CH656433A5

CH656433A5 - Mehrstufige hydraulische maschine.

Info

Publication number: CH656433A5
Application number: CH5414/82A
Authority: CH
Inventors: Ichiro Yamagata
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1981-09-14
Filing date: 1982-09-13
Publication date: 1986-06-30
Also published as: JPS6220387B2; US4502835A; DE3233857A1; JPS5847171A; DE3233857C2

Description

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Mehrstufige hydraulische Maschine, die eine Welle und mehrere auf dieser Welle in axialem Abstand voneinander befestigte Rotoren aufweist, wobei jeder Rotor in einer getrennten Kammer angeordnet ist und die Kammern miteinander hydraulisch in Serie verbunden sind und wobei die Kammer der Stufe mit dem höchsten Druck so ausgebildet ist, dass sie eine äussere hintere Kammer, eine innere hintere Kammer und eine Seitenkammer bildet, und die Kammer der Stufe bzw. jeder der Stufen mit niedrigerem Druck eine hintere Kammer und eine Seitenkammer bildet, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Vorrichtung (20) zur Herstellung einer hydraulischen Verbindung zwischen dem äusseren Ende der inneren hinteren Kammer (8) der Stufe mit dem höchsten Druck und einem Durchlass (16), der den Ausgang der Stufe mit dem höchsten Druck mit der nächst anschliessenden Stufe verbindet und eine zweite Vorrichtung (22) aufweist, die für jede Stufe ausser derjenigen mit dem höchsten Druck eine hydraulische Verbindung zwischen dem inneren Ende der Seitenkammer (14) und einem den Eingang dieser Kammer mit dem Ausgang der vorhergehenden Stufe verbindenden Durchlass herstellt.

2. Mehrstufige hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Kammer jeder Stufe mit Ausnahme der Stufe mit dem höchsten Druck ungeteilt ist.

3. Mehrstufige hydraulische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (20) ein Ausgleichsventil (19) aufweist.

4. Mehrstufige hydraulische Maschine nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung (22) ein Druckregelventil (21) aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrstufige hydraulische Maschine, d.h. eine hydraulische Maschine wie z.B. eine Pumpe, eine Turbine oder eine Turbinenpumpe, die mehrere Stufen aufweist, von denen jede einen in einer getrennten Kammer angeordneten Rotor aufweist.

In einer hydraulischen Maschine vom Francis-Typ wird im Betrieb ein Axialdruck auf die Rotoren ausgeübt, welcher durch das axiale Ungleichgewicht des Wasserdruckes auf die verschiedenen mit dem Wasser in Berührung kommenden Flächen der Rotoren hervorgerufen wird. Jeder Rotor besteht im wesentlichen aus einer Rotorkrone oder Laufscheibe, die auf einer drehbaren Welle befestigt ist und sich von dieser weg nach aussen erstreckt, und ein Rotorband oder Deckscheibe, das sich von dem äusseren Rand der Rotorkrone nach innen erstreckt, aber nicht bis zur Welle reicht. Es hat sich gezeigt, dass der grösste Teil des auf einen Rotor wirkenden Axialdruckes durch das axiale Ungleichgewicht des Wasserdruckes, der auf die mit dem Wasser in Berührung kommenden Flächen der hinteren Teile der Rotorkrone und des Rotorbandes wirkt, im Vergleich zu demjenigen Wasserdruck, der auf die mit dem Wasser in Berührung kommenden Flächen der Vorderseite der Rotorkrone und des Rotorbandes wirkt. Die Fläche der Rückseite der Rotorkrone, die vom Wasserdruck beaufschlagt wird, ist grösser als die Fläche der Rückseite des Rotorbandes, die vom Wasserdruck beaufschlagt wird, und zwar um eine Fläche, die nahezu gleich der Fläche des Rotorauslassteiles ist, so dass in einer Vertikalmaschine der nach unten auf die Rückseite der Rotorkrone wirkenden Wasserdruck grösser ist als der nach oben gerichtete Wasserdruck, der auf die Rückseite des Rotorbandes wirkt. Es ist denn auch allgemein die Erfahrung gemacht worden, dass, im ganzen gesehen, ein axial nach unten gerichteter

Druck auf die Rotorkrone wirkt, wenn die Maschine in Betrieb steht. In hydraulischen Maschinen von geringem Volumen kann ein solcher axialer Wasserdruck durch ein Drucklager der Welle aufgenommen werden, in hydraulischen Maschinen von mittlerem oder grösserem Volumen jedoch wird der axiale Wasserdruck so gross, dass ein Drucklager zur Aufnahme solcher Axialdrücke in der Herstellung unwirtschaftlich wird.

Es ist bekannt, in einer einstufigen hydraulischen Maschine eine Zwischendichtung auf der Rückseite der Rotorkrone anzuordnen, so dass die hintere Kammer zwischen der Rotorkrone und der kopfseitigen Abdeckung zur Bildung einer inneren hinteren Kammer und einer äusseren hinteren Kammer unterteilt wird. Ein Ausgleichsrohr oder eine Ausgleichsöffnung sind zur Verbindung der inneren hinteren Kammer mit dem Auslass der Rotorkammer vorgesehen. Diese Anordnung erlaubt es, den Wasserdruck der inneren hinteren Kammer auf das Niveau des Wasserdruckes am Rotorauslass zu reduzieren.

Da der Wasserdruck in der inneren hinteren Kammer auf die Rückseite der Rotorkrone wirkt, wird die Druckbelastung durch den Wasserdruck in der inneren hinteren Kammer, die nach unten auf den Rotor wirkt, verringert und es wird daher als Folge des Anbringens der hydraulischen Verbindung der auf den Rotor wirkende Druck verringert.

Im Fall von mehrstufigen hydraulischen Maschinen kann ferner der Rotor der Stufe mit dem höchsten Druck, wie oben beschrieben, in der hinteren Kammer mit einer Zwischendichtung versehen sein, und kann weiterhin ein Ausgleichsrohr, das mit der inneren hinteren Kammer und dem Durchlass in Richtung des niedrigeren Druckes verbunden ist, vorgesehen sein, so dass der hydraulische Druck in der hinteren Kammer verringert wird. Bei den Rotoren der Stufen mit niedrigerem Druck, das heisst der übrigen Stufen ausser derjenigen mit dem höchsten Druck, sind jedoch die Rückseiten der Rotoren ziemlich weit im Inneren der Maschine gelegen und es ist äusserst schwierig, wenn nicht unmöglich, an der Rückseite der Rotorkrone ein inneres Ausgleichsrohr und eine Zwischendichtung anzubringen. Könnte eine solche Dichtung in die Maschine eingebaut werden, so wäre es sehr schwierig, die Wartung und die Kontrolle der Dichtung auszuführen, ohne einen grossen Teil der Maschine auseinanderzunehmen. Aus praktischen Gründen ist es daher üblich,

keine Zwischendichtung an der Krone jener Rotoren anzubringen, die nicht den Rotor der Stufe mit dem höchsten Druck bilden.

Die Wasserdruckbelastung, die auf diese Rotoren einwirkt, wird durch ein ausserhalb angeordnetes Drucklager aufgenommen. Die Notwendigkeit ein Drucklager vorzusehen, das geeignet ist, die entstehenden Wasserdruckbelastungen aufzunehmen, war ein grosses Hindernis für die Entwicklung von mehrstufigen hydraulischen Maschinen von grösserem Volumen.

Die vorliegende Erfindung hat eine mehrstufige hydraulische Maschine zum Gegenstand, die eine Welle und mehrere auf dieser Welle in axialem Abstand voneinander befestigte Rotoren aufweist, wobei jeder Rotor in einer getrennten Kammer angeordnet ist und die Kammern miteinander hydraulisch in Serie verbunden sind, wobei die Kammer der Stufe mit dem höchsten Druck so ausgebildet ist, dass sie eine äussere hintere Kammer, eine innere hintere Kammer und eine Seitenkammer bildet, und die Kammer der Stufe bzw. jeder der Stufen mit niedrigerem Druck eine hintere Kammer und eine Seitenkammer bildet, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine erste Vorrichtung zur Herstellung einer hydraulischen Verbindung zwischen dem äusseren Ende der inneren hinteren Kammer der Stufe mit dem höchsten Druck und einem Durchlass, der den Ausgang der Stufe mit dem

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