DE1503265C3 - Axial durchströmte Turbine, Pumpe oder Pumpenturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine axial durchströmte Turbine, Pumpe oder Pumpenturbine mit im Führungsrohr des Strömungsmittels zentrisch gelagertem Laufrad und an dessen Umfang kranzförmig angeordnetem Läufer einer elektrischen Maschine, deren Ständer den Läufer umschließt und in einem gegenüber dem Rotor abgedichteten Ringkanal des Führungsrohres angeordnet ist.

Bei einer bekannten Turbine dieser Bauart, die in der FR-PS 1 226 369 beschrieben ist, besteht der Nachteil, daß sie nicht auf einfache Weise in großen Abmessungen hergestellt werden kann, weil Schwierigkeiten hinsichtlich der Dichtung gegenüber dem Ständer bestehen, und außerdem der Zusammenbau des Ständers größere Schwierigkeiten bereitet. Natürlich muß auch bei derart großen Turbogeneratoren der elektrische Teil des Ständers gegen das Eindringen von Wasser abgedichtet werden. Infolge der hierbei auftretenden hohen Drücke bereitet dies ein erhebliches Problem.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Turbine der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß sie mit großen Abmessungen herstellbar ist und trotzdem leicht zusammengebaut werden kann und unter allen Betriebsbedingungen eine sichere Abdichtung gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Turbine eingangs genannter Gattung dadurch gelöst, daß der innere Umfang des Ständers mit einer elastischen Schicht versehen ist, an der Dichtungsringe von den radial nach außen gerichteten Abschnitten des

ίο Ringkanals anliegen. Durch die Benutzung von Dichtungsringen, die sich von den radial gerichteten Abschnitten nach außen erstrecken und dadurch, daß eine Berührung der elastischen Schicht stattfindet, wird es möglich, eine zuverlässige Abdichtung unter allen Betreibsbedingungen zu gewährleisten, insbesondere auch bei sich ändernden Temperaturen.

Die Ringe weisen dabei zweckmäßigerweise einen äußeren Durchmesser auf, der im wesentlichen gleich ist dem Durchmesser der radial nach außen gerichteten Abschnitte und sie können daran über Klemmringe befestigt sein. Durch diese Konstruktion wird es möglich, den Druck der Ringe so zu ändern, daß ihre Dicke vermindert und demgemäß der Umfang der Ringe vergrößert wird, so daß sie nach außen in Dichtungseingriff mit der elastischen Schicht auf der inneren Umfangsfläche des Ständers kommen. Durch diese Ausbildung wird es möglich, den gewünschten Dichtungsdruck einzustellen, nachdem der Turbogenerator eine gewisse Zeit lang gelaufen ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die radial nach außen gerichteten Abstände wenigstens teilweise elektrisch isoliert, in dem die Teile z. B. wenigstens teilweise aus Glasfasern bestehen.

Die Erfindung ist insofern vorteilhaft, als dadurch ein Ringkanal in einer sehr vereinfachten Form geschaffen wird, und dies ist insbesondere bei Großanlagen von Bedeutung, die beispielsweise der Gezeitenströmung von Seewasser ausgesetzt sind. Durch die Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, den ringsum laufenden Kanal aus zwei Rohren zu bilden, von denen jedes mit einem Flansch an einem Ende versehen ist, wobei die beiden Rohre mit aufeinander zu gerichteten Flanschen zusammengebracht werden können, bis die äußeren Umfangsflächen der Flansche in Dichtungseingriff mit radial versetzten Abschnitten am inneren Umfang des Ständers stehen. Hierdurch ergibt sich eine sehr viel einfachere Konstruktion als es der Fall dann wäre, wenn die ringsum laufenden Kanäle einstückig mit der Wand des Wasserrohres hergestellt wären.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Luftspalt zwischen dem Läufer und dem Ständer sehr klein gehalten werden kann, weil die innere Umfangsoberfläche des Ständers selbst die Basiswand des ringsum laufenden Kanals bildet.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäß ausgebildeten Wasserturbine, *

F i g. 2 eine Teilschnittansicht der Turbine gemäß F i g. 1 in größerem Maßstab,

F i g. 3 eine Abwandlung der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform.

In F i g. 1 besitzt die Turbine Läuferschaufeln 11, die auf einem Läufer 12 angeordnet sind, der von einer Welle 13 getragen wird, die in Lagern 14 und 15 gelagert ist. Die Lager werden in einem Mittelkörper 16 getragen, der von einem Außengehäuse 17 durch Stre-

ben 18 getragen wird.

Oberstromseitig zu den Läuferschaufeln 11 befinden sich verstellbare Führungsschaufeln 19, die durch den Mittelkörper 16 und das Außengehäuse 17 schwenkbar gelagert sind.

Wie F i g. 2 darstellt, welche die Bauform einer Polanordnung eines Schenkelpolgenerators zeigt, ist ein allgemein mit 20 bezeichneter Läufer am Umfang der Turbinenläuferschaufeln 11 angeordnet und läuft in Wasser. Der Läufer besitzt einen vollen Stahlring 21, der an seinem Außenumfang zur Bildung von Polen 22 eingezogen ist. Feldwicklungen 24 umgeben die Pole 22 und werden in ihrer Lage durch Polschuhspitzen 25 gehalten, in denen ausgesenkte Bohrungen zur Aufnahme von Schrauben 26 zur Befestigung der Polspitzen 25 an den Polen 22 vorgesehen sind. Die Feldwicklungen können gegebenenfalls in ihrer Lage durch unmagnetische Keile zwischen den Polen und an den axialen Enden der Pole durch unmagnetische Schrauben auf den Spitzen gehalten werden. Der Generatorläufer 20 und die Feldwicklungen 24 sind in Kunstharz 27 eingekapselt, das so bearbeitet ist, daß der Läufer das Profil eines glatten Zylinders hat.

Ein Ständer 28 ist so angeordnet, daß er mit dem Läufer 20 konzentrisch ist, und eine Kunststoffmembran 29 ist am Innenumfang des Ständers vorgesehen. Die Kunststoffmembran kann aus einem verstärkten Harzmaterial sein, das am Innenumfang des Ständers angebracht und mit diesem festhaftend verbunden ist.

Das Außengehäuse 17 besitzt zylindrische Teile 30, 31, welche die Schaufeln 11 umgeben, und radiale Wände 32, 33 benachbart den Oberstrom- und Unterstromseiten des Läufers 20. Die radialen Wände 32, 33 sind vorzugsweise aus isolierendem Material hergestellt oder mit Isoliermaterial in der Nähe der Pole beschichtet, so daß durch den Läufer 20 induzierte Wirbelströme verringert werden. Sie können beispielsweise aus Glasfasermaterial in der Nähe der Pole und an anderen Stellen aus Stahl hergestellt werden. Biegsame Dichtungsringe 34 sind zwischen Ringen 35,36 eingeklemmt und den radialen Wänden 32, 33 durch Schrauben 37. Die Verringerung in der Dicke der Ringe infolge der Klemmwirkung vergrößert den Umfang der Dichtungsringe 34, so daß sie nach außen in dichtende Anlage an die Membran 29 angedrückt werden.

Hieraus ist ersichtlich, daß bei der beschriebenen Ausführungsform der Ständer 28 eine der Wände eines Umfangskanals bildet, in welchem sich der Läufer 20 dreht, während die anderen Wände des Umfangskanals durch die Wände 32, 33 gebildet werden. Diese Anordnung vereinfacht den Zusammenbau der Anlage, wenn berücksichtigt wird, daß der Durchmesser der Anlage etwa 6 bis 9 m beträgt, und außerdem kann durch das Fehlen einer Unterteilungswand zwischen dem Läufer und dem Ständer der Luftspalt zwischen diesen zwei Bauteilen auf ein Mindestmaß verringert werden. Mit Rücksicht auf die Größe der Anlage wird der Ständer 28 vorzugsweise aus mehreren, z. B. aus vier segmentförmigen Teilen hergestellt, die beim Zusammenbau miteinander verbunden werden, wobei die Membran 29

ίο eine Abdichtung bildet, die eventuell Spalte zwischen den zusammengebauten segmentförmigen Teilen verdeckt. Die Dichtungsringe 34, die nach außen in Anlage an der Membran 29 angedrückt werden können, dienen zur Abdichtung kleiner Spalte, die zwischen den Enden der Wände 32 und 33 und der Membran 29 bestehen. Hieraus ist ersichtlich, daß es lediglich erforderlich ist, eine Wasserdichtheit von zwei Umfangsdichtungen zwischen den feststehenden Ringen 34 und der feststehenden Membran 29 zu erzielen.

ao Die Membran 29 kann anstatt aus verstärktem Harzmaterial aus Lagen eines wasserdichten Klebstreifens oder aus Gummi hergestellt sein.

Die Dichtungsringe 34 sind vorzugsweise aus Gummi und mit mindestens einer eingebetteten Lage aus Seas gelleinwand hergestellt, die es dem Gummi ermöglicht, seine Elastizität unter Druck ständig aufrechtzuerhalten, so daß der Umfang der Ringe 34 in dichtender Anlage an der Membran 29 bleibt.

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Läufer und der Ständer einen Asynchrongenerator bilden. Der Läufer 20 ist ein Kurzschlußläufer und weist einen Stahlring 21 auf. Zwei Endringe 39 sind am Ring 21 befestigt und sind elektrisch durch Läuferstäbe 40 miteinander verbunden, die in Nuten im Ring 21 liegen. Der Läufer 20 ist mit Kunstharz 41 eingekapselt, das ebenfalls zu einer glatten zylindrischen Oberfläche bearbeitet ist.

Der eingekapselte Läufer kann in einen Mantel aus korrosionsbeständigem Stahl eingeschlossen sein.

Der Läufer 12 kann durch Lager drehbar gelagert sein, die durch die Welle 13 getragen werden, welche in diesem Falle feststehend ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich eine unmagnetische Wand, die mit den radialen Wänden 32, 33 aus einem Stück besteht, zwischen dem Läufer 20 und dem Ständer 28. In einem solchen Falle sind natürlich die Dichtungsringe 34 und die Ringe 35,36 mit den Schrauben 37 nicht vorhanden und da die unmagnetische Wand zwischen dem Läufer und dem Ständer den letzteren gegenüber dem Wasser isoliert, kann die Membran 29 weggelassen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Axial durchströmte Turbine, Pumpe oder Pumpenturbine mit im Führungsrohr des Strömungsmittels zentrisch gelagertem Laufrad und an dessen Umfang kranzförmig angeordnetem Läufer einer elektrischen Maschine, deren Ständer den Läufer umschließt und in einem gegenüber dem Rotor abgedichteten Ringkanal des Führungsrohres angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Umfang des Ständers (28) mit einer elastischen Schicht (29) versehen ist, an der Dichtungsringe (34) von den radial nach außen gerichteten Abschnitten des Ringkanals anliegen.

2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (34) einen äußeren Durchmesser aufweisen, der im wesentlichen gleich ist dem Durchrhesser der radial nach außen gerichteten Abschnitte (32, 33), und daß die Ringe daran durch Klemmringe (35,36) festgelegt sind.

3. Turbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (34) durch Kiemmittel (37) so zusammengedrückt werden, daß ihre Dicke vermindert wird und daß die hieraus resultierende Vergrößerung des Umfangs der Ringe diese in Dichtungseingriff mit der elastischen Schicht (29) auf der inneren Umfangsoberfläche des Ständers (28) drückt.

4. Turbine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial nach außen gerichteten Abschnitte (32, 33) wenigstens teilweise elektrisch isoliert sind, indem die Teile z. B. wenigstens teilweise aus Glasfasern bestehen.

5. Turbine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (28) wenigstens zwei zusammengebaute Segmentabschnitte aufweist, wobei die wasserdichte Schicht (29) die Spalte zwischen den zusammengebauten Segmentabschnitten abdichtet.

6. Turbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserdichte Schicht (29) aus einem wasserdichten Klebeband besteht.