<Desc/Clms Page number 1>
Laufradsehaufel flir Kreiselmasehineii.
Die Erfindung betrifft Läufer für Ereiselmaschinen, bei welchen der Durchfluss durch den Läufer axial oder mehr axial als radial erfolgt.
Bisher lag dem Entwurf solcher Läufer die Voraussetzung zugrunde. dass die Durchflussgeschwindig- keit in allen zur Läuferachse konzentrischen Schichten zwischen dem äusseren Umfang und der Nabe des Läufers unter normalen Betriebsverhältnissen im wesentlichen dieselbe ist. Die durch Reibung verursachte Verzögerung am äusseren und inneren Umfang des Querschnittringes der durchströmenden Wassersäule hat jedoch zur Folge, dass die Durchflussgeschwindigkeit der konzentrischen Schichten sich sowohl gegen den äusseren als auch gegen den inneren Umfang des Querschnittringes verringert. Diese Wirkung steigert sich mit der Länge des Einlaufrohres und der Läufernabe, mit der Wassergeschwindigkeit und mit dem Gehalt des Wassers an suspendierten festen Stoffen.
Bekanntlich ist es bei axial beaufschlagten Kreiselmaschinen wünschenswert, dafür zu sorgen, dass das Gefälle im wesentlichen gleichförmig über die ganze Läuferfläche verteilt ist, und es sind deshalb die Läufer unter der Annahme entworfen worden, dass der axiale Durchfluss im wesentlichen gleichförmig ist, ohne die oberwähnte Verzögerung durch Reibung oder die Fliehkraftwirkung zu berücksichtigen, die in der steilen Steigung der inneren Enden oder Wurzeln der Schaufeln ihre Ursache hat.
Der Hauptzweck der Erfindung ist, einen Läufer zu schaffen, bei welchem die in der Praxis erhaltenen Ergebnisse gleichwertig sind mit jenem Verhalten, welches unter der theoretischen Annahme eines
EMI1.1
flusses der Oberflächenverzögerung auf die Durchflussmenge und trotz des von den Steigungen der Schaufelwurzeln herrührenden Einflusses der Fliehkraft. Dieser Zweck wird dadurch erreicht, dass man von jener Abhängigkeit der Steigung vom Radius der Läufersehaufeln abweicht, die unter der Annahme der gleichmässigen axialen Durchflussgeschwindigkeit und Gefällsverteilung errechnet wird. und sie durch eine Schaufelsteigung ersetzt, die gegen die radiale Mitte der Schaufeln verhältnismässig grösser ist.
Bei dem Läufer gemäss der Erfindung vergrössert sich die Steigung der Schaufeln von einem für
EMI1.2
EMI1.3
EMI1.4
welche eine verhältnismässig grosse Menge fester Stoffe suspendiert enthalten, wird die Steigungskurve (d. i. die Kurve, deren Ordinaten die Steigungen und deren Abszissen die zugehörigen Radien angeben)
EMI1.5
EMI1.6
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Wellungen), die unbrauchbare Läuferformen ergeben wurden.
Es ist aber festzuhalten, dass für die Erfindung im allgemeinen nur (innerhalb der Grenzen) stetige Kurven in Betracht kommen, welche sich den natürlichen Strömungsbedingungen anpassen und die, wenn der Läufer im Wasser unter den beim Entwurf zugrunde gelegten Bedingungen arbeitet, einen Wert der Steigung am Umfang der Schaufeln ergeben, der, multipliziert mit der Zahl der Umdrehungen in der Zeiteinheit, eine Zahl ergibt, die unter dem Fünfviertelfachen der mittleren Durchflussgeschwindigkeit liegt und sich nur in Ausnahmefällen dem Eineinhalbfachen der Durchflussgeschwindigkeit nähert, was einem Schlupf von weniger als 20% bis zu höchstens 331/3% entspricht.
In den meisten Fällen, wo der Nabendurchmesser mässig ist, wird die Steigung am äusseren Schaufelende so gewählt, dass sie der Arbeit (bei Wasser als Medium) bei einem Schlüpfungsverhältnis zwischen 10% und 15% am Umfang entspricht, u. zw. berechnet auf die mittlere gewünschte Durehflussgesehwin- digkeit.
EMI2.2
EMI2.3
Nabe, wobei der Nabenhalbmesser 3/S bis ls'des Umfangshalbmessers beträgt.
Nach einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung erhalten die Läuferschaufeln neben der radialen noch eine axiale Änderung der Steigung. In diesem Falle ist die Steigung in der Nähe der einen Schaufelkante (nämlich der Auslaufkante bei einem Pmnpenläufer oder der Einlaufkante für einen Turbinenläufer) innerhalb der vorstehend angegebenen Grenzen gelegen, während die Steigung in der
EMI2.4
erfolgt nach stetigen Kurven.
Bei Propellerturbinen für Flüssigkeiten und bei Pumpen mit axialem Durchfluss, die mit übernormalem Sehlüpfungsverhältnis oder in viskosen Flüssigkeiten arbeiten, ist die axiale Änderung der Steigung von grosser Wichtigkeit, da sie für die stärkste Ablenkung des Flüssigkeitsdurchflusses innerhalb des Läufers bei einer Turbine und für den glatten Einlauf an den steileren Teilen des Läufers bei Pumpen sorgt.
Eine bevorzugte Bauart des erfindungsgemässen Läufers und einige zweckmässige Anwendungen desselben bei hydraulischen Maschinen sind auf der Zeichnung veranschaulicht.
Fig. 1 veranschaulicht durch Schaulinie die Steigungsverteilung an den erfindungsgemässen Läufer- sehaufeln. Fig. 2 ist ein axialer Schnitt einer Pumpe mit axialem Durchfluss, die insbesondere für Wasser bestimmt ist und bei der die bevorzugte Form des Läufers verwendet wird. Fig. 3 ist die Draufsicht auf eine Hälfte des Läufers nach Fig. 2. Fig. 4 veranschaulicht eine Anwendung der bevorzugten Form des Läufers bei einer Reaktionsturbine mit axialem Durchfluss. Die Fig. 5 und 6 sind den Fig. 2 und 3 ähnliche Ansichten einer abgeänderten Form einer Pumpe mit axialem Durchfluss.
Die Schaulinien Fig. 1 zeigen eine Reihe von Steigungskurven, in welchen die Steigungen der Läuferschaufeln als Ordinaten und die Abstände von der Läuferachse als Abszissen erscheinen. Zu Vergleichszwecken ist die Steigungskurve für einen typischen Läufer für gleichmässiges Gefälle, der in der gewöhnlichen Weise unter der Annahme eines gleichmässigen axialen Durchflusses entworfen ist, bei Al durch eine strichpunktierte Linie angedeutet, während die gestrichelte Linie A2 die entsprechende Kurve
EMI2.5
Erfindung. Die Kurve A3 veranschaulicht die bevorzugte Form, während die Kurven A4, AG die obere bzw. untere Grenzkurve und A6 eine bevorzugte Zwischenkurve zeigt.
Die bevorzugte Form des Läufers, von der zwei Ansichten einer typischen Ausführung in Fig. 2 und 3 dargestellt sind, hat 2 bis 6 Schaufeln B (in Fig. 2 und 3 sind 5 dargestellt), die von einer zylindrischen Nabe C getragen werden. Diese ist in ein zylindrisches Gehäuse D auf der Triebwelle Cl eingebaut. Im dargestellten Beispiel ist der Halbmesser'der Nabe zwei Fünftel des Umfangshalbmessers der Läuferschaufeln.
Die einen Kanten der Schaufeln des Läufers liegen in der Oberfläche eines mit dem Läufer gleichachsigen Kegels, während die andern Kanten in einer zur Achse senkrechten Ebene oder auf der Oberfläche eines anderen zum Läufer gleichachsigen Kegels, von anderm Winkel oder entgegengesetztem Öffnungswinkel liegen, so dass die axiale Länge des Läufers an der Nabe beträchtlich grösser ist als am
EMI2.6
- die waagerechte Linie All die Seitenansicht der Eintrittskante der Schaufel darstellt. Beim Läufer der Turbine nach Fig. 4 liegen die Kanten auf Kegelflächen von entgegengesetztem Neigungswinkel.
In Fig. 1, wo sich die Schaulinie von der Nabenoberfläehe bis zum Umfang des Läufers erstreckt, ist der Umfangshalbmesser gleich 1 gesetzt. Die Ordinaten stellen die Steigungen in den verschiedenen Radien dar, wobei die Steigung am Umfang gleich 1 gesetzt ist. Wie oben erwähnt, stellt die Kurve A4 R
EMI2.7
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
ist. Wenngleich die Erfindung alle Läufer umfasst, deren radiale Steigungsverteilung einer im allgemeinen stetigen, zwischen diesen zwei Grenzkurven liegenden Kurve entspricht, ist es doch selten nötig, bis
EMI3.2
EMI3.3
EMI3.4
EMI3.5
EMI3.6
Bestimmung des günstigsten Wertes der Steigung am Umfang folgende Methode verwendet.
Die mittlere axiale Durchflussgeschwindigkeit, die zur Abgabe der erforderlichen Flüssigkeitsmenge nötig ist, wird nach den verfügbaren Durehflussquerschnitten, in der Pumpe ermittelt und aus dieser mittleren Axialgeschwindigkeit und der vorgeschriebenen Drehzahl wird ein mittlerer Steigungswert für ein angenommenes
EMI3.7
als dieser mittlere Steigungswert, und dies gestattet, die Steigung am Umfang nach dem Gesetz der Steigungen für verschiedene Radien zu ermitteln, da nach diesem Gesetz die Steigung im Mittelradius angenähert l'3mal der Steigung am Umfang ist.
Vom Mittelhalbmesser ab gegen die Nabe hin wächst die Steigung rascher an als nach dem vorstehenden Gesetz, und an der Nabe erreicht die Steigung das 2'5fache der Steigung am Umfang, wobei die Steigungskurve von der Nabe bis zum Umfang einen stetigen Verlauf nimmt. Die die Steigungsverteilung angebende Kurve A 3 (ebenso wie alle ändern in den Erfindungsbereich fallenden Kurven) ist gegenüber der Abszissenaehse weniger stark konvex als die Kurve Al für die bekannten Läufer, die unter Annahme eines gleichmässigen axialen Durchflusses entworfen werden ;
die gemäss dieser Kurve ausgebildete Sehaufelform ermöglicht durch Beschleunigung des Durchflusses, die gewünschte Kompensation für die Wirkung der Oberflächenverzögerung zu erzielen, und gibt Spielraum für die Fliehkräfte in den verschiedenen Halbmessern. Bei Flüssigkeiten von höherer Viskosität als Wasser kann eine flachere Profilkurve als A 3 verwendet werden, und das Verhältnis der Mittelhalb- messersteigung zur Umfangssteigung wird um einen Betrag vergrössert, der von der Viskosität der Flüssigkeit abhängt, während das Verhältnis der Steigung an der Nabe zur Steigung am Umfang bei gleichem Nabenhalbmesserverhältnis 2-5 bleibt.
Neben der vorstehend beschriebenen radialen Änderung der Steigung können die Läufersehaufein auch eine axiale Steigungsänderung aufweisen. Bei einer Ausführungsform des Läufers, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, haben die Schaufeln dieselbe Umfangssteigung an der Austrittskante B und an der Eintrittskante B2.
Die vorstehend beschriebene Anordnung sowie die an letzter Stelle beschriebene Ausführungsform der Pumpe für axialen Durchfluss ist auch in eine axial beaufschlagte Reaktionsturbine umkehrbar.
Eine solche zweckmässige Anwendung der Erfindung bei einer axial beaufschlagten Turbine ist in Fig. 4 dargestellt. Der in der vorstehend beschriebenen Weise gebaute Läufer G läuft in einem im allgemeinen zylindrischen Gehäuse H. Der Einlauf an der Oberseite des Gehäuses H erfolgt durch einen schrägen geneigten Ringkanal H und wird durch Leitschaufeln J geregelt. Diese Leitsehaufeln sind zusammen stellbar, beispielsweise durch die mit Schlitzen versehene drehbare Scheibe J\ Bei dieser Konstruktion ist der Läufer G axial verstellbar (wie durch die punktierten Linien angedeutet), um sich verschiedenen Betriebsbedingungen anpassen zu können.
Zwecks Anpassung an geänderte Betriebsbedingungen kann man auch die Läuferschaufeln, wie bekannt, um ihre radiale Achse drehen. Eine geeignete Anordnung dieser Art ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Durch die Einstellung der Flügel durch Drehung werden zwar die Steigungsverhältnisse
EMI3.8
verteilung im erfindungsgcmässen Läufer ist eine solche, dass die Herabdrückung des Wirkungsgrades durch Drehung der Schaufeln um etwa 70 nach der einen oder der ändern Seite der normalen Stellung nur sehr klein ist und der Nachteil in Form der Herabdrückung des Wirkungsgrades reichlich wettgemacht wird durch die Möglichkeit, die Pumpe verschiedenen Betriebsbedingungen anzupassen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Laufradschaufel für Kreiselmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Steigung von einem gewählten Wert am Umfang radial nach einwärts in solchem Verhältnis allmählich ansteigt, dass die
EMI3.9
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.