DE2539636C2

DE2539636C2 - Läufer für eine hydrodynamische Maschine, insbesondere eine Francisturbine oder eine umkehrbare Pumpenturbine

Info

Publication number: DE2539636C2
Application number: DE2539636A
Authority: DE
Inventors: Ludvig Rune Ingvar Alestig; Göte Ivar Kristinehamn Gustavsson
Original assignee: Kamewa AB
Current assignee: Kamewa AB
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1975-09-05
Publication date: 1983-11-17
Also published as: DE2539636A1; GB1491113A; SE377829B; ES440943A1; CA1022037A; AU8413375A; NO146786B; NO752916L; NO146786C

Description

Die Erfindung betrifft einen Läufer für eine -»ο hydrodynamische Maschine, insbesondere eine Francisturbine oder eine umgekehrbare Pumpenturbine, mit festen Läuferschaufeln zwischen einer Krone und einem Seitenring und mit an einer Kronenspitze angeordneten Leitflügeln, die im wesentlichen dreieckförmig ausgebildet und vollständig voneinander getrennt angeordnet sind, zur Führung einer die Läuferschaufel verlassenden Wasserströmung, wenn die Maschine als Turbine arbeitet.

Der Läufer für eine Francisturbine oder eine Pumpenturbine ist im allgemeinen so ausgeführt, daß für einen gewissen Arbeitsbereich, der durch Werte der Druckhöhe, der Sirömung, der Geschwindigkeit und des Läuferdurchmessers bestimmt ist, die Arbeitsweise gleichmäßig und wirkungsvoll ist. Für diesen Bereich und andere naheliegende Bereich wird der höchste Wirkungsgrad erreicht, und es verläßt das Wasser den Läufer ohne Rotation oder nur mit geringer Rotation. Bei Arbeitsbedingungen, die in stärkerem Maß von den optimalen Bedingungen abweichen, wird der Wirkungs- &o grad geringer, und es treten gewisse Störungen auf, wie Druckschwankungen, Ausgangsschwankungen und erhöhter Lärmpegel. Falls es erwünscht ist, die Turbine zu weit von den optimalen Bedingungen zu betreiben, kann dies unmöglich sein, weil die Störungen so stark werden, daß das Risiko von Beschädigungen der Turbinenanlage zu groß wird. Die hauptsächliche Ursache für die Störungen ist die Tatsache, daß das Wasser den Läufer mit einer gewissen Rotation verläßt. Bei Teillast rotiert das Wasser in der gleichen Richtung wie der Läufer, bei Oberlast*in entgegengesetzter Richtung. Wenn die Rotation stark ist, wird der Druck im Zentrum der rotierenden Wassermasse so niedrig, daß die Bildung von Dampfblasen (Kavitation) auftritt Der Wirbel ist nicht koaxial zur Rotationsachse des Läufers sondern führt eine Prezessionbewegung um den Läufer aus.

Um einen störungsfreien Lauf innerhalb der Ausgangsregion so groß wie möglich zu halten sind viele Anstrengungen in bezug auf die Ausbildung und Form des Läufers gemacht worden, insbesondere in bezug auf die Form der Läuferschaufeln. Um die Intensität des Wirbels zu verringern, schlägt die britische Patentschrift 7 99 013 Leitflügel an den Kronenspitze des Läufers vor. Aufgrund der vorgeschlagenen Lage und Form der Leitflügel ist es aber nicht möglich gewesen, eine wesentliche Verbesserung zu erreichen.

Es ist auch ein Läufer der eingangs genannten Art bekannt (FR-PS U 62 872), bei welchem die Leitflügel im wesentlichen dreieckförmig ausgebildet und vollständig voneinander getrennt angeordnet sind, um so Störungen, wie Stöße und Vibrationen zu verringern. Bei der bekannten hydrodynamischen Maschine sind aber die Leitflügel eben angeordnet wodurch das angestrebte Ziel nur unvollständig erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Läufer der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein weitgehend störungsfreier Arbeitsbereich der hydrodynamischen Maschine erreicht wird bzw. der störungsfreie Bereich in Richtung auf höhere Ausgangsleistungen verschoben wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jeder Leitflügel so gekrümmt" ist, daß sein stromaufwärts liegender Teil wenigstens annähernd mit der Strömungsrichtung unmittelbar hinter den Läuferschaufeln zusammenfällt und sein folgender Teil diese Strömungsrichtung nach und nach in Achsrichtung des Läufers ablenkt. Hierdurch wird erreicht, daß die austretende Strömung praktisch rotationsfrei ist, so daß keine Störungen auftreten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Läufer, teilweise in einem vertikalen Schnitt,

Fig.2 die Kronenspitze des Läufers, von unten gesehen,

Fig.3 die Form eines Leitflügels in einer Draufsicht, und zwar in gegenüber den F i g. 1 und 2 vergrößertem Maßstab,

Fig.4 eine abgewandelte Ausführungsform der Kronenspitze mit Leitflügeln und

F i g. 5 eine abgewandelte Ausführungsform mit Leitflügeln, die durch Schlitze in der Kronenspitze hindurch vorschiebbar sind.

Fig. 1 zeigt den Läufer einer Francisturbine mit festen Läuferschaufeln 1, die zwischen einer Krone 3 und einem Seitenring 5 angeordnet sind. Die Krone 3 ist mit einer Kronenspitze 7 versehen, auf welcher Leitflügel 9 angeschweißt sind. Die Leitflügel 9 sind vollständig voneinander getrennt angeordnet, wie es in F i g. 2 gezeigt ist, und sie besitzen in Draufsicht im wesentlichen eine Dreieckform, wie es in F i g. 3 gezeigt ist. Jeder Leitflügel 9 ist so gekrümmt, daß sein stromaufwärtsliegender Teil U, der den Läuferschaufeln 1 zunächst liegt, ohne wesentlichen Anstellwinkel

mit der Richtung der Strömung unmittelbar hinter den Läuferschaufeln 1 zusammenfällt und sein folgender Teil nach und nach in Richtung der Strömung in Achsrichtung des Läufers ablenkt Die Krümmung der Leitflügel 9 ist so berechnet, daß bei einer gewissen Überlastung der Turbine der Mittelteil der Abwärtsströmung der Kronenspitze 7 praktisch rotattonsfrei ist, während bei Arbeitsbedingungen entsprechend der optimalen Last der Mittelteil der Abwärtsströmung der Kronenspitze 7 nur eine so geringe Rotation in gleicher Richtung wie der Läufer aufweist, daß praktsich keine Störungen auftreten.

Für bestimmte Läufer kann es vorteilhaft sein, daß die Kronenspitze 7, wie es in Fig.4 gezeigt ist, einen oberen Kegelstumpf 13 und einen unteren Kegelstumpf 15 aufweist, der an dem oberen Kegelstumpf 13 befestigt ist und der einen größeren Kegelwinkel aufweist ais der obere Kegelstumpf 13. Jeder Leitflügel 9 wird dann entlang einer Kante an der Mantelfläche des unteren Kegelstumpfes 15 so befestigt, daß eine andere Kante dieses Leitflügels einer nach abwärts gerichteten imaginären Erstreckung der Marcelfläche des oberen Kegelstumpfes 13 folgt.

F i g. 5 zeigt eine weitere Anordnung gemäß der Erfindung, bei welcher die Leitflügel 9 in verschiedene Lagen in bezug auf die Oberfläche der Kronenspitze 7 gebracht werden können, und zwar in eine Arbeitslage, in welcher sie vollständig vorspringen, und in einer wirkungslose Lage, in welcher sie zurückgezogen sind. Diese Anordnung ist insbesondere für Pumpenturbinen vorgesehen, bei denen zur Verhinderung von Störungen die Leitflügel, die in bezug auf die Strömungsbedingungen während des Turbinenbetriebes ausgebildet sind, während des Pumpenbetriebes unwirksam sein müssen.

Die Leitflügel 9 sind an einem Leitflügelträger 19 befestigt, der als ein durch eine Feder 21 belasteter Kolben in einem hydraulischen Zylinder 23 wirkt, der ein Teil der Kronenspitze 7 ist. Der Leitflügelträger 19 ist innerhalb der Kronenspitze 7 axial verschiebbar zwischen zwei Endlagen, und es ist die Kronenspitze 7 mit Schlitzen 25 versehen, durch welche die Leitflügel 9 sich hindurcherstrecken können.

Wenn der Leitflügelträger 19 in seiner oberen Endlage bleibt, wie es in F i g. 5 gezeigt ist, treten die Leitflügel 9 nicht durch die Fläche der Kronenspitze 7 hindurch. Wenn dagegen der Leitflüjr_:träger in seine untere Endlage gebracht wird, durchdringen die Leitflügel 9 maximal die Oberfläche der Kronenspitze 7. Der Leitflügelträger 19 kann auch in verschiedene Lagen zwischen den Endlagen gebracht werden, wodurch die Leitflügel 9 nur teilweise die Oberfläche der Kronenspitze 7 durchsetzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Läufer für eine hydrodynamische Maschine, insbesondere eine Francisturbine oder eine umkehrbare Pumpenturbine, mit festen Läuferschaufeln zwischen einer Krone und einem Seitenring und mit an einer Kronenspitze angeordneten Leitflügeln, die im wesentlichen dreieckförmig ausgebildet und vollständig voneinander getrennt angeordnet sind, zur Führung einer die Läuferschaufel verlassenden ι ο Wasserströmung, wenn die Maschine als Turbine arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leitfiügel (9) so gekrümmt ist, daß sein stromaufwärtsliegender Teil (11) wenigstens annähernd mit der Strömungsrichtung unmittelbar hinter den Läuferschaufeln zusammenfällt und sein folgender Teil diese Strömungsrichtung nach und nach in Achsrichtung des Läufers ablenkt

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kronenspitze (7) einen oberen Kegelstumpf (13) und einen mit diesem verbundenen unteren Kegelstumpf (15) aufweist, daß der untere Kegelstumpf (15) einen größeren Kegelwinkel als der obere Kegelstumpf (13) aufweist und daß jeder Leitflügel (9) mit einer Kante an der Mantelfläche des unteren Kegelstumpfes (15) befestigt ist und mit einer anderen Kante (17) einer nach abwärts verlaufenden imaginären Verlängerung der Mantelfläche des oberen Kegelstumpfes (13) folgt

3. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflügel (9) an einem Leitflügelträger (19) befestigt sind, der innerhalb der Kronenspitze (8) in Acliorichtung verschiebbar ist, und daß die Kronenspitze (7) mit Schätzen (25) versehen ist, durch die die Leitflügrl (9) vorschiebbar sind.