DE1285960B

DE1285960B - Inlet device for Kaplan and Francis turbines

Info

Publication number: DE1285960B
Application number: DEV22533A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Michael; Strscheletzky
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1962-05-22
Filing date: 1962-05-22
Publication date: 1968-12-19
Also published as: CH412748A; SE308491B; GB995178A; AT240809B

Description

Die Erfindung betrifft eine Zulaufeinrichtung für Kaplan- und Francisturbinen, bestehend aus einem Einlaufstutzen, einem anschließenden Spiralgehäuse mit über einen Umfangswinkel von etwa 360° sich erstreckendem spiralförmigem Wasserführungskanal, einem vom spiralseitigen Ende der zur Maschinenachse hin gelegenen Wand des Einlaufstutzens und vom Ende der Spiralgehäuseaußenwand gebildeten Sporn sowie einem Kranz von feststehenden Vorleitschaufeln.The invention relates to an inlet device for Kaplan and Francis turbines, consisting of an inlet connection, an adjoining spiral housing with over a circumferential angle of about 360 ° extending spiral water guide channel, one from the spiral-side end of the wall of the inlet connection towards the machine axis and a spur formed by the end of the volute casing outer wall and a ring of stationary ones Inlet vanes.

Mittels solcher Zulaufeinrichtungen wird die in den Druckrohrleitungen der 'Turbinenanlagen'vorhandene gleichförmige drallfreie Strömung in eine Drallströmung umgewandelt. Um dabei eine möglichst stationäre relative Umströmung der Laufradschaufeln zu erhalten, sollte diese Drällströmung vor dem Eintritt in das Laufrad eine weitgehend vollständige Rotationssymmetrie ihres Geschwindigkeits- bzw. Druckfeldes aufweisen. Je stationärer die relative Umströmung der Laufradschaufeln ist, um so gleichförmiger ist die Belastung bzw. Beaufschlagung aller Schaufeln, um so ruhiger ist der Gang der Turbine und um so besser ist deren Wirkungsgrad.By means of such inlet devices, the in the pressure pipelines the 'turbine systems' existing uniform swirl-free flow into a swirl flow converted. In order to achieve a relative flow around the impeller blades that is as steady as possible To obtain this swirl flow should be largely before entering the impeller have complete rotational symmetry of their velocity or pressure field. The more stationary the relative flow around the impeller blades, the more uniform if all the blades are loaded, the quieter the pace the turbine and the better its efficiency.

Die Regulierbarkeit des Dralls in Abhängigkeit von der Leistung bzw. von der Durchflußmenge der Turbine wird in der Regel mittels verstellbarer Leitschaufeln, eines sogenannten Finkschen Leitapparates, erreicht. Zwecks Erzielung einer einfachen und billigen Konstruktion sollen alle diese Leitschaufeln die gleiche Form und jeweils auch die gleiche Stellung (den gleichen Anstellwinkel) aufweisen. Es ergibt sich daher von selbst, daß die obengenannte Forderung nach einer rotationssymmetrischen Ausbildung des Geschwindigkeits- bzw. Druckfeldes der Drällströmung schon am Eintritt in den Leitapparat erfüllt sein muß, denn nur dann kann eine gleiche Wirkung sämtlicher Leitschaufeln und folglich auch eine rotationssymmetrische Zuströmung zu den Laufradschaufeln erzielt werden.The controllability of the twist depending on the performance or the flow rate of the turbine is usually determined by means of adjustable guide vanes, a so-called Fink diffuser. In order to achieve a simple and cheap construction, all of these guide vanes are supposed to be the same shape and each also have the same position (the same angle of attack). It surrenders therefore it goes without saying that the above-mentioned requirement for a rotationally symmetrical Formation of the velocity or pressure field of the swirl flow already at the entrance must be fulfilled in the diffuser, because only then can they all have the same effect Guide blades and consequently also a rotationally symmetrical inflow to the impeller blades be achieved.

Hinsichtlich der Ausbildung des Sporns, des Flächenverlaufes und der Form der Meridianquerschnitte des Spiralgehäuses sowie der Form und der Anordnung der Vorleitschaufeln und auch des Einlaufstutzens erfüllen die bisher bekannten Zulaufeinrichtungen die obengenannte Forderung nach einer weitgehend vollständigen rotationssymmetrischen Zuströmung zum Leitapparat der Turbine nicht im erforderlichen Maße.With regard to the formation of the spur, the surface course and the Shape of the meridional cross-sections of the spiral housing as well as the shape and the arrangement the inlet guide vanes and the inlet connection meet the previously known Feed devices meet the above-mentioned requirement for a largely complete rotationally symmetrical inflow to the nozzle of the turbine is not required Dimensions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Zulaufeinrichtung für Kaplan- und Francisturbinen zu schaffen, bei welcher schon am Eintritt des Leitapparates eine möglichst rotationssymmetrische Ausbildung des Geschwindigkeits- bzw. Druckfeldes der Drallströmung vorliegen muß, damit eine gleiche Belastung sämtlicher Leitschaufeln und folglich auch eine rotationssymmetrische Zuströmung zu den Laufradschaufeln erzielt wird. Je vollständiger dies erreicht wird, um so ruhiger ist der Gang der Turbine und um so besser ist deren Wirkungsgrad.The invention is based on the object of a feed device mentioned at the beginning to create for Kaplan and Francis turbines, in which already at the inlet of the guide apparatus a configuration of the velocity or pressure field that is as rotationally symmetrical as possible the swirl flow must be present so that all guide vanes are subjected to the same load and consequently also a rotationally symmetrical inflow to the impeller blades is achieved. The more fully this is achieved, the quieter the pace of the Turbine and the better is its efficiency.

Nach einem Vorschlag des Erfinders ist es für Zulaufeinrichtungen mit einer an eine Einlaufkammer anschließenden halben Spirale bereits bekannt, in welcher Weise der Verbesserung der Strömungsverhältnisse im Sinne einer möglichst vollständigen rotationssymmetrischen Zuströmung des Betriebswassers zum Laufrad weitgehend Rechnung getragen werden kann, nämlich insbesondere durch die Ausbildung des zwischen der Einlaufkammer und der Halbspirale liegenden Sporns mit einer über den größten Teil seiner Länge : sich erstreckenden angenähert l- konstanten Dicke und einer Länge von 10- bis 25-, vorzugsweise 20mal seiner mittleren Dicke. Bei Zulaufeinrichtungen, bei denen an einen Einlaufstutzen ein Spiralgehäuse anschließt, dessen spiralförmiger Wasserführungskanal sich über einen Umfangswinkel von etwa 360° erstreckt, bringt diese Maßnahme auf Grund der völlig anders gearteten Zulaufbedingungen am Eintritt jedoch nicht den gewünschten Effekt, so daß hierfür eine neue Lösung gesucht werden mußte. `' Für eine solche Zulaufeinrichtung mit an einen Einlaufstutzen anschließendem Spiralgehäuse, dessen spiralförmiger Wasserführungskanal sich über einen Umfangswinkel von etwa 360° erstreckt, schlägt nun die Erfindung vor, den Sporn als eine zur Turbinenachse hin konkav gekrümmte Wand mit vorzugsweise über ihre ganze Länge gleichbleibender Dicke, höchstens aber mit einer bis etwa zum Dreifachen der austrittsseitigen Dicke des Sporns zunehmenden Dicke und mit einer Länge von etwa 30- bis 80-, vorzugsweise 50mal seiner austrittsseitigen Dicke auszubilden, wobei für das -Maß der austrittsseitigen Dicke des Sporns eine eventuelle Zuschärfung seiner Austrittskante unberücksichtigt bleiben soll, und ferner die ersten in Strömungsrichtung auf den Sporn folgenden Vorleitschaufeln in an sich bekannter Weise so zu wölben, daß sie eine stärkere Änderung der Umfangskomponente der Strömungsgeschwindigkeit ergeben als die übrigen Vorleitschaufeln.According to a proposal by the inventor, it is for inlet devices with a half spiral adjoining an inlet chamber is already known in which way of improving the flow conditions in the sense of a possible complete rotationally symmetrical inflow of the process water to the impeller can largely be taken into account, namely in particular through training of the spur lying between the inlet chamber and the semi-spiral with an over most of its length: extending approximately l-constant thickness and a length of 10 to 25, preferably 20 times its mean thickness. at Inlet devices in which a spiral housing is connected to an inlet nozzle, whose spiral water duct extends over a circumferential angle of approximately Extending 360 °, this measure brings about the completely different inlet conditions at the entrance, however, does not have the desired effect, so there is a new solution for this had to be searched for. For such an inlet device with an inlet connection subsequent spiral housing, whose spiral water duct extends over extends a circumferential angle of about 360 °, the invention now proposes the Spur as a wall concavely curved towards the turbine axis with preferably over their entire length of constant thickness, but no more than one to about three times the exit-side thickness of the spur increasing thickness and with a length of to form about 30 to 80, preferably 50 times its exit-side thickness, with a possible sharpening for the dimension of the exit-side thickness of the spur its trailing edge should not be taken into account, and also the first in the direction of flow to arch the inlet guide vanes following the spur in a manner known per se in such a way that that they have a greater change in the circumferential component of the flow velocity than the rest of the inlet guide vanes.

Die Angabe, daß die-Länge des Sporns mindestens das 30fache seiner austrittsseitigen Dicke betragen soll, stellt die untere Grenze für die Schlankheit des 'Sporns dar, bei der -sich mit diesem bereits eine wesentliche Verbesserung der Strömungsverhältnisse erzielen läßt. Die Verhältnisse werden jedoch noch günstiger, wenn der Sporn noch wesentlich schlanker ausgebildet wird, beispielsweise wenn die Länge des Sporns das 50fache seiner austrittsseitigen Dicke beträgt.The indication that the length of the spur is at least 30 times its the outlet-side thickness is the lower limit for the slenderness des' spur, in which it is already a substantial improvement the flow conditions can be achieved. However, the conditions will be even more favorable, if the spur is made much slimmer, for example if the The length of the spur is 50 times its thickness on the exit side.

Zweckmäßigerweise wird die in Strömungsrichtung auf den Sporn folgende erste und zweite Vorleitschaufel, vorzugsweise aber auch noch die dritte Vorleitschaufel wesentlich stärker gekrümmt als die übrigen Vorleitschaufeln. Vorteilhaft ist es, in an sich bekannter Weise die Vorleitschaufeln vom Sporn an in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend mit immer geringerer Krümmung auszuführen. Durch entsprechende Ausführung der Krümmung der Vorleitschaufeln läßt sich dabei sowohl erreichen, daß je nach Erfordernis sämtliche Vorleitschaufeln eine gleichsinnige Änderung, d. h. Vergrößerung oder Verkleinerung der Umfangsgeschwindigkeit der Strömung bewirken, als auch, daß nur ein Teil der Vorleitschaufeln eine Vergrößerung und ein anderer Teil eine Verkleinerung und gegebenenfalls ein weiterer Teil keinerlei Änderung der Umfangsgeschwindigkeit bewirkt.Appropriately, the one following the spur in the direction of flow first and second guide vane, but preferably also the third guide vane significantly more curved than the rest of the inlet guide vanes. It is advantageous in a manner known per se, the inlet guide vanes from the spur on in the direction of flow to be carried out successively with ever less curvature. Through appropriate Execution of the curvature of the inlet guide vanes can both achieve that Depending on the requirement, all inlet guide vanes make a change in the same direction, d. H. Cause an increase or decrease in the circumferential speed of the flow, as well as that only a part of the inlet vanes one enlargement and another Part a reduction and possibly another part no change the peripheral speed causes.

Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse besteht darin, daß in an sich bekannter Weise die in Strömungsrichtung auf den Sporn folgenden Vorleitschaufeln mit einer wesentlich größeren Länge als die übrigen Vorleitschaufeln, und zwar mit etwa der zwei- bis dreifachen Länge derselben ausgeführt werden. Dabei können die Vorleitschaufeln vom Sporn an in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend mit immer geringerer Länge ausgebildet sein. Eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse läßt sich auch durch die insbesondere bei sehr großen Fallhöhen und bei großen Eintrittsgeschwindigkeiten in den Einlaufstutzen zweckmäßige Maßnahme erzielen, daß in an sich bekannter Weise der Abstand zwischen dem Sporn und der darauffolgenden ersten Vorleitschaufel und eventuell auch noch zwischen der ersten und der zweiten Vorleitschaufel wesentlich kleiner, vorzugsweise etwa halb so groß ausgeführt wird wie der Abstand zwischen je zwei einander benachbarten der übrigen Vorleitschaufeln. Besonders günstig ist es, wenn der Abstand zwischen je zwei einander benachbarten Vorleitschaufeln vom Sporn an in Strömungsrichtung fortlaufend zunimmt.Another way to improve the flow conditions is that in a known manner in the flow direction on the spur the following inlet guide vanes with a significantly greater length than the other inlet guide vanes, and with about two to three times the length of the same. Included the inlet guide vanes can follow one another from the spur on in the direction of flow be designed with ever shorter lengths. An improvement in the Flow conditions can also be determined by the, in particular, at very high heads and in the case of high entry velocities into the inlet connection, this is an expedient measure achieve that in a known manner, the distance between the spur and the following first inlet guide vane and possibly also between the first and the second inlet guide vane is much smaller, preferably about half as large is carried out like the distance between each two adjacent to the rest Inlet vanes. It is particularly advantageous if the distance between each two of each other adjacent inlet guide vanes increases continuously from the spur on in the direction of flow.

Zur Erzielung einer starken Änderung der Umfangskomponente der Strömung durch die auf den Sporn folgenden ersten Vorleitschaufeln können diese in an sich bekannter Weise als Spaltflügel oder als gestaffelte Profile ausgebildet werden. Ebenso können weitere an sich bekannte Maßnahmen, wie etwa das Absaugen oder Wegspülen der Grenzschicht zur örtlichen Beeinflussung der Strömung an der Oberfläche der Vorleitschaufeln, angewendet werden. Diese Maßnahmen können selbstverständlich auch bei den übrigen Vorleitschaufeln Anwendung finden.To achieve a large change in the circumferential component of the flow due to the first inlet guide vanes following the spur, this can in itself be designed as a known manner as a split wing or as a staggered profile. Further measures known per se, such as suction or flushing, can also be used the boundary layer for locally influencing the flow on the surface of the Diffuser vanes, are used. These measures can of course also are used for the other inlet guide vanes.

Um eine möglichst frühzeitige Beeinflussung der Strömung im Sinne der Ausbildung einer vollständigen rotationssymmetrischen Drallströmung zu erreichen, schlägt die- Erfindung weiterhin vor, die zur Maschinenachse hin gelegene Wand des Einlaufstutzens so auszubilden, daß diese in an sich bekannter Weise mittels eines zur Maschinenachse hin konkav gekrümmten Teils in den Spornteil des Einlaufstutzens ohne Knick übergeht.To influence the flow as early as possible in the sense to achieve the formation of a completely rotationally symmetrical swirl flow, the invention further proposes the wall of the facing the machine axis To train inlet connection so that this in a known manner by means of a towards the machine axis concavely curved part in the spur part of the inlet nozzle passes over without a kink.

Die Ausbildung einer weitgehend rotationssymmetrischen Drallströmung in der Zulaufeinrichtung wird auch wesentlich vom Flächenverlauf des spiralenförmigen Gehäuses beeinflußt. Hierzu schlägt die Erfindung in weiterer zweckmäßiger Ausbildung vor, daß die radialen Abmessungen des Spiralgehäuses sowie dessen Meridianschnitte so festgelegt werden, daß die mittlere Umfangskomponente der Strömung vom Eintrittsquerschnitt an bis zu einem etwa 90° Umfangswinkel weiter stromabwärts liegenden Querschnitt zunimmt, dann über einen Bereich von weiteren etwa 90° Umfangswinkel konstant bleibt oder allmählich um ein geringes abnimmt, und dann im restlichen Bereich des Spiralgehäuses, also über einen Bereich von weiteren etwa 180° Umfangswinkel, die Strömung nochmals eine zunächst schwache und dann starke Zunahme erfährt.The formation of a largely rotationally symmetrical swirl flow in the inlet device is also substantially dependent on the surface profile of the spiral-shaped Housing affected. For this purpose, the invention proposes in a further expedient embodiment before that the radial dimensions of the volute and its meridional sections be determined so that the mean circumferential component of the flow from the inlet cross-section on up to an approximately 90 ° circumferential angle further downstream cross-section increases, then remains constant over a range of a further approximately 90 ° circumferential angle or gradually decreases by a small amount, and then in the remaining area of the volute, So over a range of another 180 ° circumferential angle, the flow again experiences an initially weak and then strong increase.

Darüber hinaus wird der Einlaufstutzen zweckmäßig so ausgebildet, daß der geometrische Ort der Querschnittsmittelpunkte seines an das Spiralgehäuse anschließenden austrittsseitigen Teils eine zur Maschinenachse hin konkav gekrümmte stetige Kurve und der geometrische Ort der Querschnittsmittelpunkte seines eintrittsseitigen Teils eine zur Maschinenachse hin konvex gekrümmte stetige Kurve bilden, die ohne Knick ineinander übergehen. Eine besonders vorteilhafte Form des Einlaufstutzens ergibt sich dann, wenn diese so ausgebildet wird, daß der Mittelpunkt seiner austrittsseitigen Querschnittsebene von der zur Richtung der Strömung in der eintrittsseitigen Querschnittsebene parallelen Längsachse der Zulaufeinrichtung einen größeren senkrechten Abstand hat als der Mittelpunkt der eintrittsseitigen Querschnittsebene. Zur Vermeidung von die Ausbildung einer vollständigen Rotationssymmetrie der Strömung verhindernden Sekundärströmungen im Spiralgehäuse schlägt die Erfindung vor, das Spiralgehäuse mit einer zur Maschinenachse hin gelegenen rotationssymmetrischen inneren Begrenzungswand auszubilden, die aus zwei in Achsrichtung hintereinanderliegenden und sich in Achsrichtung erstreckenden Hälften besteht, von denen jede in die benachbarte der zur Maschinenachse vorzugsweise senkrechten, die Wasserzuführung zum Leitapparat in axialer Richtung begrenzenden Wände mittels einer Abrundung mit einem Radius von vorzugsweise 0,1- bis 0,15-, höchstens aber 0,25mal dem kleinsten Abstand zwischen diesen Wänden übergeht. Die beiden Hälften der rotationssymmetrischen inneren Begrenzungswand werden dabei zweckmäßig so angeordnet, daß ihre vorzugsweise geraden Erzeugenden mit der Maschinenachse einen Winkel von ±15°, vorzugsweise 0° einschließen, so daß die radialen Abmessungen der Begrenzungswand sich vom Wasserzuführungsspalt ausgehend in axialer Richtung fortschreitend in gewissem Maße vergrößern oder verkleinern oder aber konstant bleiben. Der an die Begrenzungswand anschließende vorzugsweise kreisförmig oder elliptisch ausgebildete Teil der die Meridianschnitte des Spiralgehäuses begrenzenden Wand bildet an den Übergangsstellen in die Begrenzungswand mit dieser scharfe Ecken, wodurch der Ausbildung unerwünschter örtlicher Sekundärströmungen ebenfalls entgegengewirkt wird.In addition, the inlet nozzle is expediently designed in such a way that that the geometric location of the cross-sectional centers of its to the volute subsequent exit-side part a concave curved towards the machine axis steady curve and the geometric location of the cross-sectional centers of its entry side Partly form a continuous curve that is convexly curved towards the machine axis, which without Bend into each other. A particularly advantageous form of the inlet connection results when this is designed so that the center of its exit side Cross-sectional plane from the to the direction of the flow in the cross-sectional plane on the inlet side parallel longitudinal axis of the inlet device has a larger perpendicular distance as the center of the entry-side cross-sectional plane. To avoid preventing the development of complete rotational symmetry of the flow The invention proposes secondary flows in the spiral housing, the spiral housing with a rotationally symmetrical inner boundary wall facing the machine axis to train the two in the axial direction one behind the other and in the axial direction extending halves consists, each of which in the adjacent to the machine axis preferably vertical, the water supply to the diffuser in the axial direction delimiting walls by means of a rounding with a radius of preferably 0.1 up to 0.15, but not more than 0.25 times the smallest distance between these walls. The two halves of the rotationally symmetrical inner boundary wall are thereby expediently arranged so that their preferably straight generatrices with the machine axis Include an angle of ± 15 °, preferably 0 °, so that the radial dimensions the boundary wall extends from the water supply gap in the axial direction progressively increase or decrease to a certain extent or remain constant. The one adjoining the boundary wall is preferably circular or elliptical formed part of the wall delimiting the meridional sections of the spiral housing forms sharp corners at the transition points into the boundary wall, which also counteracts the formation of undesirable local secondary currents will.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is based on the drawing in an exemplary embodiment explained in more detail.

F i g. 1 zeigt die Zulaufeinrichtung in einem Längsschnitt senkrecht zur Turbinenachse, F i g. 2 Meridianschnitte durch das Spiralgehäuse der F i g. 1 und die F i g. 3 und 4 Beispiele einer zweckmäßigen anderen Ausbildung der Meridianquerschnitte des Spiralgehäuses.F i g. 1 shows the feed device in a longitudinal section perpendicular to the turbine axis, F i g. 2 meridional sections through the volute casing in FIG. 1 and FIG. 3 and 4 examples of an expedient other design of the meridional cross-sections of the volute.

Nach F i g. 1 ist der Einlaufstutzen 1, an den sich in der mit a bezeichneten Meridianebene das Spiralgehäuse 2 anschließt und in den das Betriebswasser in der durch den Pfeil 4 angedeuteten Richtung gleichförmig und geradlinig einströmt, in seinem bis etwa zur gestrichelt gezeichneten Linie i reichenden eintrittsseitigen Teil 1 a in bezug auf die durch den Punkt 3 schematisch dargestellte Turbinenachse konvex und in seinem etwa von der gestrichelten Linie i bis zur Meridianebene a reichenden austrittsseitigen Teil 1 b in bezug auf die Turbinenachse konkav gekrümmt, wobei die Wände der beiden Teile stetig, d. h. ohne Knick ineinander übergehen. Der Anschluß des Einlaufstutzens 1 an das Spiralgehäuse 2 ist dabei so getroffen, daß der Querschnittsmittelpunkt 12 seiner in der Meridianebene a liegenden austrittsseitigen Querschnittsebene 13 zu der zur Strömungsrichtung 4 in seiner eintrittsseitigen Querschnittsebene 14 parallelen Längsachse 15 der Zulaufeinrichtung einen wesentlich größeren Abstand aufweist, als der Querschnittsmittelpunkt 16 der eintrittsseitigen Querschnittsebene 14, und daß sich der Abstand zwischen der Längsachse 15 und der den geometrischen Ort aller Querschnittsmittelpunkte des Einlaufstutzens 1 bildenden strichpunktiert gezeichneten Kurve 17 von der austrittsseitigen Querschnittsebene 13 zur eintrittsseitigen Querschnittsebene 14 hin stetig verringert. Der spiralseitige Bereich 7, 8 der zur Turbinenachse hin gelegenen Begrenzungswand 5 des Einlaufstutzens 1 bildet zusammen mit dem Bereich 8, 9 der Außenwand 6 des Spiralgehäuses 2 den in bezug auf die Turbinenachse 3 konkav gekrümmten sehr schlanken Sporn 10. Außerhalb der Zuschärfung 11 a seiner Austrittskante 11 weist der Sporn über seine ganze Länge eine Dicke auf, die im wesentlichen seiner austrittsseitigen Dicke s gleich ist, während seine Länge hier etwa dem 40fachen seiner austrittsseitigen Dicke s entspricht.According to FIG. 1 is the inlet connection 1, to which the spiral housing 2 adjoins in the meridional plane marked a and into which the process water flows in uniformly and in a straight line in the direction indicated by the arrow 4, in its inlet-side part 1, which extends approximately to the dashed line i a convex with respect to the turbine axis shown schematically by point 3 and in its exit-side part 1 b, which extends approximately from the dashed line i to the meridian plane a, is concavely curved with respect to the turbine axis, the walls of the two parts being continuous, ie without a kink merge. The connection of the inlet connection 1 to the spiral housing 2 is made such that the cross-sectional center 12 of its outlet-side cross-sectional plane 13 lying in the meridional plane a is at a significantly greater distance from the longitudinal axis 15 of the inlet device, which is parallel to the flow direction 4 in its inlet-side cross-sectional plane 14 Cross-sectional center 16 of the inlet-side cross-sectional plane 14, and that the distance between the longitudinal axis 15 and the dash-dotted curve 17 forming the geometric location of all cross-sectional centers of the inlet connector 1 from the outlet-side cross-sectional plane 13 to the inlet-side cross-sectional plane 14 steadily decreases. The spiral side portion 7, 8 of the disposed toward the turbine axis limiting wall 5 of the inlet connector 1 together with the region 8, 9 of the outer wall 6 of the scroll casing 2 the concavely curved with respect to the turbine axis 3 very slender spur 10. Outside the feathering 11 a of its At the exit edge 11 , the spur has a thickness over its entire length which is essentially equal to its exit-side thickness s, while its length here corresponds to approximately 40 times its exit-side thickness s.

Die Flächenabmessungen und die Meridianquerschnitte (F i g. 2) des Spiralgehäuses 2 sind so festgelegt, daß die mittlere Umfangsgeschwindigkeit der Strömung von der Meridianebene a bis etwa zur Meridianebene c zunimmt und von der Meridianebene c bis etwa zur Meridianebene e allmählich geringfügig abnimmt. Im weiteren Verlauf ist das Spiralgehäuse 2 etwa von der Meridianebene e bis zur Austrittskante 11 des Sporns 10 in der Meridianebene a so geformt, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Strömung ständig zunimmt, und zwar so, daß von der Meridianebene h bis zur Meridianebene a, also im Bereich des Sporns 10, eine rasche wesentliche Beschleunigung der Strömung eintritt.The surface dimensions and the meridional cross-sections (Fig. 2) of the spiral casing 2 are determined so that the mean circumferential velocity of the flow increases from the meridional plane a to approximately meridional plane c and gradually decreases slightly from the meridian plane c to approximately the meridional plane e. In the further course, the spiral housing 2 is shaped approximately from the meridian plane e to the trailing edge 11 of the spur 10 in the meridian plane a in such a way that the circumferential speed of the flow increases continuously, namely in such a way that from the meridian plane h to the meridian plane a, i.e. in Area of the spur 10, a rapid substantial acceleration of the flow occurs.

Die Vorleitschaufeln, deren Austrittskanten zusammen mit der Austrittskante 11 des Sporns 10 hier in gleichmäßigen Abständen voneinander auf einem zur Turbinenachse 3 konzentrischen Kreis 29 liegen, sind von der ersten in Strömungsrichtung auf den Sporn 10 folgenden Vorleitschaufel an fortlaufend mit 18 bis 28 bezeichnet und mit immer schwächerer Krümmung und geringerer Länge ausgebildet, wobei die Vorleitschaufeln 18, 19 und 20 im Vergleich zu den Vorleitschaufeln 21 bis 28 jedoch eine wesentlich stärkere Krümmung und auch eine erheblich größere, nämlich die 2- bis 3fache Länge aufweisen.The inlet guide vanes, whose trailing edges lie along with the trailing edge 11 of the spur 10 here at equal distances from one another on a concentric to the turbine axis 3 circuit 29 are designated from the first in the flow direction following the spur 10 inlet guide vane to continuously at 18 to 28 and with ever With a weaker curvature and shorter length, the inlet guide vanes 18, 19 and 20 , compared to the inlet guide vanes 21 to 28, however have a significantly greater curvature and also a considerably greater length, namely 2 to 3 times the length.

Bei den in den F i g. 3 und 4 dargestellten Beispielen einer zweckmäßigen Formgebung der Meridianschnitte des Spiralgehäuses 2 schließt die im einen Fall elliptisch und im anderen Fall kreisförmig gestaltete Außenwand 30 des Spiralgehäuses 2 an die aus zwei in axialer Richtung hintereinanderliegenden und sich vom Wasserzuführungsspalt 33 aus in axialer Richtung erstreckenden Hälften 31a und 31b der inneren Begrenzungswand so an, daß die übergangssteilen scharfe Ecken 32 bilden. Dagegen sind die Übergangsstellen von den Hälften 31 a und 31 b zu den hier in zueinander parallelen achssenkrechten Ebenen liegenden, den Wasserzuführungsspalt 33 in axialer Richtung begrenzenden Wänden 33 a und 33 b, zwischen denen die Vorieitschaufeln 18 bis 28 angeordnet sind, abgerundet, und zwar mit einem Radius R von 0,25mal dem senkrechten Abstand Bo zwischen den Wänden 33 a und 33 b.In the case of the FIGS. Examples 3 and 4, a suitable shape of the meridian sections of the scroll casing 2 includes the elliptical in a case and in the other case circularly configured outer wall 30 of the scroll casing 2 to the two behind the other in the axial direction and extending from the water feed gap 33 in the axial direction halves 31 a and 31 b of the inner boundary wall in such a way that the transition parts form sharp corners 32. On the other hand, the transition points from the halves 31 a and 31 b to the walls 33 a and 33 b, between which the vanes 18 to 28 are arranged, lying here in mutually parallel planes perpendicular to the axes and delimiting the water supply gap 33 in the axial direction, are rounded, namely with a radius R of 0.25 times the vertical distance Bo between the walls 33 a and 33 b.

Wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, können die beiden Hälften 31 a und 31 b der inneren Begrenzungswand in bezug auf den Verlauf der nicht dargestellten Turbinenachse in der einen oder anderen Richtung bis zu einem Winkel von 15° geneigt angeordnet werden. Beide Hälften 31 a und 31 b werden dabei selbstverständlich um den gleichen Winkel geneigt angeordnet und selbstverständlich auch so, daß sich vom Wasserführungsspalt 33 ausgehend in axialer Richtung fortschreitend die radiale Erstreckung beider Hälften 31 a und 31 b in der gleichen Weise ändert.As indicated by the dashed lines, the two halves 31 a and 31 b of the inner boundary wall can be arranged inclined up to an angle of 15 ° with respect to the course of the turbine axis, not shown, in one direction or the other. Both halves 31 a and 31 b are of course inclined at the same angle and of course so that the radial extension of both halves 31 a and 31 b changes in the same way progressively starting from the water guide gap 33 in the axial direction.

Claims

Claims: 1. Feed device for Kaplan and Francis turbines, consisting of an inlet connection, an adjoining spiral housing with over a circumferential angle of about 360 ° extending spiral water guide channel, one from the spiral-side end of the wall of the inlet connection towards the machine axis and a spur formed by the end of the volute casing outer wall and a ring of fixed ones Vorleitschaufeln, d a d u r c h g e - indicates that the spur (10) as one for Turbine axis (3) concavely curved wall with preferably over its entire length constant thickness, but at most up to about three times that on the outlet side Thickness (s) of increasing thickness and a length of about 30 to 80, preferably 50 times its exit-side thickness (s) is formed, wherein for the dimension of the exit-side Thickness (s) of the spur a possible sharpening (11 a) of its trailing edge (11) is not taken into account, and that the first following the spur in the direction of flow Vorleitschaufeln (18, 19, 20) are curved in a manner known per se so that they result in a greater change in the circumferential component of the flow velocity than the other inlet guide vanes (21 to 28).

2. Inlet device according to claim 1, characterized in that in a manner known per se, the first and second inlet guide vane (18, 19) following the spur in the flow direction, but preferably also the third inlet guide vane (20), is curved significantly more than the others Inlet vanes (21 to 28).

3. Inlet device according to claim 1 or 2, characterized in that the inlet guide vanes in a manner known per se (18 to 28) are formed with a curvature that extends from the spur (10) in the direction of flow decreases from advancing vane to advancing vane.

4. Inlet device according to one of claims 1 to 3, characterized in that, in a manner known per se, the first inlet guide vanes (18, 19, 20) following the spur in the flow direction are designed with up to twice the length of the remaining inlet guide vanes (21 to 28).

5. Inlet device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the length of the inlet guide vanes (18 to 28) from the spur (10) gradually decreases in the direction of flow in a known manner. 6. Inlet device according to one of claims 1 to 5, characterized in that, in a manner known per se, the distance between the spur (10) and the subsequent inlet vane (18) in the flow direction is substantially smaller, preferably about half as large as the distance between two adjacent of the remaining inlet guide vanes (19 to 28). 7. Inlet device according to claim 6, characterized in that, in a manner known per se, the distance between the first and the second in the flow direction following the inlet guide vane (18 and 19) is substantially smaller, preferably about half as large as the distance between two adjacent of the remaining inlet guide vanes (20 to 28). B. Inlet device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the distance between two adjacent inlet guide vanes (10 to 28) increases from the spur in the direction of flow. 9. Inlet device according to one of claims 1 to 8, characterized in that in a manner known per se, at least the first inlet vane (18) following in the direction of flow on the spur (10) is designed as a split vane or as a staggered profile. 10. Inlet device according to one of claims 1 to 9, characterized in that in a known manner the turbine axis (3) facing wall (5) of the inlet nozzle (1) by means of a to the turbine axis (3) concavely curved part in the Spur part (7, 8) of the inlet connection (1) passes over. 11. Inlet device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the radial dimensions of the spiral housing (2) and its meridional sections are set so that the average circumferential speed of the flow from the inlet cross-section to an approximately 90 ° circumferential angle further downstream cross-section increases, then remains constant over an area of a further approximately 90 ° circumferential angle or gradually decreases by a small amount, and then in the remaining area of the spiral housing (2), i.e. over an area of another approximately 180 ° circumferential angle, again an initially weak and then strong Experience increase. 12. Inlet device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the outlet-side part (1 b) of the inlet connection (1) adjoining the spiral housing (2) is designed so that the geometric location of its cross-sectional centers is one from the center point (12) the cross-sectional plane (13) on the outlet side represents a continuous curve with a concave curvature towards the turbine axis (3). 13. Inlet device according to claim 12, characterized in that the inlet-side part (1 a) of the inlet connector (1) is designed so that the geometric location of its cross-sectional centers is a continuous curve starting from the center (16) of the inlet-side cross-sectional plane (14) with the Represents turbine axis of convex curvature. 14. Inlet device according to claim 13, characterized in that the center point (12) of the outlet-side cross-sectional plane (13) of the inlet connector (1) from the longitudinal axis parallel to the direction of the flow (4) in the inlet-side cross-sectional plane (14) of the inlet connector (1) (15) of the inlet device has a larger vertical distance than the center point (16) of the inlet- side cross-sectional plane (14) of the inlet connection (1). 15. Inlet device according to claim 14, characterized in that the distance between the geometric location of all cross-sectional centers of the inlet connector (1) forming curve (17) from the longitudinal axis parallel to the flow direction (4) in the inlet-side cross-sectional plane (14) of the inlet connector (1) (15) of the inlet device decreases steadily from the outlet-side cross-sectional plane (13) to the inlet-side cross-sectional plane (14) of the inlet connection (1). 1.

6. Inlet device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the known rotationally symmetrical halves (31 a, 31 b) of the inner boundary wall of the spiral housing at least approximately parallel with an angle of deviation of a maximum of ± 15 ° to the turbine axis (3) are arranged and in the walls (33 a, 33 b) , which are preferably essentially perpendicular to the turbine axis and delimit the water flow to the diffuser in the axial direction, by means of a rounding with a radius R of preferably 0.1 to 0.15, but at most 0 , 25 times the smallest distance (B.) between these walls (33 a, 33 b) passes. 17. Inlet device according to claim 16, characterized in that the two halves (31 a and 31 b) of the rotationally symmetrical inner boundary wall with the in a known manner circular or elliptical part (30) of the delimitation of the meridional cross-sections of the spiral housing (2) the transition points form sharp corners (32) .