DE1049320B

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Publication number: DE1049320B
Application number: DENDAT1049320D
Authority: DE
Publication date: 1959-01-22

Description

DEUTSCHES

kl 88 a 5

INTERNAT. KL. F 03 b

PATENTAMT

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DEB AU S LEGE S CH RI FT:

F23602Ia/88a

27. juli 1957

22. januar 1959

Es ist eine Rohrturbine mit festen oder beweglichen, Laufradschaufelin bekannt, bei der die mit der Turbine zusammenwirkende Elektromaschine um das Laufrad herum angeordnet und somit vom Strömungsmittel durchflossen ist. In der einen Ausführungsform erfolgt dieLagerung des gesamten umlaufenden Teiles, d. h. des Turbinenlaufrades und des mit diesem verbundenen, auf einem Laufradaußenkranz angeordneten Läufers der Elektromaschine ausschließlich im Inneren der Turbinennabe. Bei der anderen vorgeschlagenen Anordnung ist für den gesamten umlaufenden Teil der hydroelektrischen Maschine ausschließlich eine Lagerung außerhalb des Wasserführungsrohres, d. h. eine sogenannte Außenlagerung, vorgesehen.

Im ersteren Fall dienen die Laufradschaufeln als Stützarme für den Läufer der Elektromaschine. Aus hydraulischen Gründen können diese nicht beliebig stark bemessen werden, so daß sich für ganz große Masch inen diese Anordnung kaum durchführen läßt. Insbesondere ergeben sich Schwierigkeiten in dem Fall, daß die Laufradschaufeln verstellbar sein müssen. Dann muß die Verbindung des Laufrades mit dem Läufer der Elektromaschine über drehbare Zapfen der Laufradschaufeln erfolgen, d. h., es kann keine feste Verbindung, zwischen dem Laufrad und dem Läufer der Elektromaschine bestehen. Mit Rücksicht auf die zu übertragenden Kräfte wird die Verbindungsstelle zwischen, den Laufradschaufeln und dem Läufer der Elektromaschine über die drehenden Schaufelzapfen überdies kompliziert, da die Zapfen zweckmäßigerweise bei Verstellbewegungen der Schaufeini entlastet werden müssen.

Bei der Anordnung, die nur eine Außenl-agerung für den gesamten umlaufenden Teil des hydroelektrischen Maschinensatzes verwendet, werden die Schaufeln außen an einem umlaufenden Kranz befestigt bzw. in diesem fliegend gelagert. Läßt sich diese Anordnung bei kleineren Maschinensätzen mit feststehendenLaufradschaufeln noch praktisch verwirklichen, so ergeben sich doch bei großen und insbesondere bei solchen Maschinensätzen, bei denen das Laufrad mit verstellbaren Schaufeln ausgerüstet ist, ähnliche Schwierigkeiten, wie sie für die Anordnung mit der Lagerung im Inneren der Maschinennabe beschrieben sind.

Gegenüber diesen bekannten Ausführungen stellt die Anordnung nach der Erfindung eine wesentliche Verbesserung dar und ermöglicht auch die Ausführung von Maschinensätzen größter Bauart mit verstellbaren Schaufeln.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrturbine, Rohrpumpe oder -turbinenpumpe mit festen oder beweglichen Laufradschaufeln und um das Laufrad herum angeordneter, vom Strömungsmittel durch-

Rohrturbine

Anmelder: Arno Fischer, Walsheim über Blieskastel/Saar Hauptstraße

Arno Fischer, Walsheim über Blieskastel/Saar,
ist als Erfinder genannt worden

flossener Elektromaschine. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad der Strömungsmaschine in bekannter Weise mittels eines im Innern der Maschinennabe angeordneten Lagers und der Läufer der Elektromaschine in ebenfalls bekannter Weise mittels eines außerhalb des Wasserführungsrohres angeordneten Lagers gelagert ist.

Die Erfindung weist demnach für das Laufrad eine besondere Lagerung im Innern der Maschinennabe und für den Läufer der Elektromaschine und gegebenenfalls weitere, mit diesem außen umlaufende Teile ein besonderes, außerhalb des Wasserfü'hrungsrohres angeordnetes Lager auf.

Für die Erfindung ist es hierbei gleichgültig, welche Art von Lagern, sei es für die im Innern der Nabe angeordneten Lager oder für die Außenlager angewendet wird. Jede denkbare, zweckmäßige Art der Lagerung kann hierbei in Frage kommen.

Es liegt an dem Charakter der Außenlagerung, daß hierfür Lager mit großem, ja zum Teil sehr großem Durchmesser in Betracht kommen; und es liegt im Sinne der Erfindung, gegebenenfalls auch für die im Innern der Nabe angebrachten Lager des Laufrades ähnlich geartete Lager mit relativ großem Durchmesser zu verwenden. Auf diese Weise kann z. B. die Lagerung des Laufrades auf einem im Innern der Maschine angeordneten Tragdorn mit großem Durchmesser in fliegender Weise erfolgen, was für die Gesamtgestaltung der Nabe von außerordentlich günstigem Einfluß sein kann. Der Tragdorn mit großem Durchmesser bietet dem Laufrad eine sehr stabile Unterstützung. Überdies verbleibt in der Laufradnabe

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bei einer derartigen Anordnung sehr viel Platz für die sonst noch in dieser unterzubringenden Teile, wie z.B. die Einrichtung für die Verstellung der Laufradschaufeln u.dgl. Das Lager mit relativ großem Durchmesser ist auch in besonderer Weise geeignet, um Kippbeanspruchungen aufzunehmen, die sich z. B. für das Lager dann ergeben, wenn bei dem fliegend gelagerten Laufrad die Lagerstelle nicht im Schwerpunkt des Rades angeordnet ist.

Gerade die vorstehend aufgeführten Überlegungen haben dazu geführt, einen besonderen Vorteil für die Erfindung darin zu sehen, die Lager der nach der Erfindung ausgebildeten Masc'hine in der Form von Wälzlagern auszubilden. Hierfür kann jede bekannte Art in Betraclit kommen, so auch die als Drahtwälzlager bekanntgewordenen Wälzlager.

Die Außenlager können andererseits auch vorteilhaft in der Weise ausgebildet sein, daß der umlaufende Läuferkranz auf Flüssigkeitspolstern abgestützt wird und auf diesen unter Ausnutzung der Flüssigkeitsreibung leicht gleitend umläuft und 'hierbei durch mit Wälzkörpern ausgerüstete Führungsstützen geführt wird.

Die Verteilung der Beanspruchungen auf die im Innern der Nabe befindlichen Lager und die AufJenlager kann in verschiedener Weise erfolgen. So kann, es im einen Fall vorteilhaft sein, die im Innern der Nabe befindlichen Lager des Laufrades für die radiale Abstützung des Rades und für die Aufnahme des ganzen auf das Rad wirkenden. Axialschubes zu bemessen und die Lager des Läufers der Elektromaschine nur für die von diesem herrührenden Kräfte, welche überwiegend radial gerichtet sind, auszubilden. Im anderen Falle kann man dadurch dem Umstand Rechnung tragen, daß der größere Teil des Axialschubes auf die Laufradschaufeln in der Nähe des Umfanges des Laufrades wirksam ist und daß man auch die Außenlager an der Aufnahme des auf das Laufrad wirkenden Axialschubes teilnehmen läßt. In diesem Falle würde man die Lager des Laufrades für dessen radiale Abstützung und für die Aufnahme eines Teiles des auf das Rad wirkenden Axialschubes bemessen und die Lager des Läufers der Elektromaschine für die Aufnahme des anderen Teiles des auf das Laufrad wirkenden Axialschubes.

Die nach der Erfindung ausgebildete Lagerung erfordert gegebenenfalls besondere Maßnahmen zum Schutz der Lager, welche außerhalb des Wasserführungsro'hes angeordnet sind, für den Fall, daß die Maschine Überdrehzahlen annimmt. In diesem Falle würde das Außenlager unter Umständen mit unzulässig hohen Gleit- oder Wälzgeschwindigkeiten beansprucht werden. Die Erfindung sieht deshalb vor, und erst die Ausbildung der Lager als Doppellager gemäß der Erfindung macht dies möglich, das Laufrad mit dem Läufer der Elektromaschine mittels einer zwischen dem Laufradaußenkranz und dem Läufer der Elektromaschine angeordneten, während des Umlaufes der Maschine kuppel- und lösbaren Kupplung zu verbinden. Zum Zwecke der Sicherung gegen unzulässige Uberdrehzahlen wird man überdies diese Kupplung für selbsttätiges Lösen der Verbindung zwischen dem Laufrad und dem Läufer der Elektromäschine bei Eintreten von Überdrehzahlen ausbilden.

Eine besondere Bedeutung hat auch diese lösbare Kupplung für alle die Fälle, in denen es sich darum handelt, das Laufrad betriebsmäßig von der Elektromaschine zu entkuppeln, wie dies z. B. bei den Maschinensätzen für Gezeitenkraftwerke der Fall ist. Bei

diesen ist es zweckmäßig, die Elektromaschine auch dann weiterlaufen zu lassen, wenn, durch die periodisch wechselnden Stauverhältnisse bedingt, kein Turbinenbetrieb möglich ist. Dieses Entkuppeln ermöglicht die der erfindungsgemäß ausgebildeten Strömungsmaschine zugeordnete Kupplung.

Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung ausgebildeten Strömungsmaschine wieder. Bei dieser kann es sich um eine Rohrturbine, eine Rohrpumpe oder eine -turbinenpumpe handeln.

Die Zeichnung zeigt einen Axialschnitt durch die obere Hälfte einer derartigen Maschine. 1 ist der Mantel des Wasserführungsrohres, in welchem das Laufrad der Strömungsmaschine mit den Schaufeln 2 und dem umlaufenden Nabenteiil 3 angeordnet ist. Das Laufrad 2, 3 ist auf dem im Innern des feststehenden Nabenteiles 4 verankerten Tragdorn 5, welcher einen relativ großen Durchmesser aufweist und dadurch sehr stabil ist, mittels Wälzlager abgestützt. Die Wälzlager setzen sich aus einem Rollenlager mit den Rollen 6 für die radiale Abstützung des Rades und den beiden Axialkugellagern 7 und 8 für die Aufnahme der axial gerichteten Kräfte zusammen. Da das Laufrad durch die Lager nicht in seiner Schwerpunktmittellinie unterstützt ist, können auf die Lager Kippbeanspruchungen kommen. Mit Rücksicht auf den großen Durchmesser der Spurlager 7 können diese leicht durch dieses Lager aufgenommen werden. Im übrigen, lassen sich die Lager 6, 7,8 verhältnismäßig leicht ausbilden, da sie nur das Gewicht des Laufrades selbst und gegebenenfalls auch nur einen Teil des. auf die Schaufeln 2 wirkenden Axialschubes aufzunehmen brauchen.

Die Zeichnung zeigt, daß in der Laufradnabe durch die geringe Dimensionen aufweisende Lagerung an der Stelle 9 sehr viel Platz für die Verstelleinrichtung der Schaufeln 2 bleibt.

Die Schaufeln tragen außen mittels der Zapfen 10 den Laufradaußenkranz 11. Dieser läuft in dem Laufradgehäuse 12 um und ist gegenüber diesem durch eine nicht dargestellte Dichtung abgedichtet.

13 ist das Gehäuse des Ständers der um das Laufrad herum angeordneten Elektromaschine mit dem Ständerblechpaket 14 und der Ständerwicklung 15. Der Läufer der Elektromaschine besteht aus denPolen 16 und dem Polkranz 17. Er ist mittels der Außenlager 18 über die Halterung 19, sei es an dem Wasserführungsrohr 1 oder sonstwie mit einem fest am Bauwerk verankerten Konstruktionsteil gelagert. Die Lager weisen die beiden Kugelkränze 20 auf. In der Zeichnung sind sie als doppeltes Drahtkugellager dargestellt. Als solches können sie sowohl radiale als auch axiale Beanspruchungen und Kippbeanspruchungen aufnehmen.

Zwischen dem Laufradaußenkranz 11 und dem Polkranz 17 des Läufers der Elektromaschine ist eine Kupplung 21 angeordnet. Diese ist in der Zeichnung als Lamellenkupplung dargestellt. Es könnte an deren Stelle aber auch jede andere denkbare und zweck mäßige Kupplung verwendet werden. Die Kupplung könnte hydraulisch oder elektromagnetisch oder auf eine ähnliche Art und Weise gesteuert werden-. In besonders zweckmäßiger Weise könnte diese Kupplung auch als hydraulische Kupplung mit vielen in Umr fangsrichtung hintereinander angeordneten Zylinderräumen und mit diesen zusammenwirkenden Kolben, welche von einem in den anderen Zylinderraum überwechseln können, ausgebildet sein. Die Kupplung 21 dient gegebenenfalls als Sicherheitseinrichtung, die.

verhindert, daß das Außenlager 18 bei Eintreten von

Claims

Überdrehzahlen des Turbinenlaufrades ebenfalls durch diese Überdrehzahlen beansprucht wird. Patentansprüche:

1. Rohrturbine, Rohrpumpe oder-turbinenpumpe mit festen oder beweglichen Laufradschaufeln und um das Laufrad herum angeordneter, vom Strömungsmittel durchflossenier Elektromaschine, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (2, 3) der Strömungsmaschine in bekannter Weise mittels eines im Innern der Maschinennabe (4) angeordneten Lagers (6, 7, 8) und der Läufer (16,17) der Elektromaschine in ebenfalls bekannter Weise mittels eines außerhalb des Wasserführungsrohres (1) angeordneten Lagers (18) gelagert ist.

2. Rohrturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (6, 7,8) des Laufrades (2, 3) für dessen radiale Abstützung und für die Aufnahme des ganzen auf das Rad wirkenden Axialschubes und das Lager (18) des Läufers (16, 17) der Elektromaschine nur für die überwiegend radial gerichteten, von diesem herrührenden Kräfte ausgebildet ist.

3. Rohrturbine nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß das Lager (6, 7,8) des Lauf- _a5 rades (2, 3) für die radiale Abstützung des Rades und für die Aufnahme eines Teiles des auf das Rad wirkenden Axialschubes und das Lager (18) des Läufers (16,17) der Elektromaschine für die von dem Läufer herrührenden Kräfte und für die Auf-

nähme des anderen Teiles des auf das Laufrad wirkenden Axialschubes bemessen ist.

4. Rohrturbine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (6,7,8) für das Laufrad (2,3) aus einem im Innern der Maschinennabe (4) angeordneten Tragdorn (5) mit großem Durchmesser und auf diesem angeordneten Lagern (6, 7, 8) mit großem Durchmesser für axiale, radiale und gegebenenfalls auch Kippbeanspruchung besteht, mittels denen das Laufrad (2, 3) fliegend auf dem Tragdorn (5) gelagert ist.

5. Rohrturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (2,3) mit dem Läufer (16, 17) der Elektromaschine mittels einer zwischen dem Laufradaußenkranz (11) und dem Läufer (16,17) der Elektromaschine angeordneten, während des Umlaufes der Maschine kuppel- und lösbaren Kupplung (21) verbunden ist.

6. Rohrturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (21) für selbsttätiges Lösen der Verbindung zwischen dem Laufrad (2, 3) und dem Läufer (16, 17) der Elektromaschine bei Überdrehzahlen des Laufrades ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 727 913, 843 980, 510,963 860;

französische Patentschrift Nr. 906 688.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen