Wasserkraftmaschine. Alle derzeit cebräuchlielien Wassertar- binentypen, die nach dem Überdruckprinzip arbeiten, benützen zur ffichtunggebung und Regelung des Wassers vor dem Eintritt in das Laufrad den sogenannten Leitappara.t. Dieser bestellt aus einer Anzahl Leitschau- feln, die jede für sich um einen Bolzen dreh bar sind,
gemeinsam verstellt werden kön nen und dem Wasser die zur richtigen Be- aufschlagung des Laufrades notwendigen tangentialen und radialen Geschwindigkeits- kompenenten erteilen. Der Leitapparat ist nicht nur kompliziert und kostspielig in der Fabrikation, sondern er gibt auch zu Stö rungen im Betriebe leicht Anlass, da sich Fremdkörper, wie Äste, Blätter, Eisstüak- eben und dergleichen darin festsetzen und die Turbine verstopfen können.
Ausserdem ist jüngst nachgewiesen worden, dass jede der Leitschaufeln des Leitapparates Anlass zu sekundären Wirbelungen und Ablösungs erscheinungen gibt, wodurch der Gesamt wirkungsgrad herabgesetzt und dem Eintre- ten von Kavitation im Laufrad Vorsehub geleistet werden kann, Es muss da-her als ein Fortschritt gewertet werden, den Leitapparat bei Überdruckturbinen überflüssig zu machen.
Vorliegende Erfindung bezieht sieh auf die Konstruktion einer Überdruckturbine und kennzeichnet sieh durch ein leitschaufel- loses Spiralgelläuse mit eingezogenem Lauf- radvorraum und einem Regelorgan am Be ginn der Spiralbahn des Wassers im Spiral- gehäuse.
In den Fig. <B>1</B> bis<B>5</B> sind einige Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch.,dargestellt, und zwar zeigt Fig. <B>1</B> eine Aufüllrungsform mit Francisläufer im Achsschnitt, Fig. 2 eine solche mit Kaplan- laufrad, und Fig. <B>3</B> einen Längsschnitt durch eine Spiralfülirung mit dem Regelorgan;
Fig. 4 zeigt den Achssehnitt durch eine Propellerturbine mit vertikaler Welle und Betonspiralgehäuse und, Fig. <B>5</B> einen Längs schnitt durch eine Variante, bei der das Regelorgan als eine an der Wand an elenkte C<B>9</B> Klappe ausgebildet ist.
Gemäss Fig. <B>1</B> und<B>3</B> besitzt die Turbine ein spiralförmiges Gehäuse<B>G,</B> das sieh nach innen in den zylindrischen Laufradvorraum <B>.A</B> verengt und am Beginn der Spiralbahn des Wassers mit einem Regulierorgan<B>D</B> (Fig. <B>3)</B> versehen ist. In Fig. <B>1</B> ist das Regulierorgan nicht sichtbar. Das Wasser tritt fangential in das Innere der Spirale ein und bildet dort von selbst einen echten Stru del, das heisst einen solchen, bei dem die Tangentialgeschwindigkeit im direkten Ver hältnis mit der Annäherung an die Achse steigt.
Die einzelnen Wasserbahnen im Spiralgehäuse sind demnach, -wie die Rech nung ergibt, ziemlich flache logarithmisehe ,Spiralen. Um die nötigen Eintrittswinkel in das Laufrad zu erhalten, wird daher durch Verringerung der Breite B des Spiral- gehäuses auf die Breite<B>b</B> des Laufradvor- raumes die Radialkomponente des Wassers vergrössert.
Die Tangentialkomponente wird hierdurch nicht beeinflusst. Im Laufradvor- raum <B>_A</B> unmittelbar vor dem Laufrad be schreibt das Wasser daher steilere lo:garith- mische Spiralen, wobei durch entsprechende Wahl des Verhältnisses B<B><I>:</I> b</B> der gewünschte Eintrittswinkel in das Laufrad erzwungen werden kann. Zahlreiche Versuche, bei denen die Wasserströmung durch Verwendung eines halbtrockenen Farbanstriches im In nern des Spiralgehäuses sichtbar gemacht wurde, haben dies voll bestätigt.
Fig. 2: und 4 zeigen die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf<B>je</B> eine Reak tionsturbine mit Propellerlaufrad. Die Strö mung im Spiralgehäuse und im Laufradvor- raum vollzieht sieh ebenso wie oben be schrieben, das heisst, das Wasser kreist im Laufradvorraum <B>A</B> in ziemlich steilen loga rithmischen Spiralen mit tangentialen und radialen Geso'hwindigkeitskomponenten, so dass. seine Strömung in der Gesamtheit an- nällernfl derjenigen Strömung entspricht,
die bisher üblicherweise durch den Leitapparat erzwungen wurde. Das Regulierungsorgan ist in beiden Figuren wie auch in Fig. <B>1</B> nicht sichtbar.
Die Schluckfähigkeit eines Spiralgehäu- ses hängt im wesentlichen von der Form der Spirale bezw. von der Veränderung und Aufeinanderfolge ihrer Querschnitte und Krümmungen ab. Es müsste daher eigentlich für jede Beaufschlagung der Turbine eine andere Spirale zur Verwendung kommen.
Wie eingehende Versuche gezeigt haben, ge nügt es aber in der Praxis, die Wasserströ mung im Innern der Spirale durch Beein flussung des das Laufrad beaufschlagenden Strudels am Beginn der Spiralbahn zu ver ändern, um eine Veränderung der Schluck fähigkeit unter Beibehaltung derselben Spiralforin zu erreichen.
Gemäss, Fig. <B>3</B> und<B>5</B> erfolgt die Verän derung der Schluckfähigkeit durch ein Regulierorgan<B>D</B> bezw. K im Eingang des Spiralgeltäuses am Beginn der Spiralbahn des Wassers.
Die Verstellung dieses Regu- lierorganes verändert die Gesamtheit der Strö mung des Wassers im Spiralgehäuse durch Beeinflussung des im Spiralinnern bestehen- ,den Strudels an seiner Entstehungsstelle und schafft ähnliche Verhältnisse, wie sie durch Veränderung der gesamten Spiralform er reicht werden könnten.
Es ergibt sich bei den verschiedenen Beaufschlagungen nur eine leichte Unsymmetrie in den Eintritts winkeln des Wasserz in das Laufrad, die aber, wie Versuche gezeigt haben, auf den Wirkungsgrad ohne Belang ist. Ras Regu lierungsorgan 10t sieh hydraulisch aus balancieren, so dass, zu seiner Verstellung nur selir kleine Kräfte notwendig sind.
Fig. <B>3:</B> zeigt die, Ausbildung des Regel- organes als stromlinienförmigen Körper, der beiderseits vom Wasser bespült wird und bei seiner Verstellung den im Gehäuse bestehen den Strudel beeinflusst wie oben beschrieben.
Fig. <B>5</B> zeigt eine Regelungsvorrichtung mit einer an der Spiralwand angelenkten Klappe K. Die Klappe wird bei der Regu lierung verstellt und verändert dadurch die Form der Spirale an der Entstehungsstelle des Strudels, wie auch den Eintrittsquer- schnitt der Spirale. Wie oben beschrieben, ändert sich dadurch die Wasserströmuno, im Spiralinnern und die Schluckfähigkeit der Turbine unter Wahrung eines guten Wir kungsgrades.
Ohne aus dem Rahmen der vorliegenden Erfindung zu treten, kann die Regulierung durch Beeinflussung des Strudels an seiner Entstehungsstelle. auch anders als in den Fig. <B>3</B> und<B>5</B> dargestellt ist, durchgeführt werden, beispielsweise durch elastische An- lenkuno- eines Teils der Spiralwand, durch eine läno,sverschiebliche Nadel oder der- In gleichen. Bei einer Turbine gemäss der vorliegen den Erfindung lassen sieh durch den Weg fall des Leitapparates, unter Wahrung guter Regulierfähigkeit, folgende Vorteile erzielen.
<B>1.</B> Erhöhung ödes Wirkungsgrades, 2. Verbilligung und Vereinfachung der Herstellung, <B>3.</B> Geringere Neigung zum Verstopfen durch Fremdkörper, 4. Kleine Reculierkräfte, kleine und bil- in lige Regler.