DE378678C - Regelung einer mit UEberdruck arbeitenden Wasserturbine mit verstellbaren Leit- und Laufradschaufeln - Google Patents

Description

• Regelung einer mit Überdruck arbeitenden Wasserturbine mit verstellbaren Leit- und Laufradschaufeln. -Bei den mit Überdruck arbeitenden Wasserturbinen, die Leitvorrichtungen mit drehbaren Schaufeln und feststehenden Laufradschaufeln besitzen, wird der günstigste Wirkungsgrad bei derjenigen Füllung erzielt, bei der die Richtung der absoluten Austrittgeschwindigkeit aus dem Laufrad ungefähr senkrecht zur Umfangrichtung steht bzw. zwischen dieser senkrechten Richtung und derjenigen liegt, bei der zc@2 - 2c2 (relative Wassergeschwindigkeit - Umfangsgeschwindigkeit) ist. Dies ist für eine bestimmte gleichbleibende Drehzahl bei nur einem bestimmten bzw. zwischen - engen Grenzen schwankenden Überdruck der Fall. Für jeden diese Grenzen über- oder unterschreitenden Überdruck wird bei feststehenden Laufradschaufeln die absolute Austrittgeschwindigkeit c, größer, womit dann der Austrittverlust wächst und der Wirkungsgrad der Turbine sinkt.
• Besitzt auch das Laufrad verstellbare Schaufeln, so kann bei jeder Leitradöffnung-und -füllung durch entsprechende Einstellung der Laufradschaufeln und dadurch hervorgerufener Änderung des Laufradaustrittquerschnittes der Laufradüberdruck auf diejenige Höhe gebracht werden, die die günstigste Richtung und Größe der absoluten Austritt-. geschwindigkeit erzeugt. Nach dem Erfindungsgedanken wird dieser Laufradüberdruck analer Turbine .gemessen, möglichst an einer Ablesevorr.ichtung angezeigt, und es werden danach die Laufradschaufeln so eingestellt, daß der Laufradüberdruck diejenige Größe annimmt, bei der der günstigste Laufradaustritt erzielt wird.
• Der Laufradüberdruck bestimmt sich in Meter Wässersäule zu: wobei bedeuten: h, und h2 die Drücke in Meter Wassersäule vor dem Laufradeintritt bzw. 'hinter dem Laufradaustritt; w1 und w2 die relativen Geschwindigkeiten am Laufradein- und -austritt; u1 und u2 die Umfa,ngsgeschwindigkeiten am Ein- und Austritt; h" den Druckhöhenverlüst im Laufrad.
• Bleibt die Läge der Flutbahnen im Laufrad mit verstellbaren Schaufeln trotz wechselnder Füllung dieselbe, so sind bei gleichbleibender Drehzahl auch u, und u2 konstant; ebenso kann hv mit Annäherung als gleichbleibend' angesehen werden (da beim Verdrehen der Laufradschaufeln die Kanallänge und die benetzte Fläche ungefähr gleichbleiben, der hydraulische Radius mit einer Verdrehung auf kleinere Füllung sich etwas verringert, wird genau genommen h" mit abnehmender Füllung nicht konstant bleiben, sondern etwas größer werden).
• Damit wird Der günstigste Wasseraustritt kann bei we;.hselnder Füllung, aber konstanter Drehzahl und Umfangsgeschwindigkeit dadurch erzielt werden, daß zv_ ungefähr gleich groß gehalten wird. Damit bestimmt sich der Laufradüberdruck zil wobei Cl, wie oben C, eine Konstante bedeutet. Hu ist also nur noch veränderlich mit w1.
• Sind die verstellbaren Laufradschaufeln so konstruiert, daß der Laufradeintrittquerschnitt für alle Füllungen gleich groß bleibt und sich nur der Laufradaustrittquerschnitt ändert, so ändert sich w, proportional mit der Füllung und läßt sich also leicht berechnen. Das an der Turbine gemessene H,l entspricht dann mit genügender Genauigkeit dem obigen Wert, de im normalen Betriebsbereich die Druckerhöhung durch den Wasserstoß bei falschem Eintrittswinkel vernachlässigt werden kann.
• Führen wir noch ein: w1 (h Füllungsgrad; w,(,j,) - relative Eintrittsgeschwindigkeit bei voller Füllung k so schreibt sich Nach dem Erfindungsgedanken müssen also für eine bestimmte Füllung 1.., für die die Leitschaufelstellung gegeben ist, die Laufradschaufeln so eingestellt werden, daß der gemessene Laufradüberdruck dem nach Gleichung (3) berechneten Werte entspricht. Dieses parabolische Gesetz für H" bei wechselnder Füllung läßt sich leicht zahlenmäßig festlegen, und danach lassen sich dann jeweils die Laufradschaufeln einstellen. Auch bei einer Änderung des Nutzgefälles muß bei gleichbleibender Drehzahl derselbe Überdruck geschaffen werden, soweit dies mit Rücksicht auf das Gefälle noch möglich ist.
• Bei solchen verstellbaren Laufradschaufeln, bei denen sich mit dem Austrittquerschnitt auch der Eintrittquerschnitt ändert, erweitern oder verengen sich die für die relativen Wassergeschwindigkeiten maßgebenden Querschnitte gleichmäßig, so daß, wenn w, angenähert auf gleicher Höhe gehalten wird, auch zu, bei wechselnder Füllung gleich groß bleibt. In Gleichung (z) ist dann auch das zweite Glied rechts konstant, so daß mit der Annäherung mit der w1, w= und lt" gleich groß bleiben, auch der Laufradüberdruck konstant ist.
• Die Einstellung der I.aufradschaufeln nach dem Laufradüberdruck, dem Erfindungsgedanken entsprechend, kann dann so erfolgen, daß der Überdruck annähernd gleichbleibt. Wird die Umlaufzahl der Turbine erhöht oder erniedrigt, so ist für den günstigsten Laufradaustritt w= gleichsinnig zu ändern, wozu die Laufradschaufeln so eingestellt werden müssen, daß der Laufradüberdruck entsprechend vergrößert oder verkleinert wird.
• Der Laufradüberdruck läßt sich als Unterschied der Drücke vor dem Laufradeintritt und unmittelbar hinter dem Laufradaustritt messen, und man wird diese Messung zweckmäßig in den inneren der Laufradachse zugelegenen Teilen der Turbine vornehmen, weil sich dort bei gleichbleibender Laufradschaufelstellung die Drücke am raschesten mit der Füllung ändern.
• Die Laufradschaufeln können von Hand oder selbsttätig durch einen besonderen Apparat (Regler) abhängig vom Laufradüberdruck eingestellt werden. Im letzteren Falle wird man bei einer Turbine, die auf gleichbleibenden Überdruck geregelt werden soll, den Laufradüberdruck trotzdem mit der Füllung etwas wechseln, um eine stabile Einstellung zu erzielen, so daß dann zu jeder Füllung auch bei dieser Turbinenart ein bestimmter, der Füllung zugeordneter Laufradüberdruck gehört.
• Der Erfindungsgedanke bringt außer der Einstellung auf stets günstigsten Wirkungsgrad noch den Vorteil mit sich, daß inkonstante Strömungen, die sich bei Laufrädern mit -wenig Schaufeln häufig ergeben, nicht so leicht auftreten, da die Wassergeschwindigkeiten immer dieselben sein werden, wenn stets wieder der richtige Überdruck erzeugt wird.

Claims (2)

1. PATFNT-ANsPRÜcFIE: i. Regelung einer mit Überdruck arbeitenden Wasserturbine mit verstellbaren Leit- und Laufradschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Einstellung der Leitradschaufeln für beliebige Füllung, oder bei Änderung des Nutzgefälles oder bei einer gewollten Änderung der Umlaufzahl die Laufradschaufeln nach dem an der Turbine gemessenen Laufradüberdruck eingestellt werden. z. Regelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein solcher Laufradüberdruck durch Einstellen der Laufradschaufeln erzeugt wird, bei dem sich der günstigste Laufradaustritt ergibt. 3. Regelung nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß bei einstellbaren L aufradschaufeln, die nur den Laufradaustritt und nicht auch den Laufradein-. tritt ändern, die Laufradschaufeln bei gleichbleibender Umlaufzahl so eingestellt werden, daß der gemessene Laufradüberdruck eine ganz bestimmte, von der Füllung X. abhängige und sich nach dem parabolischen Gesetz H" - Cl - ).
2. 2 C2 ändernde Größe erhält. ¢. Regelung nach Anspruch r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei drehbaren Laufradschaufeln, durch die sowohl der Laufradaustritt als auch der Laufradeintritt geändert werden können, die Laufradschaufeln bei gleichbleibender Umlaufzahl so eingestellt werden, daß der gemessene Laufradüberdruck bei wechselnder Füllung angenähert konstant bleibt. 5. Regelung nach Anspruch z bis d., dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Laufradschaufeln nach dem gemessenen Laufradüberdruck nicht von Hand, sondern selbsttätig durch einen besonderen Apparat oder in Verbindung mit dem die Leitschaufeln verstellenden Regler erfolgt.