NO772820L - Vannturbin med vertikal akse. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en vannturbin med vertikal

akse, med et turbinlopehjul, svinghjul, generator og oljepumpe for regulering av ytelsen.

Ved vannturbiner for strømproduksjon og med midlere ytelser

er det kjent av okonomiske grunner å anordne en vannturbin og en stromproduserende enhet over hverandre langs en vertikal akse. Det er kjent en turbin med vertikal akse, med topunkts opplagring av turbinakselen, hvorved turbinen og svinghjulet er anordnet på den samme aksel. Over komiske tannhjul er en regulator for styring av ytelsen, og av vanlig konstruksjon, tilkoblet. En konvensjonell generator er tilkoblet over en kobling. Denne konstruksjonen er vanlig for ytelser inntil 100 hk. Videre er det kjent turbiner med vertikale akser,

og der turbinlopehjulet er montert på en forlenget generator-aksel. Slike utforelser er kjent utelukkende for likestroms-maskiner, og bare for små ytelser og manuelt regulerte maskiner. Disse maskiner produseres bare for ytelser på omtrent 10 kw.

Videre er det kjent en utforelse der turbinlopehjulet, et svinghjul og rotoren for generatoren er montert på en enkelt, vertikal aksel.

De kjente maskiner har enten ingen reguleringsmulighet, eller, når dette finnes, et stort plassbehov, særlig i hoyden eller sideveis. Dette betyr et relativt stort tillegg til byggeom-kostningene for hele maskinen,etter som det for reguleringen må uttaes et eget drivverk fra akselen, samt at det trengs et eget aksel- og drivsystem med egen lagring.og de dertil nød-vendige oversettinger. Denne konstruksjonen var hovedsakelig . tenkt for anlegg til eget behov og anlegg med små ytelser og med små krav til reguleringsnoyaktighet. Sannsynligvis blir det i fremtiden fremfor alt bruk for enheter med storre og midlere ytelser, og der det trengs en betydelig reguleringsmulighet og noyaktighet, etter som det f.eks. ved anlegg for strbmforskyvning til tettsteder og lignende må ventes at det, f.eks. betinget av fjernsynssendinger og lignende hendelser som.medforer inn- og utkobling, og som opptrer samtidig, vil opptre betydelige svingninger i rask rekkefolge med hensyn til stromytelsen. På den annen side er det nodvendig at disse anlegg er meget kompakte og driftsikre, og består mest mulig av få enkeltdeler og oversettinger, hvorved reparasjoner kan holdes på et minimum. Ved nodvendige reparasjoner skal disse kunne gjennomfores raskt og enkelt. Ved de hittil kjente utforelser finnes det en mengde oversettinger og kob-linger, hvilke av konstruksjonsmessige grunner trenger hyppig ettersyn og reparasjon.

Ved den foreliggende oppfinnelse unngåes disse ulemper ved at det på en gjennomgående, stiv aksel er anordnet turbin, svinghjul, generator og oljepumpe for regulering av ytelsen, samt reguleringsindikator. Etter som alle drevne deler er direkte tilkoblet en aksel, trengs det ingen særskilte uttak for drift av reguleringen.

Det bortfaller oversettinger som betyr storre omkostninger, og som dessuten er utsatt for feil. Etter som det ikke trengs særskilte uttak for drift av en regulering, og heller ingen oversetting, kan byggehoyden for aggregatet holdes liten. I henhold til oppfinnelsen skal reguleringen skje ved hjelp av en oljepumpe.

Oljepumpen har lite plassbehov, og kan monteres direkte på turbinakselen. Dessuten kan en oljestyring bygges lett tilgjengelig og servicevennlig. I henhold til en utforelsesform av oppfinnelsen foreslåes det at oljepumpen monteres på oversiden av generatoren. Der er pumpen lett tilgjengelig.

Videre foreslåes det at oljebeholderen monteres på oversiden av generatoren. Oljepumpen og oljebeholderen utgjor derved en enhet som er montert jpå generatoren og som krever liten plass. Videre foreslåes det at oljebeholderen som er montert på generatoren har utvendige ribber og at det over oljebeholderen er anordnet en ledemantel for luft/- for tilforsel av kjbleluft. Ved anordningen av oljebeholderen er det på en plassbesparende måte mulig å lede den nodvendige kjoleluft til generatoren samtidig over oljepumpehuset og derved oppnå en kontinuerlig oljekjoling. Videre foreslåes det at det på generatorhuset anordnes et kontrollpanel med styreinnretninger, hvorved reguleringsimpulsene kommer fra en giver som er montert direkte på akselen. Den direkte drevne oljepumpe har i for-hold til drift over en oversetting den fordel at det ved utkoblinger<p>g sikkerhetsutkoblinger alltid er igjen rota-sjonsenergi som er tilstrekkelig for styring av en nodut-kobling. En servomotor med servoventil og en manuell pumpe for oppstarting kan hensiktsmessig anordnes i området ved reguleringsorganet for turbinen og ledeapparatet. De nodvendige forbindelser mellom oljepumpen o.g olj^regulerings-anlegge t, henholdsvis reguleringsgiveren og styreorganene utgjores av hydrauliske og elektriske ledninger, hvilke reagerer ved forstyrrelser. Som generator anvendes forst og fremst en vekselstrømsgenerator. Selvsagt kan også andre generatortyper anvendes. Det kan også anvendes en spesialut-gave av en tilgjengelig, konvensjonell generator, der de folgende forandringer er nodvendige: Forlenget drivaksel for montering av turbinlopehjulet, utvidet generatorhus for opptak av svinghjulet mellom generator og turbin, forsterkning av det ovre deksel dg montering av et forsterket lager for opptak av belastningen fra turbinen og svinghjulet. Videre er det nodvendig å hå en fri ovre akselende for montering og til-kobling av oljepumpen og giveren for omdreiningstallet.

Oljebeholderen kan derved være anordnet ved akselenden, på det ovre generatordeksel. Derved er det nodvendig å anordne kontrollpanelet som omfatter den elektroniske styring og reguleringsinnretning. I kontrollpanelet er det dessuten innbygget de nodvendige elektriske apparater for overvåking og regulering av generatorspenningen.

Ved de hittil kjente, minste turbiner blir turbinkreftene, slik som vekten av turbinen, akselen for generatoren, reguleringsanordningen samt lagerkreftene opptatt av en spiralformet innlopskanal som befinner seg i det underste området av turbinen.

Denne losning er mulig ved turbiner og. generatorer med små ytelser, der vekten av hele enheten ikke er for hoy. Kompakte

turbiner med storre ytelser kan ikke bygges på denne måte, da det derved vil være fare for at innlopskanalen overbelastes av de ytre krefter.

Disse ulemper unngåes ved den foreliggende oppfinnelse, ved at innlopskanalen er utstyrt med ytre, omgivende bærefotter som opptar aksel-og lagerkreftene og overforer disse til fundamentet. Derved oppnåes.at innlopskanalen kan bygges uavhengig av styrke-messige hensyn. Den danner en del som er lagret i bærefottene, og overforer ingen ytre krefter, og er derfor også uavhengig av vekten av generatoren og turbinen osv. Derved ér det mulig og utforme innlopskanalen bare så sterk at den kan oppta de krefter som opptrer under bruk, og som forårsakes av det innstrommende vann. Til dette kan også for okning av styrken anordnes en overforing av krefter til bærefottene. Bærefottene kan ved stopte hus utformes som stopte ribber. Når innlopskanalen er sveiset, kan hensiktsmessig bærefottene utformes som hule plateelementer. Særlig når disse plateelementer er fylt med betong oppnåes en meget hoy styrke, og store krefter kan overfores til fundamentet uten at innlopskanalen belastes. Ved ifylling av betong, som kan skje på stedet etter montering av turbinen, er ikke transportvektéh av turbinen for hoy, og på den annen side er massen av bærefottene etter ifylling av betong så stor at den effektivt kan dempe og oppta svingninger.

Det er fordelaktig at bærefottene er fast forbundet med innlopskanalen, for forsterkning og avstivning av denne,' f.eks. ved sveising, nagler, skruer eller lignende. Derved for-sterkes innlopskanalen' av bærefottene, og kan overfore krefter til disse. Innlopskanalen kan holdes konstruktivt lett, og oppviser allikevel tilstrekkelig styrke. Det har vist seg at det er hensiktsmessig å anordne fire bærefotter. Det kan imidlertid også anordnes tre eller flere bærefotter.

Hensiktsmessig er bærefottene med sin overside forbundet,med en bæreringflens, til hvilken turbin-, generator- og lagerkreftene overfores. Derved oppnåes en bærende enhet for opplagring av generatoren og turbinen, og det unngåes belastning av innlopskanalen.

Videre foreslåes at det laveste området av innlopskanalen, for gjennomføring av en reguléringsarm for forskyvning av en

reguleringsring for forstilling av skovlene for turbinlopehjulet, ikke har noen understøttelse, dvs. at det ikke har fotter. Etter som dette området har mindre hoyde enn den storste hoyde i inn-^lopskanalen, dannes det et mellomrom der reguleringsarmen kan innfores. Det er ikke nodvendig, for gjennomfbringen av reguleringsarmen, å anordne noen ekstra hoyde. Generatoren kan

ved hjelp av disse.forholdsregler holdes kompakt.

Videre foreslåes at reguleringsmekanismen som påvirker reguleringsarmen, slik som en reguleringssylinder, regulerings-tannhjul osv., er lagret på en fot som opptar reguleringskrefter. Derved belastes ikke innlopskanalen med reguleringskreftene..

Oppfinnelsen skal, under henvisning til de vedfoyde tegninger, forklares nærmere ut fra et utforelseseksempel. Fig. 1 og 2 viser, sett fra siden og delvis i snitt, en kompakt bygget kaplan-spiralturbin.

Fig. 3 viser turbinen sett ovenfra.

Fig. 4 viser en stopt, spiralformet ledekanal sett ovenfra.

Fig. 5 viser et vertikalsnitt av kanalen.

Fig. 6 viser et utsnitt sett ovenfra.

I utforelseseksemplet vist i fig. 1 er det på en aksel 4 anordnet turbinlopehjulet 2 som loper i et turbinhus, svinghjulet 7, generatoren 3, oljepumpen 11 og reguleringsgiveren .12. Oljepumpen 11 befinner seg over generatoren. En olje-beholder 9 er anordnet montert på generatoren og omgir oljepumpen, samt oppviser ytre ribber 10. Gjennom en luft-ledemantel 8 fores kjoleluften for generatoren på vanlig måte til generatoren på en slik måte at oljepumpebeholderen samtidig kjoles. Et kontroll-panél 13 er anordnet på siden av generatoren. I dette kontrollpanel befinner de nodvendige styre-elementer for styring av omdreiningstallet seg, fra hvilke styreimpulsene fra reguleringsgiveren 12, som styrer omdreinihgs-tallet, kommer. Reguleringsgiveren sorger for at servomotorer drevet av oljen i oljepumpebeholderen 9 og oljepumpen 11 på kjent måte forandrer skovelinnstillingen for turbinen, henholdsvis vanntilførselen, på en slik måte at den onskede regulering inntreffer.

I utforelseseksemplet i henhold til fig. 2 er turbinskovlene 15 lagret innstillbare i turbinlopehjulet 2 som vann fra innlopskanalen 1 strommer inn i. Akselen 4 er lagret i det ovre turbinlager 5 og i det undre turbinlager 6. Rundt det ovre turbinlager 6 er det for å spare hoyde oljebeholderen 9 for smoreoljepumpen 11 slik anordnet at kjoleluft kan fores gjennom luftslisser 18 og strommer rundt generatoren 3 og ut gjennom slisser 19. Under generatoren er det på akselen 4 festet et svinghjul 7. Reguleringen skjer, styrt av omdreiningstallet,

i et på siden av generatoren anordnet kontrollpanel 13. Fra skovlene 15 strommer vannet inn i en avlopstrakt 17. Generatoren, samt turbinen, akselen, lagrene og alle andre deler er festet og understøttet på en bæreringflens 20, som forbinder fire bærefotter 21, hvilke i en utsparing 22 inneholder innlops-

kanalen og overforer kreftene til fundamentet 23. Kraftover-føringen skjer gjennom bærefottene uten belastning av innlopskanalen 1, som selv holdes av bærefottene 21 og avlastes. Bærefottene 21 består, i henhold til fig. 2 og 3, hver av en hul- platekonstruksjon som er fylt og forsterket med betong 24 og avstiver og forsterker innlopskanalen ved at de er sveiset til denne. En reguleringsarm 25 for påvirkning av en regu-leririgsring 26, ved hjelp av hvilken skovlene 15 forstilles for regulering av ytelsen, er fort mellom bærefottene 21 og bæreringflensen 20,over kanalen li området ved dennes minste diameter, og påvirkes av en reguleringssylinder 27, som understottes direkte mot bærefottene 21, over en regulerings-stang 28, slik at også reguleringskreftene opptaes direkte av bærefottene.

Utforelsesformene vist i fig. 4 og 5 viser en stopt innlopskanal 1 med påstopte bærefotter 21 og en bærering 22 med to ribber 29, og fig. 6 viser en utforelsesform med en bærefot med en ribbe 30, for lettere generatorer.

Claims (15)

1. Vannturbin ved vertikal akse, med turbinlopehjul, svinghjul, generator, oljepumpe og giver for omdreiningstallet^ for regulering av ytelsen, henholdsvis omdreiningstallet, karakterisert ved at turbinlopehjulet (2) svinghjulet (7), generatoren (3), oljepumpen (11) og reguleringsgiveren (12) er anordnet på en gjennomgående, stiv aksel (4).

2. Vannturbin som angitt i krav 1, karakterisert ved at oljepumpen (11) er montert på oversiden av generatoren (3).

3. Vannturbin som angitt i krav 2, karakterisert ved at oljebeholderen (9) er montert på oversiden av generatoren (3).

4. Vannturbin som angitt i krav 3, karakterisert ved at oljebeholderen (9) montert på generatoren (3) utvendig er utstyrt med luftkjole-ribber (10) og på oversiden er utstyrt med en luft-ledemantel (8) for innsuging av kjoleluften.

5. Vannturbin som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at det på generatorhuset er anordnet et kontrollpanel (13) med styreorganer for reguleringen.

6. Vannturbin som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at reguleringshuset er anordnet ringformet omkring lagerhuset.

7. ' Vannturbin som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at innlopskanalen (1) er utstyrt med ytre, omgivende bærefotter (21) som opptar aksel- og lagerkreftene og overforer disse til fundamentet.

8. Vannturbin som angitt i krav 1-7, karakterisert ved at bærefottene er utformet med stopte ribber.

9. Vannturbin som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at bærefottene (21) er utformet som hule plateelementer.

10. Vannturbin som angitt i krav .1 - 9, karakterisert ved at de hule plateelementer er fylt med betong.

11. Vannturbin som angitt i krav 1 - 10, karakterisert ved at bærefottene (21) er fast forbundet med innlopskanalen, for forsterkning og avstivning, ved hjelp av sveising, nagler, skruer eller lignende.

12. Vannturbin som angitt i krav 1 - 11, karakterisert ved at det er anordnet tre eller flere, fortrinnsvis fire bærefotter (21).

13. Vannturbin som angitt i krav 1-12, karakterisert ved at bærefottene (21) på sin overside er forbundet med en bæreringflens (20), på hvilken turbin-, generator- og lagerkreftene overfores.

14. Vannturbin som angitt i krav 1-13, karakterisert ved at området med den minste hoyde i innlopskanalen (1) for gjennomforing av en regulerings-årm (25) for forskyvning av en reguleringsring (26) for forstilling av skovlene (15) i turbinlopehjulet (2) ikke har bærefotter.

15. Vannturbin som angitt i krav 14, karakterisert ved at reguleringsmekanismen (27) som påvirker reguleringsarmen (25), slik som regulerings-sylinderen (28), reguleringsdrevet osv. er lagret på en bærefot som opptar reguleringskreftene.