DE19619316C2 - Laufrad für eine Freistrahlturbine - Google Patents
Laufrad für eine FreistrahlturbineInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
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Description
Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Freistrahlturbine mit einer Vielzahl
von Becherschaufeln, die über den Umfang einer Radscheibe gleichmäßig
verteilt angeordnet sind.
Die Becherschaufeln werden im Betrieb von wenigstens einem
Wasserstrahl beaufschlagt, der aus einer Düse ausgestoßen wird. Der
Strahl verläuft wenigstens annähernd tangential zum Laufrad der
Freistrahlturbine. Im allgemeinen sind mehrere Düsen vorgesehen.
Freistrahlturbinen sind seit langem bekannt. Sie werden vor allem dort
eingesetzt, wo geringe Wassermengen und große Fallhöhen gegeben sind.
Die Befestigung der Schaufel war schon immer problematisch. Dies geht
darauf zurück, daß die Schaufeln beim Umlauf des Laufrades
intermittierend beaufschlagt werden. Dies bedeutet, daß kurzfristig höchste
Kräfte an der Schaufel beziehungsweise am Schaufelfuß angreifen. Der
rasche Wechsel größter Belastungsspitzen mit belastungsfreien
Zeitspannen kann zu Materialermüdungen und damit zu
Schaufelfußbrüchen führen. Die Folgen können katastrophal sein.
DE 39 38 357 A1 zeigt und beschreibt ein Schaufelrad einer
Freistrahlturbine (auch Peltonturbine genannt). Eine ähnliche
Freistrahlturbine ist in DE 35 03 469 C2 gezeigt. Bei diesen Turbinen hat
der Schaufelfuß eine Bohrung, die parallel zur Laufradachse verläuft. Durch
die Bohrung ist eine Spannschraube hindurchgeführt, die den Schaufelfuß
zwischen zwei Spannstücken einspannt. Mit solchen Konstruktionen lassen
sich zwar die Spannkräfte ohne weiteres aufbringen, die notwendig sind,
um den Schaufelfuß an der Radscheibe zu verankern. Problematisch ist
jedoch hierbei die Strahlkraft. Diese hat die Tendenz, den Schaufelfuß aus
seiner radialen Lage auszuhebeln. Dabei kann es zu Materialbrüchen
kommen.
DE 43 35 530 beschreibt eine Schaufel für eine Strömungsmaschine mit
einer diese Schaufel tragenden Radscheibe. Der Schaufelfuß ist keilförmig
ausgebildet und in einen entsprechenden Keilspalt der Radscheibe
eingesteckt. Die Fixierung erfolgt durch Verschweißen. Dieses erfordert
einen erheblichen Aufwand und ist außerdem nicht zuverlässig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Laufschaufelrad einer
Freistrahl- oder Peltonturbine den Schaufelfuß und die diesen
einspannenden Bauteile derart zu gestalten, daß die Strahlkräfte zuverlässig
aufgenommen werden, die spezifische Materialbeanspruchung hierbei
geringer wird, daß somit die Bruchgefahr gegenüber bekannten
Ausführungsformen verringert wird, und daß die Herstellungskosten, vor
allem die Montagekosten, gering gehalten werden. Außerdem sollen
Maßnahmen getroffen werden, um verschlissene Schaufeln leicht
demontieren zu können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im
einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1 zeigt in einer Teilschnittansicht parallel zur Radachse eine
Radscheibe mit einer Becherschaufel.
Fig. 2 zeigt den Gegenstand von Fig. 1 in einem achssenkrechten
Schnitt.
In Fig. 1 erkennt man eine Radscheibe 1, die auf einer Welle 2 aufgekeilt
oder mit ihr verflanscht ist. Die Radscheibe trägt an ihrem Äußeren Umfang
eine Schaufel 3. Diese umfaßt in bekannter Weise einen Becher 3.1, eine
Mittelrippe 3.2 und einen Schaufelfuß 3.3.
Das entscheidende gemäß der Erfindung ist aus Fig. 2 erkennbar. Wie
man sieht, haben die Schaufelfüße 3.3 ein ganz besonderes Profil. Im
dargestellten Falle ist es tannenbaumförmig. Der Umfang der Radscheibe 1
hat Aussparungen, die genau oder weitgehend dem Profil entsprechen,
somit hier ebenfalls Tannenbaumprofil haben.
Die tannenbaumförmigen Aussparungen der Radscheibe 1 erstrecken sich im
vorliegenden Falle durch die gesamte Dicke der Radscheibe 1 hindurch. Die
Schaufeln 3 können somit ihrem Schaufelfüßen 3.3 in die genannten
Aussparungen eingeschoben werden.
Statt der Tannenbaumform könnte auch eine andere Gestaltung der
Schaufelfüße 3.3 vorgesehen werden, beispielsweise ein Sägezahnprofil, oder
ein Trapezprofil. Entscheidend ist, daß der einzelne Schaufelfuß Erhöhungen
und Vertiefungen aufweist, denen entsprechende Erhöhungen und
Vertiefungen der Aussparung der Radscheibe 1 zugeordnet sind. Die
Begrenzungsflächen der Schaufelfüße sowie die komplementären Flächen der
Aussparungen der Radscheibe stellen somit Fügeflächen dar.
Die Schaufelfüße 3.3 können auf die folgende Weise in den Aussparungen
der Radscheibe 1 montiert werden:
Die Kontur eines jeden Schaufelfußes 3.3 kann relativ zu ihrer Aussparung in der Radscheibe 1 ein gewisses Übermaß haben, bzw. so geformt sein, daß er im unterkühlten Zustand in die Aussparung der Radscheibe 1 paßt. In diesem Falle kann man die Schaufelfüße unterkühlen, beispielsweise durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff, so daß die Schaufelfüße schrumpfen. Sodann werden die Schaufelfüße in geschrumpftem Zustand in die Aussparungen eingeschoben, wo sie sich allmählich erwärmen und ausdehnen, so daß es zu einem festen Sitz der Schaufelfüße 3.3 in den Aussparungen der Radscheibe 1 kommt.
Die Kontur eines jeden Schaufelfußes 3.3 kann relativ zu ihrer Aussparung in der Radscheibe 1 ein gewisses Übermaß haben, bzw. so geformt sein, daß er im unterkühlten Zustand in die Aussparung der Radscheibe 1 paßt. In diesem Falle kann man die Schaufelfüße unterkühlen, beispielsweise durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff, so daß die Schaufelfüße schrumpfen. Sodann werden die Schaufelfüße in geschrumpftem Zustand in die Aussparungen eingeschoben, wo sie sich allmählich erwärmen und ausdehnen, so daß es zu einem festen Sitz der Schaufelfüße 3.3 in den Aussparungen der Radscheibe 1 kommt.
Alternativ hierzu könnte man auch die Schaufelfüße derart dimensionieren,
daß sie gegenüber den Aussparungen ein gewisses Übermaß haben. In
diesem Falle müßten die Schaufelfüße 3.3 in die Aussparungen eingepreßt
werden.
Die Schaufeln unterliegen einem gewissen Verschleiß. So kann es notwendig
sein, einzelne oder sämtliche Schaufeln nach einigen Jahren auszutauschen
durch neue Schaufeln. Hierzu müssen sie wieder aus ihrer Verankerung
gelöst werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die
Schaufelfüße 3.3 hydraulisch aus den Aussparungen der Radscheibe
herausgepreßt werden. Deshalb kann es zweckmäßig sein, zwischen den
Fügeflächen der Schaufelfüße 3.3 und den Aussparungen eine Trennschicht
vorzusehen. Die Schaufelfüße können mit einer solchen Trennschicht vor dem
Einsetzen in die Aussparungen der Radscheibe beschichtet werden.
Durch die erfindungsgemäße Verbindung zwischen den einzelnen Schaufeln
und der Radscheibe entfällt jede Schraubverbindung. Die Schaufeln werden
hierdurch zuverlässig befestigt. Es kann zweckmäßig sein, die Schaufelfüße
gegen Verschieben in einer zur Laufradachse parallelen Richtung nochmals
durch Anschläge zu sichern, beispielsweise durch einen Umfangsring, der auf
die beiden Stirnseiten der Radscheibe 1 aufgesetzt wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Schaufeln einzeln
hergestellt werden können nach sehr vielen unterschiedlichen
Herstellungsmethoden, beispielsweise durch Gießen, Schmieden, daß das
Montieren sehr einfach ist, daß der Austausch einzelner Schaufeln oder
sämtlicher Schaufeln einer Radscheibe stark vereinfacht wird, und daß damit
die zu Reparaturen erforderliche Zeitspanne verkürzt wird. Man erhält damit
die Vorteile eines Laufrades mit einer Vielzahl von Einzelschaufeln, kombiniert
mit dem Vorteil eines einteilig gegossenen Laufrades.
Ein wichtiger Gedanke der Erfindung sieht vor, zwischen den Fügeflächen des
einzelnen Schaufelfußes und der Radscheibe oder am Profilgrund einen oder
mehrere Keile einzulegen. In Fig. 2 ist diese Möglichkeit angedeutet - siehe
die beiden Keile 7.1, 7.2. Zur Aufnahme der Keile 7.1, 7.2 sind entsprechende
Bohrungen im Fleisch der Radscheibe 1 vorgesehen. Die Bohrungen sind an
solchen Stellen angebracht, daß sich die Keile einerseits satt an der Leibung
einer solchen Bohrung anliegen, andererseits in der betreffenden Nut des
Schaufelfußes 3.3.
Besonders günstig ist die Anordnung des Keiles 7.2. Wird er beispielsweise in
einem Preßsitz eingefügt, so übt er auf die ganze Schaufel Druck aus, und
zwar genau in der Richtung, in welcher der Wasserstrahl 8 auf die Schaufel 3
einwirkt. Dies hat den Vorteil, daß kräftemäßig definierte Verhältnisse
geschaffen werden.
Claims (4)
1. Laufrad für eine Freistrahlturbine
- 1. 1.1 mit einer Welle (2);
- 2. 1.2 mit einer Radscheibe (1), die mit der Welle drehfest verbunden ist;
- 3. 1.3 mit einer Vielzahl von Becherschaufeln (3);
- 4. 1.4 jede Schaufel (3) weist einen Schaufelfuß (3.3) auf;
- 5. 1.5 jeder Schaufelfuß (3.3) ist mit der Radscheibe (1) formschlüssig verbunden;
- 6. 1.6 jeder Schaufelfuß (3.3) weist - in einem zur Radachse (2.1) senkrechten Schnitt gesehen - Erhöhungen und Vertiefungen auf, welche Nuten bilden;
- 7. 1.7 die Radscheibe (1) weist - ebenfalls in einem zur Radachse senkrechten Schnitt gesehen - für jeden Schaufelfuß (3.3) komplementäre Erhöhungen und Vertiefungen auf;
- 8. 1.8 zwischen den zueinander komplementären Flächen (Fügeflächen) der Schaufelfüße (3.3) und der Aussparungen der Radscheibe (1) ist jeweils eine Trennschicht zum Verhindern des Fressens vorgesehen.
2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
Fügeflächen von Schraubenfuß (3.3) und Radscheibe (1) ein Keil (7.1,
7.2) eingelegt ist.
3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Keil (7.1, 7.2) zylindrisch oder kegelig ist, und daß die Zylinderachse im
montierten Zustand koaxial zur Radachse (2.1) verläuft.
4. Laufrad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Keile hohl und expandierbar sind.
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Also Published As
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AT405081B (de) | 1999-05-25 |
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D2 | Grant after examination | ||
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