DE1628092A1

DE1628092A1 - Hydraulische Maschine

Info

Publication number: DE1628092A1
Application number: DE19671628092
Authority: DE
Inventors: Andre Culaud; Michel Fauconnet
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1966-11-21
Filing date: 1967-11-17
Publication date: 1971-05-19
Also published as: US3494704A; CH447979A; ES347267A1; SE334132B

Description

218/12 734 DE ' 1-7. IFovembei· 1967

Pate η t a ti m el d u η g

der Firma
ATELIERS DES CHARMIELES S.A,

Genf (Schweiz)

109, rue de Iijon

"Hydraulisehe Maschine"

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Maschine,, bestehend aus mindestens einem Turbinenrad und/oder einem Pumpenrad bzw, einer Turbopumpe, aus einem Gehäuse torischer Form, für die Versorgung dieses Rades mit Wasser bzw. für die Aufnahme des aus diesem Rad gelieferten Wassers, sowie aus einem Ansaugkanal»

Die örflndungsgemässe Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Ansaugkanals sich radial

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um das Gehäuse erstreckt und dieses mindestens teilweise umschliesst.

-1 .4. ■

Die beigelegten Zeichnungen zeigen schematisch und beispielhaft mehrere Ausfuhrungsformen der erfindungsgemässen hydrau-Iisehen Maschine.

Darin zeigen: -

Fig. 1 eine Seitenansicht im axialen Teilsehnitt der ersten Ausführungsform dieser hydraulischen Maschine, z.B. einer Francis-Turbine. .

Fig. 2 eine Seitenansicht im axialen Teilsehnitt. einer zweiten Ausführungsform dieser hydraulischen Maschine, im vorliegenden Falle einer Kaplan-Turbine.

Fig, 3 eine Seitenansicht im axialen ,Teilschnitt einer dritten Ausführungsform dieser hydraulischen Maschine mit entgegengesetztem Francis-Turbinenrad. ^r ' Fig. 4 eine Seitenansicht im.axialen_rTeilschnitt'einer vierten Ausführungsform, im vorliegenden Falle einer Doppelrad-Francistürbine_f

Fig. 5 eine Seitenansicht im axialen Teilsehnitt einer fünften Ausführungsform, welche eine zweistufige Turbine bzw. Pumpe darstellt. . . · Fig. 6 eine Seitenansicht im. axialen Teilsehnitt einer sechsten Ausführungsform, die ,eine Turbine gekuppelt mit einer Pumpe enthält. ,.,

Gemäss Fig. 1 enthält diese hydraulische Maschine ein Rad

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der Prancis-Bauart, das am unteren Ende einer senkrechten Welle 2 befestigt ist. Dieses Rad 1 ist zwischen einem oberen Boden 3 und einem unteren Boden 4 angeordnet,zwischen welchen ein Verteiler 5 eingebaut ist. Ein kreisförmiges Gehäuse 6 dient zur Wasserversorgung dieser Turbine. Wie es aus der Zeichnung zu entnehmen ist, ist die allgemeine Mittelebene 7 dieses Gehäuses nach unten verschoben inbezug auf die Einlaufachse der Stromfäden im Vorverteiler 8. Diese Anordnung gestattet es; dem Ansaugkanal 9 eine umsehliessende Form zu geben, welcher sich wie üblich anstatt nadh unten, mindestens teilweise um das Gehäuse 6 erstreckt und dieses mindestens teilweise umschliesst. Wie es aus Fig. 1 täfcsächlidh erkennbar ist, bildet der Teil 10 der äusseren Wandung dieses Gehäuses 6 gleichzeitig einen Teil der inneren Führungswandung des Ansaugkanals 9. Dieser Ansaugkanal 9 mündet in einen Abflusskanal 11. Feststehende Leitstege 12 gewährleisten die Uebertragung der Last der Maschinenbestandteile, welche das Gehäuse 6, die Böden 3 und 4 und den Verteiler 5 umfassen, auf das Mauerwerk 13· Eine Tragwand 14 überträgt diesen Stegen 12 unmittelbar die Last der Böden 3 und 4 und des Verteilers 5· Der Kanal zum Wassereinlauf in das Gehäuse 6. ist mit 15 angedeutet. Der Raum l6, welcher sich zwischen dem Boden 4, der Wan* dung l4 und einem Teil 17 der Wandung des Änsaugkanals 9 befindet, kann wasserfrei gehalten werden bei verhältnismässig schwachem Gefälle. Im Falle von starkem Gefälle wird

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es hingegen vorteilhaft sein, die Drucke zwischen diesem Raum 16 und dem inneren Teil des Gehäuses .6 auszugleichen, indem Oeffnungen durch die Wandung l4 vorgesehen werden. Die vorstehend geschilderte Anordnung inbezug auf Fig. 1 lässt erkennen, dass es möglich ist, eine hydraulische Maschine in einem viel niedrigeren Raum aufzustellen als bei der üblichen Anordnung, mit senkrechtem Ansaugkanal unter der Maschine.

Die durch Pig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform zeigt eine, wie die erste, ähnlich angeordnete hydraulische Maschine, welche die gleichen Hauptelemente aufweist, namliehi ein von der senkrechten Welle 2 getragenes Rad 1, einen oberen Boden 3, einen unteren Boden 4, einen Verteiler 5* ein Gehäuse 6 zur Wasserversorgung und einen Ansaugkanal 9, welcher radial um das Gehäuse 6 angeordnet ist und dieses mindestens teilweise' in der Wandungsgegend 10 umschliesst. Bei dieser zweiten Ausführungsform handelt es sich um die Turbine der Kaplan-Bauart und es ist erkennbar, dass mit dieser Turbinentype die Anordnung des, das Gehäuse 6 mindestens teilweise umschliessenden Ansaugkanals 9 sehr gut ausführbar ist. Dieser Ansaugkanal 9 mündet ebenfalls durch die Stege 12 in einen Abflusskanal 11, welcher den unteren Teil des kreisförmigen Gehäuses 6 umschliesst.

Die Fig. 3 zeigt eine hydraulische Maschine, insbesondere

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eine Francis-Turbine, dessen Rad 1 entgegengesetzt oder umgekehrt auf seiner Welle 2 1st. Deshalb erstreckt sieh der Ansaugkanal 9 nach oben und radial um das Gehäuse 6. Die . Stege des Vorverteilers 8 sowie der Verteiler 5 sindL ±ni unteren Teil der Maschine angeordnet und ein, dem"Boden J5 der Maschine nach Pig. 1 entsprechender flacher Bodenj5a ist unter dem Rad 1 angeordnet. Der Raum 18 zwischen diesem , Boden 3^ und dem Rad 1 ist mit der Seite "Hochdruck" der Maschine in Verbindung, so dass der unter dem Rad»einwirkende Druck bestrebt ist, das Spurlagerj welches die achsiale Belastung der rotierenden Teile der Maschine trägtj zu entlasten· Bei dieser Ausführungsform übertragen die am Ausgang des Ansaugkanals 9 angeordneten Stege 12,mittels der Wandung l4 und der Stege des Vorverteilers 8, die Last der oberen Teile 19 des Gestelles der Maschine auf das Mauerwerk 13· ' ;

Die Fig. 4 zeigt eine zweifache hydraulische Maschine, im vorliegenden Fall eine hydraulische Maschine, die zwei anliegende Francis-Räder l und la enthält, welche von der gleichen senkrechten Welle 2 getragen werden. Der Ansaug-' kanal 9.a des oberen Rades la ist längs der Welle 2 nach oben gerichtet, während der Ansaugkanal 9 des Rades 1 nach unten gerichtet ist und die Form eines üblichen Saugtrichters aufweist, welcher in den Abflusskanal 11 mündet. Die Stege des Vorverteilers 8 dieser Maschine sowie der Verteiler 5 speisen, vom gleichen Gehäuse 6 aus* beide Räder

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1 und la.. Der Ansaugkanal 9|a des oberen Rades la umschliesst durch seine Verlängerung 20 das Gehäuse 6 vollständig und läuft in Form eines ringförmigen Trichters 21 koaxial zum Einsaugtrichter 9 aus und mündet in den^ Abflusskanal 11. Die Stege 12 sowie die feststehenden Stege 22 übertragen die Last der unbeweglichen Teile der Maschine der Mauerwerkmasse 13.mittels der Wandung l4 sowie der Stege des Vorverteilers 8.

Die Fig. 5 veranschaulicht eine Turbine bzw. eine zweistufige Pumpe* d.h. eine solche, die zwei anliegende Räder 1 und Ia enthält, welche von derselben senkrechten Welle 2 getragen werden. Im Falle> bei dem die hydraulische Maschine eine zweistufige Turbine bildet, speist das Gehäuse 6 mittels der Stege des Vorverteilers 8a und des Verteilers 5jL ^das erste Rad la, dessen Ansaugkanal 9a. sich nach oben erstreckt und dann radial nach aussen, indem dieser mit seiner Verlängerung 20 das Gehäuse 6 um schliesst. Dieser Ansaugkanal 9<§. der ersten Turbinenstufe mündet in die Lenkstege des Vorverteilers 8 und in den Verteiler 5 der zweiten Stufe 1 der Turbine, von wo aus das Wasser in den Einsaugkanal 9 üblicher kegelstumpfer Form einströmt, welcher nach unten zum Abflusskanal 11 gerichtet ist.

Diese Maschine enthält ebenfalls die feststehenden Stege 12 und die Wandung 14, welche die Last der unbeweglichen

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Teile der Maschine dem Mauerwerk IJ übertragen. Bei dieser Ausfuhrungsform ist der Schieberkreis 2J> unter dem Verteiler 5 angeordnet, während bei den vier ersten Ausführungsformen dieser Schieberkreis 25 am oberen Teil der Maschine angeordnet war. Diese Anordnung nach Fig. 5 ist besonders zweckmässig, wenn man über ein starkes Wassergefälle verfügt (z.B. in der Grössenordnung von 1000 .Metern Höhendifferenz), und wenn es erwünscht ist* Turbinen der Francis-Bauart zu verwenden, deren maximale brauchbare Fallhöhe bei gutem Wirkungsgrad ungefähr 5 bis 600 Meter pro Stufe beträgt*

Die Fig. 6 zeigt eine hydraulische Maschine, Turbopumpe genannt, d.h. eine hydraulische Maschine* die ein. mit einem Pumpenrad 24 gekuppeltes Turbinenrad 1 umfasst. Ein gemeinsames Gehäuse 6 dient einerseits zur Wasserversorgung der Turbine 1, mittels der Stege des Vorverteilers 8 und des Verteilers 3, welcher vom Schieberkreis 25 gesteuert wird, und andererseits zur Aufnahme des aus dem Diffusor 25 der Pumpe 24 auströmenden Wassers, im Falle bei dem die Maschine als Pumpe funktioniert. Ein Gleitschieber 2β (in Schliessstellung angedeutet in Fig. 6) gestattet, den Raum, in welchem sich das Turbinenrad 1 dreht vom inneren Raum des Gehäuses 6 zu trennen. Zwei weitere Gleitschieber 27 und 27a (in offener Stellung angedeutet) gestatten es* den Raum, in welchem sich das Pumpenrad 24 dreht, vom Innenraum des Gehäuses 6 und des Ansaugkanales■-Qa zu trennen Bei dieser Ausführungsform ist der Einsäugkanal 9 der Turbine L von

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üblicher kegelstumpfer Form und erstreckt sich nach unten. Dabei enthält der Ansaugkanal 9j; der Pumpe 24 einen das Gehäuse 6 umschliessenden Teil 20. Die Kanäle 28 gewährleisten die Wasserversorgung der Pumpe 24, ausgehend vom unteren Kanal 11 zum Abfluss des Wassers der Turbine 1 bzw. zur Versorgung der Pumpe 24 mit Wasser. Diese Kanäle 28, die um den Einsaugtrichter 9 verteilt werden können, münden also in den Teil 20, welcher das Gehäuse 6 des Einsaugkanals 9jt umschliesstj zur Speisung des Pumpenrades 24.

Funktioniert die hydraulische Maschine als Pumpe, so wird der Raum 29, in welchem sich das Turbinenrad 1 dreht "trockengelegt", d.h. das Wasser wurde aus diesem Raum, z.B. mit Druckluft ausgetrieben.

Funktioniert die hydraulische Maschine als Turbine, so wird der Gleitschieber 26 geöffnet, während die Gleitschieber 27 und 27ja geschlossen bleiben. Der Raum 30, in welchem sich das Rad der Pumpe 24 dreht wird dann "trockengelegt", um die Verluste durch Reibung herabzusetzen und es somit der hydraulischen Maschine zu gestatten, als Turbine mit günstigem Wirkungsgrad zu arbeiten. Als Variante dieser Anordnung nach Fig. 6 wäre es ebenfalls möglich, das Turbinenrad 1 in der oberen Lage vorzusehen, wobei das Pumpenrad 24 unter dem Turbinenrad 1 angeordnet wäre, so dass das Pumpenrad .24 unterhalb des Turbinenrades 1 liegenwürde, χ ■ ■

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Die oben inbezug auf die Pig. 1 bis 6 geschilderten, verschiedenen Ausführungsformen der hydraulischen Maschine lassen durchwegs erkennen, dass diese besondere Anordnung, welche einen Ansaugkanal aufweist, der mindestens teilweise das Gehäuse zur Versorgung bzw* zur Aufnahme des Wassers umschliesst, es gestattet, den Raumbedarf grundsätzlich in radialer Richtung zu verringern. Diese Verringerung des Platzbedarfes in radialer Riehtung ist auf die Verschiebung der Mittelebene 7 des Gehäuses 6 ihbezug auf die Ebene des Turbineneinganges bzw* des Pumpenausganges im Gehäuse zurückzuführen, wobei z.B. der Raumteil dieses Gehäuses in eine Zone mit kleinerem Durchmesser als derjenige der"Stege des Vorverteilers 8 versetzt werden kann. Andererseits gestattet diese Anordnung nach den in Pig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen die Bauhöhe der hydraulischen Maschine stark zu verringern, und zwar deswegen, weil sich der Ansaugkanal radial und waagerecht in Riehtung des Abflusskanals 11 erstreckt, anstatt senkrecht nach unten zu verlaufen. ~.^;

Im Gegensatz zum* wie üblich, zwischen der Eingangsöffnung 15 und dem entgegengesetzten Ende des Gehäuses 6 abnehmenden Querschnitt, weist das Gehäuse sämtlicher dargestellten Ausführungsformen einen konstanten Querschnitt torischer Form auf. Um jedoch mit einem solchen Gehäuse eine konstant

te Abflussgeschwindigkeit zu bewahren, 1st es möglieft, ' ■ dieses Gehäuse im Innern · ■ " χ mit einer Wand zur Wasser-

führung zu versehen, welche einen abnehmbaren Querschnitt des Gehäuses 6 zwischen der Eingangsöffnung 15 und dem entgegengesetzten Ende dieses Gehäuses bildet.

Die inbezug auf die Zeichnung beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich alle auf Maschinen mit senkrechter Welle. Sie können zwar ebensogut mit horizontaler Welle vorgesehen werden.

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Claims

218/12 734- DE 1?. November 1967

Patentanmeldung

der Firma ■

ATELIERS DES CHARMILLES S.A.

Genf (Schweiz) '

IO9, rue de Lyon

Patentansprüche

l.j Hydraulische Maschine, bestehend aus mindestens einem Turbinenrad und/oder einem Pumpenrad bzw. einer Turbopumpe, aus einem Gehäuse torischer Form für die Speisung dieses Rades mit Wasser bzw. für die Aufnahme des aus diesem Rad ausströmenden Wassers und aus einem Ansaugkanal , dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t, dass mindestens ein Teil (10) des Ansaugkanals (9) sich radial um das Gehäuse (6) erstreckt und dieses mindestens teilweise umschliesst.
2. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch " g e k en η ζ e i c h η et, dass mindestens ein Teil (10) der äusseren Wandung dieses Gehäuses (6) gleichzeitig einen Teil der inneren Führungswandung des Ansaugkanals (9) bildet.
3- Hydraulische Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2,

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dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, dass der Ansaugkanal (9) radial in den Kanal (11) zum Wasserabfluss bzw. zur Versorgung der Maschine mit Wasser mündet.
4. Hydraulische Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 3» mit senkrechter Welle, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ansaugkanal (9* Pig· 3) nach oben und radial um das Gehäuse (6) erstreckt, wobei ein fladher Boden (>a) unter dem Rad (l) angeordnet ist und der Raum (l8) zwischen diesem Boden (^a) und dem Rad (l) mit der Seite "Hochdruck" der Maschine verbunden ist, so dass der unter dem Rad einwirkende Drück bestrebt ist das Spurlager, welches die aöhsiale Belastung der rotierenden Teile (1, 2) der Maschine trägt, zu entlasten.
5· Hydraulische Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus einem zweifachen Rad, dessen Ansaugkanäle längs der Welle entgegengerichtet sind, dadurch gekennzei c hne t, dass der Ansaugkanal (9a.) des einen (la) der Räder (l, la) das Gehäuse (6) vollständig umschliesst und in den gemeinsamen Abfluss bzw. Versorgungskanal (11) der Maschine und koaxial zum Einsaugkanal (9) des anderen Rades (l, Fig. 4) mündet.
6. Hydraulische-Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, die zwei Turbinen- bzw. Pumpenstufen bzw. zwei Räder

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enthält, deren Ansaugkanäle längs der Welle entgegengerichtet sind, dadurch g e kenn ζ e lehnet, dass der Ansaugkanal (9a) der einen (la) der Stufen das Gehäuse (6) vollständig umschliesst und mit dem Eingang (8) der anderen Stufe (l, Fig. 5) verbunden ist*

7· Hydraulische Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, die zwei anliegende Räder,/nämlich ein Pumpenrad und ein Turbinenrad sowie ein einziges Gehäuse enthälti welches zur Wasserversorgung der Turbine bzw. zur Aufnahme des aus der Pumpe ausströmenden Wassers dient,- dadurch g e ■ k e η η ζ e i ö h ηe t, dass der Ansaugkanal (9a) der einen der Maschine das^ Gehäuse (6) umschliesst,, während der andere Ansaugkanal (9) der anderen Masöhine sich axial iri Richtung des Kanals (11) zum Abfluss des Wassers der Turbine (1) bzw* zur Versorgung der %, Pig. 6) mit Wassef erstreckt.

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