SE506369C2 - Anordning vid hydraulmaskin - Google Patents

Description

sne 369 12 Ett syfte är även att kunna implementra och utnyttja uppfinningen i befintliga maskiner med mycket små kompletteringar eller ändringar i maskinkonstriilctionen.

Dessa och andra syften kan uppnås därigenom att uppfinningen kännetecknas av vad som anges i den kännetecknande delen av krav 1.

Ytterligare kännetecken och aspekter på uppfinningen framgår av underkraven samt av följande beskrivning av en föredragen utföringsform.

KORT FIGURBESKRIVNING I den följande beskrivningen av en föredragen utföringsform kommer att hänvisas till bifogade ritningsfigurer, av vilka Fig. 1 visar ett axiellt snitt genom ett löphjul av i och för sig känd konstruktion till en kaplanturbin, vid vilken uppfinningen utnyttjas och varvid de för uppfinningen utmärkande delarna är schematiskt illustrerade, Fig. 2 visar en tvärgående sektion genom löphjulet i en vy II-II i Fig. 1, Fig. 3 visar den inramade detalj en III i Fig, 1 i större skala, illustrerande systemet för att förhindra inläckning av vatten i navet, och Fig. 4 utgör en vy IV-IV i Fig. 1.

I ritningsfigurerna har endast sådana detaljer visats, vilka krävs för förståelse av upp- finningens principer, medan andra detaljer utelänmats, såsom löpskovlarna i Fig. 1, för att det väsentliga bättre skall framträda.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN I Fig. 1 har en navkropp, fástad i en tiirbinaxelfläns 13, allmänts betecknats 1. Navets inre benäins här navkroppskaminare, allmänt betecknad 2, och inkluderar även en bottendel 3 i området för turbinens nosparti, här benämnd torrsump. Turbinen är försedd med ett antal löpskovlar 4, Fig. 4, var och en med en skovelfläns 5, som via skruvfcirband är fästad vid en löpskoveltapp 6. Löpskoveltappen är lagrad i navkroppen 1 genom inre och yttre glidlager 7 respektive 8. Löpskoveltapparna 6 och därmed löpskovlarna 4 är vridbara i lagren 7 och 8 på i och för sig känt sätt medelst rörelseorgan 13 506 369 som innefattar en servomotorkolv 9, en kolvstång 10, som är vertikalt rörlig i navkroppen l, ett navok 11 och en länkmekanism alhnänt betecknad 12. För kolvens 9 rörelser finns hydraulkammare 14 och 15. Genom kolven 9, kolvstången 10 och navoket 11 sträcker sig en axiell kanal 16 med ett rör 17.

De hittills beskrivna delarna tillhör känd teknik och beskrivs inte närmare liksom inte heller hur kolven 9 manövreras med hjälp av hydraulfluida i hydraulkarnrarna 14 och .

Enligt uppfinningen är navkroppskamrnaren 2 förbunden med omgivande atrnosfârstryck P3 via röret 17 i kanalen 16. Vidare finns enligt uppfinningen i torrsumpen 3 en hydraulmotor 18 av deplacementtyp och en av hydraulmotom driven hydraulpump 19 som också är av deplacementtyp. Hydraulmotom 18 drivs av en icke visad tryckkälla ingående i en enhet 49 via en första ledning 20, en svivel 21 och en andra ledning 22, som sträcker sig ned genom röret 17 till torrsumpen 3, ett slangparti 23 och en anslutningsledning 24. Från hydraulmotom 18 sträcker sig en ledning 25, ett slangparti 26 och en ledning 27 till en kanal 28 i navoket 11 och kolvstången 10.

Kanalen 28 mynnar på kolvstångens 10 utsida i det slutna, runtomgående utrymmet 31 mellan löpskoveltapparna 6 och kolvstången 10. En kanal 30 sträcker sig vidare genom varje löpskoveltapp 6 från utrymmet 31 till det yttre lagret 8.

Kammaren 2 innehåller endast en mindre kvantitet olja 35, som är så stor att den vid löphjulets rotation pressas ut mot navkroppens l vägg och huvudsakligen fyller den volym som i axiell sektion har formen av en skål, F ig. 1, mellan löpskoveltapparna 6, Fig. 2. Under inverkan av gravitationen, då turbinens axel är vertikal, kommer oljevolymens 35 inre yta 36 inte att bli helt vertikal utan luta svagt nedåt, inåt, Fig. 1, så att en mindre volym 35A med en inre yta 36A även sträcker sig ned i torrsumpen 3. I det senare området finns en sugledning 37, som från volymen 35A leder till hydraulpumpen 19. Från pumpen 19 går en ledning 38, ett slangparti 39 och en returledning 41 till sviveln 21 och vidare till ett icke visat oljetråg eller motsvarande i enheten 49 via en returledning 42.

I matarledningen 20 finns en magnetventil 45 anordnad att öppnas först då turbinhjulet roterar med nära nominellt varvtal (minst 90% av nominellt varvtal) och en konstant- 506 369 4 flödesventil 46. I returledningen 42 finns en flödesvakt 47 och en tank 48 fór detektering och/eller separering och avledning av olj ebemängt vatten.Vidare kan finnas en separator 50 för omhändertagande av det olj ebemängda vattnet. Från separatom 50 kan den renade oljan återledas till tanken 48. Enheten 49 innehåller bland annat tryckkälla och olj etråg m m.

Det beskrivna systemet fimgerar på följande sätt. Vid i drifttagriing av turbinen fylls en viss kvantitet olja i kammaren 2, t ex genom röret 17. Vid normal drift matas olja från den icke visade tryckkällan i enheten 49 genom ledningen 20, sviveln 21 och ledningarna 22, 23 och 24 till hydraulmotom 18, som driver pumpen 19. Från hydraulmotorn 18 avleds oljan genom ledningarna 25, 26 och 27 till kanalen 28 för att via en öppning i kolvstången 10 ledas in i utrymmet 31. Oljan smörj er och passerar de inre löpskoveltapplagren 7 för att därefter stänka omkring i navkroppskamrnaren 2 och smörja navets olika delar innan oljan når de yttre löpskoveltapplagren och smörjer dessa. Lagren i länkrnekanismen 12 är emellertid lämpligen av självsmörjande typ.

Dessutom leds olja från utrymmet 31 genom kanalema 30 till de yttre lagren 8 för att säkerställa att dessa smörjs. Genom löphjulets rotation pressas oljan från lagren 7 och 8 vidare mot navkroppens 1 kupade vägg och fyller nämnda skålfonnade utrymme. Denna oljevolym 35 motsvarar endast en mindre del av kammarens 2 totala volym, t ex mindre än 10%. Oljevolymen 35 konstanthålls genom att pumpen 19 via sugledningen 37 suger olja från den oljevolymfraktion 35A som sträcker sig ned i torrsurnpen 3 och vidare via ledningarna 38, 39, 40, 41, sviveln 21 och returledningen 42. Pumpens 19 deplacement är större än motorns 18, vilket tilltörsälcrar att oljenivån 36A och oljevolymen 35 hålls konstant. Oljeflödet konstanthålls med hjälp av konstantflödesventilen 46 och övervakas av flödesvalcten 47, så att funktionsstörningar indikeras och kan åtgärdas. Eventuellt vatten i oljan detekteras i tanken 48 och kan vid behov avlägsnas i separatom 50 innan oljan återcirkuleras till tanken 48 eller direkt till enheten 49. Vid vatteninläckiiing kan åtgärder vidtas vid lämplig, planerad tidpunkt, för att förhindra fortsatt inläckning, t ex byte av tâtningsringar. Det skall i detta sammanhang även närrmas att vattendetek- teringen vid systemet enligt uppfinningen underlättas av att den smörj ande oljan ständigt cirkuleras i ett kretslopp i systemet och av att den totala smörjoljemängden i systemet är förhållandevis liten. Vidare skall här närrmas att eventuell hydraulolja som läcker in i 506 369 navkroppskammaren 2 från någon av hydraulkarnrarna 14 eller 15 tas omhand i systemet och kommer att ingå i den cirkulerande oljan.

Genom löphjulets rotation, som t ex kan utöva en centriftigallaafi av 20 g på olj e- mängden 35, anpressas oljan med viss kraft mot de yttre löpskoveltapplagren 8, men för övrigt utsätts inte oljan i kammaren 2 för något övertryck. Det på olj evolymen 35 ver- kande trycket är sålunda normalt lägre än omgivande vattentryck, vilket starkt reducerar risken för att olja skall läcka ut till omgivande vatten.

Ehuru risken att olja skulle läcka ut till omgivande vatten är mycket liten, då olja i navkroppskammaren inte är utsatt för övertryck, kan denna risk ytterligare minimeras genom god tätning' mellan de yttre löpskoveltapplagren 8 och omgivande vatten. I Fig. 3 visas ett i sig nytt tätningssystem, vilket innefattar en yttre och en inre tätningsring 60 respektive 61 av gummi eller annan elastomer anordnad i en ringforrnad spalt 62, som omger löpskovelflänsen 5. Tätningsringarna 60, 61 hålls på plats i spalten 62 av en till- hållarring 63, som är fastskruvad i navkroppen 1. Den största risken för att olja skulle läcka ut, trots att navkroppskarrunaren 2 inte är trycksatt, föreligger på turbinens sugsida, dvs på ”undersidan” eller ”baksidan” av löpskovlarna där trycket är mycket lågt. Detta tryck, trycket P2, understiger under drift det atrnosfärstryck, trycket P3, Fig. 3, som råder inuti navet. Däremot är trycket Pl på löpskovlamas trycksida, dvs över löpskovlarna 4 alltid högre än atmosfärstrycket. Dessa förhållanden utnyttjas i det uppfirmingsenliga tätningsarrangemanget. Från skovelflänsens 5 utsida i området för löpskovlarnas trycksida, dvs fiån en punkt på skovelflänsen 5 över löpskoveln 4 sträcker sig en kanal 64 in ett runtomgående utrymme 65 i spalten 62 mellan den yttre och den inre tätningsringen 60 respektive 61. Det ringforrnade, runtomgående utrymmet 65 mellan tätningsringarna kommer alltså att kommunicera med omgivande vatten på turbinens trycksida genom kanalen 64, vilket innebär att utrymmet 65 får samma tryck Pl som vattnet har på trycksidan runt skovelflänsens 5 hela omkrets. Detta innebär i sin tur att trycket utanför den inre tätningsringen 61 är högre än trycket innanför tätningsringen 61 utmed dennas hela omkrets, dvs även i området för skovelflänsens sugsida, där vattentrycket P2 på utsidan är sub-atmosfáriskt. Trycksättningen av det runtomgående utrymmet 65 fungerar alltså som en spärr mot oljeläckage. 506 569 6 Altemativt eller dessutom kan utrymmet 65 trycksättas med vatten från annan tryckkälla än omgivande vatten, företrädesvis trycksättas med rent vatten från turbinaxelns icke visade tätningsbox via en kanal 68 som sträcker sig genom turbinaxeln, turbinaxelflänsen 13 och navkroppen 1 till utrymmet 65. Särskilt fördelaktig kan denna lösning vara, då fallhöj den i kraftstationen och därmed trycket Pl är förhållandevis lågt.

I grunden bygger uppfinningen på att förhindra oljeläckage till omgivande vatten. Detta uppnås enligt uppfinningen genom att denna kännetecknas av åtminstone ett antal av de särdrag som anges i de efterföljande patentkraven eller av samtliga dessa särdrag i kombination med varandra. Bland dessa må nänmas att den totala oljemängden i smörj systemet är liten; väsentligt mindre än navhuskammarens totala volym, att navhuskamrnaren håller atmosfärstryck, att smörjoljan cirkulerar i ett kretslopp, att medel är anordnade för att övervaka oljeflödet, så att eventuella oljeläckage noteras och kan åtgärdas, och att effektiva tätningsorgan är anordnade vilka favoriserar inläckage av vatten framför utläckage av olja. Sanitidigt är det ett krav att smöijningen skall vara effektiv och inte nedsättas av inläckande vatten. I detta sammanhang måste hänsyn tas till det förhållandet att vatten har högre densitet än olja, vilket skulle kunna ge en tendens till att inläckande vatten separeras från oljan och ansamlas i de yttre lagren 8 på grund av centrifiigalkraften. För att förhindra denna tendens kan det vara väsentligt att olja leds från utrymmet 31 genom kanalema 30 till lagren 8. Denna fimktion kan ytterligare säkerställas genom att medel anordnas, t.ex. strypningar av olika slag, exempelvis effektiv tätning av de inre lagren 7, för att garanterat styra en olj eström till de yttre lagren 8. I lagren 8 kan man tillåta att den inströmmande oljan blandas med eventuellt inläckande vatten för att efier hand förenas med oljan i volymen 35 och slutligen avledas genom returledningen 42, detekteras och avlägsnas.

Det skall inses att uppfinningen inte är begränsad till löphjul med den konstruktion som visats i den föregående beskrivningen eller ens till löphjul för kaplanturbiner. Till exempel kan uppfinningen mycket väl utnyttjas även för hydraulmaskiner av i ingressen nämnd typ med horisontella rotationsaxlar. Även vid sådana kommer den relativt ringa oljemängden i löphjulet att pressas ut mot periferin av centrifiigalkrañen. Olj evolyrnens genererade form blir visserligen här en annan än vid maskiner med vertikala axlar, '7 506 369 närmare bestämt får den cylíndrisk inre yta, men detta kan tas hänsyn till vid placeringen av hydraulpumpens 19 sugledning 37.

Det skall även nämnas att pumpen 19 även vid den visade utföríngsformen placeras med hänsyn till de g-lcrafter som verkar även i pumpens sugledning 37, så att pumpen förmår ta in olja genom sugledningen.

Claims (11)

@5oe 369 2 20 25 30 PATENTKRAV

1. Anordning vid hydraulmaskin av den typ som innefattar ett löphjrrl eller rotor med en navkropp (1) och skovlar (4) eller blad som är vridbart monterade i lager (7, 8) i nav- kroppen, som har åtminstone en kammare (2) som komrmmicerar med nämnda lager, k ä n n e t e c k n a d av första medel (20, 22, 23, 24, 25, 27, 28, 29) för att tillföra olja tillnämnda lager samt andra medel (18, 19, 37, 38, 39, 40, 41, 42) för att avleda olja från nämnda kammare i takt med tillförsehr av olja, så att karmnaren bringas att innehålla en väsentligen konstant volym (35, 35A) olja, vilken är mindre än kammarens totala volym, vilken oljevolym pressas ut mot kammarens perifera vägg av centrifirgalkraflen vid löphjulets rotation.

2. Anordning enligtkrav l, k änn et e ckn a d av attnârrmda första medelär anordnade att tillföra oljan till områden mellan löphjrrlets rotationsaxel och nämnda lager.

3. Anordning enligt krav l e1ler2, kânnet e ckn a d av atttrycket (P3)idenicke oljefyllda delen av kammaren är lägre än trycket utanför nämnda lager.

4. Anordning enligtnågot avkraven 1-3, känneteckna d av attenpump är anordnad att pumpa bort olja från nämnda oljevolym (35, 35A) i samma takt som olja tillföres till samma volym via nämnda första medel.

5. Anordningenligtkrav4, kännetecknad av attnämndaförstamedelär anordnade att driva en hydraulmotor, som driver nämnda hydraulpump, och att den olja som tillförs nämnda lager utgörs av returoljan från hydraulmotom.

6. Anordning enligt något av kraven l-5, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första medel är anordnade att tillföra oljan till lagren via ett slutet utrymme (31) innanför de löp skoveltappar (6), på vilka löpskovlarna är monterade.

7. Anordning enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c kn a d av att åtminstone en kanal (30) som leder olja till yttre lager (8). 10 20 9 sne 569

8. Anordning enligtkrav 5, k änn et eckna d av atthydraulp1m1pen(l9) och hydraulmotom (18) är av deplacementtyp och av att pumpen (19) har större deplacement än motom (18).

9. Anordning enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a d av att tämingsorgan mellan nämnda lager (8) och omgivande vatten innefattar ett runtomgående fiirsta tätningsorgan (60) och ett andra nmtomgående tâtningsorgan (61) innanför det fiirsta tâmixigsorganet, att ett rtmtomgående utrymme (65) finns mellan nämnda firsta och andra tätningsorgan, och att närrmda nmtomgâende utrymme via en kanal (64) är fiir- budda med vatten med ett uyck som a: stam än dljduycket iddmdda lager, så da det runtomgående utrymmet fylls med vatten med det högre trycket.

10. Anordningenlígtkravšflkännet ecknad avatt enkanal(64) strâckersig mellan det nmtomgâende utrymmet och omgivande vatten på turbiiilöpskovlarnas trycksida, så att det nmtomgâende utrymmet (65) fir samma tryck (P1) som vattnet har på löp skovlamas trycksida.

11.Anordningenligtnågotavkraven9 och l0,kännetecknad av attenkanal (68) sträcker sig fiån en tryckkälla inuti turbinkonstruktionen, företrädesvis fiån turbinaxelns tätningsbox via turbinaxehi och navhuskroppen till nämnda nmtorngående utrymme.