CH639461A5

CH639461A5 - LARGE DIAMETER HYDROELECTRIC MACHINE.

Info

Publication number: CH639461A5
Application number: CH185779A
Authority: CH
Inventors: Friedrich Schneebeli; Mario Biondetti
Original assignee: Escher Wyss Ag
Priority date: 1979-02-26
Filing date: 1979-02-26
Publication date: 1983-11-15
Also published as: DE2933062A1; ES488180A1; AT367174B; PT70734A; GB2043793B; JPS55117078A; SE8001469L; IT8020198A0; BE881835A; BR8001100A; GB2043793A; IT1141404B; CA1137859A; ATA101380A

Description

Die Erfindung betrifft eine hydroelektrische Maschine grossen Durchmessers mit einer hydraulischen Maschine und einer kranzförmig um diese angeordneten elektrischen Maschine, mit einem die Laufschaufeln der hydraulischen Maschine aufweisenden inneren Rotor und einem den Drehteil der elektrischen Maschine aufweisenden kranzförmigen äusseren Rotor, in den die Enden der Laufschaufeln eingreifen. The invention relates to a hydroelectric machine of large diameter with a hydraulic machine and an electric machine arranged in a ring around it, with an inner rotor having the rotor blades of the hydraulic machine and an annular rotor having the rotating part of the electric machine, in which the ends of the rotor blades engage .

Bei solchen hydroelektrischen Maschinen, die als Rohrturbinen bezeichnet werden, ist bei den bekannten Ausführungen entweder der äussere Rotor, der den Drehteil der elektrischen Maschine aufweist, gegenüber dem Fundament radial gelagert, oder es ist der innere Rotor, d.h. die Nabe der hydraulischen Maschine gegenüber dem Fundament radial gelagert. Einer der beiden Rotoren ist dabei nur über die die beiden Rotoren verbindenden Laufschaufeln gegenüber dem Fundament gelagert. In such hydroelectric machines, which are referred to as tubular turbines, in the known designs, either the outer rotor, which has the rotating part of the electrical machine, is mounted radially with respect to the foundation, or it is the inner rotor, i.e. the hub of the hydraulic machine is mounted radially in relation to the foundation. One of the two rotors is only supported relative to the foundation via the rotor blades connecting the two rotors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei grossen Abmessungen die beiden Rotoren der hydroelektrischen Maschine einwandfrei zu lagern. The invention is based, to store the two rotors of the hydroelectric machine properly even with large dimensions.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs geschilderten hydroelektrischen Maschine erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der innere Rotor und der äussere Rotor in je einer Radiallagerung gegenüber dem Fundament gelagert sind, und dass die s Enden der Laufschaufeln in den äusseren Rotor radial zum Rotor verschieblich und gelenkig eingreifen, und dass zum Übertragen der Umfangskräfte von den Laufschaufeln auf den äusseren Rotor eine Kraftausgleichsvorrichtung vorgesehen ist. In the case of the hydroelectric machine described at the outset, this object is achieved according to the invention in that the inner rotor and the outer rotor are each mounted in a radial bearing relative to the foundation, and in that the ends of the rotor blades engage in the outer rotor so as to be displaceable and articulated radially to the rotor, and that a force compensation device is provided for transmitting the peripheral forces from the rotor blades to the outer rotor.

io Vorteilhafterweise weist die Kraftausgleichsvorrichtung für jedes Laufschaufelende einen hydraulischen Stellmotor auf, und wird eine Ringleitung vorgesehen, die die Druckräume der Stellmotoren miteinander verbindet. Advantageously, the force compensation device has a hydraulic servomotor for each blade end, and a ring line is provided which connects the pressure chambers of the servomotors to one another.

Zur Übertragung von Umfangskräften in beiden Dreh-15 richtungen der hydroelektrischen Maschine ist es vorteilhaft, wenn die hydraulischen Stellmotoren doppelt wirkend sind, und die Druckräume der einen Seite und die Druckräume der anderen Seite der Stellmotoren durch je eine Ringleitung miteinander verbunden sind. To transmit peripheral forces in both directions of rotation of the hydroelectric machine, it is advantageous if the hydraulic servomotors are double-acting, and the pressure chambers on one side and the pressure chambers on the other side of the servomotors are connected to one another by a ring line.

20 Um eventuelle Druckmittelverluste auszugleichen, ist es vorteilhaft, wenn eine Steuervorrichtung vorgesehen wird, die die Stellung des Kolbens eines der Stellmotoren abfühlt und der Ringleitung Druckmittel zuführt wenn sich der Kolben über einen vorgegebenen Spielbereich hinaus gegen den 25 Druckraum hinbewegt, und/oder der Ringleitung Druckmittel entzieht, wenn sich der Kolben über den vorgegebenen Spielbereich hinaus vom Druckraum weg bewegt. 20 In order to compensate for any loss of pressure medium, it is advantageous if a control device is provided which senses the position of the piston of one of the servomotors and supplies pressure medium to the ring line when the piston moves beyond a predetermined play range against the pressure chamber, and / or the ring line Pressure medium is removed when the piston moves away from the pressure chamber beyond the specified play range.

Mit Vorteil kann auch eine rein mechanisch wirkende Kraftausgleichs vorrichtung vorgesehen werden, die für jedes 30 Laufschaufelende einen im äusseren Rotor gelagerten Winkelhebel aufweist, dessen einer Arm gelenkig mit dem Laufschaufelende und dessen anderer Arm gelenkig mit einem für alle Winkelhebel gemeinsamen Gestänge verbunden ist. Advantageously, a purely mechanical force compensation device can be provided, which has an angle lever mounted in the outer rotor for each blade end, one arm of which is articulated to the blade end and the other arm of which is articulated to a linkage common to all angle levers.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Gestänge durch eine 35 Axialbohrung jeder Laufschaufel reichende Stangen aufweist, die gelenkig mit einem im Zentrum des inneren Rotors angeordneten Zentralstück verbunden sind. It is advantageous if the linkage has rods extending through an axial bore in each rotor blade, which rods are connected in an articulated manner to a central piece arranged in the center of the inner rotor.

In der Zeichnung, anhand welcher die Erfindung näher erläutert wird, sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen-40 standes vereinfacht dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch den inneren und den äusseren Rotor einer Rohrturbine, Fig. 2 einen Querschnitt durch den inneren und den äusseren Rotor einer weiteren Rohrturbine, und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2. In the drawing, on the basis of which the invention is explained in more detail, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in simplified form. 1 shows a cross section through the inner and outer rotor of a tubular turbine, FIG. 2 shows a cross section through the inner and outer rotor of a further tubular turbine, and FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 2.

45 Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel für eine hydroelektrische Maschine grossen Durchmessers mit einer hydraulischen Maschine und einer kranzförmig um diese angeordneten elektrischen Maschine ist ein innerer Rotor 1 in einer Radiallagerung 2, und ein äusserer Rotor 3 in einer La-50 gerschuhe 4 aufweisenden Radiallagerung gegenüber dem Fundament radial gelagert. Die äusseren Enden von Laufschaufeln 5 greifen in den äusseren Rotor 3 radial zum Rotor verschieblich und gelenkig ein. Zum Übertragen der Umfangskräfte von den Laufschaufeln 5 auf den äusseren Rotor 55 3 ist eine Kraftausgleichsvorrichtung vorgesehen. 45 In the exemplary embodiment shown in FIG. 1 for a hydroelectric machine of large diameter with a hydraulic machine and an electric machine arranged in a ring around it, an inner rotor 1 is in a radial bearing 2, and an outer rotor 3 in a bearing shoes 4 Radial bearing in radial relation to the foundation. The outer ends of rotor blades 5 engage in the outer rotor 3 so as to be displaceable and articulated radially to the rotor. A force compensation device is provided for transmitting the peripheral forces from the rotor blades 5 to the outer rotor 55 3.

Diese Kraftausgleichsvorrichtung weist für jede Laufschaufel 5 einen hydraulischen Stellmotor 6 auf. Eine Ringleitung 7 verbindet Druckräume 8 der Stellmotoren 6 miteinander. This force compensation device has a hydraulic servomotor 6 for each rotor blade 5. A ring line 7 connects pressure chambers 8 of the servomotors 6 to one another.

60 Die hydraulischen Stellmotoren 6 sind doppelwirkend. Wie die Druckräume 8 der einen Seite durch die Ringleitung 7 miteinander verbunden sind, verbindet eine Ringleitung 9 Druckräume 10 der anderen Seite der Stellmotoren. 60 The hydraulic servomotors 6 are double-acting. How the pressure spaces 8 on one side are connected to one another by the ring line 7, a ring line 9 connects pressure spaces 10 on the other side of the servomotors.

Es ist eine Steuervorrichtung 11 vorgesehen, die die Stel-65 lung des Kolbens eines der Stellmotoren 6 abfühlt und der Ringleitung 7 bzw. 9 Druckmittel zuführt, wenn sich der Kolben über einen vorgegebenen Spielbereich hinaus gegen den Druckraum 8 bzw. 10 hin bewegt und/oder der Ringleitung 7 A control device 11 is provided which senses the position of the piston of one of the servomotors 6 and supplies pressure medium to the ring line 7 or 9 when the piston moves beyond a predetermined play range against the pressure chamber 8 or 10 and / or the ring line 7

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bzw. 8 Druckmittel entzieht, wenn sich der Kolben des Stellmotors über den vorgegebenen Spielbereich hinaus vom Druckraum 8 bzw. 10 weg bewegt. or 8 withdraws pressure medium when the piston of the servomotor moves beyond the predetermined play range away from the pressure chamber 8 or 10.

Das äussere Ende jeder Laufschaufel 5 weist einen Zapfen 12 auf, mit welchem ein Ring 13 kugeliger Aussenfläche festverbunden ist. Auf dem kugeligen Ring 13 sitzt ein Gestänge 14 mittels einer Kugelpfanne 15. Dabei erstreckt sich das Gestänge 14 in Umfangsrichtung des Rotors 3 und ist mit einer Kolbenstange 16 des Kolbens des Stellmotors 6 gelenkig verbunden. The outer end of each blade 5 has a pin 12, with which a ring 13 of spherical outer surface is firmly connected. A linkage 14 is seated on the spherical ring 13 by means of a ball socket 15. The linkage 14 extends in the circumferential direction of the rotor 3 and is articulated to a piston rod 16 of the piston of the servomotor 6.

Die Verbindung des inneren Rotors 1 mit dem äusseren Rotor 3 überträgt nur Umfangskräfte, erlaubt aber andere Verschiebungen zwischen dem Rotor 1 und dem Rotor 3. Dadurch bleiben die beiden Radiallagerungen 2 und 4 der hydroelektrischen Maschine frei von Zwangskräften, wenn die Radiallagerungen eine Exentrizität aufweisen oder durch die Betriebskräfte erhalten, Winkelabweichungen der Achsen der beiden Radiallagerungen 2 und 4 sind ebenfalls ohne Zwangskräfte möglich. Ausserdem sind axiale Verschiebungen zwischen dem inneren Rotor 1 und dem äusseren Rotor 3 möglich. Auch ein Grösserwerden oder auch ein Kleinerwerden des kranzförmigen äusseren Rotors 3 unter dem Einfluss von Fliehkräften oder wechselnder Temperatur ist ohne Zwangskräfte zwischen den beiden Rotoren 1 und 3 möglich. The connection of the inner rotor 1 to the outer rotor 3 only transmits circumferential forces, but allows other displacements between the rotor 1 and the rotor 3. As a result, the two radial bearings 2 and 4 of the hydroelectric machine remain free of constraining forces if the radial bearings have an eccentricity or obtained by the operating forces, angular deviations of the axes of the two radial bearings 2 and 4 are also possible without constraining forces. In addition, axial displacements between the inner rotor 1 and the outer rotor 3 are possible. It is also possible for the ring-shaped outer rotor 3 to become larger or smaller under the influence of centrifugal forces or changing temperature without any constraining forces between the two rotors 1 and 3.

Bei dem in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel arbeitet die Kraftausgleichsvorrichtung ganz mit mechanischen Elementen. Für jedes Laufschaufelende ist ein im äusseren Rotor 3 gelagerter Winkelhebel 17 vorgesehen, dessen ei-s ner Arm mittels einer Stange 18 mit einem kugeligen Ende 19 der Laufschaufel 5 verbunden ist, wobei die Verbindungen zwischen der Stange 18 und dem Winkelhebel 17 und zwischen der Stange 18 und der Laufschaufel 5 gelenkig sind. Der andere Arm des Winkelhebels 17 ist mit einem für alle Win-io kelhebel gemeinsamen Gestänge verbunden. In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the force compensation device works entirely with mechanical elements. For each rotor blade end, an angular lever 17 mounted in the outer rotor 3 is provided, the ei-s arm of which is connected by means of a rod 18 to a spherical end 19 of the rotor blade 5, the connections between the rod 18 and the angle lever 17 and between the rod 18 and the blade 5 are articulated. The other arm of the angle lever 17 is connected to a common linkage for all Win-io lever.

Dieses Gestänge weist für jeden Winkelhebel eine Stange 20 auf, die durch eine Axialbohrung der jeweiligen Laufschaufel 5 hindurch reicht. Die Stangen 20 sind gelenkig mit einem im Zentrum des inneren Rotors 1 angeordneten Zen-15 tralstück 21 verbunden. Dieses Zentralstück besteht beim Ausführungsbeispiel aus drei Laschen, es könnte aber auch einstückig sein. This linkage has a rod 20 for each angle lever, which extends through an axial bore of the respective rotor blade 5. The rods 20 are articulated to a center piece 21 arranged in the center of the inner rotor 1. This central piece consists of three tabs in the embodiment, but it could also be in one piece.

Die Stangen 20 müssen an ihren beiden Enden etwas Spiel gegenüber der Axialbohrung der Schaufel 5 haben oder an ih-20 ren Enden elastisch verbiegbar sein, um beim Schwenken des Winkelhebels 17 und beim Auswandern des Zentralstückes 21 aus der in der Achse der hydraulischen Maschine liegenden Mittellage nicht zu klemmen. Vorteilhafterweise werden die Winkelhebel 17 so angeordnet, dass die Stangen 20 als Zug-25 Stangen wirken. The rods 20 must have some play at their two ends with respect to the axial bore of the blade 5 or be resiliently bendable at their ends 20 in order to pivot the angle lever 17 and move the central piece 21 out of the central position lying in the axis of the hydraulic machine not to pinch. The angle levers 17 are advantageously arranged such that the rods 20 act as pull rods.

C C.

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

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1.Hydraulic machine of large diameter with a hydraulic machine and an electric machine arranged in a ring around it, with an inner rotor having the rotor blades of the hydraulic machine and an annular rotor which has the rotating part of the electric machine and in which the ends of the rotor blades engage characterized in that the inner rotor (1) and the outer rotor (3) are each mounted in a radial bearing (2 or 4) opposite the foundation, and that the ends of the rotor blades in the outer rotor (3) are radially displaceable and intervene in an articulated manner, and that a force compensation device (6, 7, 8, 9, 10, 17, 18, 20, 21) is provided for transferring the peripheral forces from the rotor blades (5) to the outer rotor (3).

2. Hydroelectric machine according to claim 1, characterized in that the force compensation device (6, 7, 8, 9, 10) has a hydraulic servomotor (6) for each rotor blade (5), and a ring line (7, 9) is provided, which connects the pressure chambers (8, 10) of the servomotors (6) to one another.

3. Hydroelectric machine according to claim 2, characterized in that the hydraulic servomotors (6) are double-acting, and the pressure chambers (8) on one side and the pressure chambers (10) on the other side of the servomotors (6) by a ring line ( 7.9) are interconnected.

4. Hydroelectric machine according to claim 2, characterized in that a control device (11) is provided, which senses the position of the piston of one of the servomotors (6) and the ring line (7,9) supplies pressure medium when the piston is over a predetermined Moves the play area towards the pressure chamber and / or withdraws pressure medium from the ring line when the piston moves beyond the specified play area away from the pressure chamber.

5. Hydroelectric machine according to claim 1, characterized in that the force compensation device (17, 20, 21) for each rotor blade (5) has in the outer rotor (3) mounted angle lever (17), one arm of which is articulated with the rotor blade end and the latter another arm is articulated to a linkage (20, 21) common to all angle levers.

6. Hydroelectric machine according to claim 5, characterized in that the linkage through an axial bore of each blade extending rods (20) which are articulated with a center piece (21) arranged in the center of the inner rotor (1).