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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberWO2002055884 A1
Publication typeApplication
Application numberPCT/EP2001/014630
Publication date18 Jul 2002
Filing date12 Dec 2001
Priority date10 Jan 2001
Also published asDE10100983A1
Publication numberPCT/2001/14630, PCT/EP/1/014630, PCT/EP/1/14630, PCT/EP/2001/014630, PCT/EP/2001/14630, PCT/EP1/014630, PCT/EP1/14630, PCT/EP1014630, PCT/EP114630, PCT/EP2001/014630, PCT/EP2001/14630, PCT/EP2001014630, PCT/EP200114630, WO 02055884 A1, WO 02055884A1, WO 2002/055884 A1, WO 2002055884 A1, WO 2002055884A1, WO-A1-02055884, WO-A1-2002055884, WO02055884 A1, WO02055884A1, WO2002/055884A1, WO2002055884 A1, WO2002055884A1
InventorsThomas KÄCHELE
ApplicantVoith Siemens Hydro Power Generation Gmbh & Co. Kg
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: Patentscope, Espacenet
Rotor for a water turbine or water pump
WO 2002055884 A1
Abstract
The invention relates to a rotor for a dynamic machine for application with fluids; comprising a shaft, a number of vanes, supported by the shaft, the vanes comprising a blade and a blade footing, at least some of the vanes comprising a main vane blade and a secondary vane blade, the blade of the main vane and the blade of the secondary vane are at least approximately parallel and arranged opposed to each other at a separation from each other. The vane blades of the main vane and the secondary vane are fixed with relation to each other.
Claims  translated from German  (OCR text may contain errors)
Patentansprüche1. Patentansprüche1. Laufrad für eine Strömungsmaschine zur Anwendung bei Flüssigkeiten; An impeller for a turbo machine for use in liquids; 1.1 mit einer Welle (1);1.2 mit einer Anzahl von Schaufeln (2), die von der Welle (1) getragen sind;1.3 die Schaufeln (2) weisen ein Schaufelblatt sowie einen Schaufelfuß auf; 1.1 with a shaft (1); 1.2 with a number of blades (2) which are carried by the shaft (1); 1.3 the blades (2) have an airfoil and a blade root; 1.4 wenigstens einige der Schaufeln (2) umfassen ein Hauptschaufelblatt(2.2) und ein Sekundärschaufelblatt (2.3); 1.4 at least some of the blades (2) comprise a main blade (2.2) and a secondary blade (2.3);
1.5 das Blatt der Hauptschaufel (2.2) und das Blatt der 1.5 the blade of the main blade (2.2) and the Journal of the
Sekundärschaufel (2.3) sind wenigstens nahezu parallel sowie im gegenseitigen Abstand zueinander angeordnet. Secondary blade (2.3) are at least substantially parallel and arranged at a mutual distance from each other. 1.6 die Schaufelblätter von Hauptschaufel (2.2) und Sekundärschaufel 1.6 the blades of the main blade (2.2) and secondary blade
(2.3) sind fest miteinander verbunden. (2.3) are fixedly connected together.
2. Laufrad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt einer Hauptschaufel (2.2) und einer diesen zugeordneten Sekundärschaufel (2.3) einen einzigen, gemeinsamen Schaufelfuß 2. An impeller according to claim 1, characterized in that the blade of a main blade (2.2) and their associated secondary blade (2.3) a single, common blade
(2.5) aufweisen. having (2.5).
3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand zwischen den beiden Schaufelblättern von Hauptschaufel (2.2) und Sekundärschaufel (2.3) ein Mehrfaches der 3. An impeller according to claim 1 or 2, characterized in that the mutual distance between the two blades of the main blade (2.2) and secondary blade (2.3) is a multiple of the
Dicke der Hauptschaufel (2.2) im radial äußeren Bereich beträgt. Thickness of the main blade (2.2) is in the radially outer area.
4. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärschaufel (2.3) auf der Druckseite der Hauptschaufel (2.2) angeordnet ist. 4. Runner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the secondary blade (2.3) on the pressure side of the main blade (2.2) is arranged.
5. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärschaufel (2.3) auf der Saugseite der Hauptschaufel (2.2) angeordnet ist. 5. Runner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the secondary blade (2.3) on the suction side of the main blade (2.2) is arranged.
6. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter von Hauptschaufel (2.2) und Sekundärschaufel (2.3) im wesentlichen deckungsgleich sind. 6. Runner according to one of claims 1 to 4, characterized in that the blades of the main blade (2.2) and secondary blade (2.3) are essentially congruent.
7. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter von Hauptschaufel (2.2) und 7. An impeller according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the blades of the main blade (2.2) and
Sekundärschaufel (2.3) unterschiedlich groß sind. Secondary blade (2.3) are of different sizes.
8. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskante (2.3.1) der Sekundärschaufel (2.3) - in Strömungsrichtung gesehen - hinter der Eintrittskante 8. An impeller according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the inlet edge (2.3.1) of the secondary blade (2.3) - seen in the flow direction - behind the leading edge
(2.2.1) der Hauptschaufel (2.2) liegt. (2.2.1) of the main blade (2.2) is located.
9. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskante (2.3.1) der Sekundärschaufel (2.3) - in Strömungsrichtung gesehen - vor der Eintrittskante (2.2.1) der Hauptschaufel (2.2) liegt. 9. An impeller according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the inlet edge (2.3.1) of the secondary blade (2.3) - seen in flow direction - upstream of the inlet edge (2.2.1), the main blade (2.2).
10. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter von Hauptschaufel (2.2) und Sekundärschaufel (2.3) durch einen oder mehrere Stege (2.4) miteinander verbunden sind, die im Zwischenraum zwischen Hauptschaufel (2.2) und Sekundärschaufel (2.3) angeordnet sind. 10. An impeller according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the blades of the main blade (2.2) and secondary blade (2.3) are interconnected by one or more webs (2.4) which in the space between the main blade (2.2) and secondary vane ( 2.3) are arranged.
11. Laufrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (2.4) profiliert, gekrümmt und unter einem spitzen Winkel gegen die 11. An impeller according to claim 10, characterized in that the webs (2.4) profiled, curved and at an acute angle to the
Strömungsrichtung geneigt sind. Flow direction are inclined.
12. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt der Sekundärschaufel (2.3) - in Draufsicht gesehen - wesentlich kleiner als das Blatt der Hauptschaufel (2.2) ist und in einem Bereich angeordnet ist, der durch die Eintrittskante (2.2.1) und die radial äußere Kante des Blattes der Hauptschaufel (2.2) begrenzt ist. 12. An impeller according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the blade of the secondary blade (2.3) - seen in plan view - substantially smaller than the blade of the main blade (2.2) and is arranged in a region (by the leading edge 2.2.1) and the radially outer edge of the blade of the main blade (2.2) is limited.
13. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einer Kaplanturbine. 13. An impeller according to any one of claims 1 to 11, characterized by use in a Kaplan turbine.
Description  translated from German  (OCR text may contain errors)

Laufrad für eine Wasserturbine oder Wasserpumpe An impeller for a water turbine or water pump

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Strömungsmaschinen zur Anwendung bei Flüssigkeiten. The invention relates to the field of fluid machines for use in liquids. Sie betrifft insbesondere Kaplanturbinen. It relates particularly to Kaplan turbines.

Die Laufräder solcher Turbinen weisen eine Welle auf sowie eine Anzahl von Schaufeln, die von der Welle getragen sind. The wheels of such turbines have a shaft and a number of blades which are supported by the shaft. Bei den genannten Kaplanturbinen sind die Schaufeln um Drehachsen verdrehbar, die senkrecht zur Längsachse der Welle angeordnet sind. In said Kaplan turbines, the blades are rotatable about axes of rotation which are perpendicular to the longitudinal axis of the shaft. Den Schaufeln ist ein Verstellmechanismus zugeordnet, der ein Verschwenken der Schaufeln um die betreffende Drehachse erlaubt. The blades is associated with an adjustment mechanism which allows a pivoting of the blades about the respective axis of rotation. Das Verstellen der Schaufeln dient dazu, den Wirkungsgrad der Turbine zu optimieren, und zwar über den gesamten Arbeitsbereich hinweg. The adjustment of the blades is used to optimize the efficiency of the turbine, namely over the entire operating range.

Ein gravierendes Problem von hydraulischen Maschinen jeglicher Art besteht in der Kavitation. A serious problem of hydraulic machinery of any kind is to cavitation. Diese reduziert den Wirkungsgrad, die Lebensdauer und den zulässigen Arbeitsbereich. This reduces the efficiency, lifetime and the permissible working range.

Es wurden zahlreiche Anstrengungen unternommen, um den Arbeitsbereich und den Wirkungsgrad von hydraulischen Maschinen mit gelenkten Strömungen zu verbessern. There have been numerous efforts to improve the working environment and the efficiency of hydraulic machines with steered currents.

Sämtliche bisher bekannten Maßnahmen haben nicht ausgereicht, den Wirkungsgrad im Arbeitsbereich einer hydraulischen Maschine mit gelenkter Strömung in wünschenswertem Maße zu steigern. All previously known measures have not been sufficient to increase the efficiency in the work area of a hydraulic machine with a steered flow in what is desirable extent.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine hydraulische Maschine anzugeben, mit welchen die Wirkungsgrade im Arbeitsbereich verbessert werden können. The invention is thus based on the object of specifying a method and a hydraulic machine with which the efficiency can be improved in the work area.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. This object is solved by the features of claim. 1 Demgemäß werden wenigstens einige der Schaufeln als Doppelschaufel ausgebildet, umfassend eine Hauptschaufel und eine Sekundärschaufel. Accordingly, some of the blades are formed as a double blade, at least comprising a main blade and a secondary blade. Die beiden Schaufeln sind dabei im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, so daß jeweils eine Großfläche einer jeden Schaufel einer Großfläche der anderen Schaufel gegenüberliegt. The two blades are arranged substantially parallel to each other, so that in each case a large area of each blade of a major surface of the other blade opposite. Gewisse Abweichungen von der Parallelität sind jedoch denkbar. However, certain deviations from parallelism are also conceivable.

Der Erfinder hat folgendes erkannt: The inventor has recognized the following:

Der Eintrittsbereich einer Schaufel, dh der Bereich der Schaufel- Eintrittskante, unterliegt normalerweise einer hohen Belastung. The entrance area of a shovel, ie the region of the bucket leading edge, normally subjected to high stress. An der At the

Eintrittskante einer Schaufel entsteht Kavitation, und es treten Wirbel auf. Leading edge of a blade cavitation occurs, and there are vertebrae. Eine optimale Schaufelbelastung ist nicht möglich, und der Einsatzbereich der Strömungsmaschine ist eingeschränkt. An optimum blade loading is not possible, and the application range of the flow machine is limited.

Wird gemäß der Erfindung eine Doppelschaufel verwendet, umfassend eine According to the invention uses a double blade, comprising a

Hauptschaufel und eine Sekundärschaufel, so verringert sich die Belastung pro Einzelschaufel - dh die Belastung des Eintrittskantenbereiches der Hauptschaufel und des Eintrittskantenbereiches der Sekundärschaufel - gegenüber Schaufeln gemäß dem Stande der Technik. The main blade and a secondary blade, so the load per single blade is reduced - that is, the load on the leading edge region of the main blade and the leading edge area of the secondary blade - with respect to the blades in accordance with the prior art. Die auf die Einzelschaufel einwirkende Belastung wird mehr oder minder gleichmäßig über das Schaufelblatt verteilt. The force on the individual blade loading is more or less evenly distributed over the airfoil. Die Gefahr der Kavitation wird verringert, desgleichen die Gefahr des Entstehens von Wirbeln im Bereich der Eintrittskante einer jeden Einzelschaufel. The danger of cavitation is reduced, as will the risk of creating vortices in the leading edge of each individual blade.

Durch die verbesserte Schaufel belastung läßt sich das Optimum des The improved blade load the optimum can be the

Kennfeldes (spezifischer Durchfluß Q über der spezifischen Drehzahl n ) in den Betriebsbereich verlagern. Map (specific flow rate Q on the specific speed n) shift in the operating range. Zusätzlich erweitert sich der zulässige Betriebsbereich, weil die Kavitation, wie erwähnt, verringert wird. In addition, the permissible operating range extended because the cavitation, as mentioned, is reduced. Der Jahresenergiegewinn einer Anlage erhöht sich. The annual energy yield of a plant increases. Zur Verwirklichung der Erfindung gibt es zahlreiche Möglichkeiten. For realizing the invention, there are numerous possibilities. So läßt sich die Sekundärschaufel auf der Druckseite oder auf der Saugseite der Hauptschaufel anordnen. Thus, the secondary blade on the pressure side or on the suction side of the main blade can be disposed.

Die beiden Teilschaufeln - Hauptschaufel und Sekundärschaufel - lassen sich mittels Stegen aneinander befestigen. The two partial blades - the main blade and the secondary blade - can be fastened to each other by means of webs. Die Stege werden zweckmäßigerweise an den betreffenden Flächen der Schaufeln angeschweißt. The webs are conveniently welded to the respective surfaces of the blades. Die Stege verlaufen am besten in Strömungsrichtung. The webs run best in the flow direction. Eine Neigung gegen die Strömungsrichtung ist jedoch ebenfalls denkbar. However, an inclination to the direction of flow is also conceivable. Einzelne Schaufelbereiche können damit zusätzlich be- oder entlastet werden. Individual blade areas can thus be additionally loaded or unloaded.

Zwischen den beiden Teilschaufeln herrscht in jedem Falle ein Abstand, so daß die beiden Teilschaufeln einen Zwischenraum zwischen sich bilden, der von Flüssigkeit durchströmt ist. Between the two partial blades there is in each case a distance, so that the two partial blades forming a space therebetween which is flowed through by fluid. Der Abstand wird im allgemeinen auf der gesamten Fläche des Zwischenraumes nahezu konstant sein. The distance will be nearly constant in general on the entire surface of the intermediate space. Im allgemeinen wird er größer als die Dicke einer Teilschaufel sein. In general, it will be greater than the thickness of a part of the blade.

Beide Schaufeln, dh Hauptschaufel und Sekundärschaufel, können gleich groß sein. Both blades, ie main shovel and secondary blade may be equal. Sie können sogar in einer Projektion deckungsgleich sein. You can even be congruent in a projection. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. However, this is not mandatory.

Auch kann die Eintrittskante der Sekundärschaufel - in Drehrichtung gesehen - vor oder hinter der Eintrittskante der Hauptschaufel liegen. Also, the leading edge of the secondary blade - seen in the direction of rotation - are ahead of or behind the leading edge of the main blade.

Die Erfindung läßt sich bei jeglicher Art von Flüssigkeits-betriebenen Strömungsmaschinen einsetzen. The invention can be used in any type of fluid-operated flow machines. Die Erfindung eignet sich zwar vor allem zum Einsatz bei Kaplanturbinen. The invention is indeed primarily used in Kaplan turbines. Es kommen jedoch auch andere Turbinenarten in Betracht, wie beispielsweise Propellerturbinen, dies sind Turbinen, bei denen sich die Turbinenschaufeln nicht verstellen lassen. However, there are also other types of turbines into consideration, such as propeller turbines, these are turbines where can not be adjusted, the turbine blades. Außerdem läßt sich die Erfindung bei Francis-Turbinen und Pumpturbinen anwenden sowie bei Wasserpumpen allgemein. Furthermore, the invention at Francis turbines and pump turbines can be applied as well as generally in water pumps.

Schließlich ist es denkbar, die beiden Teilschaufeln einer erfindungsgemäßen Doppelschaufel derart zu gestalten, daß die beiden Finally, it is conceivable to design the two partial blades of a double scoop of the invention such that the two

Schaufelblätter einer Doppelschaufel relativ zueinander verschoben werden können, vorzugsweise in eingebautem- Zustand. Blades of a double blade can be moved relative to each other, preferably in eingebautem- state. Die Verschiebung kann derart erfolgen, daß der Abstand zwischen den beiden Teilschaufeln verändert wird, oder daß die Verschiebung parallel zu den Großflächen der Teilschaufeln erfolgt, so daß beispielsweise die Lagen der Eintrittskanten relativ zueinander verändert werden. The displacement may be such that the distance between the two partial blades is changed, or that the displacement takes place parallel to the major surfaces of the sub blades, so that for example the positions of the leading edges are changed relative to each other.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert werden. The invention will be explained below by way of example with reference to the drawings. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt: Therein is shown in detail the following:

Figur 1 zeigt eine Wasserturbine mit Verstellschaufeln im Aufriß und teilweise im Schnitt. Figure 1 illustrates a water turbine with adjustable blades in elevation and partly in section.

Figur 2 zeigt die beiden Schaufelblätter von Hauptschaufel und von Sekundärschaufel, in Draufsicht gesehen. Figure 2 shows the two blades of the main blade and the secondary blade, seen in plan view.

Figur 3 zeigt die beiden Schaufelblätter gemäß Figur 2 in einer Figure 3 shows the two blades of Figure 2 in a

Ansicht auf deren Stirnseiten, somit auf deren Außenkanten. View of their end faces, thus their outer edges.

Bei der in Figur 1 gezeigten Maschine handelt es sich um eine In the embodiment shown in Figure 1 machine, there is a

Kaplanturbine. Kaplan turbine. Man erkennt einen Rotor mit einer Welle 1 sowie eine Anzahl von Schaufeln 2. Die Schaufeln 2 sind auf der Welle 1 drehbar gelagert. One recognizes a rotor with a shaft 1 and a number of blades 2. The blades 2 are rotatably mounted on the shaft. 1 Die Achse 1.1 der Welle 1 verläuft vertikal. The axis 1.1 of the shaft 1 is vertical. Die Schwenkachsen der Schaufeln 2 verlaufen senkrecht hierzu, somit horizontal. The pivot axes of the blades 2 extending perpendicularly thereto, thus horizontal. Man erkennt ferner einen Strömungskanal 3, durch den Wasser in den Bereich der Schaufeln 2 gelangt. can also be seen a flow channel 3, passes through the water in the region of the blades. 2

Jede Schaufel 2 weist zwei Schaufelblätter auf, nämlich ein Hauptschaufelblatt und ein Sekundärschaufelblatt. Each blade 2 has two blades, namely a main blade and a secondary blade. Aus Gründen der zeichnerischen Klarheit ist dies jedoch hier nicht im einzelnen dargestellt. For the sake of illustrative clarity this is not shown here in detail.

Die in Figur 2 dargestellte Hauptschaufel 2.2 weist eine Eintrittskante 2.2.1 und eine Austrittskante 2.2.2 auf. The main blade 2.2 shown in Figure 2 has a leading edge and a trailing edge 2.2.1 2.2.2. Die Sekundärschaufel 2.3 weist eine Eintrittskante 2.3.1 und eine Austrittskante 2.3.2 auf. The secondary blade 2.3 has a leading edge and a trailing edge 2.3.1 2.3.2. Die Sekundärschaufel ist mittels eines oder mehrerer Stege 2.4 an der Hauptschaufel befestigt. The secondary blade is mounted to the main blade by means of one or more webs 2.4. Die Schaufeln werden über den Schwenkzapfen beziehungsweise den Schaufelfuß 2.5 verstellt. The blades are adjusted via the pivot or the blade root 2.5.

Aus Figur 3 ist die Zuordnung von Hauptschaufel 2.2 und From Figure 3, the assignment of the main blade 2.2 and

Sekundärschaufel 2.3 erkennbar. Secondary blade 03.02 recognizable. Wie man sieht, ist die Eintrittskante 2.3.1 der Sekundärschaufel 2.3 gegenüber der Eintrittskante 2.2.1 der Hauptschaufel 2.2 versetzt. As you can see the leading edge 2.3.1 of the secondary blade is 2.3 offset from the leading edge of the main blade 2.2.1 2.2. In Laufrad-Drehrichtung gesehen liegt die Eintrittskante der Sekundärschaufel 2.3 hinter der Eintrittskante der Hauptschaufel 2.2. In wheel rotation direction seen the leading edge of the secondary blade 03.02 behind the leading edge of the main blade 2.2.

Der gegenseitige Abstand zwischen den beiden Schaufeln beträgt etwa das 5-fache der Dicke einer der beiden Schaufeln. The mutual distance between the two blades is about 5 times the thickness of one of the two blades. Im vorliegenden Falle sind beide Teilschaufeln - Hauptschaufel und Sekundärschaufel 2.3 - annähernd gleich dick. In the present case are both part of the blades - the main blade and the secondary blade 2.3 - approximately the same thickness. Dies könnte jedoch auch anders sein. However, this could be different.

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Classifications
International ClassificationF04D29/18, F03B3/06
Cooperative ClassificationF05B2240/301, F04D29/181, Y02E10/223, F03B3/06
European ClassificationF03B3/06, F04D29/18A
Legal Events
DateCodeEventDescription
18 Jul 2002ALDesignated countries for regional patents
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11 Sep 2002121Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
9 Oct 2003REGReference to national code
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25 Feb 2004122Ep: pct application non-entry in european phase
18 Jan 2006WWWWipo information: withdrawn in national office
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18 Jan 2006NENPNon-entry into the national phase in:
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