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Freistrahlturbinelenkt wird.
Bei allen Wasserturbinen ist die Durchgangsdrehzahl nmax, das ist die Drehzahl für den unbelasteten Zustand, bedeutend höher als die Nor-
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nn.Da bei den oben erwähnten Turbinentypen, welche heute fest ausschliesslich gebaut werden, trotz vieler Versuche noch keine absolut sicher wirkende Mittel zur Verhinderung des Durchgehens bestehen, oder dann erst zur Wirkung gelangen, wenn bereits gefährlich hohe Drehzahlen erreicht sind, müssen die Generator-Rotoren für die ma-
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neuerer Zeit wird überdies die Schleuderprobe bei der maximal möglichen Drehzahl verlangt. Beide Forderungen wirken ausserordentlich verteuernd, und es ist heute zudem die mögliche Ausfüh- rungsgrenze (Festigkeit, Schwungmassen) oft schon erreicht.
Bei vollbeaufschlagten Freistrahlturbinen (Ringstrahlturbinen) stellt sich das Problem der Be- schränkung der Durchgangsdrehzahl in ähnlicher Art wie bei den oben erwähnten übrigen Turbinen. Da jedoch bei vollbeaufschlagten Freistrahltunbinen die Normaldrehzahlen an sich höher liegen als bei den für dieselben Mengen-und Gefällsverhältnissen sonst üblichen Francis-oder teilbeaufschlagten Freistrahlturbinen (die höheren Drehzahlen haben kleinere Ausführungskosten zur Folge), ist eine Beschränkung der Durch-
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absolutsicherebereits Vorschläge zur selbsttätigen Verhinderung des Durchgehens bekanntgeworden.
Unter anderem wurde dabei die Tatsache ausgenutzt, dass beim Eintauchen der Schaufeln in den geradlinigen Freistrahl der Schaufelrücken vom Strahl einen sogenannten Rückenschlag erfährt.
Durch besondere Gestaltung des Schaufeilrückens , wurde bei teilbeaufschlagten Freistrahlturbinen . erreicht, dass dieser Rückenschlag bei Erreichen . einer Oberdrehzahl bremsend in Aktion tritt.
Dieses Prinzip, nämlich durch den Rückenschlag eine Verhinderung, des Durchgehens zu erreichen, lässt sich auf vollbeaufschlagte Frei-
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geschlossene Ringstrahl den sich bewegenden Schaufeln keine freie Strahloberfläche bietet, auf
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konnten.Umsetzung der im Antriebsmedium vorhandenen Energie auf das Laufrad nie ganz verlustlos . vor sich geht. Es treten Reibungsverluste auf und es kommen Verluste auch dadurch zustande, dass nicht alle Teilströme ihre gesamte kinetische Energie abgeben können. Randströme beispielsweise treten zuweilen mit kinetischer Energie behaftet aus dem Schaufelrad aus.
Es ist klar, dass die Form des Laufrades bzw. dessen Schaufeln auf diese Verluste von massgeblichem Einfluss . sind.
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zugrunde liegt,also bei niederen Drehzahlen andere Schaufelbereiche beaufschlagt werden als bei höheren.
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einer Obet- Diese Verluste verhindern ein weiteres An- ,teigen der Drehzahl und bieten eine sichere und selbsttätig wirkende Möglichkeit, ein Durchgehen zu vermeiden.
Diese erfindungsgemässe Idee wird realisiert durch Ablenkflächen bzw. -kanten, die entweder am oder im Laufrad vorgesehen bzw. aber als in der Strömungsrichtung liegende stationäre Leitflächen ausgebildet sind, auf welche das Anbeitsmedium erst bei einer Oberdrehzahl auftrifft.
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des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
In den Fig. 1-7 sind zwei Beispiele des Erfindungsgedankens gezeigt, bei welchen sich die energievernichtenden Teile am Schaufeleintritt befinden.
In den Beispielen der Fig. 8-12 befinden sich die erfindungsgemässen Teile am Austritte der Laufschaufeln, in den letzten Beispielen, Fig. 13- 18, befinden sich die Teile zur Energievernichtung unmittelbar nach der Austrittskante des Laufrades.
Fig. 1 ist ein Radialschnitt durch ein Laufrad, Fig. 2 zeigt einen Zylinderschnitt I-I durch das Laufrad der Fig. 1 mit eingezeichneter Anstromungsrichtung bei Normaldrehzahl n = nn, Fig. 3 zeigt den gleichen Schnitt wie Fig. 2, diesmal mit eingezeichneter Anströmungsrichtung fjr erhöhte Drehzahl n > nn, Fig. 4 ist ein Radialschnitt durch ein Laufrad, Fig. 5 zeigt eine Ansicht des Laufrades gem. Fig. 4, Fig. 6 und 7 sind zwei Zylinderschnitte II-II und III-III des Laufrades Fig. 4, Fig. 8 ist ein Radialschnitt eines Laufrades mit eingezeichneter Begrenzung der Strömung durch das Laufrad bei Normaldrehzahl n = nn, Fig. 9 ist ein Radialschnitt durch das Laufrad gem.
Fig. 8 mit eingezeich- neter StrömungS1begrenzung bei erhöhter Drehzahl n > nn, Fig. 10 und 11 zeigen zwei Horizontalschnitte IV-IV und V-V durch das Lauf-
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Ansicht eines Laufrades mit eingebauten stabförmigen Schikanen, verschiedenen Querschnittes, Fig. 13, Fig. 14 und Fig. 15 zeigen in Aufriss, Grundriss und Schnitt VI-VI die Anordnung . von Leit-und Umlenkblechen unmittelbar nach dem Laufrade, Fig. 16 zeigt das Geschwindigkeitsdreieck am Laufradaustritt bei der Normaldrehzahl n = nn, Fig. 17 stellt das Geschwindigkeitsdreieck an derselben Stelle dar wie Fig. 16, diesmal bei erhöhter Drehzahl n > nn. Fig. 18 zeigt einen Radialschnitt durch ein Laufrad mit einem unten verdickten Aussenkranz.
Bei dem Beispiel nach Fig. 1-3 zeigt Fig. 1 einen Radialschnitt durch ein vollbeaufschlagtes Gleichdruckrad und die Figuren 2 und 3 eine Schaufel dieses Rades in der Projektion des Zylinderschnittes 7-7. Das Schaufelrad weist eine Nabe 1, Schaufeln 2 und einen Aussenkranz 3 auf. Energievernichtungsmittel sind auf der Schaufelrückseite in der Form einer Querrille 4 vor-
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Schaufeleintrittskante 5 erstreckt. Bei normaler Anströmung der Schaufel 2 (n = nn) kommt die Kerbe 4 nicht zur Wirkung, da die Strömung in diesem Falle infolge der nasenartigen Eintrittsschneide 6 an der Schaufelrückseite nicht zur Wirkung kommt. Steigt die Drehzahl des Rades, so ergibt sich von einer bestimmten Drehzahl weg ein Anströmen des Rades auf der Schaufelrückseite.
In diesem Falle kommt die Querkerbe 4 so ; zur Wirkung, dass sie einen Teil des auf die Schaufelrückseite auftreffenden Wassers in Umfangsrichtung umlenkt. Dadurch wird ein dem normalen entgegengesetztes Moment erzeugt und zudem die Strömung zwischen den Laufradschaufeln stark gestört. Beide Wirkungen haben gro- sse Verluste zur Folge, und setzen die maximale Drehzahl des Rades stark herab.
In Fig. 4-7 ist eine ähnliche Ausführungsform eines vollbeaufschlagten Gleichdruckrades gezeigt. Bei normaler Drehzahl nn des Laufrades erfolge der Austritt gemäss Fig. 4 zwischen den bei 7 und 8 endigenden Linien. Steigt die Drehzahl, z. B. auf n = nmax, so verlagert sich die Strömung im Laufrade nach aussen, der Austritt erfolgt nun zwischen 9 und 10. Das Was-
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n = nn nicht benetzt sind. Diejenigen Schaufelpartien des Laufrades, welche nur bei überdrehzahl n > nn beaufschlagt werden, sind so ausgebildet, dass sie durch Störung der Schaufelströmungen bremsend wirken. Die Schaufelrückseite erhält eine Querrille 11, welche der Querrille 4 des Beispieles nach Fig. 1-3 entspricht.
In ihrem äusseren Teil ist diese Rille im Querschnitt vergrössert, dargestellt in Fig. 7. Zudem ist sie nach vorne gezogen, gem. Fig. 5, d. h. sie ist zu einer Umlenknase 12 ausgebildet, welche das Wasser so ablenkt, dass ein dem normalen entgegengesetztes Moment entsteht, wobei zudem das Wasser in Wirbelung versetzt wird und so die Strömung zwischen den Schaufeln stört.
Beim Beispiel nach Fig. 8-11 werden Massnahmen gezeigt, welche an der Austrittskante der Laufradschaufel vorgesehen sind. Die Zone des Wasseraustrittes liegt bei Normalbetrieb (n = nn) im Bereiche von 13 und 14 (Fig. 8).
Bei steigender Drehzahl (n > nn) verlagert sich diese Zone immer weiter nach aussen, um endlich bei n = nmax ihre extremste, äusserste Stellung 15-16 einzunehmen (Fig. 9). Im Bereiche von 14 bis 16 wird die (im Normalfall unbenetzte) Schaufelrückseite stark nach vorn gezogen (Fig. 10). Durch diese Umlenkung entsteht ein bremsendes Moment. Da zudem der Austrittsquerschnitt im Bereiche 14-16 zu klein ist für die anfallende Wassermenge, wird die Strömung auf den Laufradschaufeln auch von dieser Seite her stark gestört und die Drehzahl durch die solcherart erhöhten Strömungsverluste stark herabgesetzt.
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Das Beispiel nach Fig. 12 betrifft ebenfalls Massnahmen an der Austrittskante der Laufradschaufel. Wir betrachten eine Schaufelung gemäss den Fig. 8 und 9. Die bei der Normaldrehzahl n = nn benetzte Austrittskante sei 13-14, die bei n = nmax benetzte Austrittslänge verlaufe von 15-16. Im Bereiche von 14 bis 16, d. h. in dem Gebiete, welches nur bei erhöhter Drehzahl n > nn beaufschlagt ist, werden z. B. stabförmige Schikanen 17 von rundem oder eckigem Querschnitte gemäss Fig. 12 angebracht. Diese Schikanen 17 lassen das Wasser wohl noch ausströmen, verursachen dabei aber einen Rückstau und eine Wirbelbildung, wodurch sie. die Verluste im Rade erhöhen und demgemäss die Durchgangsdrehzahl herabsetzen. Bei normaler Drehzahl n = nn stören diese.
Schikanen 17 nicht, da sie in Luft umlaufen und mit, dem Al'beits- medium nicht in Berührung kommen.
Beim Beispiel nach den Fig. 13-17 wird die Herabsetzung der Durchgangsdrehzahl, erreicht durch die Anordnung von Leit- und Umlenkib1e- chen unmittelbar nach dem Lau1frade. Das Laufrad 18 ist auf der Austrittsseite umgeben von Leitblechen 19 ,(siehe Fig. 13 und 14). Diese sind in radialer Richtung so gestellt, dass im Normal, betriebe n = nn die Richtung des Ble-
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gleichschwindigkeitsdreieck Fig. 16). Das Wasser strömt so ohne Stoss an den Leitblechen 19 vorbei und diese bleiben ohne Wirkung auf die Laufradströmung. Wenn sich die Drehzahl erhöht, er-
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Richtung und Grösse. Es ändert sich die absolute Austrittsgeschwindigkeit V2 in V'2'iDie Austritts- . bleche 19 wel'den schräg angeströmt (Fig. 17).
Das Wasser wird an ihnen in Umfangsrichtung umgelenkt werden. Die Austrittsleitbleche sind nun nicht parallel zur Radachse, sondern sie sind derart geneigt, dass eine Umlenkung in Umfangsrichtung zugleich auch eine Umlenkung in axialer Richtung, u. zw. nach oben, zur Folge hat (Fig. 15). Das Umlenkblech 20 endlich zwingt die nach oben abgelenkten Wasserteile nach innen, wo sie auf das Laufrad 18 zurückfallen.
Die Strömung verläuft nach dem in Fig. 13 und 14 eingezeichneten Stromfaden 21. Die nach dem Laufrad umgelenkten Wassermassen stören die normale Strömung zwischen den Laufschaufeln in hohem Grade und erwirken eine Herabsetzung der Durchgangsdrehzahl. Bei kleinerer Drehzahl , als der normalen wird das abfliessende Wasser nach unten abgelenkt, und es entsteht keine wesentliche Störung.
Im Beispiel nach Fig. 18 befindet sich am unteren Ende des Aussenkranzes des Laufrades 22 eine Verdickung 23, welche noch, je nach den Erfordernissen, mit zusätzlichen Schikanen versehen werden kann. Dieser Wulst 23 dreht in einem bei Normalbetrieb leeren Ringkanal 24. Bei Normaldrehzahl n = nn ist die Austrittskante des Rades 22 von 25 bis 26 benetzt und in den Ringkanal 24 gelangt nur Spritzwasser, welches durch die öffnungen 27 sofort abfliesst.
Steigt die Drehzahl an, verlagert sich der Durchfluss durch das Laufrad nach aussen und die Austrittskante wird bei n = nmax zwischen 28 und 29 benetzt. Ein Teil des Betriebswassers gelangt so in den Ringkanal 24, wo die Offnungen 27 nicht mehr genügen, um das Wasser wegzuführen. Der Wulst 23 dreht im Wasser.
Dadurch wird die Radreibung vervielfacht und die Drehzahl kann nicht so hoch steigen, wie wenn diese Massnahme nicht getroffen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vollbeaufschlagte Freistrahlturbine bei der
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gelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkflächen bzw. -kanten entweder am oder im Laufrad vorgesehen bzw. aber als in der Strömungsrichtung liegende stationäre Leitflä- chen ausgebildet sind, auf welche das Arbeitmedium erst bei einer Oberdrehzahl auftrifft.