AT403188B - Weitbereich - rohrturbine - Google Patents

Description

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   Die vorliegende Erfindung betrifft Kaplan-Rohrturbinen mit annähernd   axialer Einlauf-und Auslaufströ-   mungund hat die Zielsetzung, den Wassermengen - Regelbereich mit akzeptablen Wirkungsgraden noch mehr zu erweitern als dies bei herkömmlichen   Kaplan-Rohrturbinen   bereits der Fall ist. 



  Die Verwindung der Lelt-und insbesondere der Laufradschaufeln passt nur in der   Auslegestellung stossfrei   in die Strömung. Bei Teillaststellung der Schaufel müsste sich auch die Verwindung ändern, was kaum mit vertretbarem Aufwand möglich ist. Der Erfindungsgedanke besteht nun dann durch absichtlich starke Meridiankrümmung im Bereiche des Laufrades die radiale Verteilung der   Mendiangeschwindigkelt   Cm (Fig. 1) ähnlich wie die Umfangsgeschwindigkeit u stark nach radial aussen zunehmen zu lassen, so dass die Verwindung der Schaufel In der auslegestellung schwach ausfällt und daher der Fehler der nicht passenden Vewindung bei Teil- und Überlast gering sein wird. 



   Dieses Erfindungsziel erfordert die Gleichzeitigkeit des Auftretens mehrerer Merkmale : 'Der Meridian muss stromaufwärts und stromabwärts vom Laufrad ansteigen, damit die   In Fig. 1   gezeigte radial zunehmende Verteilung der Meridiangeschwindigkeit sich einstellt und zusammen mit der linear zunehmenden Umfangsgeschwindigkeit eine geringmöglichste Verwindung der Schaufel ergibt und damit einen geringmöglichsten Verwindungsfehler bei Teillast gegenüber der üblichen
Vollastauslegung der Schaufel. 



     *   Die Leitschaufeln müssen ebenso wie die Laufschaufeln verstellbar sein, was ja die übliche
Massnahme bei Kaplanturbinen für weiten Regelbereich darstellt. 



     *   Der stromaufwärts und stromabwärts vom Laufrad radial ansteigende Meridian soll rotationssymme- trisch sein und soll im   Beschleunigungs-Einlaufteil   und im Diffusor-Abströmteil keine Stützrippen enthalten, damit sich drallbehaftete Strömungszustände in Beschleunigungsteil und Ringdiffusor frei einstellen können. 



   Im Stand der Technik kann man bei keinem ausgeführten Beispiel die Gleichzeitigkeit der drei angeführten Merkmale beobachten. 



  Patentschritten mit ähnlichen Strukturen verfolgen auch andere Erfindungsziele als die des weiten   Regelbe-   riches, weshalb die oben angeführten drei Merkmale nicht gleichzeitig zutreffen. 



   Das von der Meridianform her am nahesten kommende Schweizer Patent CH-332959 von Escher Wyss entstand aus dem Bestreben einer kompakten Bauweise. Fig. 1 dieses Patentes zeigt erstens starre Leitschaufeln als für weite Mengenregelung hinderliche Konstruktionsmassnahme und zweitens verhindern diese starren Leitschaufeln und gleichzeitigen Stützrippen die freie Drallausbildung. 



  Selbst wenn der Stützkörper 1 dieses Patentes noch zusätzliche Leitschaufeln beinhalten   würde- wie   man bei vielen S-Rohrturbinen beobachten kann-würde die unmittelbare Nähe der starren Stützrippen zu den   Verstell-Leitschaufeln   die freie Drallausbildung bei Teillast stromaufwärts von den Leitschaufeln behindern. Letzteres ist auch ein Hindernis für gute Teillastwirkungsgrade bei S-Turbinen mit den bekannten beulenförmigen   Einlaufkörpern   mit Stützrippen und   Verstelleitschaufeln   in unmittelbarer Nachbarschaft. 



  Die Patentansprüche der CH-332959 betonen den Einbau des E-Generators in die Nabe stromabwärts vom Laufrad, verfolgen also ein anderes Erfindungsziel. 



  Diese Maschine ist also als Weitbereichs-Rohrturbine ungeeignet
Das Patent DE-905 720 der Firma Voith zeigt in Abb. 1 eine Rohrturbine mit eingangs feststehendemd. h. nicht rotierendem Stützkörper mit dem gerade vorhin geschilderten Nachteil von   Versteliieitschauf-   ein in unmittelbarer Nachbarschaft von feststehenden Stützrippen. Hier wird ein   erstesmal   die freie 
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 freie Drallentwicklung bei Teillast stromabwärts vom Laufrad dadurch behindert, dass der Diffusor nicht rotationssymmetrisch ist, sondern sich in zwei Kanäle 23 und 24 aufgabeit, wie die Abb. 2 und Abb. 3 zeigen, wobei diese den Wirkungsgrad und damit den Mengenregelbereich einschränkende Aufgabelung des Diffusors auch Gegenstand des Hauptanspruches 1 dieses Patentes   1St.   



  Auch diese Maschine ist als Weitbereichs-Rohrturbine ungeeignet. 



   Das russische Patent SU 1178-925-A nimmt grundsätzlich die propellerähnliche nach vorne fliegende Lagerung und die Abwesenheit von Stützrippen in unmittelbarer Nähe der Leit-und Laufschaufelgitter vorweg, zeigt aber einen rein zylindrischen Meridian vor und nach dem Laufrad im Gegensatz zum radial vor und nach dem Laufrad ansteigenden Meridian der nunmehr auf Fig. 1 allein beschränkten A-2299/92. 



  Der Abströmkanal der SU 1178-925-A kann nicht rotationssymmetrisch sein, da das stromabwärts gelegene Getriebegehäuse umströmt werden muss. 



  Die Patentansprüche der SU 1178-925-A befassen sich auch nicht mit der Strömung durch die Wasserturbine, sondern mit einem vermeintlichen Vorteil der Abdichtung des Zahnradgetriebes, indem dessen Innenraum mit Drucköl aufgefüllt wird. 



  Dies ist eine weitere Maschine, die als Weitbereichs-Rohrturbine nicht besser geeignet ist, wie bekannte Rohrturbinen. 

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Claims (1)

1. Die Auswahl der gleichzeitig zutreffenden Merkmale der vorliegenden Anmeldung, wie sie im alleinigen Anspruch 1 aufscheinen, kann in der vorliegenden Kombination offenbar nur jemand treffen, der eine radial stark zunehmende Meridiangeschwindigkeit als Ausdruck des Kräftegleichgewichtes in einer stark gekrümmten Meridianströmung beabsichtigt, mit der Möglichkeit der freien Drallentwicklung stromaufwärts und stromabwärts von den beiden verstellbaren Schaufelgittern 1 und 2 der Fig. 1.

   Diese für den speziellen Zweck Weitbereichs-Rohrturbine" notwendige Kombination von Merkmalen trifft wegen anderer Zweckabsichten bei den Entgegenhaltungen nicht zu.

   Die Fig. 1 zeigt eine starke Meridiankrümmung U-förmig die Laufschaufel umschliessend, wodurch gemäss dem Kräftegleichgewicht in der gekrümmten Strömung, (die Krümmung ausgedrückt durch die Winkel ss1, ss2 und ss3, die zwischen 15 und 50. liegen können und dem Verhältnis der Nabendurcmesser N2 zu N1 grösser als 1 bis maximal 1, 6, und Radius R1 einer typischen Stromlinie) sich neben der linear nach aussen zunehmenden u-Verteilung nach Diagramm 10 in Fig. 1 auch ein nach radial aussen zunehmende Meridiangeschwindigkeit Cm ergibt, wodurch wiederum die angestrebte eine geringe Schaufelverwindung möglich wird.

   Infolge der steilen Winkel ss1 und ss2 des Doppelkegeldiffusors unmittelbar stromabwärts vom Laufrad bietet sich die räumliche Nutzung der Diffusornabe für Getriebe - wie in Fig. 1 gezeichnet-und Generatoren an. Die fliegend stromaufwärts gelagerte Anordnung des Laufrades ermöglicht freie Drallentwicklung bei Teillast ohne störende Stützrippen stromaufwärts vom Laufrad. wegen des ausgeprägten in die Maschine integrierten Diffusors ergibt sich ein geringerer Aufwand im Betonbauwerk als bei herkömmlichen Rohrturbinen mit dem Laufrad stromabwärts gerichtet. auch eine ebene Anordung 8 der Leitschaufelachsen ist möglich, parallel zur Ebene 9 der Laufschaufelachsen.

   Ferner sind in Fig. 1 die Zuströmrichtung 15, die Abströmrichtung 16, die Stützrippen 6, das Getriebe 13, der Generator 12, der Nabendiffusor 7 und der Betondiffusor 14 gekennzeichnet. 4A stellt die schräg einfallende Merdiankontur stromaufwärts vom Laufrad dar, 4 die schräg ansteigende Kontur stromabwärts vom Laufrad.

   Der Nabendurchmesser N1 in Fig. 1 ist definiert als der Durchmesser der Nabe in einer Ebene senkrecht zur Turbinenachse in der sich auch die Laufschaufel-Eintrittskanten mit der Nabe verschneiden.

   Patentansprüche 1. Rohrturbine nach System Kaplan mit verstellbaren Laufschaufeln und stromauwärts vom Laufrad befindlichen verstellbaren fliegend gelagerten Leitschaufeln mit Lagerung des Laufrades mittels Welle und Lager stromabwärts vom Laufrad, mit einem rotationssymmetrischen Ringdiffusor stromabwärts vom Laufrad, bestehend aus zwei radial mit den Winkeln (ss1) und (ss2) in Strömungsrichtung ansteigenden Kegel, wobei der steilste Teil dieses Ringdiffusors unmittelbar stromabwärts nach dem Laufrad frei von Stützrippen ist und bei welcher ferner auch die radial äussere Kontur des Merdians im Einlauf-Nahbereich des Laufrades eine geneigte Tangente mit dem Winkel (ss3) aufweist DADURCH GEKENNZEICHNET, dass sich eine fliegend gelagerte mitrotierende Laufradnabe (3) stromaufwärts von einem Durchmesser (N1) weg auf einen Durchmesser (N2) vergrössert,

   wobei das Verhältnis N2/N1 zwischen 1 und 1, 6 liegt.