NO146786B - Loepehjul for hydrodynamisk maskin - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et løpehjul for en hydrodynamisk maskin, fortrinnsvis francisturbin eller pumpeturbin, med løpehjulsskovler fast anbragt mellom et løpehjulsnav og en løpehjul-krans, og ledefinner som er anbragt på en navspiss for ved turbindrift å avbøye en vannstrøm på nedstrømsiden av løpehjulsskovlene.

Et løpehjul for en francisturbin eller pumpeturbin blir vanligvis konstruert for å la turbindriften foregå optimalt i et visst driftstilfelle som er definert ved bestemte verdier av fall-høyde, volumhastighet, omdreiningstall og løpehjulsdiameter. I dette og tilgrensende driftstilfeller fås de høyeste verdier for virkningsgrad, og vannet forlater løpehjulet uten eller med liten rotasjon. I mer avvikende driftstilfeller fås lavere virknings-grader og visse forstyrrelser i form av trykkpulsasjoner, effektsvingninger og høynet lydnivå. Skulle man ønske å gjennomføre turbindrift for langt fra det optimale driftstilfelle, kan dette bli umulig fordi forstyrrelsene blir så sterke at risikoen for skade på turbinmaskineriet blir altfor stor.

Den primære årsak til forstyrrelsene er at vannet forlater løpehjulet med en viss rotasjon. Ved delbelastning roterer vannet i samme retning som løpehjulet, og ved overbelastning i motsatt retnin< Er rotasjonen kraftig, danner der seg i sentrum av vannmassen et område med så lavt trykk at der oppstår damputvikling (kavitasjon). Den roterende vannmasse, den såkalte navvirvel, er ikke konsentrisk med løpehjulets rotasjonsakse, men utfører en presesjonsbevegelse omkring denne.

For å oppnå at turbindriften skal foregå uten forstyrrelser innen et størst mulig effektområde., har man nedlagt meget arbeide i konstruksjonen av løpehjulene, særlig når det gjelder løpeskovlenes utformning. For å minske navvirvelens intensitet har det bl.a. i britisk patentskrift 799 013 vært foreslått å anbringe ledefinner på løpehjulets navspiss. På grunn av den foreslåtte plasering og form av disse ledefinner har man dog ikke kunnet oppnå noen vesentlig forbedring.

For å skaffe kontroll med strømningsforholdene etter løpe-hjulet, slik at rotasjonen i vannstrømmen blir undertrykket, har der bl.a. i US-PS 1 896 644 vært foreslått en ren totrinns-utførelse av løpehjulet. Dette er forsynt med to komplette skovlkranser på samme aksel, innbyrdes adskilt av et ringformet kammer som er konsentrisk med aksen. Det foreslåtte løpehjul er imidlertid bare utført for å ta hensyn til rotasjonen ved deilast og overturtall, mens deri foreliggende oppfinnelse tar sikte på forholdene ved overbelastning, altså last som overstiger den hvor den beste virkningsgrad oppnås.

Den foreliggende oppfinnelse gjelder et løpehjul som kan

være bestemt for en forøvrig konvensjonell Francis- eller pumpeturbin, og hvis navspiss er forsynt med en flerhet av ledefinner av den spesielle utformning som er angitt i patentkravene. Navspissen ved disse lederfinner er ikke i første rekke bestemt til å utgjøre en normal komponent av et løpehjul som er konstruert for å arbeide fritt for forstyrrelser og effektivt ved de optimale driftsbetingelser som har vært definert ved fastlagte verdier av fallhøyde, strømningsmengde, omdreiningstall og løpehjulsdiameter, men er tenkt å utgjøre et separat konstruksjonselement som danner en kompletterende komponent til et konvensjonelt løpehjul i slike tilfeller hvor der opptrer forstyrrelser som ikke kan aksepteres, f.eks. trykkpulsasjoner og effektsvingninger, innen turbinens øvre lastområde.

Løpehjulet ifølge oppfinnelsen har en navspiss av noe så

nær konvensjonell form, forsynt med trekantede ledefinner. Hver ledefinne er plassert med sin øvre spiss nær løpehjulskovlenes utløpskant og med en nedre kant som strekker seg stort sett radialt i forhold til turbinaksen. Den nevnte radiale utstrekning av ledefinnene inn i det ringformede strømningsrom etter løpe-hjulskovlene utgjør bare en mindre del av dettes radiale dimensjon. Ledefinnene har slik avpasset krumning at den sentrale del av strømmen på nedstrømsiden av navspissen er fri for rotasjon ved en turbinlast som overstiger turbinens optimale driftsbelastning. Ved optimale driftsforhold, resp. den last turbinen er beregnet

for, får den sentrale del av strømmen på navspissens nedstrømside bare en så ubetydelig rotasjon i samme retning som løpehjulet at der ikke oppstår forstyrrelser i praksis.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å utvide turbinen forstyrrelsesfrie driftsområde og forskyve dette mot et høyere effektområde. Dette oppnås ved en hensiktsmessig plasering og form av ledefinnene i samsvar med patentkravene.

Oppfinnelsen vil bli belyst nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser et løpehjul ifølge oppfinnelsen, delvis i aksialsnitt.

Fig. 2 viser løpehjulets navspiss sett nedenfra.

Fig. 3 viser i større målestokk en ledefinne utfoldet i plan. Fig. 4 er et oppriss av navspissen med ledefinner i en alter-nativ utførelse. Fig. 5 viser i aksialsnitt en utførelse med ledefinner som kan skyves ut fra navspissen. Fig. 1 viser et løpehjul for en francisturbin med løpeskovler I fast anbragt mellom et løpehjulsnav 3 og en løpehjulkrans 5. Navet 1 er forsynt med en navspiss med påsveisede ledefinner 9. Disse ledefinner 9 er helt skilt fra hverandre, som det også fremgår av fig. 2, og har stort sett trekantet form, som også vist utfoldet i plan på fig. 3. Ledefinnene 9 er krummet slik at deres kantparti II nærmest løpeskovlene 1 uten nevneverdig innfallsvinkel slutter seg til retningen av vannstrømmen fra løpehjulskovlene 1 og de så suksessivt avbøyer denne strøm i aksial retning. Krumningen er beregnet slik at ledefinnene 9 ved en viss overbelastning av turbinei gir en vannstrøm hvis sentrale del på nedstrømsiden av navspissen 7 er praktisk talt uten rotasjon, og i det driftstilfelle som turbinen optimalt er konstruert for, gir en vannstrøm hvis sentrale del på nedstrømsiden av navspissen 7 bare får en så liten rotasjon i hjulets dreieretning at der praktisk talt ikke opptrer forstyrrelser.

Ved visse løpehjul kan det være gunstig at navspissen 7, som vist på fig. 4, setter seg sammen av en øvre konus 13 og en nedre konus 15 som slutter seg til den øvre og har større toppvinkel enn denne.' Ledefinnene 9 blir da plasert slik på mantelflaten av den nedre konus 15 at deres ytterkanter 17 ligger i den tenkte forlengelse av mantelflaten av den øvre konus 13 nedover.

Claims (3)

1. Fig, 5 viser en utførelse av en navspiss 7 i samsvar med oppfinnelsen, hvor ledefinnene 9 kan anbringes i forskjellige stillinger mellom en fullt utragende virksom stilling og en inntrukken uvirksom stilling. Denne utførelse er særlig bestemt for pumpeturbiner,

   hvor ledefinnene 9, som er utformet ut fra hensynet til de strøm-ningsforhold som hersker ved turbindrift, bør være uvirksomme ved pumpedrift for at forstyrrelse skal unngås. Ledefinnene 9 er festet på en holder 19 utformet som et stempel som er belastet med en fjær 21 og har føring i en del av navspissen 7, utformet som hydraulisk sylinder 23. Ledefinneholderen 19 er innstillbar aksialt mellom to endestillinger, og navspissen 7 er forsynt med slisser 25 som ledefinnene 9 kan bringes til å rage ut igjennom. Når ledefinneholderen 19 befinner seg i sin ene endestilling, nærmere bestemt den øvre som vist på fig. 5, når ledefinnene 9 ikke utenfor navspissen 7, mens de når holderen 19 befinner seg i sin annen endestilling, rager maksimalt ut fra navspissens mantelflate. Ledefinneholderen 19 kan også bringes til å innta stillinger mellom endestillingene, slik at ledefinnene bare delvis rager ut fra navspissen 7. 1. Løpehjul for hydrodynamisk maskin, fortrinnsvis francisturbin eller pumpeturbin, og omfattende et løpehjulsnav (3) og en løpehjulskrans (5) som sitter koaksialt med og i avstand utenfor løpehjulsnavet (3), for mellom seg å inngrense en hovedsakelig radialt orientert første del av et ringformet strømnings-rom, en navspiss (7) som er forsynt med en flerhet av ledefinner" (9) og slutter seg til løpehjulsnavet (3), og som strekker seg koaksialt med dette innenfor løpehjulskransen (5) og utgjør en kontinuerlig forlengelse av løpehjulsnavet (3), for sammen med løpehjulskransen (5) å begrense en hovedsakelig aksialt orien-tert del av det ringformede strømningsrom, samt en flerhet av innbyrdes adskilte faste løpehjulskovler (1), anordnet i strømnings-rommet mellom løpehjulsnavet (3) og løpehjulkransen (5), karakterisert vedat ledefinnene (9) er festet til navspissen (7) og strekker seg hovedsakelig radialt ut fra denne,

   at ledefinnene (9) overalt i strømningsrommet har en radial utstrekning i dette betydelig mindre enn den motsvarende radiale utstrekning av strømningsrommet, slik at en strøm gjennom strømningsrommet ikke blir betydelig hemmet,

   at ledefinnene (9) er helt skilt fra hverandre og jevnt fordelt langs navspissens (7) periferi samt hver har hovedsakelig triangulær form,

   at hver ledefinnes (9) øvre, spisse del ligger i umiddelbar nærhet av løpehjulskransen (1), og ledefinnens (9) nedre del, fotpartiet, ligger i avstand fra løpehjulskovlene (1),

   at hver ledefinnes (9) øvre,spisse del er rettet hovedsakelig parallelt med en strøm som forlater løpehjulskovlene (1) ,

   og at hver ledefinne (9) er bøyet for suksessivt å avbøye denne strøm slik at den forlater løpehjulet hovedsakelig i dettes aksialretning uten noen rotasjon.
2. 2. Løpehjul som angitt i krav 1, karakterisert ved at navspissen (7) på i og for seg kjent måte utgjøres av en øvre konus (13) og en nedre konus (15) som slutter seg til den øvre og har større konusvinkel enn den øvre, og at ledefinnene (9) er anbragt slik på mantelflaten av den nedre konus (15) at deres ytterkanter (17) ligger i en tenkt nedad-gående forlengelse av mantelflaten på den øvre konus (13).
3. 3. Løpehjul som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledefinnene (9) er anbragt på en ledefinneholder (19) som er aksialt bevegelig i navspissen (7), og at de kan bringes til å rage utenfor navspissens (7) mantel gjennom slisser (25) i denne.