DE10213774A1

DE10213774A1 - Francis turbine or Francis pump or Francis pump turbine

Info

Publication number: DE10213774A1
Application number: DE10213774A
Authority: DE
Inventors: Ernst-Ulrich Jaeger; Gerhard Wengert; Armin Otto; Ulrich Seidel
Original assignee: Voith Hydro Holding GmbH and Co KG; Voith Hydro GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Hydro Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-23
Also published as: WO2003081027A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Francis-Turbine oder eine sonstige nach dem Francis-Prinzip aufgebaute Maschine. DOLLAR A Gemäß der vorliegenden Erfindung ist diese Francis-Turbine mit den folgenden Merkmalen ausgestattet: DOLLAR A - mit einem Laufrad, das Laufschaufeln aufweist; DOLLAR A - mit einem Spiralgehäuse, das das Laufrad umschließt; DOLLAR A - dem Spiralgehäuse ist ein Kranz von feststehenden Stützschaufeln nachgeschaltet; DOLLAR A - dem Kranz von feststehenden Leitschaufeln ist ein Kranz von drehbaren Leitschaufeln nachgeschaltet; DOLLAR A - wenigstens eine Leitschaufel ist verschiebbar oder in ihrer Außenkontur veränderbar; DOLLAR A - es ist eine Sensorik zum Erfassen des Schwingungsverhaltens oder von sonstigen Parametern der gesamten Maschine oder von Teilen hiervon vorgesehen; DOLLAR A - es ist eine zentrale Prozesseinheit (CPU) vorgesehen, die bei Überschreiten von Sollwerten der Parameter eine Verschiebung der Leitschaufel oder eine Änderung von deren Außenkontur befiehlt.The invention relates to a Francis turbine or another machine constructed according to the Francis principle. DOLLAR A According to the present invention, this Francis turbine is equipped with the following features: DOLLAR A - with an impeller that has blades; DOLLAR A - with a volute casing that encloses the impeller; DOLLAR A - the spiral casing is followed by a ring of fixed support blades; DOLLAR A - the ring of fixed guide vanes is followed by a ring of rotatable guide vanes; DOLLAR A - at least one guide vane can be moved or its outer contour can be changed; DOLLAR A - a sensor system is provided for detecting the vibration behavior or other parameters of the entire machine or parts thereof; DOLLAR A - a central process unit (CPU) is provided, which commands the guide vane to be moved or the outer contour to be changed when the setpoint values of the parameters are exceeded.

Description

Die Erfindung betrifft eine Francis-Turbine oder -Pumpe oder -Pumpturbine, insbesondere der Leitapparat einer solchen Turbine, der zur Zuleitung des Wassers zum Laufrad dient. The invention relates to a Francis turbine or pump or pump turbine, in particular the diffuser of such a turbine, which is used to supply the water serves as an impeller.

An Wasserturbinen wie Francis-Turbinen werden zunehmend höhere Anforderungen hinsichtlich des Wirkungsgrades und des möglichst ausgedehnten Arbeitsbereiches gestellt. Wünschenswert ist ein variabler Einsatz hinsichtlich der Wasserdurchflussmenge vom extremen Teillastbetrieb bis hin zum Überlastbetrieb. In allen Lastbereichen soll ein möglichst hoher Wirkungsgrad bei gleichzeitig schwingungsfreiem Lauf der Turbine erreicht werden. Water turbines such as Francis turbines are becoming increasingly tall Requirements with regard to efficiency and the widest possible Work area. A variable use is desirable with regard to the Water flow rate from extreme part-load operation to overload operation. In All load ranges should have the highest possible efficiency at the same time vibration-free running of the turbine can be achieved.

Francis-Turbinen werden an unterschiedliche Betriebsbedingungen durch die Verstellung der Leitschaufeln angepasst. Dennoch treten insbesondere unter Teillast instationäre Strömungsverhältnisse auf, die zu starken Schwingungen an der Maschine führen. Materialschäden als Folge können insbesondere dann eintreten, wenn die Eigenfrequenzen von Bauteilen mit diesen Schwingungen übereinstimmen. Eine weitere negative Folge von Turbinenvibrationen sind vor allem für große Maschinen die Auswirkungen, die diese Schwingungen auf das Stromnetz haben. Gleichlaufunruhen werden über den Generator in das Stromnetz eingekoppelt und machen sich dort als Leistungsschwankungen unangenehm bemerkbar. Daraus ergeben sich nachteilige Einschränkungen des Turbinenbetriebsbereichs. So sind kritische Teillastbereiche beim Hochfahren der Turbine besonders schnell zu durchfahren und im Dauerbetrieb zu vermeiden. Außerdem findet eine unerwünschte gegenseitige Beeinflussung wasserführender Systeme statt. Francis turbines are subject to different operating conditions due to the Adjustment of the guide vanes adjusted. Nevertheless, occur particularly under partial load unsteady flow conditions that cause excessive vibrations at the Machine. Material damage as a result can occur in particular if the natural frequencies of components with these vibrations to match. Another negative consequence of turbine vibrations are mainly for large machines the impact that these vibrations have on the power grid to have. Unrest is synchronized via the generator into the power grid coupled in and make themselves noticeably noticeable as fluctuations in performance. This results in disadvantageous restrictions on the turbine operating range. Critical partial load ranges are particularly fast when the turbine is started up to drive through and avoid in continuous operation. Also finds one undesirable mutual influence of water-bearing systems instead.

Beim optimalen Betrieb einer Francis-Turbine strömt das Wasser aus der Einlaufspirale radial symmetrisch in das Laufrad, wird dort von den Laufschaufeln so umgelenkt, dass es nahezu axial in das Saugrohr einströmt und dort zum Unterwasser abgeleitet. Bei einem derart idealen Betrieb ist die Strömung im Saugrohr nahezu drallfrei. Bei Betriebszuständen der Turbine außerhalb des Bestpunktes ist diese Drallfreiheit der Abströmung nach dem Laufrad nicht mehr gegeben. Der ursächliche Zusammenhang zwischen der rotativen Komponente der Strömung im Saugrohr und den Maschinenschwingungen ist bekannt. Zur Stabilisierung der Strömung im Saugrohr und zur Unterdrückung des Dralls werden nach dem heutigen Stand der Technik Leitbleche entlang des Saugrohres eingebracht. Derartige Leitbleche können als Finnen ausgebildet sein, die in axialer Richtung orientiert sind. Diese Form führt zu einer Unterdrückung des Dralls im Saugrohr, die aber mit dem Nachteil eines verminderten Wirkungsgrades verbunden ist. When a Francis turbine is operating optimally, the water flows out of the Inlet spiral radially symmetrical in the impeller, is there from the blades deflected that it flows almost axially into the intake manifold and there to Derived underwater. With such ideal operation, the flow is in the intake manifold almost swirl-free. When the turbine is operating outside the best point this swirl freedom of the outflow after the impeller no longer exists. The causal relationship between the rotative component of the flow in the The intake manifold and the machine vibrations are known. To stabilize the Flow in the intake manifold and to suppress the swirl are after the current state of the art baffles introduced along the intake manifold. such Baffles can be designed as fins, which are oriented in the axial direction are. This shape leads to suppression of the swirl in the intake manifold, but it does is associated with the disadvantage of reduced efficiency.

Zur Lösung dieses Problems wurden variable Leitbleche entwickelt, die entsprechend den Betriebsbedingungen um eine zur Maschinenachse parallele Achse verschwenkt werden können. Weitere Bauformen von Leitblechen sind parallel zu den Wandflächen des Saugrohres orientiert und verhindern somit durch die Stabilisierung der Strömung zwischen Leitblech und Saugrohrwand ein Ablösen von Strömungsbereichen. Wie die zuvor genannten finnenartigen Strukturen verringert auch diese Konstruktion die Energieausbeute der Turbinen. Des weiteren erhöhen derartige statische oder variable Konstruktionen den Aufwand für die Herstellung und Wartung von Turbinen und sind daher ein kostenrelevanter Faktor. Variable baffles have been developed to solve this problem according to the operating conditions around an axis parallel to the machine axis can be pivoted. Other types of baffles are parallel to the wall surfaces of the suction pipe and thus prevent by Stabilization of the flow between the baffle and the intake manifold wall Flow regions. How the aforementioned fin-like structures diminished this construction also improves the energy yield of the turbines. Increase further such static or variable constructions the effort for the production and maintenance of turbines and are therefore a cost-relevant factor.

Auch sind weitere Maßnahmen bekannt, die aber entweder aufwendig sind oder den Wirkungsgrad der Maschine verschlechtern. Other measures are also known, but are either complex or the efficiency of the machine deteriorate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der eingangs genannten Art derart zu gestalten, dass bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen Druckschwankungen an jeglicher Stelle in der Maschine minimiert werden. The invention has for its object a machine of the aforementioned To be designed in such a way that under different operating conditions Pressure fluctuations at any point in the machine can be minimized.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. This object is solved by the features of claim 1.

Der Erfinder hat Folgendes erkannt: Wird beim Verstellen der Leitschaufeln um deren Schwenkachsen die Zuströmrichtung des Wassers zur Laufschaufel verändert, so kommt es bei bestimmten Winkelpositionen der Leitschaufeln zu Stoßverlusten und Umlenkverlusten. Dies bedeutet, dass die Maschine nur über einen bestimmten Betriebsbereich die notwendige Laufruhe hat, in anderen Betriebsbereichen aber Vibrationen aufweist. The inventor has recognized the following: Will be around when adjusting the guide vanes the pivot axes of the direction of flow of water to the blade changed, it occurs at certain angular positions of the guide vanes Impact losses and deflection losses. This means that the machine has only one certain operating area has the necessary smoothness, in others Operating areas but has vibrations.

Gemäß einer ersten Alternative der Erfindung wird vorgesehen, die Stützschaufeln bzw. die Leitschaufeln nicht ortsfest zu machen, sondern verschiebbar, und zwar auch vorzugsweise während des Betriebes. According to a first alternative of the invention, the support blades are provided or not to make the guide vanes stationary, but displaceable, namely also preferably during operation.

Dies bedeutet, dass die einzelne Leitschaufel zwar nach wie vor verschwenkbar ist, um den Betrieb jederzeit an gegebene Bedingungen anpassen zu können, beispielsweise an einen gegebenen Oberwasserspiegel. Gleichzeitig lässt sich die einzelne Leitschaufel jedoch verschieben, um unerwünschten Druckschwankungen entgegenzuwirken. Dabei kann es ausreichen, dass nur einige Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes verschiebbar sind, im Extremfall sogar nur eine einzige Leitschaufel. Durch ein Verschieben von Leitschaufeln kann eine Schwingung in der Maschine derart beeinträchtigt oder gestört oder durch andere Schwingungen überlagert werden, dass sie nicht mehr in Erscheinung tritt. This means that the individual guide vane can still be pivoted is to be able to adapt the operation to given conditions at any time, for example, to a given surface water level. At the same time, the however, individual vane move to undesirable Counteract pressure fluctuations. It may be sufficient to have only a few guide vanes of a guide vane ring can be moved, in extreme cases only one Vane. By moving the guide vanes, an oscillation in the machine in such a way impaired or disturbed or by other vibrations be overlaid that it no longer appears.

Was für verstellbare Leitschaufeln gilt, gilt auch für feststehende Stützschaufeln. What applies to adjustable guide vanes also applies to fixed support vanes.

Eine zweite Alternative besteht darin, wenigstens eine Stützschaufel und/oder Leitschaufel bezüglich ihrer Gestalt veränderbar zu machen, und zwar wiederum vorzugsweise während des Betriebes. Dies kann dadurch geschehen, dass die Schaufel in zwei Teile unterteilt ist, die gelenkig miteinander verbunden sind, und die sich über das Gelenk in bestimmte Winkellagen relativ zueinander bringen lassen. Die zweite Alternative lässt sich auch dadurch verwirklichen, dass wenigstens eine Schaufel im Volumen veränderbar ist, beispielsweise dadurch, dass sie wenigstens teilweise hohl ist und wenigstens teilweise aus einem elastischen Material besteht. Sie kann beispielsweise aufgeblasen werden, so dass sie ihre Gesamtvolumen verändert. Sie kann aber auch derart gestaltet sein, dass nur ein Teil ihrer Wandung aus elastischem Material besteht, das sich bei Einbringen eines Überdruckes in den hohlen Innenraum der Schaufel nach außen auswölbt oder bei Aufbringen eines Unterdruckes in den Hohlraum hineinzieht. A second alternative consists of at least one support blade and / or To make the guide vane changeable in shape, again preferably during operation. This can happen because the Bucket is divided into two parts, which are hinged together, and which are brought into certain angular positions relative to each other via the joint to let. The second alternative can also be realized in that at least a bucket can be changed in volume, for example in that it is at least partially hollow and at least partially made of an elastic Material exists. For example, it can be inflated so that it is theirs Total volume changed. But it can also be designed so that only a part its wall is made of elastic material, which is when a Excess pressure in the hollow interior of the blade bulges out or at Applying a vacuum pulls into the cavity.

Eine dritte Alternative besteht darin, von vornherein die Maschine mit Unregelmäßigkeiten auszustatten. Solche Unregelmäßigkeiten können bestehen im unregelmäßigen Anordnen von feststehenden oder beweglichen Leitschaufeln. So kann beispielsweise der gegenseitige Abstand zwischen zwei aneinander benachbarten Leitschaufeln anders gewählt werden, als zwischen einem anderen Paar einander benachbarter Leitschaufeln. Auch kann die Geometrie bestimmter Leitschaufeln von vornherein eine andere sein, als die jenige der übrigen Leitschaufeln. Solche Unregelmäßigkeiten können konstruktiv von vornherein festgelegt werden, ohne das sie später geändert werden können. A third alternative is to start with the machine To equip irregularities. Such irregularities can exist in the irregular arrangement of fixed or movable guide vanes. So can for example the mutual distance between two adjacent to each other Guide vanes are chosen differently than between another pair of each other adjacent vanes. The geometry of certain guide vanes can also be different from the start than that of the other guide vanes. Such Irregularities can be determined constructively from the outset without that they can be changed later.

Die genannten drei Varianten lassen sich jeweils einzeln oder in Kombination anwenden. The three variants mentioned can each be used individually or in combination apply.

Die Maschine wird gemäß der Erfindung vorzugsweise mit einer Sensor- und Regel- beziehungsweise Steuereinrichtung ausgestattet. Die Sensoreinrichtung erfasst den Vibrationspegel der Maschine beziehungsweise einzelner Elemente der Maschine, beispielsweise im schaufellosen Raum zwischen Leitschaufel und Laufrad. Der gemessene Wert wird sodann mit einem Sollwert verglichen. Weicht der Vibrationspegel von einem Sollwert ab, so veranlasst eine zentrale Prozesseinheit (CPU) ein Eingreifen im Sinne einer Veränderung der erfindungsgemäß gestalteten Leitschaufel. Dies bedeutet somit - gemäß der ersten Alternative - eine Dislozierung wenigstens einer der Leitschaufeln, oder - gemäß der zweiten Alternative - ein Verändern der äußeren Gestalt wenigstens einer Leitschaufel, oder - bei Anwendung beider Alternativen - sowohl eine Dislozierung als auch eine Gestaltveränderung. The machine is preferably according to the invention with a sensor and Regulation or control device equipped. The sensor device detects the vibration level of the machine or individual elements of the Machine, for example in the vane-free space between the guide vane and Wheel. The measured value is then compared to a target value. Gives way to A central process unit initiates vibration levels from a setpoint (CPU) an intervention in the sense of a change in the invention designed vane. This means - according to the first alternative - one Dislocation of at least one of the guide vanes, or - according to the second alternative - a change in the outer shape of at least one guide vane, or - at Using both alternatives - both a deployment and one Shape change.

Die erste Alternative lässt sich beispielsweise auch dadurch verwirklichen, dass die Schwenkachse kippbar gemacht wird, so dass sie auch relativ zur Maschinenachse jeglichen Verlauf einnehmen kann, somit gegen die Maschinenachse geneigt. Eine Möglichkeit der Verwirklichung der ersten Alternative kann auch darin bestehen, das ein Deplazieren einer oder mehrerer Stützschaufeln oder leitschaufeln in Gestalt einer Schwingung oder Vibration geschieht. Die Auslenkungen des Deplazierens können somit minimal sein, und bei hoher Frequenz. The first alternative can also be realized, for example, by the fact that the pivot axis is made tiltable so that it is also relative to Machine axis can take any course, thus against the machine axis inclined. One way of realizing the first alternative can also be found in it exist that a misplacement of one or more support blades or guide blades in the form of an oscillation or vibration happens. The deflections of the Depletion can thus be minimal and at a high frequency.

Die zweite Alternative lässt sich beispielsweise dadurch verwirklichen, dass die Leitschaufel einen teleskopartigen Aufbau hat. Demgemäß besteht sie aus zwei oder mehreren Teilen, die teleskopartig ineinander gefügt sind und die sich somit ineinander einfahren oder voneinander abfahren lassen. The second alternative can be realized, for example, by the fact that Guide vane has a telescopic structure. Accordingly, it consists of two or several parts, which are telescopically interlocked and which are thus drive into each other or let each other drive off.

Die erste Alternative kann auch dadurch verwirklicht werden, dass der gesamte Leitschaufelring in radialer Richtung um seine eigene Achse verdrehbar ist, oder dass einzelne Segmente des Leitschaufelringes um die Drehachse herum verdrehbar sind. The first alternative can also be realized in that the whole Guide blade ring is rotatable in the radial direction about its own axis, or that individual segments of the guide vane ring around the axis of rotation are rotatable.

Eine interessante Variante der ersten Alternative besteht darin, wenigstens eine Leitschaufel in Schwingung zu versetzen. Dabei findet ebenfalls eine Dislozierung statt, wenn auch im minimalen Ausmaß. Der Gedanke des Anlegens einer Schwingung an Leitschaufeln ist zwar bekannt, jedoch zu einem anderen Zweck und nicht in Verbindung mit den weiteren, hier genannten Merkmalen, nämlich einer Sensorik zum Erfassen des Ist-Schwingungszustandes und einer CPU zum Einleiten von Gegenmaßnahmen gegen übermäßige Schwingungen. An interesting variant of the first alternative is at least one Set the vane to vibrate. There is also a dislocation instead, albeit to a minimal extent. The thought of creating one Vibration on guide vanes is known, but for a different purpose and not in connection with the other features mentioned here, namely a sensor system for detecting the actual vibration state and a CPU for Take countermeasures against excessive vibration.

Die selben erfindungsgemäßen Maßnahmen, die bei schwenkbaren Leitschaufeln anwendbar sind, sind auch bei feststehenden Stützschaufeln anwendbar, die üblicherweise feststehen und die dem Leitschaufelkranz vorgeschaltet sind. Bei diesen feststehenden Stützschaufeln spricht man vom sogenannten Traversenring. Die Schaufeln des Traversenringes lassen sich somit ebenfalls gemäß der Erfindung dislozieren - erste Alternative -, oder in ihrer Gestalt verändern - zweite Alternative. Auch hierbei kann es genügen, wenn wenigstens eine an sich feststehende Schaufel in erfindungsgemäßer Weise gestaltet ist, und wenn eine Sensorik und eine CPU vorgesehen werden. The same measures according to the invention, that of pivoting guide vanes are applicable, are also applicable to fixed support blades that are usually fixed and which are upstream of the guide vane ring. at These fixed support blades are called the so-called truss ring. The blades of the truss ring can thus also be according to the Dislocate invention - first alternative - or change its shape - second Alternative. Here too it can be sufficient if at least one per se fixed blade is designed in the manner according to the invention, and if a sensor system and a CPU can be provided.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt: The invention is explained in more detail with reference to the drawing. In it is in detail shown the following:

Fig. 1 zeigt eine Francis-Turbine in einem Axialschnitt. Fig. 1 shows a Francis turbine in an axial section.

Fig. 2-7 zeigen Stützschaufeln und verschwenkbare Leitschaufeln einer Francis-Turbine jeweils in einem Meridianschnitt. Fig. 2-7 show the stay vanes and pivotable guide vanes of a Francis turbine, respectively in a meridian section.

Fig. 8 zeigt eine erste Ausführungsform einer Leitschaufel mit veränderbarer Außenkontur. Fig. 8 shows a first embodiment of a guide vane with a variable outer contour.

Fig. 9 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Leitschaufel mit veränderbarer Außenkontur. Fig. 9 shows a second embodiment of a guide vane with a variable outer contour.

Fig. 10 enthält ein Diagramm, das die Möglichkeiten des Kompensierens von unerwünschten Druckpulsationen durch aufgezwungene Schwingungen von drehbaren Leitschaufeln veranschaulicht. Fig. 10 shows a chart illustrating the possibilities of compensating for unwanted pressure pulsations by forced vibrations of rotatable vanes.

Die in Fig. 1 gezeigte Francis-Turbine ist wie folgt aufgebaut:
Ein Laufrad 1 umfasst eine Mehrzahl von Laufschaufeln 1.1. Es ist um eine Laufradachse 1.2 drehbar. The Francis turbine shown in FIG. 1 is constructed as follows:
An impeller 1 comprises a plurality of blades 1.1 . It is rotatable about an impeller axis 1.2 .

Das Laufrad 1 mit seinen Laufschaufeln 1.1 ist von einem Spiralgehäuse 2 umgeben. Dem Laufrad 1 ist ein Kranz von feststehenden Stützschaufeln 3 vorgeschaltet, gefolgt von einem Kranz von verschwenkbaren Leitschaufeln 4. The impeller 1 with its blades 1.1 is surrounded by a spiral housing 2 . The impeller 1 is preceded by a ring of fixed support blades 3 , followed by a ring of pivotable guide blades 4 .

Die Turbine weist ein Saugrohr 5 auf. Dieses umfasst einen Eintrittsdiffusor 5.1 mit einer Achse 5.1.1, einen sich daran anschließenden Krümmer 5.2, und sich daran anschließenden Saugkasten 5.3. The turbine has a suction pipe 5 . This includes an inlet diffuser 5.1 with an axis 5.1.1 , an adjoining manifold 5.2 , and an adjoining suction box 5.3 .

Fig. 2 zeigt einen Kranz feststehender Stützschaufeln 3, auch "Traversenring" genannt. Radial innerhalb des Traversenringes befindet sich ein Kranz von Leitschaufeln 4. Diese sind um eine Achse 4.1 verdrehbar, um die Weite zwischen zwei jeweils einander benachbarten Leitschaufeln 4 einzustellen, und damit zugleich den Durchsatz des eintretenden Wasserstromes. Fig. 2 shows a ring of fixed support blades 3 , also called "truss ring". A ring of guide vanes 4 is located radially within the cross-member ring. These can be rotated about an axis 4.1 in order to adjust the width between two adjacent guide vanes 4 , and thus at the same time the throughput of the incoming water flow.

Wie man sieht, lassen sich sämtliche drehbaren Leitschaufeln in eine gestrichelt dargestellte Position verschieben. Die Verschiebung findet in Umfangsrichtung statt - siehe den Doppelpfeil. As you can see, all rotatable guide vanes can be broken into one move shown position. The shift takes place in the circumferential direction instead - see the double arrow.

Im vorliegenden Fall ist der Verschiebeweg sämtlicher Leitschaufeln 4 gleich groß. Dies könnte auch anders sein. Außerdem ist es denkbar, nur einige der drehbaren Leitschaufeln zu verschieben, oder gar nur eine einzige. Trotz der Verschiebung kann jede Leitschaufel eine Drehbewegung um die zugehörende Drehachse 4.1 ausführen. In the present case, the displacement of all guide vanes 4 is the same. This could also be different. It is also conceivable to move only some of the rotatable guide vanes, or even just one. Despite the displacement, each guide vane can perform a rotary movement about the associated axis of rotation 4.1 .

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind wiederum die drehbaren Leitschaufeln 4 verschiebbar, jedoch nicht in Umfangsrichtung, sondern in radialer Richtung. Auch hier gilt dasselbe, wie bei der Ausführungsform von Fig. 1: nicht alle drehbaren Leitschaufeln 4 müssen verschiebbar sein. In the embodiment shown in FIG. 3, the rotatable guide vanes 4 are again displaceable, but not in the circumferential direction but in the radial direction. The same applies here as in the embodiment of FIG. 1: not all rotatable guide vanes 4 have to be displaceable.

Außerdem lässt sich das Maß des Verschiebeweges frei wählen. Dies gilt für sämtliche der hier dargestellten Beispiele, bei denen ein Verschieben von Leitschaufeln vorgesehen ist (erste Alternative). Dies gilt für die Fig. 2 bis 4. In addition, the size of the displacement path can be freely selected. This applies to all of the examples shown here, in which a displacement of guide vanes is provided (first alternative). This applies to FIGS. 2 to 4.

Fig. 3 veranschaulicht anhand einer der drehbaren Leitschaufeln 4 eine Verschiebemöglichkeit, die von jener der Fig. 2 und 3 abweicht. Siehe die in Fig. 4 ganz links gezeigte Schaufel 4. Dabei deutet der Doppelpfeil A die Möglichkeit des Verdrehens dieser Schaufel um ihre Drehachse 4.1 an, und Doppelpfeil B das Verschieben der Schaufel. Wie man sieht, verläuft Doppelpfeil B im Wesentlichen in Richtung der Längsachse 4.2 des Schaufelprofils. FIG. 3 uses one of the rotatable guide vanes 4 to illustrate a displacement possibility that differs from that of FIGS. 2 and 3. See the bucket 4 shown on the far left in FIG. 4 . The double arrow A indicates the possibility of rotating this blade about its axis of rotation 4.1 , and double arrow B indicates the displacement of the blade. As can be seen, double arrow B essentially runs in the direction of the longitudinal axis 4.2 of the blade profile.

Fig. 5 zeigt wiederum feststehende Stützschaufeln 3 und verdrehbare Leitschaufeln 4. Dabei ist anhand der links dargestellten feststehenden Leitschaufel 3 ein besonderer Aufbau erkennbar. Diese Schaufel 3 ist aus zwei Bauteilen aufgebaut, nämlich aus Schaufelteil 3.3 und aus Schaufelteil 3.4. Dabei bildet Schaufelteil 3.3 eine Hülse, in welche Schaufelteil 3.4 eingesteckt ist. Schaufelteil 3.4 lässt sich teleskopartig aus Schaufelteil 3.3 ein- und ausfahren, und zwar in Richtung des Doppelpfeiles B. Dieser erstreckt sich im Wesentlichen in Richtung der Längsachse 3.2 des Schaufelprofiles. Schaufelteil 3.3 bleibt bei der Verschiebebewegung von Schaufelteil 3.4 ortsfest. Fig. 5 shows in turn fixed support blades 3 and rotatable guide vanes. 4 A special structure can be seen from the fixed guide vane 3 shown on the left. This blade 3 is constructed from two components, namely from blade part 3.3 and from blade part 3.4 . Blade part 3.3 forms a sleeve into which blade part 3.4 is inserted. Blade part 3.4 can be telescopically moved in and out of blade part 3.3 , in the direction of the double arrow B. This extends essentially in the direction of the longitudinal axis 3.2 of the blade profile. Blade part 3.3 remains stationary during the sliding movement of blade part 3.4 .

Die hier gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von jenen gemäß der Fig. 2 bis 4. Hier ist nämlich die Außenkontur der Schaufel 3 veränderbar. Diese Maßnahme kann bei allen feststehenden Leitschaufeln 3 vorgenommen werden, aber auch nur bei einigen oder bei einer einzigen. The embodiment shown here differs from that according to FIGS. 2 to 4. Here, namely, the outer contour of the blade 3 can be changed. This measure can be carried out with all fixed guide vanes 3 , but also only with some or with a single one.

Gleiches gilt für die verdrehbaren Leitschaufeln 4. Diese können gleich oder ähnlich ausgeführt werden, wie die genannte, links dargestellte feststehende Stützschaufel 3. The same applies to the rotatable guide vanes 4 . These can be carried out in the same or a similar manner to the aforementioned fixed support blade 3 , shown on the left.

Fig. 6 zeigt Leitschaufeln, bei denen ebenfalls die Außenkontur verändert werden kann. Dies ist beispielsweise bei einer der feststehende Stützschaufeln 3 der Fall. Diese besteht aus zwei Teilen, nämlich einem feststehenden Teil 3.3 und einem verschwenkbaren Teil 3.4. Die beiden Teile sind durch eine Drehachse 3.1 aneinander angelenkt. Fig. 6 shows the guide vanes in which the outer contour may also be changed. This is the case, for example, with one of the fixed support blades 3 . This consists of two parts, namely a fixed part 3.3 and a pivotable part 3.4 . The two parts are articulated to one another by an axis of rotation 3.1 .

Auch bei den verdrehbaren Leitschaufeln 4 sind verschiedene Möglichkeiten wiedergegeben, mit denen die Außenkontur der betreffenden Leitschaufel 4 verändert wird. So umfasst die links dargestellte verdrehbare Leitschaufel 4 zwei Teile 4.3, 4.4. Diese sind in unterschiedlicher Weise verschwenkbar - siehe die Doppelpfeile C und D. Während beispielsweise Schaufelteil 4.3 einen bestimmten Schwenkwinkel ausführen kann, kann Schaufelteil 4.4 einen anderen Schwenkwinkel ausführen. Various possibilities are also given for the rotatable guide vanes 4 , by means of which the outer contour of the guide vane 4 in question is changed. The rotatable guide vane 4 shown on the left thus comprises two parts 4.3 , 4.4 . These can be pivoted in different ways - see the double arrows C and D. While, for example, blade part 4.3 can execute a certain pivot angle, blade part 4.4 can execute a different pivot angle.

Bei der auf die linke verdrehbare Leitschaufel folgende Leitschaufel ist der Schwanzbereich 4.4 des Schaufelprofiles derart biegbar, dass er aus der Längsachse 4.2 herausgeschwenkt wird. In the case of the guide vane following the left rotatable guide vane, the tail region 4.4 of the vane profile can be bent such that it is pivoted out of the longitudinal axis 4.2 .

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 sind die verdrehbaren Leitschaufeln 4 wiederum unterteilt in ein vorderes Teil 4.3 und ein hinteres Teil 4.4. Die gesamte Schaufel 4 lässt sich hierbei in oben dargestellter Weise um eine Drehachse 4.1 verschwenken, jedoch lässt sich das hintere Teil 4.4 der verdrehbaren Leitschaufel um einen anderen Winkel verschwenken, als das vordere Teil 4.3. In the embodiment according to FIG. 7, the rotatable guide vanes 4 are in turn divided into a front part 4.3 and a rear part 4.4 . The entire blade 4 can be pivoted about an axis of rotation 4.1 in the manner shown above, but the rear part 4.4 of the rotatable guide blade can be pivoted through a different angle than the front part 4.3 .

Die in Fig. 8 dargestellte Leitschaufel 3 besteht aus einem elastischen Material und ist hohl. Der Hohlraum weist einen Druckluftanschluss auf. Wird Druckluft in den Hohlraum eingelassen, so wird die Außenkontur 3.8 der Schaufel 3 geändert in die Außenkontur 3.9. The guide vane 3 shown in Fig. 8 is made of an elastic material and is hollow. The cavity has a compressed air connection. If compressed air is admitted into the cavity, the outer contour 3.8 of the blade 3 is changed into the outer contour 3.9 .

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 besteht der Kopfteil 3.10 aus elastischem Material, während der Hauptteil 3.11 aus Stahl besteht. Der Kopfteil 3.10 ist an den Hauptteil 3.11 angesetzt. Im Bereich des Kopfteiles befindet sich ein Hohlraum. Dieser weist wiederum einen Druckluftanschluss auf. Bei Einleiten von Druckluft wird die Außenkontur 3.8 zur Außenkontur 3.9 geändert. In the embodiment according to FIG. 9, the head part 3.10 consists of elastic material, while the main part 3.11 consists of steel. The head part 3.10 is attached to the main part 3.11 . There is a cavity in the area of the head part. This in turn has a compressed air connection. When compressed air is introduced, the outer contour 3.8 is changed to the outer contour 3.9 .

Statt Druckluft kommt jedes andere Medium in Betracht. Any other medium can be used instead of compressed air.

Ein interessanter Gedanke besteht darin, zur Verwirklichung der ersten Alternative - Deplatzieren einer oder mehrerer Leitschaufeln - die betreffende Leitschaufel 3 oder 4 in Schwingung zu versetzen. Dabei findet somit ebenfalls eine Deplazierung der Leitschaufel statt, und zwar sehr kurzfristig oder extrem kurzfristig. An interesting idea is to make the relevant guide vane 3 or 4 vibrate in order to implement the first alternative - displacing one or more guide vanes. This means that the guide vane is also misplaced, either at very short notice or at extremely short notice.

Das in Fig. 10 dargestellte Diagramm zeigt folgendes:
Auf der Ordinate sind Druckpulsationen aufgetragen, auf der Abszisse die Zeit. Man erkennt drei Kurven I, II und III. Kurve I veranschaulicht die Druckpulsationen, die die Maschine aufweist. The diagram shown in Fig. 10 shows the following:
Pressure pulsations are plotted on the ordinate, time on the abscissa. Three curves I, II and III can be seen. Curve I illustrates the pressure pulsations that the machine has.

Kurve II veranschaulicht Vibrationen, die im Bereich des Leitapparates aufgebracht werden, beispielsweise bei einer oder mehreren drehbaren Leitschaufeln. Curve II illustrates vibrations in the area of the diffuser are applied, for example in one or more rotatable guide vanes.

Kurve III veranschaulicht die resultierenden Druckpulsationen der Maschine. Wie man sieht, sind die Amplituden dieser Druckpulsationen stark minimiert, verglichen mit den Amplituden der Kurve I. Curve III illustrates the resulting pressure pulsations from the machine. How one sees, the amplitudes of these pressure pulsations are greatly minimized, compared with the amplitudes of curve I.

In der Praxis wird man die Kurve I ermitteln durch Messungen an neuralgischen Stellen der maschine, beispielsweise im Saugrohr, im schaufellose Raum, in der Spirale, oder an anderen Orten. In practice, curve I will be determined by measurements on sensitive areas Place the machine, for example in the intake manifold, in the bladeless room, in the Spiral, or other places.

Die Kurve II lässt sich beispielsweise dadurch erzeugen, daß eine oder mehrere drehbare Leitschaufeln verdreht, d. h. geschlossen und wieder geöffnet werden, und zwar um einen minimalen Winkel von beispielsweise 1°. Das Öffnen und Schließen kann bei relativ hohen Frequenzen vonstatten gehen, beispielsweise bei einer Frequenz von 0,1-100 Hz, somit bei einer Frequenz die irgendwo zwischen diesen beiden Grenzwerten liegt. Auch Abweichungen nach oben und nach unten sind möglich. Curve II can be generated, for example, by one or more rotatable vanes twisted, d. H. closed and opened again, namely by a minimum angle of, for example, 1 °. The opening and Closing can take place at relatively high frequencies, for example at a frequency of 0.1-100 Hz, thus at a frequency somewhere lies between these two limits. Even deviations up and down below are possible.

Statt eines Verdrehens kommt aber auch ein Verschieben der drehbaren Leitschaufel in axialer oder radialer Richtung oder in einer hierzu geneigten Richtung in Betracht. Instead of twisting, there is also a shifting of the rotatable ones Guide vane in the axial or radial direction or in an inclined direction into consideration.

Als Alternative zum Aufbringen einer Schwingung auf eine verdrehbare Leitschaufel kommt bei Aufbringen einer Schwingung bei einer feststehenden Stützschaufel in Betracht. Bezugszeichenliste 1 Laufrad
1.1 Laufschaufeln
2 Spiralgehäuse
3 feststehende Stützschaufeln
3.1 Drehachsen der Leitschaufeln
3.2 Längsachsen des Schaufelprofils
3.3 Leitschaufelteil
3.4 Leitschaufelteil
3.8 Außenkontur, nicht aufgeblasen
3.9 Außenkontur, aufgeblasen
3.10 Kopfteil
3.11 Hauptteil
4 verdrehbare Leitschaufel
4.1 Drehachse
4.2 Längsachse des Schaufelprofils
4.3 Schaufelteil
4.4 Schaufelteil
5 Saugrohr
5.1 Eintrittsdiffusor
5.1.1 Achse des Eintriffsdiffusors
5.2 Krümmer
5.3 Saugkasten
As an alternative to applying a vibration to a rotatable guide vane, consideration can be given to applying a vibration to a stationary support vane. List of Reference Numerals 1 wheel
1.1 blades
2 volute casings
3 fixed support blades
3.1 Axes of rotation of the guide vanes
3.2 Longitudinal axes of the blade profile
3.3 guide vane part
3.4 guide vane part
3.8 outer contour, not inflated
3.9 outer contour, inflated
3.10 headboard
3.11 main part
4 rotatable guide vanes
4.1 axis of rotation
4.2 Longitudinal axis of the blade profile
4.3 Bucket part
4.4 Bucket part
5 suction pipe
5.1 Entry diffuser
5.1.1 Axis of the single inlet diffuser
5.2 manifold
5.3 Suction box

Claims

1. Francis turbine or another machine constructed according to the Francis principle

1. 1.1 with an impeller ( 1 ) having blades ( 1.1 );

2. 1.2 with a volute ( 2 ) which encloses the impeller ( 1.1 );

3. 1.3 the spiral housing ( 2 ) is followed by a ring of fixed support blades ( 3 );

4. 1.4 the ring of fixed support blades ( 3 ) is followed by a ring of rotatable guide vanes ( 4 );

5. 1.5 at least one guide vane ( 3 , 4 ) can be moved or its outer contour can be changed;

2. Machine according to claim 1, characterized by the following features:

1. 2.1 a sensor system is provided for detecting the vibration behavior or other parameters of the entire machine or parts thereof;

2. 2.2 A central process unit (CPU) is provided, which commands a displacement of the guide vane or a change in its outer contour if the setpoint values of the parameters are exceeded.

3. Machine according to claim 1 or 2, characterized in that the fixed support blades ( 3 ) and / or the rotatable guide blades ( 4 ) have non-changeable irregularities in terms of their shape and / or their arrangement.

4. Machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one fixed support blade ( 3 ) and / or a rotatable guide blade ( 4 ) is displaceable in the circumferential direction.

5. Machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one fixed support blade ( 3 ) and / or a rotatable guide blade ( 4 ) is displaceable in the radial direction.

6. Machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one fixed support blade ( 3 ) and / or a rotatable guide blade ( 4 ) is displaceable in a direction deviating from the circumferential direction and from the radial direction.

7. Machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one fixed support blade ( 3 ) and / or a rotatable guide blade ( 4 ) is constructed from at least two parts ( 3.3 , 3.4 ) which are telescopically movable relative to each other.

8. Machine according to one of claims 1 to 7, characterized by the following features:

1. 8.1 at least one fixed support blade ( 3 ) and / or at least one rotatable guide blade ( 4 ) is hollow;

2. 8.2 the hollow blade has a wall area ( 3.10 ) which consists of an elastic material;

3. 8.3 the elastic wall area ( 3.10 ) is inflatable, so that its outer contour ( 3.8 ) changes to the outer contour ( 3.9 ).

9. Machine according to claim 8, characterized in that the entire outer contour ( 3.8 ) of the hollow blade ( 3 , 4 ) is formed from an elastic material.

10. Machine according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one blade ( 3 , 4 ) can be set in vibration.

11. Francis turbine or another machine built according to the Francis principle

1. 11.1 with an impeller ( 1 ) which has blades ( 1.1 );

2. 11.2 with a volute casing ( 2 ) which encloses the impeller ( 1.1 );

3. 11.3 the spiral housing ( 2 ) is followed by a ring of fixed support blades ( 3 );

4. 11.4 the ring of fixed support blades ( 3 ) is followed by a ring of rotatable guide vanes ( 4 );

5. 11.5 at least one blade ( 3 , 4 ) of the support blades or the guide blades has a different thickness or length or a different profile from the other blades, or the support blades or the guide blades are arranged with an irregular division, or are designed in such a way, that a symmetrical structure is avoided.