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Rohrturbinenlaufrad mit festen oder verstellbaren Schaufeln Die Erfindung
betrifft Rohrturbinenlaufräder mit festen oder verstellbaren Schaufeln und bezweckt,
die von Fliehkräften und Erwärmung herrührenden Formänderungen des Laufradkranzes
für die Schaufeln unschädlich zu machen und gleichzeitig das Rundlaufen des Laufradkranzes
sicherzustellen.
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Man hat gegen diesen Einfluß auf die an der Nabe und am Außenkranz
entweder radial starr befestigten oder drehbar gelagerten Laufradschaufeln, welcher
Einfluß sich in nicht mehr aufnehmbaren Zugbelastungen der Schaufeln äußerte, vorgeschlagen,
die Formänderungen durch Aufschrumpfen des Polringes auf den Laufradkranz zu verkleinern
oder aber die Verbindungen der Schaufeln mit der Nabe oder mit dem Außenkranz oder
mit beiden radial beweglich zu machen. Beide Vorschläge führten nicht zum Erfolg.
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Das Aufschrumpfen verringert wohl die Zugspannungen, bringt aber andere,
noch schwerer überwachbare Beanspruchungen mit sich; die radiale Beweglichkeit der
Schaufeln aber gibt dem Außenkranz die Möglichkeit, infolge seines Eigengewichtes
Bewegungen quer zur Achse zu machen, die für den Betrieb äußerst bedenkliche Schwingungen
des Kranzes zur Folge haben können.
Die Erfindung hilft den Mängeln
der bisher angewandten oder vorgeschlagenen Bauarten dadurch `ab, daß die Schaufeln
wohl mit der Nabe radial beweglich verbunden werden, daß aber die bei außermittiger
Verlagerung des Außenkranzes auftretende radiale Relativbewegung zwischen Schaufel
und Nabe dazu benutzt wird, um eine Rückstellkraft auszulösen. Das geschieht nach
einem besonderen Merkmal der Erfindung dadurch, daß der Laufradaußenkranz über die
Schaufeln Kräften ausgesetzt wird, die sich bei zentrischer Lage des Außenkranzes
gegenseitig das Gleichgewieht halten, daß jedoch bei außermittiger Verlagerung die
Kraftwirkung auf den am weitesten ausgewichenen Teil des Laufradaußenkranzes mit
der zugeordneten Schaufel durch die Relativbewegung der letzteren gegenüber der
Nabe unterbrochen und dadurch die Kraft auf den am nächsten zur Laufradmitte stehenden
Teil des Außenkranzes so lange zur Wirkung gebracht wird, bis die zentrische Lage
wiederhergestellt ist.
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Zur 'v'erwirkliclrung der angegebenen Lösungswege weist z. B. eine
in der Nabe gleichachsig angeordnete und mit ihr umlaufende Vorrichtung zweckmäßig
einen durch Druckflüssigkeit beaufschlagten Stellmotor mit Drehkolben oder geradlinig
laufendem Kolben auf, der über ein Gestänge od. dgl. kraftschlüssig mit den einzelnen
Schaufeln in Verbindung steht. Der Mechanismus, der die Kraft vom Kolben auf die
radial beweglichen Schaufeln überträgt, wird durch Hebel gebildet, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung von je einem Zwischenstück zwischen einer Schaufel und dem
oder den zugewandten Enden des oder der zugehörigen (Schwenk-) Hebel.
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Statt durch Hebel kann die Bewegung des Kolbens auch erfindungsgemäß
unter Keilwirkung auf die Schaufeln übertragen «-erden. Zu diesem Zweck kann an
dem Kolben ein Kegel befestigt «erden, der über entsprechende keilförmige radial
bewegliche Zwischenstücke auf die Schaufeln kraftschlüssig einwirkt.
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Auf diesen nur beispielsweise angegebenen Lösungswegen wird ein Unrundlaufen
des Außenkranzes der Rohrturbine vermieden. Damit Bewegungen des Ringes quer zur
Drehachse nur infolge seines Eigengewichtes völlig ausgeschlossen sind, muß die
von einer Schaufel auf den Außenkranz ausübbare Kraft mindestens gleich dem Gewicht
der gesamten umlaufenden Maschinenteile sein, weil sonst der Kranz die Kraft des
Radialausgleichs überwinden und an einer gerade senkrecht stehenden Schaufel quer
zur Drehachse herabgleiten und sich außermittig stellen könnte. In der Zeichnung
stellt dar Abb. i Schema eines Rohrturbinenlaufrades gemäß der Erfindung bei Rundlauf,
Abb.2 Schema des gleichen Rohrturbinenlaufrades bei außermittig stehendem Außenkranz,
Abb. 3 Längsschnitt durch eine Laufradnabe für verstellbare Schaufeln, Ausführungsbeispiel
eines Radialausgleichs mit Drehkolbenstellmotor, Abb. q. Querschnitt zur Abb. 3,
Einzelheiten der Verbindung zwischen Stellmotorwelle und Schaufelzapfen, Abb.5 Längsschnitt
durch eine Laufradnabe mit festen Schaufeln, Ausführungsbeispiel eines Radialausgleichs
mit Stellmotor mit geradlinig laufendem Kolben.
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Das Laufrad (Abb. i und 2) ist zusammengesetzt aus der Nabe i, den
Schaufeln :2 mit den nabenseitigen Zapfen 3, die mit der Nabe i radial beweglich
sind, und den kranzseitigen Zapfen., die mit dem Außenkranz 5 radial fest verbunden
sind. In die Nabe i gleichachsig eingebaut ist der Radialausgleich, hier als Zylinder
6 mit Kolben 7 dargestellt, dessen Kolbenstange 8, in den Lagern 9 und io verschiebbar
gelagert, mit den Lenkern i i und 12 auf die Druckstücke 13 und 14 wirkt,
die ihrerseits die auf den Kolben 7 vom FlÜssigkeitsdruck ausgeübte Kraft durch
Kraftschluß auf die Stirnflächen 15 und 16 der nabenseitigen Schaufelzapfen 3 übertragen.
Durch Wahl geeigneter Winkel zwischen der Kolbenstange 8, den Lenkern i i und 12
und den Achsen der Schaufeln 2 kann zwischen der Kolbenkraft und den Kräften auf
die Schaufeln 2 noch eine Übersetzung erzielt werden. Beim Laufrad mit rundlaufendem
Kranz nach Abb. i liegen die Druckstücke 13, i4.. . , vom Kolben 7 angedrückt, alle
gleichmäßig an den Zapfenstirnenden 15, 16 . . . an, weil bei Rundlauf
die Größe aller Radien des Kranzes bis zur Drehachse gleich groß sind. Der Kranz
wird durch die Druckkräfte im Rundlauf erhalten. Tritt nun aber durch das Eigengewicht,
durch das Unrundwerden des Außenkranzes durch sein Eigengewicht, durch axiales Spiel
im kranzseitigen Drehzapfenlager, infolge Nachlassens der Kolbenkraft eine kleine
Bewegung des Ringes senkrecht zur Drehachse ein, so bildet sich der in Abb.2 dargestellte
Zustand aus: Das Gewicht der umlaufenden Maschinenteile und die auf das Zapfenstirnende
16 der unteren Schaufel e drückende Kraft wirken in der gleichen Richtung, der Kranz
geht von der in Abb. 2 strichpunktiert gezeichneten Lage in die ausgezogen gezeichnete
Lage über und ist dabei um eine Strecke 17 aus dem Mittel gekommen. Die mit ihm
radial fest verbundene Schaufel macht den gleichen Weg und mit ihr der Zapfen 3
mit seiner Stirnfläche 16. Das Druckstück 1d. kann jedoch nicht folgen, weil es
nur kraftschlüssig mit dem Zapfen 3 verbunden ist und seine Lage von der Kolbenstange
8 und dem Lenker 12 bestimmt wird, die wiederum von der Lage der im Kraftschluß
mit dem Druckstück 13 stehenden Stirnfläche 15 des Zapfens 3 der, oberen
Schaufel 2 abhängen. Bei dieser Einstellung kann vom Radialausgleich keine Kraft
mehr auf den Zapfen 3 _der unteren Schaufel ausgeübt werden, denn zwischen der Zapfenstirnfläche
16 und dem Druckstück 14 besteht der Spielraum 18; die Kraft des Radialausgleichs,
für jede Schaufel mindestens gleich dem Gewicht der umlaufenden Maschinenteile,
wirkt nur noch auf die obere Schaufel 2 und über sie auf den Außenkranz 5, der dadurch
angehoben wird,
so lange, bis die Stirnfläche 16 des inneren Zapfens
3 der unteren Schaufel 2 am Druckstück 1q. anliegt, das durch die Hubbewegung des
oberen Druckstücks 13 eine Bewegung nach unten, dem Zapfen entgegen gemacht hat.
Beim Anliegen des unteren Druckstücks 14 auf der Zapfenstirnfläche 16 sind die Radien
des Außenkranzes in bezug auf die Drehachse weder ausgeglichen, der Kranz ist in
die mitbige Lage zurückgezwungen worden.
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Der Radialausgleich erhält, wie schon bemerkt, seinen Antrieb vorzugsweise
durch einen hydraulischen Stellmotor, obwohl nichts im Wege liegen würde, den Antrieb
auch mechanisch zu bewerkstelligen. In Abb.3 ist ein Längsschnitt durch einen Radialausgleich
mit hydraulischem Stellmotor mit Drehkolben dargestellt. Der Motor ist in der Radnabe
i eingebaut und besteht aus einem Gehäuse 20 mit Deckel 21, dem Drehkolben 22 und
der Stellwelle 23, auf die der Kolben aufgekeilt ist. Durch die Leitung 24 wird
der Motor mit Drucköl aus einer beliebigen- welle versorgt. Die Stellwelle 23 wird
in zwei Lagern 25 und 26 zu beiden Seiten der rabenseitigen Zapfen 3 der hier verstellbar
angeordneten Schaufeln gut unterstützt. Den Stirnflächen 15 und 16 der Zapfen 3
gegenüber ist die Stellwelle 23 auf ihrem ganzen Umfang mit Nuten 27 versehen, deren
Form im Querschnitt (Abb. 4.) dargestellt ist. In den Schaufelzapfen 3 sind die
Druckstücke 13 und 14 geführt, die an ihrer Innenseite 28 mit Nuten 29 von
einem dem der Nuten 27 in der Stellwelle 23 entsprechenden Querschnitt versehen
sind. Zwischen die Nuten 27 in der Stellwelle 23 und die Nuten 29 in den Druckstücken
13 werden stelzenförmige Lenker 30 eingeschoben. die die Kraft der Stellwelle gleichmäßig
auf alle Druckstücke, also auch auf alle Schaufeln, und zwar erfindungsgemäß durch
nur auf Druck wirksamen Kraftschluß übertragen, Die zum richtigen Arbeiten des Radialausgleichs
zudem erforderliche radiale Nachgiebigkeit der Lagerung des rabenseitigen Schaufelzapfens
3 wird durch den Spielraum 31 zwischen der auf dem Zapfen sitzenden Verstellkurbel
32 und der Nabe i gesichert.
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Bei dem in Abb.5 dargestellten Längsschnitt durch einen Radialausgleich
mit Stellmotor mit geradlinigem Kolherweg ist ,der aus dem Zylinder 35 und dem Kolben
36 bestehende Stellmotor wiederum gleichachsig in die Laufradnabe i eingel>iaut
und erhält sein Drucköl durch die Leitung 37. Der Kolben 36 wirkt über das Verlängerungsstück
3<8 auf den kegelförmigen Druckring 39, der mit seiner Kegelfläche über die Druckstücke
.Io auf die rabenseitigen Schaufelzapfen 3 einwirkt, die hier festen, also nicht
verstellbaren Schaufeln 2 angehören. Der Federkeil 41 verhindert Drehbewegungen
des Zapfens 3. Die erfindungsgemäße, nur auf Druck wirksame Kraftschlüssigkeit zwischen
dem Stellmotor und den Schaufelzapfen ist durch das Anliegen der Druckstücke :Io
am Druckring 39 und im Schaufelzapfen 3 gesichert. Mit seiner Verlängerung 42 wird
der Druckring im Lager 43 geführt und dadurch gegen die von ihm ausgeübten Drücke
gut gelagert.