NO329157B1 - Water turbine device and water turbine blades - Google Patents

Abstract

Anordning ved tubinhjul, hvor det ved omkretsen av en bæreflens (13) båret av et turbinnav (11) er anordnet turbinskovler (15), Hver turbinskovl har et utragende beinpar (27, 28) som griper inn med kanten av bæreflensen (13), idet de er festet til bæreflensen med aksialt gjennomgående bolter (16). Bæreflensen (13) er forsynt med utragende medbringere (17), fortrinnsvis én for hver turbinskovl (15), idet turbinskovlene er innrettet for å danne anlegg mot medbringerens (17) anleggsflate (18). Det er også skapt en skovl for turbinhjul, med et enkel eller dobbelt koppdel (23, 24) som er integrert med et par festebein (27, 28) som er innrettet for å bli montert på kanten av en bæreflens (13) i et turbinhjul. Steget (38) mellom festebeina (27, 28) er innrettet for å danne anlegg mot et framspring (17) som rager ut ved bæreflensens (13) kant.A turbine wheel assembly, wherein at the circumference of a carrier flange (13) supported by a turbine hub (11), turbine blades (15) are provided. being fixed to the support flange with axially through bolts (16). The carrier flange (13) is provided with projecting carriers (17), preferably one for each turbine vane (15), the turbine vanes being arranged to form abutments against the abutment surface (18) of the carrier (17). A turbine wheel vane is also provided, with a single or double cup portion (23, 24) integrated with a pair of attachment legs (27, 28) arranged to be mounted on the edge of a carrier flange (13) in a turbine wheel. . The step (38) between the attachment legs (27, 28) is arranged to form abutment against a projection (17) which protrudes at the edge of the carrier flange (13).

Description

Anordning ved vannturbin, samt skovler for vannturbin Device for water turbines, as well as vanes for water turbines

Oppfinnelsen gjelder en vannturbin som angitt i innledningen til patentkrav 1, samt skovler for en slik vannturbin. The invention relates to a water turbine as stated in the introduction to patent claim 1, as well as vanes for such a water turbine.

Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen en anordning hvor det ved omkretsen av en bæreflens båret av et turbinnav er anordnet turbinskovler, særlig peltonskovler, hver skovl med et utragende beinpar som griper inn med kanten av bæreflensen, hvor turbinskovlene er festet til bæreflensen med aksialt gjennomgående bolter, og hvor bæreflensen er forsynt med en utragende medbringer, for hver turbinskovl, idet turbinskovlene er innrettet for å danne anlegg mot medbringerens anleggsflate, More specifically, the invention relates to a device where turbine blades, in particular pelton blades, are arranged at the circumference of a bearing flange carried by a turbine hub, each blade with a pair of protruding legs that engages with the edge of the bearing flange, where the turbine blades are attached to the bearing flange with axially through bolts, and where the supporting flange is provided with a projecting carrier, for each turbine blade, the turbine blades being arranged to form contact with the contact surface of the carrier,

Videre gjelder den en turbinskovl med en enkel eller dobbelt koppdel som er integrert med et par festebein som er innrettet for å bli montert på kanten av en bæreflens i et turbinhjul, hvor steget mellom festebeina er innrettet for å danne anlegg mot et framspring som rager ut ved bæreflensens kant, Furthermore, it relates to a turbine blade with a single or double cup part which is integrated with a pair of mounting legs which are arranged to be mounted on the edge of a supporting flange in a turbine wheel, where the step between the mounting legs is arranged to form abutment against a projecting projection at the edge of the bearing flange,

Bakgrunn Background

Det er kjent å lage turbinhjul av kategorien peltonturbiner med en bæreflens på et turbinhjulsnav, hvor det langs omkretsen er montert ei rekke turbinskovler av metall eller plast, henholdsvis plastkompositt. Turbinskovlene har hatt et par utragende bein som er satt inn på kanten av bæreflensen og festet til denne med aksialt gjennomgående bolter. It is known to make turbine wheels of the pelton turbine category with a bearing flange on a turbine wheel hub, where a series of metal or plastic or plastic composite turbine blades are mounted along the circumference. The turbine blades have had a pair of protruding legs which are inserted on the edge of the bearing flange and attached to this with axial through bolts.

Økt utbygging av småkraftverk har ført til økt interesse for optimalisering av vannturbiner for slike kraftverk, både med hensyn til virkningsgrad og med hensyn til byggekostnader, slitestyrke og en del andre parametre som påvirker driftsegenskaper og levetid og dermed driftssikkerhet og økonomi. Increased development of small power plants has led to increased interest in the optimization of water turbines for such power plants, both with regard to efficiency and with regard to construction costs, wear resistance and a number of other parameters that affect operating characteristics and lifetime and thus operational reliability and economy.

Mellom de tiltak som er gjort, er tilvirkning av turbinskovler for slike vannturbiner av plastmateriale. Bruk av plast som skovlmateriale gir stor frihet med hensyn på utforming innafor ei akseptabel økonomisk ramme. Dessuten gir materialvalget mulighet for å redusere produksjonstid, eventuelt holde lager av reserveskovler og på den måten redusere kostnadene ved driftsstans i forbindelse med reparasjon og vedlikehold av turbinhjulet. Among the measures that have been taken is the production of turbine blades for such water turbines from plastic material. The use of plastic as blade material gives great freedom with regard to design within an acceptable financial framework. In addition, the choice of material gives the opportunity to reduce production time, possibly keep a stock of spare blades and thus reduce the costs of downtime in connection with repair and maintenance of the turbine wheel.

Det er altså kjent å lage turbinhjul for peltonturbiner med skovler av metall eller plast som har et utragende beinpar som festes ved kanten av ei bæreplate. It is thus known to make turbine wheels for pelton turbines with blades made of metal or plastic which have a pair of protruding legs which are attached to the edge of a carrier plate.

Ved skovler av metall er dette normalt en tilfredsstillende struktur. Men ved plastskovler vil denne oppbygningen ikke gir tilfredsstillende styrke. In the case of metal vanes, this is normally a satisfactory structure. But with plastic paddles, this structure will not provide satisfactory strength.

Fra norsk patentskrift 322857 er det kjent et turbinhjul hvor hver skovl eller skovlpar kan dreies en viss vinkel om festebolten for individuell tilpasning til ulike hjuldiametre. Dette er en problemstilling som ikke er særlig aktuell ved små vannturbiner. From Norwegian patent document 322857, a turbine wheel is known where each blade or pair of blades can be turned a certain angle around the fastening bolt for individual adaptation to different wheel diameters. This is a problem that is not particularly relevant for small water turbines.

Formål Purpose

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skape et turbinhjul og en turbinskovl, særlig for en peltonturbin, som har større styrke i sammenkoblingen enn ved tilsvarende kjente turbinhjul. The main purpose of the invention is to create a turbine wheel and a turbine blade, particularly for a pelton turbine, which has greater strength in the connection than with corresponding known turbine wheels.

Et mer spesifikt formål er å forbedre kraftoverføringen mellom skovler og bæreflens, slik at skovlene kan tilvirkes av plast med større dimensjoner, eventuelt med mindre masseforbruk, enn ved kjente slike plastskovler. A more specific purpose is to improve the power transfer between vanes and support flange, so that the vanes can be manufactured from plastic with larger dimensions, possibly with less mass consumption, than with known such plastic vanes.

Videre ønsker en å tilrettelegge sammenkoblingen mellom skovler og bæreflens, slik at montering, henholdsvis utskifting, kan skje skovl for skovl som tidligere. Furthermore, one wants to facilitate the connection between vanes and support flange, so that assembly, or replacement, can take place vane by vane as before.

Det er også et formål å skape et turbinhjul, henholdsvis en skovl som er tilrettelagt for produksjon med minst mulig tidkrevende maskinering. Det bør fortrinnsvis være mulig å bearbeide bæreflensen med datastyrt skjæring og å støpe skovlene i en støpeprosess, fortrinnsvis av plast, slik at de kan klargjøres for bruk med minst mulig maskinering. It is also an aim to create a turbine wheel, or a blade, which is designed for production with the least possible time-consuming machining. It should preferably be possible to process the support flange with computer-controlled cutting and to cast the vanes in a casting process, preferably of plastic, so that they can be prepared for use with the least possible machining.

Oppfinnelsen The invention

Oppfinnelsen omfatter et turbinhjul som angitt i patentkrav 1 og en turbinskovl som angitt i patentkrav 2. The invention includes a turbine wheel as stated in patent claim 1 and a turbine blade as stated in patent claim 2.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved at medbringerne har ei generelt radial forløpende anleggsflate og at beinparene i montert tilstand danner anlegg mot nabobein. Anlegg mellom nabobein er ikke teknisk nødvendig, men det gir mulighet for montering av flere skovler og dermed høyere virkningsgrad. The invention is characterized by the fact that the carriers have a generally radial running contact surface and that the pairs of legs in the assembled state form contact with neighboring legs. Installation between neighboring legs is not technically necessary, but it allows for the installation of more vanes and thus a higher degree of efficiency.

De nye skovlene har ved baksida av skovlen anordnet et par forsterkningsribber som har en kniveggformet ytterkant vendt mot naboskovlen. The new vanes have a pair of reinforcement ribs arranged at the rear of the vane, which have a knife edge-shaped outer edge facing the neighboring vane.

Det er en fordel dersom forsterkningsribbene danner en forlengelse av festebeina over mellomliggende ribber. It is an advantage if the reinforcement ribs form an extension of the attachment legs over intermediate ribs.

Det er også en fordel dersom festebeina spisser med en vinkel på ca. 18<9> og at de er innrettet til å danne tett anlegg mot hverandre langs skovlrekka. It is also an advantage if the attachment legs point at an angle of approx. 18<9> and that they are designed to form close contact with each other along the row of blades.

Eksempel Example

Oppfinnelsen er nedenfor beskrevet nærmere under henvisning til tegningene, hvor The invention is described below in more detail with reference to the drawings, where

Figur 1 viser et delvis oppsnittet perspektivriss av et turbinhjul som er utformet i samsvar med oppfinnelsen, Figur 2 og 3 viser perspektivriss fra to sider av en turbinskovl utformet i samsvar med oppfinnelsen. Figure 1 shows a partially sectioned perspective view of a turbine wheel designed in accordance with the invention, Figures 2 and 3 show perspective views from two sides of a turbine blade designed in accordance with the invention.

Turbinhjulet i Figur 1 omfatter et rørformet nav 11 beregnet for forbindelse med enn generatoraksel, med en endeflens 12 som bærer ei rund, ringformet plate 13, i det følgende kalt "bæreflens". Drivforbindelsen mellom endeflensen 12 og bæreflensen 13 er i eksemplet opprettet med ei rekke aksiale bolter 14. The turbine wheel in Figure 1 comprises a tubular hub 11 intended for connection with the generator shaft, with an end flange 12 which carries a round, ring-shaped plate 13, hereinafter called "carrying flange". The drive connection between the end flange 12 and the support flange 13 is created in the example with a series of axial bolts 14.

Bæreflensen 13 er innrettet for montering av ei rekke turbinskovler 15, i eksemplet tjue, som hver dekker en sektor på 182.av turbinhjulets omkrets. Turbinskovlene 15, som vil bli beskrevet nærmere i en alternativ utføreIsesform under henvisning til Figur 2 og 3, holdes fast til bæreflensen 13 med minst en skruebolt 16 for hver turbinskovl 15. The supporting flange 13 is arranged for mounting a number of turbine blades 15, in the example twenty, each of which covers a sector of 182. of the circumference of the turbine wheel. The turbine blades 15, which will be described in more detail in an alternative embodiment with reference to Figures 2 and 3, are held firmly to the support flange 13 with at least one screw bolt 16 for each turbine blade 15.

Ved bæreflensens 13 omkrets er det for hver turbinskovl 15 anordnet en utragende medbringer 17 med en generelt radial støtteflanke 18 vendt mot den tilstøtende turbinskovlen 15 og med en rygg 19 som danner en spiss vinkel med støtteflanken 18. Betydningen av støtteflanken 18 og medbringeren 17 vil gå fram mer detaljert av den etterfølgende beskrivelsen av turbinskovlen 15. At the circumference of the support flange 13, there is arranged for each turbine blade 15 a projecting driver 17 with a generally radial support flank 18 facing the adjacent turbine blade 15 and with a ridge 19 which forms an acute angle with the support flank 18. The meaning of the support flank 18 and the driver 17 will go presented in more detail by the subsequent description of the turbine blade 15.

Rommet 20 mellom en støtteflanke 19 og ryggen til den påfølgende medbringeren 17 gir plass for montering av en turbinskovl. Bunnen 21 i rommet 20 danner en vinkel med omkretsen som samsvarer med den motsvarende ryggen 39 på turbinskovlen 15, slik det vil bli beskrevet nedenfor. Ved den bakre enden (sett i rotasjonsretningen) er det utformet en avtrapning 22 The space 20 between a support flank 19 and the back of the subsequent driver 17 provides space for mounting a turbine blade. The bottom 21 in the space 20 forms an angle with the circumference corresponding to the corresponding ridge 39 on the turbine blade 15, as will be described below. At the rear end (seen in the direction of rotation) a taper 22 is designed

Figur 2 og 3 viser et eksempel på en turbinskovl i samsvar med oppfinnelsen. Turbinskovlen 15 kan ha kjent grunnutforming, med en hoveddel i form av ei dobbeltskål 23, 24 ("split bucket") der de to skåldelene 23, 24 er integrert om en rett, knivseggformet skillekant 25. Den indre enden 26 av skillekanten 25 er beregnet for å danne anlegg mot avtrapningen 22 på bæreflensen 13. Figures 2 and 3 show an example of a turbine blade in accordance with the invention. The turbine blade 15 can have a known basic design, with a main part in the form of a double bowl 23, 24 ("split bucket") where the two bowl parts 23, 24 are integrated around a straight, knife-edge-shaped dividing edge 25. The inner end 26 of the dividing edge 25 is calculated to form abutment against the taper 22 on the support flange 13.

De to skovldelene 23, 24 har ved den radialt indre enden to bein 27, 28 som rager ut parallelt med planet for skålåpningen, med en spissing på 18e i bæreflensens plan mot den fri enden, med rette sidekanter og med et mellomrom 30 mellom beina 27, 28 som er likt tykkelsen på bæreflensen 13. Gjennom beina 27, 28 går det et hull 32 som passer mot et tilsvarende hull 33 i bæreflensen 13 (Figur 1), beregnet for innsetting av en skruebolt 16. The two blade parts 23, 24 have at the radially inner end two legs 27, 28 which protrude parallel to the plane of the bowl opening, with a point of 18e in the plane of the bearing flange towards the free end, with straight side edges and with a space 30 between the legs 27 .

Ved den ytre enden av beina 27, 28, går disse over i ei støtteribbe 34 som følger krumningen i skovldelenes bunn. At the outer end of the legs 27, 28, these transition into a support rib 34 which follows the curvature in the bottom of the blade parts.

Utvendig på skovldelene 23, 24 er det ved denne utførelsesformen laget to tversgående ribber 35, 36 som forsterker turbinskovlene og tillater reduksjon av veggtykkelsen uten risiko for uheldig svekkelse. On the outside of the blade parts 23, 24, in this embodiment, two transverse ribs 35, 36 are made which reinforce the turbine blades and allow a reduction of the wall thickness without the risk of undesirable weakening.

Den utvendige skovlprofilen mellom beina 27, 28 har en endevegg 38 som befinner seg generelt parallelt med skovlåpningens plan. Denne endeveggen 38 er beregnet for i montert tilstand å ligge an mot medbringerens 17 anleggsflate 18. Denne vil dermed overføre kraft fra turbinskovlene 15 til bæreflensen 13 og dermed til generatoren.eller en annen rotasjonsmaskin som skal drives. The outer blade profile between the legs 27, 28 has an end wall 38 which is generally parallel to the plane of the blade opening. This end wall 38 is designed to, in the assembled state, rest against the contact surface 18 of the carrier 17. This will thus transfer power from the turbine blades 15 to the carrier flange 13 and thus to the generator or another rotating machine to be operated.

Tilsvarende vil den utvendige skålkanten eller sideveggen 39 mellom beina 27, 28 danne anlegg mot utsparingen eller bunnen 21 mellom to medbringere 17. Dette anlegget vil bidra til å øke inngrepet og dermed kraftoverføringen mellom hver turbinskovl 15 og bæreflensen 13. Correspondingly, the outer bowl edge or side wall 39 between the legs 27, 28 will form contact with the recess or bottom 21 between two carriers 17. This contact will help to increase the engagement and thus the power transmission between each turbine blade 15 and the support flange 13.

På turbinskovlens bakside er det anordnet fordypning 40, og i fortsettelse av ribbene 34 et par forsterkningsribber 42,43 som har ytterkanten vendt mot naboskovlen. Forsterkningsribbene 42, 43 danner en forlengelse av festebeina 27, 28. On the back side of the turbine blade there is a recess 40, and in continuation of the ribs 34 a pair of reinforcing ribs 42,43 whose outer edge faces the neighboring blade. The reinforcement ribs 42, 43 form an extension of the attachment legs 27, 28.

Claims (4)

1. Anordning ved turbinhjul, hvor det ved omkretsen av en bæreflens (13) båret av et turbinnav (11) er anordnet turbinskovler (15), særlig peltonskovler, hver skovl med et utragende beinpar (27, 28) som griper inn med kanten av bæreflensen (13), hvor turbinskovlene er festet til bæreflensen med aksialt gjennomgående bolter (16), og hvor bæreflensen (13) er forsynt med en utragende medbringer (17), for hver turbinskovl (15), idet turbinskovlene er innrettet for å danne anlegg mot medbringerens (17) anleggsflate (18), karakterisert ved at medbringerne (17) har ei generelt radial forløpende anleggsflate (18) og at beinparene (27, 28) i montert tilstand danner anlegg mot nabobein.1. Device for turbine wheels, where at the circumference of a support flange (13) carried by a turbine hub (11) turbine blades (15), especially pelton blades, are arranged, each blade with a pair of projecting legs (27, 28) which engages with the edge of the support flange (13), where the turbine blades are attached to the support flange with axially through bolts (16), and where the support flange (13) is provided with a projecting carrier (17), for each turbine blade (15), the turbine blades being arranged to form a plant against the contact surface (18) of the carrier (17), characterized in that the carriers (17) have a generally radially extending contact surface (18) and that the pairs of legs (27, 28) in the assembled state form contact with neighboring legs. 2. Skovl for turbinhjul, med et enkel eller dobbelt koppdel (23, 24) som er integrert med et par festebein (27, 28) som er innrettet for å bli montert på kanten av en bæreflens (13) i et turbinhjul, hvor steget (38) mellom festebeina (27, 28) er innrettet for å danne anlegg mot et framspring (17) som rager ut ved bæreflensens (13) kant, karakterisert ved at det ved baksida av skovlen er anordnet et par forsterkningsribber (42, 43) som har en ytterkant vendt mot naboskovlen.2. Vane for turbine wheel, with a single or double cup part (23, 24) which is integrated with a pair of mounting legs (27, 28) which are adapted to be mounted on the edge of a supporting flange (13) of a turbine wheel, where the step (38) between the fixing legs (27, 28) is arranged to form a bearing against a projection (17) which protrudes at the edge of the support flange (13), characterized in that a pair of reinforcement ribs (42, 43) are arranged at the back of the bucket which has an outer edge facing the neighboring bucket. 3. Skovl i samsvar med patentkrav 2, karakterisert ved at forsterkningsribbene (42, 43) danner en forlengelse av festebeina (27, 28,) over mellomliggende ribber (34).3. Shovel in accordance with patent claim 2, characterized in that the reinforcement ribs (42, 43) form an extension of the attachment legs (27, 28,) over intermediate ribs (34). 4. Skovl i samsvar med et av patentkravene 2 og 3, karakterisert ved at festebeina (27, 28) spisser med en vinkel på ca. 18e og at de er innrettet til å danne anlegg mot hverandre langs skovlrekka.4. Shovel in accordance with one of patent claims 2 and 3, characterized in that the attachment legs (27, 28) point at an angle of approx. 18e and that they are arranged to form structures against each other along the row of blades.