DE884930C

DE884930C - Stroemungsmaschine fuer zwei Durchstroemrichtungen

Info

Publication number: DE884930C
Application number: DEV3152A
Authority: DE
Inventors: Richard Dr-Ing Dziallas
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1951-02-27
Filing date: 1951-02-27
Publication date: 1953-07-30

Description

Strömungsmaschine für zwei Durchströmrichtungen Es ist bekannt, Strömungsmaschinen für zwei verschiedene Zwecke zu verwenden. Beispielsweise läßt man bei Pumpspeicherwerken die gleiche Maschine das eine Mal als Turbine und das andere Mal mit umgekehrter Drehrichtung und umgekehrter Durchflußrichtung als Pumpe laufen. Beim Pumpenbetrieb wird. dabei meist eine höhere Motordrehzahl gewählt, wenn es auch unter besonderen Verhältnissen und unter Verzicht auf besonders hohe Wirkungsgrade möglich ist, auch im Pumpenbetrieb mit der gleichen Drehzahl zu fahren wie im Turbinenbetrieb. Da die .Flüssigkeit beim Pumpenbetrieb :gerade in umgekehrter Richtung strömt wie im Turbinenbetrieb, ist man gezwungen, in der Profilierung der Schaufeln eine Kompromißlösung zu wählen, so daß sich für beide Anströmrichtungen annehmbare Betriebsbedingungen ergeben, wenn man nicht den einen oder anderen Betrieb bevorzugen will. Dies gilt sowohl für radiale als auch für axiale und halbaxiale Strömungsmaschinen, gleichgültig, ob die Laufradschaufeln fest oder -drehbar angeordnet sind. Dabei ist der besonders bei halbaxialen und axialen Maschinen wichtige Umstand zu beachten, daß die für den einen Betriebsizustan:d gewählte Krümmung und Verwindung des Schaufelprofils auch für den anderen Betriebszustand richtig bleibt, so daß sich hieraus keine zusätzlichen Verluste ergeben.
Es ist auch schon bekannt, die gleiche Strömungsmaschine mit .gleichbleibender Drehrichtung einmal als Pumpe und einmal als Turbine .mit entgegengesetzter Strömungsrichtung laufen zu lassen. Hierfür werden die Schaufeln zum Übergang von dem einen auf den anderen Betriebszustand um ungefähr 9o° verdreht. Dabei wird allerdings die für den einen Fall gewählte Krümmung und, Verwindung ,deäs Schaufelprofils für den. anderen Fall ungünstig, was für diesen Betrieibszustand eine beträchtliche Wirkungsgradverschlechterung bedeutet.
Auch die Verwendung von, Pumpen in beiden. Förderrichtungen bei gleichbleibenderDrehrichtung, ist schon bekannt, beispielsweise bei Schlingert.amkanlagen. Bei den hier vorkommenden geringen Förderhöhen verwendet man .meist axiale Pumpen, deren Schaufeln für,die eine Förderrichtung um 9Q° gegenüber .der Stellung für die andere Förderrichtung verdreht werden. Die Schaufeln wenden dabei eben und mit .geradliniger Profilmittellixiie, also ohne Wölbung und Verwindung ausgebildet. Außerdem ist man dabei gezwungen, den Nabendurchmesser sehr groß zu bemessen, was- große langsam laufende Pumpen ,ergibt.
Im Gegensatz zu :diesen ,bekannten .Anordnungen mit den erwähnten Nachteilen wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, eine Strömungsmaschine mit drehbaren Laufradschaufeln für zwei einander entgegengesetzte Strömungsrichtungen so auszubilden, @daß .die Schaufeln die richtige, d. h. nach strömungstechnischen Gesichtspunkten günstigste Profilierung, Krümmung und Verwindung auf= weisen, ferner aber ;ihren Verstellmechanismus sö auszubilden, daß sie um i8o° oder angenähert iSo° verstellt werden können. Eine solche stets als Pumpe oder stets aas Turbine arbeitende Maschine ergibt sowohl in der einen Dreh- und- Strömungsrichtung als auch nach Umsteilen der Laufradschaufeln um i8o° und Umsteuerung der elektrischen An- bzw. Abtriebsmaschine (Motor oder Generator) in der anderen Dreh- und Ström,ungsrichtung einen guten Wirkungsgrad. Die Erfindung eignet sich besonders für die Turbinen von Gezeitenkraft-,verken., ist aber auch für andere Zwecke, beispielsweise Schlingertankpumpen, anwendbar.
Vor und hinter dem Laufrad einer Strömungsmaschine gemäß der Erfindung ist je@ ein Leitrad anzuordnen, Idas vorzugsweise mit verstellbaren Schaufeln ausgeführt ist, wenn es auch möglich wäre, unter Inkaufnahme eines geringeren Wirkungsgrades die Leitschaufeln feststehend auszubilden. Bei axial durchströmten Maschinen wird man den. Verstellmechanismus für die Laufradschaufeln in an sich @ bekannter Weise wie -bei Kaplanturbinen in der Nabe anordnen, wobei zur Verstellung der Laufradschaufeln um i8o° ein entsprechend, größerer Hubvorgesehen werden muß. Unter Verwendung von Zahnstangen, Ritzeln oder von Schneckenrädern .und Spindeln oder anderen bekannten Maschinenelementen läßt sich diese Forderung ohne weiteres verwirklichen.
Sofern die Leitradschaufeln verstellbar ausgebildet sind, empfiehlt es sich, den Verstellmechanismus für die Laufradschaufeln und den für die Leitschaufelkrän.ze zu beiden Seiten des Laufrades so miteinander zu kuppeln, daß die Leitschaufeln zwangsläufig ;bei der Verstellung, der Laufradschaufeln ebenfalls in ,der richtigen Weise verstellt werden. Auch die Einrichtung zum. Umschalten der An- bzw. Abtriebsmaschi:ne auf .die andere Drehrichturig -wird zweckmäßigerweise mit dem Verstellmechanis.mus der Laufradschaufeln in geeigneter Weise gekuppelt.
Die Erfindung ist in,der Zeichnung an dem Beispiel einer Gezeitenturbine näher erläutert.
Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch die gesamte Anlage und die Abb. 2 und 3,den Schaufelplan für dive eine bzw. andere Fließrichtung.
In einem Kanal i, der -durch .den Staudamm 2 hindurchfuhrt und etwa das offene Meer mit einem Stauhecken verbindet, ist @die Turbinenanlage mit dem Laufrad 3, @dgen Leitschaufelkrän.zen 4 und 5 und den Vorleitschäufelkränzen 6 und 7 angeordnet. Die Laufradschaufeln 8 sind in einer von den Vorleitschaufeln 6 und 7 getragenen Nabe 9 drehbar gelagert und tragen außen den Läufer io eines umpolbaren Generators.
In :Jer Nabe 9 ist das Laufrad .mittels eines Querlagers i i und eines Längslagers 12 gelagert. Zur Verstellung der Schaufeln dient ein aus einem Zylinder 13 und einem Kolben 14. bestehender Servomotor. An der Kolbenstange 15 sitzt das Verstell!kreuz 16, das ülber die Kuppelstangen 17 und die Hebel 18 an den Flügelzapfen i9 angreift. Das Drucköl für Aden Servomotor wird, durch eine oder mehrere der Vorleitschaufeln zugeführt. Die Leitschaufeln sind mittels der äußeren Zapfen 2o bz,w. 21 und der inneren Zapfen 22 ibzw. 23 drehbar gelagert. Zu ihrer Verstellung sind an, den Zapfen 2o ,bzw. 21 Verstellhebel 24. bzw. 25 be- festigt, die in bekannter Weise etwa an einem Regelring aasgelenkt sind.
In den in den Abb. 2 und 3 gezeigten Schaufelplänen sind die Laufradschaufeln wieder mit 8, die .d;rehbaren Leitradschaufeln mit d. und 5 und die feststehenden Vorleitschaufeln mit 6 und 7 bezeichnet. In Abb. 2 sind die Schaufelstellungen für die .durch den Pfeil 26 angedeutete Strömungsrichtung und in Abb. 3 die Schaufelstellungen für die durch den: Pfeil 27 angedeutete Strömungsrichtung dargestellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Strömungsmaschine- für zwei Durchströmrichtungen, insbesondere axial .durchströmte Turbine oder Pumpe mit verstellbaren Laufschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradschaufieln @($) nach strömungstechnischen Gesichtspunkten -günstig profiliert, gekrümmt und verwunden und mit einem Verstellmechanismus versehen sind, der eine Verdrehung der Schaufeln um i8o° oder nahezu 180° gestattet.
2. Strömungsmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Strömungsmaschine angetriebene oder zu ihrem Antrieb dienende elektrische Maschine (Generator bzw. Motor) auf verschiedene Drehrichtungen einstellbar ist.
3. Strömungsmaschine nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, d'aß vor und hinter dem Laufrad (8) ein Leitrad (4, 5) mit verstellbaren Schaufeln angeordnet ist.
4. Strömungsmaschine nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch igekennzeichnet, daß die Leitradschaufeln (¢, 5) derart angeordnet sind, daß sie axial oder annähernd axial durchströmt werden.
5. Strömungsmaschine nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch geIkennzeichnet, daß die Profilmittellinien aller Schnitte der Leitschaufeln (4, 5) in einer Ebene liegen und daß die Profile symmetrisch zu ihrer Mittellinie ausgebildet sind.
6. Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der verstellbaren Leitschaufeln noch feststehende Vorleitschaufeln (6, 7) angeordnet sind.
7. Strömungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, d'aß das Laufrad in einer von den Vorleitschaufeln getragenen Nabe (9) gelagert ist. B. Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, d.aß auch die Vorleitschaufeln (6, 7) axial oder annähernd axial durchströmt sind. 9. Strömungsmaschine (Turbine oder Pumpe) nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 7, daJurch gekennzeichnet, daß die Laufradschaufeln außen den Läufer (io) einer elektrischen Maschine (Generator oder Motor) tragen. io. Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, @daß @die Verstellvorrichtung (13 Abis 18) für die Laufradscchaufeln in der Nabe und die Verstellvorrichtungen (2.1, 25) für ,die 'beiden Leitschaufelkränze außen angeordnet sind. i i. Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis io, gekennzeichnet . durch eine hydraulische VerstellvOrrichtung (13, 14) für ,die Laufradschaufeln. i2..Strömungsmaschine (T'urbine oder Pumpe) nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Umsteuern der Ab- bz.w. Antriebsmaschine (Generator bzw. Motor) auf entgegengesetzte Drehrichtung mit der Verstelleinrichtung für die Laufradschaufeln gekuppelt ist. 13. Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 12, .dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung für die Laufradschaufeln und die Verstelleinrichtungen für die Leitradschaufeln zwangsläufig miteinander gekuppelt sind.