947-04-16 1948-06-15 Escher Wyss Maschf Ag Einrichtung zum Abdichten der Drehzapfen der beweglichen Flügel von hydraulischen Rotoren an der Austrittsstelle der Zapfen aus einer mit einem unter Druck befindlichen Schmiermittel gefüllten Nabe, in der sie drehbar gelagert sind.
DE3248097A1 (de) * 1982-12-24 1984-06-28 Karl Otto Technisches Büro für Verfahrenstechnologie, 3054 Rodenberg Radialgleitlager, insbesondere fuer die welle einer wasserturbine
SU1733676A1 (ru) 1989-05-15 1992-05-15 Производственное Объединение Турбостроения "Ленинградский Металлический Завод" Рабочее колесо вертикальной поворотно-лопастной гидротурбины
DE69722960T2 (de) 1996-04-29 2004-05-19 Ge Energy (Sweden) Ab Hydraulische maschine

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