DE884930C

DE884930C - Flow machine for two directions of flow

Info

Publication number: DE884930C
Application number: DEV3152A
Authority: DE
Inventors: Richard Dr-Ing Dziallas
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1951-02-27
Filing date: 1951-02-27
Publication date: 1953-07-30

Description

Strömungsmaschine für zwei Durchströmrichtungen Es ist bekannt, Strömungsmaschinen für zwei verschiedene Zwecke zu verwenden. Beispielsweise läßt man bei Pumpspeicherwerken die gleiche Maschine das eine Mal als Turbine und das andere Mal mit umgekehrter Drehrichtung und umgekehrter Durchflußrichtung als Pumpe laufen. Beim Pumpenbetrieb wird. dabei meist eine höhere Motordrehzahl gewählt, wenn es auch unter besonderen Verhältnissen und unter Verzicht auf besonders hohe Wirkungsgrade möglich ist, auch im Pumpenbetrieb mit der gleichen Drehzahl zu fahren wie im Turbinenbetrieb. Da die .Flüssigkeit beim Pumpenbetrieb :gerade in umgekehrter Richtung strömt wie im Turbinenbetrieb, ist man gezwungen, in der Profilierung der Schaufeln eine Kompromißlösung zu wählen, so daß sich für beide Anströmrichtungen annehmbare Betriebsbedingungen ergeben, wenn man nicht den einen oder anderen Betrieb bevorzugen will. Dies gilt sowohl für radiale als auch für axiale und halbaxiale Strömungsmaschinen, gleichgültig, ob die Laufradschaufeln fest oder -drehbar angeordnet sind. Dabei ist der besonders bei halbaxialen und axialen Maschinen wichtige Umstand zu beachten, daß die für den einen Betriebsizustan:d gewählte Krümmung und Verwindung des Schaufelprofils auch für den anderen Betriebszustand richtig bleibt, so daß sich hieraus keine zusätzlichen Verluste ergeben.Fluid flow machine for two flow directions It is known, fluid flow machines to use for two different purposes. For example, one leaves at pumped storage plants the same machine the one time as a turbine and the other time with the reverse Direction of rotation and reverse flow direction run as a pump. During pump operation will. usually a higher engine speed is chosen, even if it is special Ratios and waiving particularly high levels of efficiency is possible, too to run at the same speed in pump mode as in turbine mode. There the .liquid during pump operation: flows in the opposite direction as in Turbine operation, one is forced to find a compromise solution in the profiling of the blades to be selected so that operating conditions are acceptable for both directions of flow if you don't want to give preference to one or the other company. this applies for radial as well as for axial and semi-axial flow machines, it doesn't matter whether the impeller blades are fixed or rotatable. It is special In the case of semi-axial and axial machines, it is important to note that the for one operating state: d selected curvature and twist of the blade profile also remains correct for the other operating state, so that this does not result in any additional Losses result.

Es ist auch schon bekannt, die gleiche Strömungsmaschine mit .gleichbleibender Drehrichtung einmal als Pumpe und einmal als Turbine .mit entgegengesetzter Strömungsrichtung laufen zu lassen. Hierfür werden die Schaufeln zum Übergang von dem einen auf den anderen Betriebszustand um ungefähr 9o° verdreht. Dabei wird allerdings die für den einen Fall gewählte Krümmung und, Verwindung ,deäs Schaufelprofils für den. anderen Fall ungünstig, was für diesen Betrieibszustand eine beträchtliche Wirkungsgradverschlechterung bedeutet.It is already known to use the same turbomachine with a constant Direction of rotation once as a pump and once as a turbine with opposite flow direction to run. For this purpose, the blades are used to transition from one to the other other operating state rotated by about 90 °. However, the for the one case chosen curvature and, torsion , the blade profile for the. other case unfavorable, which is a considerable for this operating condition Means deterioration in efficiency.

Auch die Verwendung von, Pumpen in beiden. Förderrichtungen bei gleichbleibenderDrehrichtung, ist schon bekannt, beispielsweise bei Schlingert.amkanlagen. Bei den hier vorkommenden geringen Förderhöhen verwendet man .meist axiale Pumpen, deren Schaufeln für,die eine Förderrichtung um 9Q° gegenüber .der Stellung für die andere Förderrichtung verdreht werden. Die Schaufeln wenden dabei eben und mit .geradliniger Profilmittellixiie, also ohne Wölbung und Verwindung ausgebildet. Außerdem ist man dabei gezwungen, den Nabendurchmesser sehr groß zu bemessen, was- große langsam laufende Pumpen ,ergibt.Also the use of, pumps in both. Conveying directions with constant direction of rotation, is already known, for example at Schlingert.amkanlagen. With the ones that occur here low heads, axial pumps are mostly used, the blades of which are used for one conveying direction by 90 ° opposite the position for the other conveying direction be twisted. The blades turn flat and with a straight profile centerline, thus formed without curvature and torsion. In addition, one is forced to Dimensioning the hub diameter very large, which results in large, slow-running pumps.

Im Gegensatz zu :diesen ,bekannten .Anordnungen mit den erwähnten Nachteilen wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, eine Strömungsmaschine mit drehbaren Laufradschaufeln für zwei einander entgegengesetzte Strömungsrichtungen so auszubilden, @daß .die Schaufeln die richtige, d. h. nach strömungstechnischen Gesichtspunkten günstigste Profilierung, Krümmung und Verwindung auf= weisen, ferner aber ;ihren Verstellmechanismus sö auszubilden, daß sie um i8o° oder angenähert iSo° verstellt werden können. Eine solche stets als Pumpe oder stets aas Turbine arbeitende Maschine ergibt sowohl in der einen Dreh- und- Strömungsrichtung als auch nach Umsteilen der Laufradschaufeln um i8o° und Umsteuerung der elektrischen An- bzw. Abtriebsmaschine (Motor oder Generator) in der anderen Dreh- und Ström,ungsrichtung einen guten Wirkungsgrad. Die Erfindung eignet sich besonders für die Turbinen von Gezeitenkraft-,verken., ist aber auch für andere Zwecke, beispielsweise Schlingertankpumpen, anwendbar.In contrast to: these, known. Arrangements with the mentioned Disadvantages is proposed according to the invention, a turbo machine with rotatable To design impeller blades for two opposite directions of flow in such a way that @ that .the blades are the right one, d. H. according to fluidic point of view the most favorable profiling, curvature and twisting, but furthermore; their To train adjustment mechanism so that it adjusts by i8o ° or approximately iSo ° can be. Such a machine that always works as a pump or always as a turbine results both in the one direction of rotation and flow as well as after rearranging the impeller blades by 180 ° and reversal of the electrical drive or driven machine (Motor or generator) in the other direction of rotation and flow a good efficiency. The invention is particularly suitable for the turbines of tidal power, verken., but can also be used for other purposes, for example rolling tank pumps.

Vor und hinter dem Laufrad einer Strömungsmaschine gemäß der Erfindung ist je@ ein Leitrad anzuordnen, Idas vorzugsweise mit verstellbaren Schaufeln ausgeführt ist, wenn es auch möglich wäre, unter Inkaufnahme eines geringeren Wirkungsgrades die Leitschaufeln feststehend auszubilden. Bei axial durchströmten Maschinen wird man den. Verstellmechanismus für die Laufradschaufeln in an sich @ bekannter Weise wie -bei Kaplanturbinen in der Nabe anordnen, wobei zur Verstellung der Laufradschaufeln um i8o° ein entsprechend, größerer Hubvorgesehen werden muß. Unter Verwendung von Zahnstangen, Ritzeln oder von Schneckenrädern .und Spindeln oder anderen bekannten Maschinenelementen läßt sich diese Forderung ohne weiteres verwirklichen.In front of and behind the impeller of a turbomachine according to the invention a guide wheel is to be arranged for each @, Idas preferably designed with adjustable blades is, if it were also possible, at the expense of a lower degree of efficiency to make the guide vanes stationary. In machines with axial flow one the. Adjustment mechanism for the impeller blades in a manner known per se as in the case of Kaplan turbines, arrange them in the hub, whereby for adjusting the impeller blades a correspondingly larger stroke must be provided by 180 °. Under the use of Racks, pinions or worm gears and spindles or other known ones Machine elements can easily meet this requirement.

Sofern die Leitradschaufeln verstellbar ausgebildet sind, empfiehlt es sich, den Verstellmechanismus für die Laufradschaufeln und den für die Leitschaufelkrän.ze zu beiden Seiten des Laufrades so miteinander zu kuppeln, daß die Leitschaufeln zwangsläufig ;bei der Verstellung, der Laufradschaufeln ebenfalls in ,der richtigen Weise verstellt werden. Auch die Einrichtung zum. Umschalten der An- bzw. Abtriebsmaschi:ne auf .die andere Drehrichturig -wird zweckmäßigerweise mit dem Verstellmechanis.mus der Laufradschaufeln in geeigneter Weise gekuppelt.If the stator blades are adjustable, recommends the adjustment mechanism for the impeller blades and the one for the guide vane rings to be coupled to each other on both sides of the impeller so that the guide vanes inevitable; when adjusting, the impeller blades are also in, the correct one Way to be adjusted. Also the facility for. Switching the driving or driven machine: ne the other direction of rotation is expediently done with the adjustment mechanism the impeller blades are coupled in a suitable manner.

Die Erfindung ist in,der Zeichnung an dem Beispiel einer Gezeitenturbine näher erläutert.The invention is shown in the drawing using the example of a tidal turbine explained in more detail.

Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch die gesamte Anlage und die Abb. 2 und 3,den Schaufelplan für dive eine bzw. andere Fließrichtung.Fig. I shows a longitudinal section through the entire system and Fig. 2 and 3, the blade plan for diving one or another flow direction.

In einem Kanal i, der -durch .den Staudamm 2 hindurchfuhrt und etwa das offene Meer mit einem Stauhecken verbindet, ist @die Turbinenanlage mit dem Laufrad 3, @dgen Leitschaufelkrän.zen 4 und 5 und den Vorleitschäufelkränzen 6 und 7 angeordnet. Die Laufradschaufeln 8 sind in einer von den Vorleitschaufeln 6 und 7 getragenen Nabe 9 drehbar gelagert und tragen außen den Läufer io eines umpolbaren Generators.In a canal i, which runs through .den dam 2 and about connects the open sea with a hedge, @ is the turbine system with the Impeller 3, @dgen guide vane rings 4 and 5 and the guide vane rings 6 and 7 arranged. The impeller blades 8 are in one of the Vorleitschaufeln 6 and 7 carried hub 9 rotatably mounted and outside carry the rotor io a reversible polarity Generator.

In :Jer Nabe 9 ist das Laufrad .mittels eines Querlagers i i und eines Längslagers 12 gelagert. Zur Verstellung der Schaufeln dient ein aus einem Zylinder 13 und einem Kolben 14. bestehender Servomotor. An der Kolbenstange 15 sitzt das Verstell!kreuz 16, das ülber die Kuppelstangen 17 und die Hebel 18 an den Flügelzapfen i9 angreift. Das Drucköl für Aden Servomotor wird, durch eine oder mehrere der Vorleitschaufeln zugeführt. Die Leitschaufeln sind mittels der äußeren Zapfen 2o bz,w. 21 und der inneren Zapfen 22 ibzw. 23 drehbar gelagert. Zu ihrer Verstellung sind an, den Zapfen 2o ,bzw. 21 Verstellhebel 24. bzw. 25 be- festigt, die in bekannter Weise etwa an einem Regelring aasgelenkt sind.In: In the hub 9, the impeller is supported by means of a transverse bearing ii and a longitudinal bearing 12. A servomotor consisting of a cylinder 13 and a piston 14 is used to adjust the blades. The adjusting cross 16 is seated on the piston rod 15 and engages the wing pin 19 via the coupling rods 17 and the lever 18. The pressure oil for Aden servomotor is supplied through one or more of the inlet guide vanes. The guide vanes are by means of the outer pin 2o bz, w. 21 and the inner pin 22 ibzw. 23 rotatably mounted. To their adjustment are on, the pin 2o, or. 21 adjusting lever 24 or 25 loading cements that are aasgelenkt in a known manner such as on a control ring.

In den in den Abb. 2 und 3 gezeigten Schaufelplänen sind die Laufradschaufeln wieder mit 8, die .d;rehbaren Leitradschaufeln mit d. und 5 und die feststehenden Vorleitschaufeln mit 6 und 7 bezeichnet. In Abb. 2 sind die Schaufelstellungen für die .durch den Pfeil 26 angedeutete Strömungsrichtung und in Abb. 3 die Schaufelstellungen für die durch den: Pfeil 27 angedeutete Strömungsrichtung dargestellt.In the blade plans shown in Figs. 2 and 3, the impeller blades are again with 8, the .d; reversible stator blades with d. and 5 and the fixed Indicated by 6 and 7, inlet guide vanes. In Fig. 2 the blade positions for the direction of flow indicated by the arrow 26 and the blade positions in Fig. 3 for the flow direction indicated by the arrow 27.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Turbo machine - for two flow directions, in particular an axial flow turbine or pump with adjustable blades, characterized in that the impeller blades @ ($) according to fluidic Points of view - favorably profiled, curved and twisted and with an adjustment mechanism are provided, which allows a rotation of the blades by 180 ° or almost 180 °.

2. Turbomachine according to claim i, characterized in that that of the turbomachine electric machine driven or used to drive it (generator or Motor) can be set to different directions of rotation.

3. Turbomachine after Claim i or 2, characterized in that before and behind the Impeller (8) a stator (4, 5) is arranged with adjustable blades.

4. Turbo machine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the stator blades (¢, 5) are arranged in such a way that the flow flows through them axially or approximately axially.

5. Turbo machine according to claims i to 4, characterized in that the Profile center lines of all sections of the guide vanes (4, 5) lie in one plane and that the profiles are symmetrical about their center line.

6. Turbo machine according to one or more of claims i to 5, characterized in that outside of the adjustable guide vanes still stationary pre-guide vanes (6, 7) are arranged are.

7. Turbomachine according to claim 6, characterized in that the impeller is mounted in a hub (9) carried by the inlet guide vanes. B. flow machine according to one or more of claims i to 7, characterized in that the flow through the inlet guide vanes (6, 7) is axially or approximately axially. 9. Turbo machine (turbine or pump) according to one or more of claims i to 7, characterized in that the impeller blades carry the rotor (io) of an electrical machine (generator or motor) on the outside. ok Fluid machine according to one or more of Claims i to 9, characterized denotes Ge, @ @The that adjusting device (13 Abis 18) for the Laufradscchaufeln in the hub and the adjusting devices (2.1, 25), the 'two guide vane rings are arranged outside. i i. Turbo machine according to one or more of Claims i to io, characterized. by a hydraulic adjusting device (13, 14) for the impeller blades. i2..flow machine (turbine or pump) according to one or more of claims i to ii, characterized in that the device for reversing the down or. Drive machine (generator or motor) is coupled to the opposite direction of rotation with the adjustment device for the impeller blades. 13. Turbomachine according to one or more of claims i to 12, characterized in that the adjusting device for the impeller blades and the adjusting devices for the stator blades are inevitably coupled to one another.