AT135502B - Schaufelrad für schnellaufende Wasserturbinen, Zentrifugalpumpen und Gebläse. - Google Patents

Schaufelrad für schnellaufende Wasserturbinen, Zentrifugalpumpen und Gebläse.

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AT135502B
AT135502B AT135502DA AT135502B AT 135502 B AT135502 B AT 135502B AT 135502D A AT135502D A AT 135502DA AT 135502 B AT135502 B AT 135502B
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Walther Dipl Ing Lentz
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Walther Dipl Ing Lentz
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    Sehaufelrad frir sebnellaufende Wasserturbinen, Zentrifugalpumpen   und Gebläse. 



   Die Erfindung bezieht sich auf solche Laufräder für schnellaufende Wasserturbinen, Zentrifugalpumpen und Gebläse, bei denen die Schaufeln zur Erzielung eines kleinen Aussendurchmessers bis an die Nabe des Laufrades gezogen sind, so dass der   Energieaustausch   zwischen der Flüssigkeit und den Schaufeln dort erfolgt, wo die meridionalen Strombahnen der Flüssigkeitsteilchen die stärkste Krümmung aufweisen. Derartige Laufräder leiden bekanntlich stark unter Kavitationen (Hohlraumbildungen), welche die Leistung und den Wirkungsgrad der Kreiselmaschinen herabmindern und zu Anfressungen der Schaufeln führen. 



   Diese Kavitationen sind nicht eine unvermeidliche Erscheinung, sondern nur die Folge unrichtiger Konstruktion, u. zw. nicht nur der Schaufeln, sondern auch des Laufradprofils. Das Ziel der Erfindung ist nun, durch eine natürliche, den Bewegungsgesetzen der Flüssigkeiten entsprechende Formgebung des Laufrades und seiner Schaufeln derartige Kavitationen vollständig zu vermeiden. 



   Zum besseren Verständnis der folgenden Erklärungen ist es notwendig, die absolute Bewegung der durch das Laufrad strömenden Flüssigkeit in zeichnerisch darstellbare Komponenten zu zerlegen, also in die meridionale und in die kreisende Bewegung. Die meridionale Bewegung wird wiederum in zwei Hauptrichtungen zerlegt, welche parallel zu den Z-und Y-Aehsen eines Koordinatenkreuzes verlaufen. Die Z-Achse fällt mit der Drehachse des Laufrades zusammen ; die Y-Achse kann in einem rechten, spitzen oder stumpfen Winkel zur   Z-Aehse   stehen. Zylinderschnitte durch die Schaufeln sind mit Z-Schnitte"und die durch Rotation parallel zur Y-Achse gezogener Geraden und die Z-Achse gebildeten Schaufelschnitt   mit Y-Schnitte"bezeichnet.

   Ebenso   werden die an diese Schnittflächen gelegten Gesehwindigkeitsdiagramme einfach"Z-"bzw."Y-Diagramme"genannt ; die dazugehörenden Geschwindigkeiten sind mit dem Index z bzw. y bezeichnet. 



   Auf der Zeichnung stellt dar :
Fig. 1 den Meridianschnitt durch das Laufrad einer   Franeis-Schnelläuferturbine   der bisher üblichen Bauart ; Fig. 2   den Z-Schnitt durch   die Schaufeln eines solchen Laufrades ; Fig. 3 den Meridianschnitt durch ein   Zentrifugalpumpenlaufrad   der bisher üblichen Bauart ; Fig. 4 den Y-Schnitt durch die Schaufeln desselben ; Fig. 5 die Bewegung der Flüssigkeitsteilehen bei reibungs-und wirbelfreier Meridionalströmung ; Fig. 6 die Bewegung der   Flüssigkeitsteilchen   bei reibungs-und wirbelfreier Rotation um die Laufradachse ; Fig. 7 den Meridianschnitt durch ein kavitationsfreies Laufrad gemäss der Erfindung, bei welchem die Begrenzungslinien des Laufradprofils als Asymptoten zu rechtwinkelig sich kreuzenden Yund   Z-Aehsen   konstruiert sind ;

   Fig. 8 die Y-Diagramme dazu für drei verschiedene Radien   1"1,     1"2   und   1"3   ; Fig. 9 die gleichen Diagramme für eine Schaufelung der bisher üblichen Bauart ; Fig. 10 und 11 die den Radien   1"3 und 1"2 entsprechenden   Z-Diagramme ; Fig. 12 den Y-Schnitt durch die Schaufeln der Fig. 7 ; Fig. 13 Z-Schnitte durch die Schaufeln der Fig. 7, u. zw. für die   Radien t'i,   und   rus ;   Fig. 14 die Ansicht einer Schaufel des Laufrades der Fig. 7, von der Saugseite aus gesehen ; Fig. 15 den Meridianschnitt durch ein kavitationsfreies Laufrad gemäss der Erfindung mit in spitzem Winkel die Z-Achse schneidender Y-Achse ; Fig. 16 die Ansicht einer Schaufel hiezu ; Fig. 17 die   Z-Schnitte   durch die Schaufeln dieses Laufrades ;

   Fig. 18 den Meridianschnitt durch eine   Schnelläuferturbine   mit einem Laufrad gemäss der Erfindung ; Fig. 19 die Ansicht des Laufrades hiezu, von der Saugseite aus gesehen ; Fig. 20 eine Zentrifugalpumpe mit einem Laufrad der in Fig. 15 dargestellten Art ; Fig. 21 den Meridianschnitt durch ein Laufrad mit stumpfwinklig die Z-Achse schneidender Y-Achse ; Fig. 22 die Ansicht einer Schaufel hiezu, von der Saugseite aus gesehen ; Fig. 23 die Z-Schnitte durch dieses Laufrad ; Fig. 24 eine Zentrifugalpumpe mit einem Laufrad der in Fig. 21 dargestellten Art. 

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   Die in den Fig. 8-17 und 21-23 dargestellten Diagramme und Schaufelschnitte gelten mit der durch Pfeile angedeuteten Drehrichtung für Zentrifugalpumpen und Gebläse. Sie sind ohne weiteres für Wasserturbinen anwendbar, wenn der Drehungssinn des Laufrades und die Richtung der Diagrammgeschwindigkeiten umgekehrt werden. 



   Kavitationen entstehen in Turbinenlaufrädern hinter den Austrittskante und auf der dem Saugrohr zugekehrten Seite der Schaufeln als Folge falscher Formgebung des Laufradprofils und der Schaufelkrümmung. Bei dem Schnelläufer-Francisrad in Fig. 1 kann z. B. das Wasser der scharfen   Krümmung   bei a nicht folgen. Es ist infolge der   Massenträgheit   bestrebt, die gerade innehabende Richtung beizubehalten, und kann aus der zentripetalen in die axiale   Strömungsrichtung nur   dann ohne Störungen seines   Zusammenhanges umgelenkt   werden, wenn die äussere Begrenzung des Laufradprofils nach der aus der Eulerschen Kontinuitätsgleichung abgeleiteten   Kurve K ausgebildet   ist.

   Hinter der Umkehrstelle a muss deshalb die äussere Begrenzung des Laufrades bzw. des anschliessenden Raumes eine kurze Strecke nach dieser Kurve ausgebildet sein und kann dort, wo die Krümmung derselben flacher verläuft, etwa nach der Kurve   Ti, in   das konisch erweiterte Saugrohr übergeführt werden. Was ausserhalb dieser Kurve liegt, ist nicht ausgefüllter Hohlraum. Bei schnellaufenden Turbinenrädern, welche nach Art der Fig. 1 ausgebildet sind, werden, wenn durch grosse Saughöhe und grosse meridionale   Strömungsgeschwindig-   keit des Wassers die Bildung von Kavitationen erleichtert wird, tatsächlich die ausserhalb dieser Kurve   K1   liegenden Teile der Schaufeln durch die Kavitationen angefressen. 



   Den Einfluss falscher Schaufelkrümmung zeigt Fig. 2, welche den Zylindersehnitt durch die 
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 von den dem Saugrohr zugekehrten Flächen der Schaufeln ab ; sie verlassen also die Austrittskante nicht in Richtung des Schaufelwinkels, sondern in einem weit steileren Winkel, so dass die Rückseite der Schaufeln hier vom Wasser nicht berührt und durch die Kavitationen angefressen wird, wenn die Turbine in grösserer Höhe über dem Unterwasserspiegel aufgestellt ist. Die Ursache dieser Erscheinung liegt in dem natürlichen Bestreben der Wasserteilchen, eine geschlossene Masse mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit zu bilden. Jedes Wasserteilchen sucht den benachbarten Teilchen die eigene Winkelgeschwindigkeit aufzuzwingen, also ein schneller kreisendes zu verzögern und ein langsameres Teilchen zu beschleunigen.

   Der Versuch, das Wasser mit grosser Winkelgeschwindigkeit in die Schaufeln eintreten und ohne bzw. mit kleiner Winkelgeschwindigkeit aus den Schaufeln austreten zu lassen. führt deshalb regelmässig zu Störungen der   Kontinuität.   



   In ähnlicher Weise verhält sich das Wasser in den Laufrädern der Zentrifugalpumpen ; nur treten hier wegen der umgekehrten Strömungsrichtung die Kavitationen an andern Stellen auf. In Fig. 3 stellt die Kurve A-B die äussere Begrenzung eines Pumpenlaufrades dar, wie es   gewöhnlich   ausgeführt wird. Die natürliche, aus der   Eulersehen     Kontinuitätsgleichung   abgeleitete Begrenzungslinie verläuft nach der Kurve A-C. Innerhalb dieser Kurve behält das Wasser seinen Zusammenhang ; in dem mit c bezeichneten Raum zwischen den beiden Kurven entstehen Störungen. Diese werden vermieden, wenn das Laufradprofil nach der gesetzmässigen   Kurve A. -0 ausgebildet   wird. 



   Auch bei Pumpenlaufrädern werden durch falsche Schaufelkrümmung Kavitationen hervorgerufen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die innerhalb der Schaufelung auf die Wasserteilchen einwirkenden Hauptkräfte sind die   Zentrifugalkräfte 0, welche   die Folge der Winkelgeschwindigkeit sind. Die Wasserteilchen suchen auch im Pumpenlaufrade in der bereits beschriebenen Weise eine gleichbleibende Winkelgeschwindigkeit einzuhalten und eine   zusammenhängende Masse   zu bilden. Die Zentrifugalkräfte erteilen den Wasserteilchen nicht nur eine mit dem Quadrat des   Abstandes l'von   der Drehachse zunehmende Pressung, sondern auch eine mit dem Abstande 'linear zunehmende radiale Geschwindigkeitskomponente.

   Wenn sich nun die Schaufelkrümmung der natürlichen, aus der Winkelgeschwindigkeit und der radialen Geschwindigkeitskomponente resultierenden Strombahn nicht anpasst, so lösen sich die Wassermassen in der in Fig. 4 dargestellten Weise von den Vorderflächen der Schaufeln ab. Bei d entstehen demgemäss Kavitationen. 



   Erfindungsgemäss wird nun der Schaufelung von Turbinen-, Pumpen-und Gebläselaufrädern eine solche Form gegeben, dass derartige Kavitationen auch bei grossen Strömungsgeschwindigkeiten und Saughöhen nicht auftreten können. Zum besseren Verständnis der nachstehend beschriebenen   Schaufelformen   sind die Bedingungen, unter welchen eine Flüssigkeit ohne Störungen des Zusammenhanges durch ein Laufrad strömen kann, in Fig. 5 und 6 erläutert. Die nachstehenden Ausführungen gelten unter der Voraussetzung einer ideal glatten Wandung des Laufrades und der Schaufeln. 



   Die Strömung durch das Laufrad ist dann vollkommen reibungs-und wirbelfrei, wenn sie in ihren Komponenten vollkommen reibungs-und wirbelfrei ist, also in der meridionalen und in der kreisenden Bewegung. Das für die reibung-und wirbelfreie Strömung geeignete Laufradprofil (Fig. 5) ist aus den Eulerschen Grundgleichungen bereits abgeleitet worden und darf als bekannt vorausgesetzt werden. 



  Es sollen hier deshalb nur einige besonders wichtige Eigenschaften dieses Laufradprofils hervorgehoben werden. In Fig. 5 ist die Kurve   lez   die äussere Begrenzung eines   solchem Laufradprofils. Sie verlauft   asymptotisch zu den Koordinatenachsen Z und Y nach der Gleichung 
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Für jedes   Flüssigkeitsteilchen   innerhalb des Profils   K4lassen sich   also die   2-und y-Komponenten   der meridionalen Geschwindigkeit ohne weiteres bestimmen. Für unsere Betrachtung ist aber folgende
Eigenschaft dieses Laufradprofils die wichtigste. 



   Strömt z. B. das Wasser von links nach rechts, so gelangen alle gerade im   Querschnitt A-A.   befindlichen Teilchen in der gleichen Zeit nach dem Querschnitt B-B bzw. C-C. Ebenso gelangen alle gerade auf der vom Radius   r,   gebildeten   Zylinderfläche   befindlichen Teilchen in der gleichen Zeit nach der von   1"2   oder   1"3 gebildeten   Zylinderfläche. Es findet also in beiden Komponenten der meridionalen
Bewegung keine Verschiebung der Wasserteilchen gegeneinander statt. Infolgedessen erfolgt auch in der resultierenden meridionalen Bewegung keine Verschiebung der Teilchen gegeneinander, und die meridionale Bewegung in diesem Laufradprofil ist also vollkommen reibungs-und wirbelfrei. 



   Das tritt noch deutlicher zu Tage, wenn man den durch die Kurve   K4   gebildeten Raum durch
Kurven oder Stromlinien   K3'K2   usw. in mehrere gleiche Teile teilt und durch den Koordinatenschnitt- punkt 0 Fahrstrahlen   8i, 2, 3 usw.   legt. Diese schneiden die Stromlinien jeweils unter dem gleichen
Winkel ; die auf einem Fahrstrahl gerade befindlichen Wasserteilchen haben also alle die gleiche
Strömungsrichtung, wie aus dem unteren Teil der Fig. 5 ersichtlich ist. Ihre meridionale Geschwindigkeit nimmt linear mit dem Abstand von 0 zu, so dass die Wasserteilehen nicht nur stets die gleiche Richtung haben, sondern auch stets in der gleichen Zeit auf ihren zugehörigen Strombahnen von einem Fahrstrahl zum andern gelangen. Die auf den Fahrstrahlen befindlichen Wasserteilehen verschieben sich also nicht gegeneinander.

   Also auch aus dieser Betrachtung ergibt sich die Reibungs-und Wirbelfreiheit der
Strömung innerhalb dieses Laufradprofils. 



   Wie bereits erwähnt, ist dieses Profil für Laufräder von Turbinen, Zentrifugalpumpen und Gebläsen bereits bekannt. Solche Laufräder wurden aber stets mit einer falschen Schaufelform versehen, welche
Störungen der Strömung im Laufrade hervorrief. Die Hauptaufgabe der Erfindung lag deshalb in der   Schaffung-einer Schaufelung, welche   sich sowohl der meridionalen als auch der kreisenden Flüssigkeitbewegung zwanglos anpasst und dadurch eine vollkommen reibung-und wirbelfreie Strömung im Laufrade ermöglicht. 



   Das Wasser kann im Laufrade nur dann reibung-und wirbelfrei kreisen, wenn die Winkelgeschwindigkeit aller Wasserteilchen konstant ist. Das ergibt sieh ohne weiteres aus der Fig. 6, welche einen parallel zur Y-Achse durch das Laufradprofil der Fig. 5 gelegten Schnitt darstellt. Um die kreisende Bewegung für sich betrachten zu können, ist zunächst angenommen, dass eine gleichzeitige radiale Komponente nicht vorhanden ist ; die Wasserteilchen bewegen sich dann nur auf konzentrischen Kreisen um die Drehachse. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit gelangen alle gerade auf einem Fahrstrahl befindlichen Teilchen in der gleichen Zeit und, ohne ihre zugehörigen Kreise zu verlassen, nach einem andern Fahrstrahl, z. B. von   8   nach 8'.

   Es entsteht dann also keine Verschiebung der einzelnen Teilchen gegeneinander, also auch keine Reibung und keine Wirbel ; die einzelnen Teilchen befinden sich relativ zueinander in Ruhe. 



   Findet nun in dem Laufrade der Fig. 5 neben der meridionalen auch eine kreisende Bewegung des Wassers statt, welche, wie wir gesehen haben, ebenfalls reibung-und wirbelfrei ist, so ist natürlich die aus diesen beiden Komponenten sich zusammensetzende absolute Bewegung ebenfalls reibungs-und wirbelfrei. Diese natürliche Bewegung des Wassers darf durch die Schaufeln nicht gestört werden ; letztere müssen daher so geformt sein, dass sowohl die meridionale wie auch die kreisende Bewegung in der vorbeschriebenen Weise sieh in dem mit Schaufeln besetzten Teil des Laufrades entwickeln kann. 



   In Fig. 7-14 ist das neue kavitationsfreie Laufrad und seine Schaufelung für ein rechtwinkeliges Koordinatenkreuz dargestellt. Das Laufradprofil ist durch die mit den Zahlen 1-6 bezeichneten Linien in verschiedene Y-Schnitte zerlegt, ferner in drei Z-Schnitte mit den Radien   1"1'1"2 und 1"3'  
Die Y-Diagramme, welche für alle Y-Schnitte gleich sind, haben, wie aus Fig. 8 ersichtlich, folgende Eigentümlichkeit. Trägt man die Umfangsgeschwindigkeiten M so auf, dass ihre Anfangspunkte auf einer durch die Drehachse 0 gezogenen Geraden liegen, so liegen die Anfangs-und Endpunkte aller gleichnamigen Diagrammgeschwindigkeiten ebenfalls auf Geraden, die durch den Punkt 0 gezogen sind. Ferner sind in den Y-Diagrammen alle gleichnamigen Winkel, z. B. der Schaufelwinkel ssy, für alle. Punkte der Schaufel gleich.

   Der Y-Schnitt e durch die Schaufel in Fig. 12 ergibt also eine logarithmische Spirale. 



   Um den Gegensatz der neuen Schaufelform zu der bisher üblichen Bauart, bei welcher die Winkelgeschwindigkeit der Wasserteilchen mit dem Radius zunehmen soll, deutlich zu machen, sind in Fig. 9 die Y-Diagramme für eine solche   Schaufelung   gegenübergestellt. Die absolute Geschwindigkeit ey tritt (bei Pumpenrädern) im Radius   1"1'normal   zur Umfangsgeschwindigkeit u, also ohne jede Winkelgeschwindigkeit in die Schaufelung ein und ändert beim Durchgang des Wassers durch das Laufrad Grösse und Richtung derart, dass im   Radius 1"3 ihre   Rotationskomponente (Projektion von cy auf die Umfangsgeschwindigkeit u) eine beträchtliche Grösse im Verhältnis zur Umfangsgeschwindigkeit hat. 

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 Die Endpunkte der Rotationskomponenten liegen also nicht wie in Fig.

   8 auf einer Geraden, sondern auf einer nach dem Drehpunkt 0 hin konkav gekrümmten Linie, welche ausserhalb des Drehpunktes 0 ihren Anfang nimmt. Ein Y-Schnitt durch eine derartige Schaufel ergibt eine krumme Linie, welche nicht spiralförmig der Drehachse zustrebt, sondern ausserhalb derselben einen Kreis tangieit. Solehe Schaufelformen   sind unnatürlich   und erzeugen bei grösseren Saughöhen starke Kavitationen, wie bereits ausgeführt. Die Konstrukteure solcher Schaufeln übersehen, dass die vom Pumpenrad erzeugte Gesamtenergie aus der Integrierung der von den einzelnen Sehaufelelementen erzeugten   Teilenergien   entsteht. 



  Ein Vergleich der Figuren 8 und 9 lehrt, dass in Fig. 8 im Radius   t'i, weil   hier eine Rotationskomponente vorhanden ist, dem Wasserteilchen auf dem Wege von der Drehachse bis zum   Radius "1   bereits eine Drehbesehleunigung erteilt ist, während in Fig. 9 das Wasserteilchen im   Radius 1'1   keine kinetische Energie besitzt, weil die tangentiale Drehbewegung des Schaufelelementes hier gar nicht ausgenutzt ist. Das Wasserteilchen im Radius   1'1   muss also von den auf grösseren Radien kreisenden Teilchen sozusagen mitgezogen werden, so, dass Zugspannungen auftreten, welche bei grösseren Saughöhen den Zusammenhang des Wassers stören. 



   Der für die kreisende Bewegung der Flüssigkeit im Laufrade aufgestellte Grundsatz konstanter Winkelgeschwindigkeit aller von den Schaufeln erfassten Flüssigkeitsteilchen muss   natürlich   auch für die axiale Komponente der Flüssigkeitsbewegung gelten ; denn sonst würde im Z-Diagramm die Rotationskomponente der absoluten Geschwindigkeit ein anderes Verhältnis zur Umfangsgeschwindigkeit haben als im Y-Diagramm.

   Da nun die axiale Geschwindigkeit in allen Teilen des Laufrades nach der Y-Achse hin abnimmt, u. zw. bei dem in Fig. 7 dargestellten Laufradprofil in linearem Verhältnis zum Abstande z, so müssen in einem beliebigen Z-Schnitt die axialen Sehaufelwinkel   ssz   zwischen Relativ-und Umfangsgeschwindigkeit um so grösser sein, je weiter der betrachtete Sehaufelpunkt von der Y-Achse des Koor- 
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 aufgetragen, dass die Anfangspunkte der Umfangsgeschwindigkeiten u auf einer zur Z-Achse parallelen Geraden liegen. Da die Winkelgeschwindigkeit aller Wasserteilchen erfindungsgemäss unveränderlich bleiben soll, müssen die Endpunkte der absoluten Geschwindigkeiten es bzw. ihrer Rotationskomponenten, wie gezeichnet, ebenfalls auf einer zur Z-Achse parallelen Geraden liegen. 



   In Fig. 13 sind die aus den Z-Diagrammen sich ergebenden   Z-Sehnitte/g,/a   und   f1   der Schaufeln für die Radien   r"r, und r,   dargestellt. Regelmässig nähern sich, wenn die Schaufel im   Y-Sehnitt,   wie in Fig. 12, gekrümmt ist, die der Saugseite zugekehrten Schaufelteile im Z-Schnitt asymtotiseh einer parallel zur Z-Achse liegenden Geraden und die von der Saugseite abgekehrten Teile asymptotisch der 
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 wie in Fig. 15 und 21 dargestellt, in spitzem oder stumpfem Winkel zur Z-Achse steht. 



   Die neue Schaufelung hat also im wesentlichen folgendes Merkmal : Bei im Y-Schnitt konvex gekrümmter Druckseite weist die Schaufel auch im   Z-Sehnitt   eine konvex gekrümmte Druckseite auf, während   Sehaufelungenvon   Turbinen-und Pumpenlaufrädern der bisher üblichen Bauart bei im Y-Schnitt konvex gekrümmter Druckseite eine konkav gekrümmte, im günstigsten Falle eine geradlinige Druckseite im Z-Schnitt haben. 



   Bei im Y-Schnitt konkav gekrümmter Druckseite ist bei der neuen Schaufel die Druckseite auch im   Z-Sehnitt   konkav gekrümmt, wobei aber im Gegensatz zu andern Konstruktionen der Schaufelwinkel im Z-Schnitt nach der Druckseite hin stetig abnimmt und der nach der   Y-Aehse   hinzeigende Schaufelteil den nach dem Saugrohr hinzeigenden Teil vorauseilt. Schaufeln mit im Y-Schnitt vollständig radial verlaufender Druckseite weisen dagegen im Z-Schnitt eine zur   Z-Aehse   parallele Gerade auf, sind also vollständig eben. Laufräder mit derartigen Schaufeln sind bereits bekannt. 



   Die Oberfläche der neuen Schaufel ist eine   Schraubenfläche,   bei welcher der Y-Schnitt e in Fig. 12 die Erzeugende und einer der   Z-Sehnitte   in Fig. 13 die Leitlinie (directrix) ist. 



   Meridianschnitte durch die   Schaufelfläche,   z. B. die Schnitte O-A1 und   O-A2   in Fig. 14, ergeben, wie aus Fig. 7 ersichtlich, nach der Radachse hin konkav gekrümmte Linien ; die axialen Abstände der einzelnen Punkte dieser Linien von der Y-Achse wachsen mit dem Quadrat der radialen   Abstände r   von der Z-Achse. Im Falle des rechtwinkeligen Koordinatensystems der Fig. 7 sind diese Meridiansclnitte durch die Schaufelfläche reine Parabeln. 



   Die vorstehenden Ausführungen gelten auch für Laufradprofile, deren Begrenzungslinien als Asymptoten zu Koordinatenachsen konstruiert sind, welche sich spitzwinkelig, wie in Fig. 15, oder stumpfwinkelig, wie in Fig. 21, schneiden. Die Gesehwindigkeitsdiagramme der Fig. 8 können auch für diese Laufräder gelten, wenn sie als Projektion der tatsächlichen Y-Diagramme auf die Zeichnungsebene aufgefasst werden. Da die Y-Schnitte durch die Schaufeln Fig. 15 und 21 nicht mehr auf ebenen Flächen, sondern auf Kegelflächen liegen, so sind die Fig. 16 und 22 ebenfalls als Projektionen der Y-Schnitte auf die Zeichnungsebene aufzufassen. Die Z-Diagramme und Z-Schnitte sind dagegen unverändert geblieben ; gegenüber den Fig. 10, 11 und 13 sind sie aber natürlich gegeneinander verschoben. 



   Die   Schaufelflächen   solcher Laufräder mit spitz-oder stumpfwinkeligem Koordinatenkreuz, in Fig. 16 und 22. dargestellt, sind wiederum   Schraubenflächen,   bei denen der Y-Schnitt e die Erzeugende und einer der   Z-Schnitte fs, hund f1   die Leitlinie ist. 

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   Laufräder mit spitzwinkeligem Koordinatenkreuz gemäss Fig. 15 eignen sich besonders für Schnell- läuferturbinen, weil, wie ein Vergleich der Fig. 7 und 15 bzw. 18 erkennen lässt, bei Verwendung derselben kleinere Aussendurchmesser des Leitapparates erzielt werden können. Sie sind ferner geeignet für
Zentrifugalpumpen gemäss der in Fig. 20 dargestellten Bauart, bei welcher das Wasser, bevor es in den
Druckstutzen   g   strömt, zuvor in einen um das Saugrohr angeordneten ringförmigen Raum h übertritt. 



   Laufräder mit stumpfwinkeligem Koordinatenkreuz (Fig. 21) finden geeignete Verwendung besonders bei der in Fig. 24 dargestellten Bauart von Zentrifugalpumpen. bei welchen das Wasser aus dem Laufrad in eine axiale Strömungsrichtung umgeleitet wird. 



   Die in den Fig. 7-16 und 21-23 dargestellten Formen der Laufradprofile und der Schaufelung sind in solchen Fällen unerlässlich, in denen eine grosse Saughöhe oder   eine grosse Saugrohrgeschwindigkeit   am Laufrade die Entstehung von Kavitationen begünstigt. Wo aber die Turbine oder Zentrifugalpumpe in geringer Höhe über dem Unterwasserspiegel aufgestellt ist und mit kleineren Saugrohrgeschwindigkeiten am Laufrad zu arbeiten hat, genügt es, wenn die Y-Schnitte einigermassen eine der Drehachse zustrebende
Spirale bilden und die Z-Schnitte in dem gleichen Sinne gekrümmt sind wie die   Y-Sehnitte,   also beide
Schnitte entweder nur konkav oder nur konvex, wenn man beide von derselben Seite aus betrachtet. 



   Immer ist aber in erster Linie eine annähernd konstante Winkelgeschwindigkeit der Flüssigkeitsteilchen innerhalb der Schaufelung anzustreben. 



   Die vorbeschriebenen neuen Laufräder sind sinngemäss auch für Zentrifugalgebläse verwendbar. 



   PATENT-ANSPRUCHE :
1. Schaufelrad für schnellaufende Wasserturbinen, Zentrifugalpumpen und Gebläse, bei welchem die Schaufeln sowohl in normal zur Drehachse liegenden Schnitten als auch in Zylinderschnitten gekrümmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckseite in beiden Schnitten entweder nur konvex oder nur konkav und so gekrümmt ist, dass der Winkel zwischen Schaufeltangente und Umfangsgeschwindigkeit im Zylinderschnitt an den dem Saugrohr zugekehrten Teilen grösser als an den entgegengesetzten Teilen ist.

Claims (1)

  1. 2. Schaufelrad nach Anspruch 1, bei welchem die Begrenzungen des Laufradprofils als gesetzmässige Kurven asymptotisch zu einem rechtwinkeligen oder spitzwinkeligen oder stumpfwinkeligen Koordinatenkreuz verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschaufeln in den zur Ordinatenachse parallelen Rotationsschnittflächen nach der Kreiselachse zustrebende Spiralen und in den Zylinderschnitten Schraubenlinien mit nach der Saugseite hin wachsender Steigung bilden.
    3. Schaufelrad nach Anspruch 2, mit solchem Laufradprofil, dass die parallel zur Ordinatenachse (Y-Achse) gerichteten Komponenten der Meridionalgeschwindigkeit direkt proportional mit dem radialen Abstande von der Drehachse (Z-Achse) und die axialen Komponenten direkt proportional mit dem axialen Abstande von der Ordinatenachse zunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschaufeln in den zur Ordinatenachse parallelen Rotationssehnittflächen kongruente logarithmische Spiralen und in den Zylinderschnitten Schraubenlinien bilden, deren Steigung direkt proportional mit dem axialen Abstande von der Ordinatenachse wächst, so dass die Schaufelf1äche eine Sehraubenfläche bildet, bei welcher der parallel zur Ordinatenachse liegende (Y-)
    Schnitt durch die Schaufel die Erzeugende und ein beliebiger Zylinderschnitt die Leitlinie bildet.
AT135502D 1932-05-24 1932-05-24 Schaufelrad für schnellaufende Wasserturbinen, Zentrifugalpumpen und Gebläse. AT135502B (de)

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