CH204957A - Wasserturbine mit schwingenden Laufradschaufeln. - Google Patents

Description

  Wasserturbine mit schwingenden     laufradschaufeln.       Die von Ernst Schneider in Wien ge  machte Erfindung eines Schaufelrades (siehe  österreichische Patentschrift Nr. 105723) ge  langte zur Anwendung im Bau von Schiffs  antriebpropellern     (Voith-Schneider    Propeller).  Die in der erwähnten Patentschrift aufge  zeigte Möglichkeit, eine Turbine auf gleicher  Basis zu entwickeln, führt hingegen zu Schwie  rigkeiten. Dies hat seinen Grund darin, dass  die Bewegung der Schaufeln nach der von  Ernst Schneider angegebenen Gesetzmässig  keit für eine Turbine nur annähernd richtig ist.  



  Es ist nicht Zweck der vorliegenden Er  findung, ein Verfahren aufzudecken, wie diese  Bewegung sein muss. Zweck der vorliegenden  Erfindung, die eine Wasserturbine mit schwin  genden     Laufradschaufeln    betrifft, ist es, eine       Konstruktion    aufzuzeigen, die eine Bewegung  der Schaufeln frei von jeder geometrischen  Gesetzmässigkeit und also rein nach den hydrau  lischen Erfordernissen ermöglicht. Dies wird  gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass  der die schwingende Drehbewegung der Lauf  radschaufeln bewirkende Mechanismus durch    einen zentral angeordneten, in Richtung der  Drehachse des Laufrades verstellbaren Steuer  nocken gesteuert wird, welcher seinerseits  mit einer Regelvorrichtung in Verbindung  steht.

   Die günstigste Form des Steuernockens  und damit die günstigste Bewegung der Lauf  radschaufeln kann an einem Modell auf dem  Versuchswege bestimmt werden.  



  Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs  beispiel des Erfindungsgegenstandes darge  stellt.     Fig.    1 zeigt einen Achsenschnitt durch  dasselbe und     Fig.2    einen Querschnitt durch  den Steuermechanismus desselben;     Fig.    3 ist  ein Querschnitt nach der Linie     i-i    in     Fig.1,     wobei gleichzeitig Geschwindigkeitsdiagramme  dargestellt sind;     Fig.    4 zeigt     Laufradschaufeln     in verschiedenen Lagen;     Fig.    5 zeigt den  Steuernocken;

       Fig.    6 und 7 sind Schnitte  nach den Linien     a-a        bezw.        .b-b    in     Fig.    5  durch den Steuernocken.  



  In     derWasserführungskammerD,    die recht  eckigen     Durch$ussquerschnitt    aufweist, sind  eine Anzahl Führungsstege     .E    angeordnet. In       dieser    Kammer liegt ferner das Laufrad, das      zwei Radscheiben     B    und C, sowie Schaufeln  G und Verbindungsbolzen F, die zur mecha  nischen Verbindung der beiden Radscheiben,  sowie zur Lagerung der Schaufeln     G    dienen,  besitzt. Die Radscheibe B ist als Hohlkörper  ausgebildet, der zur Aufnahme des Steuer  gestänges für die Schaufelverstellung dient.  Die beiden Radscheiben B und C des Lauf  rades sind auf den Wellen<I>M</I> und<I>N</I> ange  ordnet, die in den Lagern     .K    und L gelagert  sind.

   Der Steuermechanismus für die Schaufel  verstellung besitzt einen nichtumlaufenden,  aber     inachsialerRichtung    verstellbaren Steuer  nocken P, der mit umlaufenden Fingern     Q,     welche einerseits in den drehbar angeordneten  Hülsen 0 geführt sind und anderseits an den  auf den Schaufeln G festsitzenden Hebeln     S     angreifen, zusammenarbeitet. Die Hebel     S     stehen unter dem Einfluss von Federn T.  Diese Zugfedern<I>T</I> drücken die Finger     Q     gegen den Steuernocken, so dass diese mit  ihren Rollen     U    in jeder Lage des     Steuer-          nockens    P mit der Umfangsfläche desselben  Kontakt haben.

   Jede Schaufel nimmt daher  in jeder Stellung des Rades die Stellung ein,  die durch die Form des     Steuernockens    be  stimmt ist. Der Steuernocken besitzt einen  Steuerquerschnitt     a--a        (Fig.    5 und 6), der  kreisrund und zur Drehachse z zentrisch ge  legen ist, so dass der Steuerradius r des     Steuer-          nockens    P für jeden Winkel a zwischen 0  und     360'    gleich gross ist.

   Wenn der Steuer  nocken so     achsial    verschoben wird, dass der  Steuerquerschnitt     a-a    steuert, haben sämt  liche Schaufeln die gleiche relative Lage zum  Rad, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die       Schaufelachsen        s-s    Tangenten bilden an den  Schaufelkreis k. Alle übrigen Steuerquer  schnitte des Steuernockens haben eine von  der Kreisform abweichende Gestalt, und zwar  weichen sie von der Kreisform um so stärker  ab, je weiter entfernt sie vom Steuerquer  schnitt     a-a    liegen.

   Der grösste Steuerradius  des Steuerquerschnittes     b-b    ist mit     r9    und  der kleinste mit     ri    bezeichnet     (Fig.    5 und 7).  Bei jeder Umdrehung des Rades vollführt  jede Schaufel eine der     Radiendifferenz        r?.-ri     entsprechende volle Drehschwingung um ihre    Drehachse. Dabei ist das Ganze derart aus  gebildet, dass die Schaufelspitze in den Zu  ström-Quadranten I und     II    aus dem Schaufel  kreis k heraus, in den     Abström-Quadranten          III    und IV aber in den Schaufelkreis k hinein  ragt.  



  Die Arbeitsweise des durch die Turbine  strömenden     Wassers    ist im folgenden an Hand  von     Fig.    3 erläutert. In dieser Figur sind  für die Schaufeln 2, 3, 5 und 6 die Geschwin  digkeitsdreiecke eingezeichnet. Es bedeuten c  die absolute Geschwindigkeit des Wassers in  der Turbine, u die Umfangsgeschwindigkeit  der Schaufeln auf dem Schaufelkreis<I>k,</I>     zv    die  relative Strömung des Wassers in bezug auf  die Schaufeln G.

   w bestimmt sich dermassen,  dass c die Resultierende aus<I>u</I> und     ?v    ist.<I>u</I>  ist so zu wählen, dass     w    einen Winkel<I>r,</I>     An-          stellwirikel    genannt, mit der Schaufelachse       s-s    einschliesst. Die Schaufeln werden also  unter dem     Anstellwinkel    r angeströmt, man  kann auch sagen, die Schaufeln bewegen sich  mit der     Momentangeschwindigkeit        tv    im Was  ser, und zwar in der Weise, dass die Achse  der Schaufel mit dem Geschwindigkeitsvektor  den     Anstellwinkel    r einschliesst.

   Dabei tritt  einerseits an der Schaufel ein Widerstand W  entgegengesetzt der Bewegungsrichtung auf  und anderseits eine     Auftriebkraft    A senkrecht  zur Bewegungsrichtung, in diesem Falle senk  recht zu     tv    (siehe Hütte, Band I, Seite 383,  25. Auflage). Die Praxis lehrt nun, dass bei  geeigneter Formgebung der Schaufeln G die  Auftriebskraft A ein Vielfaches des Wider  standes W werden kann. In     Fig.    4 sind an  je einer Schaufel in den Quadranten I und       III    die auf die Schaufeln wirkenden Wider  stands- und Auftriebskräfte W     bezw.        d    ein  gezeichnet.

   Die Resultierende B aus     W    und  A jeder Schaufel ergibt, multipliziert mit  dem Abstand d dieser Resultierenden von  der     Drebachse    z, das von jeder Schaufel er  zeugte Drehmoment auf die Turbinenwelle.  



  Anzahl und Grösse der Schaufeln können  frei gewählt werden. Werden die Schaufeln  mit einer Länge     h    gleich dem Schaufelab  stand t ausgeführt, so kann dadurch erreicht  werden, den     Wasserdurchfluss    durch die Tur-           bine    durch blosses Verstellen des Steuernockens  abstoppen zu können. Bei dieser Schaufel  stellung, die in     Fig.    4 im Quadranten     IV    dar  gestellt ist, ist der     zentrischeSteuerquerschnitt     des Steuernockens in wirksamer Stellung.

    Ist beim Schaufelrad gemäss     Fig.    4 der in  der     Fig.    5 mit     b--b    bezeichnete Steuerquer  schnitt in wirksamer Lage, so nehmen die  Schaufeln die im     II.    Quadranten der     Fig.    4  gezeichneten Stellungen ein. Das Rad ist ge  öffnet, d. b. es verarbeitet ein gewisses Quan  tum Wasser und gibt eine entsprechende  Leistung her.

   Man hat es demnach in der  Hand, durch Verstellen des     Steuernockens          Wasserdurchtritt    und Leistung und damit  auch die Drehzahl der Turbine zu regulieren,  wenn man nur.den Steuernocken vermittels  der Stange V mit einer     Handreguliervorrich-          tung    oder einem automatischen Regulator in  Verbindung bringt.  



  Dreht man bei der oben beschriebenen  Turbine den Steuernocken um<B>1800</B> um die  Achse z, so werden die Schaufeln des I. und       II.    Quadranten nach einwärts geschwenkt,  d. h. die Schaufelspitzen ragen in den Schaufel  kreis k hinein und die Schaufeln im IH. und  IV. Quadranten werden nach auswärts ge  schwenkt. Die Schaufeln würden dann wieder  richtig arbeiten, und zwar ganz genau gleich  wie oben beschrieben, wenn der     Wasserdurch-          tritt    durch die Turbine entgegengesetzt der  Pfeilrichtung f erfolgen würde. Durch blosses  Verdrehen des Steuernockens kann also die  Turbine auf entgegengesetzte Durchflussrich-         tung    eingestellt werden.

   Eine solche Turbine  eignet sich deshalb gut zur Ebbe- und     Flut-          ausnützung.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Wasserturbine mit schwingenden Lauf radschaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass der die schwingende Drehbewegung der Lauf radschaufeln bewirkende Mechanismus durch einen zentral angeordneten, in Richtung der Drehachse des Laufrades verstellbaren Steuer nocken gesteuert wird, welcher seinerseits mit einer Regelvorrichtung in Verbindung steht. UNTERANSPRÜCHE: 1. Turbine nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Laufrad zwei Lauf radscheiben besitzt, die durch in den hohlen Laufradachaufeln liegende Bolzen mitein ander verbunden sind. 2. Turbine nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Ganze derart aus gebildet ist, dass die Laufradschaufeln sich in der geschlossenen Stellung nahezu be rühren. 3.

   Turbine nach Patentansprucb, dadurch ge kennzeichnet, dass der zentral angeordnete Steuernocken nicht nur achsial verschieb bar, sondern auch, zwecks Einstellung der Turbine auf zwei einander entgegengerich- tete Durchflussrichtungen, um die Turbinen drehachse drehbar angeordnet ist.