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Laufrad für Wasserturbinen.
Der Gegenstand des Patentes Nr. 73820 betrifft eine Kreiselmahchine, hei der durch eine im Verhältnis zur Schaufelteilung entsprechende Verschmälerung der in der Umfangsrichtung gemessenen Schaufelbreite die bisher gebräuchliche Zellen-oder Kanalform der
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findung soll nun diese Flügelform nur an den äusseren Flügelteilen, vorgesehen sein, wogegen die der Laufradnabe benachbarten Flügelteile die übliche Zellenform besitzen. Hiedurch wird eine erhebliche Steigerung der spezifischen Drehzahl bei entsprechender Widerstandsfähigkeit des Laufrades gegen Biegungsbeanspruchungen erzielt.
Den flügelartigen Laufrad- schaufeln wird eine zur Laufradachse im Wesen senkrecht oder geneigt gerichtete Lage gegeben und die Laufradnabe wird so weit verkleinert, als dies aus Festigkeitsrücksichten überhaupt möglich ist. Eine solche Lnufradbauweise erlaubt die Beaufschlagung durch eine
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noch näher gezeigt werden wird.
Die Fig. i und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Laufrades nach der Erfindung, das durch eine Leitvorrichtung mit radialem Wassereintritt beaufschlagt wird, wobei Fig. i
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den Grundriss der Turbine bei abgenommenen Leitraddeckel L zeigt. Fig. 3 veranschaulicht den in die Bildebene ausgebreiteten Schnitt zweier benachbarter Laufladschaufeln F, F, die durch die in der Nähe der Saugrohrwand befindlichen Stromfläche S2#S3 (Fig. 1) ge-
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der Laufradnabe benachbarten Stromfläche S4-S ; ;
zeigt. Die Fig. 5 und 6 stellen ebenfalls ein Ausführungsbeispiel eines Laufrades nach der Erfindung dar, das von einer Leitvorrichtung mit radialem Wassereintritt beaufschlagt wird, wobei jedoch aus baulichen Rücksichten ein Laufrad mit schräg nach abwärts gerichteten Laufradflügeln vorgesehen
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Fig. 6 den Grundriss bei abgenommenem Leitraddeckel L. In diesem Grundriss ist auch das durch die Ebene X - Y in Fig. 5 geschnittene Laufrad eingezeichnet, dessen Schaufeln F mit der Nabe N aus einem Stück hergestellt sind. Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen ein
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geordnet sind. Fig. 7 stellt den Schnitt dieser Turbine mit der Ebene 0-P in Fig. 8 im Aufriss und Fig. 8 die Draufsicht auf das Laufrad bei abgenommener Leitvorrichtung dar.
Fig. 9 zeigt die Vorderansicht einer durch Verschraubung bewirkten verstellbaren Verbindung der Laufradflügel mit der Laufradnabe, wobei ein Flüge) durch die lotrechte Ebene C-E in Fig. 7 und 8 geschnitten ist.
Die Fig. 3, die den in die Zeichenebene ausgebreiteten Schnitt der Stromfläche S2#S2
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licht, zeigt, dass die von den Endpunkten der Schaufelprofile und senkrecht zu den Stromlinien gezogenen Trajektorien it"tz, das benachbarte Profil nicht mehr schneiden, weshalb an dieser Stelle durch zwei benachbarte Schaufeln kein kanalförmiger Raum gebildet wird. Hiebei ist. wie nach dem Stammpatente die in einer StromflÅache gemessene Schaufellänge l kleiner als die kleinste in der gleichen Stromfläche gemessene Schaufelteilung/1'Der in
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Schaufelfläche vermieden ist, wobei der schraffierte Schaufelschnitt diese Verbreiterung angibt.
Durch diese wird die Bildung eines kanalförmigen Raumes, einer Laufradzelle, bewirkt, der von den beiden Nachbarpronlen und den beiden Normaltrajektorien n3 und n4 eingeschlossen und in Fig. 4 durch Schraffierung hervorgehoben ist. Diese der Laufradnabe benachbarte Zellenform hat mit Rücksicht auf die geringe Wassergeschwindigkeit in hydrau-
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Wassers und damit die spezifische Drehzahl der Turbine.
*) Frühere Zusatzpatente Xr. 775%, 77597.
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Wie schon erwähnt, ist die möglichste Unabhängigkeit der Energieausnutzung des Wassers von seiner Eintritts- und Durchflussrichtung in der Leitvorrichtung von besonderer Bedeutung. Es wird daher nach der Erfindung der Nabendurchmesser d entsprechend ver-
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ungefähr senkrecht oder entsprechend geneigt zur Laufradwelle steht. Durch diese Massnahme wird nicht nur der sonst bei Axiallaufrädern übliche Innenkranz, sondern auch dessen Spalt vermieden, es werden also jene Massnahmen erzielt, die die gewünschte Unabhängigkeit-on der Form der Leitvorrichtung bewirken. Um die bei Axiallaufrädern auf-
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hindern, zu verhüten, werden die übliche Aussenkranzanordnung der Laufräder verlassen, so dass sich die äusseren Flügelenden bis knapp an die Saugrohrwand erstrecken.
Die unmittelhare Berührung der Flügel mit der Saugrohrwand wird durch einen kleinen Spalt zwischen dieser Wand und den Flügelenden verhindert. Allerdings kann sich dann ein schmaler, um die äusseren Flügelenden gelegter Ring als zweckmässig erweisen, wenn durch eine besonders starke Schaufelbelastung eine Verbiegung der Schaufeln zu befürchten ist. Ein solcher Ring muss so schmal gemacht werden, als dies aus Herstellungs- und Festigkeitsrücksichten überhaupt möglich ist.
Dass ein Laufrad uach der Erfindung von einer Leitvorrichtung mit beliebiger Eintritts- und Durchflussrichtung des Wassers beaufschlagt werden kann, geht auch aus den Ausführungsbeispielen hervor. Die Fig. I, 2, 5, 6 zeigen eine Leitvorrichtung, wie sie in ähnlicher Ausführung zur Beaufschlagung der Francisturbinenlaufräder verwendet wird. Der Wassereintritt in die Leitvorrichtung erfolgt in radialer Richtung. Die Fig. 7 und 8 zeigen ein Laufrad nach der Erfindung, das von einer Leitvorrichtung mit im Wesen axialer Durchflussrichtung beaufschlagt wird.
Es ist aber selbstverständlich, dass dieses Laufrad mit
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bL-aufschlagt werden könnte. Ebenso könnten auch die übrigen Ausführungsbeispiele durch eine Leitvorrichtung mit beliebiger Eintritts- und Durchflussrichtung des Wassers beaufschlagt werden. Man Ist daher immer in der Lage, jene Leitvorrichtung zu verwenden, deren Benutzung hei den gegebenen örtlichen Verhältnissen am zweckmässigsten erscheint, ohne an dem Laufrad irgendwelche Veränderungen vornehmen zu müssen. Aber auch die Form und die Lage der Leitschaufeln sind beim Erfindungsgegenstande zur Erfüllung des
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der Leitschaufeln. S der Laufradweue : f erheblich genähert werden können, weil die ge- neigte Lage der Laufradeintrittskanten e eine solche Annäherung zulässt.
Dadurch kann die Beaufschlagung nicht nur längs der Aust ittskanten der Leitschaufeln, sondern auch längs eines grossen Teiles ihrer Stirnkanten i erfolgen. Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 zeigt dagegen eine Leitvorrichtung, bei der der Wasseraustritt nur längs der Austrittskanten der Leitschaufeln erfolgt, wodurch das, Wasser aus seiner ursprünglichen Eintrittsrichtung in einen schaufellosen Leitradraum abgelenkt wird. Selbstverständlich könnte diese Ablenkung auch durch eine besondere Krümmung des Leitraddeckels erfolgen.
Den Laufradein-und-austrittskanten e und u in den Fig. I. 2 und 5 bis 8 ist nach der Erfindung keine bestimmte Krümmung und Lage vorgeschrieben, sofern diese Kanten die Schaufeln so begrenzen, dass diese die aus Festigkeitsgründen erforderliche axiale Verbreiterung gegen die Nabe hin aufweisen und die geforderte Richtung mit Beziehung auf die laufradwelle ermöglichen, wie dies z. B. der gegen die Laufradnahe verstärkte Flügel-
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der Laufradflügel. weil durch den in der Stromrichtung nach abwärts verschobenen An- griffspunkt T der Fliehkraft 171 ein dem Wasserdruckmoment entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment hervorgerufen wird.
Es kann aber aus baulichen Rücksichten auch die ent-
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bezweckt. Bei besonders hoben Drehzahlen empfiehlt es sich, die äusseren Flügelecken ab- zulunden, wie die, in Fig. 6 durch r angedeutet ist.
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zweckmässig. Nach Fig. o wird diese verstellbarkeit dadurch bewirkt, dass der LaufradFlügel F mit einer Flansche f verbunden ist, in der Schlitze p ausgespart sind. Die Be-
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festigung der Flanschen f an die Laufradnabe geschieht durch Schraubenbolzen, die durch die Schlitze p hindurchgesteckt und in der Laufradnabe befestigt werden.
Durch die aus den Fig. 7 und 8 ersichtlichen Schraubenmuttern t lässt sich eine nachherige Versteifung dr Laufradflügel ohne Einbau eines neuen Laufrades leicht ermöglichen.
Da bekanntlich hohe spezifische Drehzahlen auch grosse Austrittsverluste bedingen, so
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werden kann, für einen entsprechenden Saugrohrrückgewinn geborgt werden. Das ganze Laufrad muss während des Betriebes von strömendem Wasser enültt sein.
Ein nach der Erfindung ausgebildetes Lauf ; ad wird überall dort Verwendung finden
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und wo die bisher erreichten spezifischen Drehzahlen einen wirtschaftlichen.Ausbau der Wasserkraft erschwe en oder unmöglich machen. Die Anpassungsfähigkeit des Laufrades an jede beliebige Leitvorrichtung wird den Ausbau der Wasserkraft auch dort noch ermöglichen, wo dies bj der üblichen Leitradanordnung nicht mehr durchführbar ist. Im besonderen wird ein derartiges Laufrad berufen sein. die Wasserenergie von g ossen Strömen auszunutzen. die bekanntlich wegen des geringen Gefälles bisher noch gar nicht oder nur unter b@deutenden Kosten verwertet werden konnten.
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Impeller for water turbines.
The subject matter of patent no. 73820 relates to a gyroscope machine, which means that the cell or channel shape that has been used up to now is achieved by narrowing the blade width measured in the circumferential direction in relation to the blade pitch
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According to the invention, this wing shape should only be provided on the outer wing parts, whereas the wing parts adjacent to the impeller hub have the usual cell shape. This results in a considerable increase in the specific speed with the corresponding resistance of the impeller to bending loads.
The vane-like impeller blades are given a position that is essentially perpendicular or inclined to the impeller axis and the impeller hub is reduced in size to the extent that this is possible for reasons of strength. Such an Lnufradbauweise allows the loading by a
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will be shown in more detail.
Figs. I and 2 show an embodiment of an impeller according to the invention, which is acted upon by a guide device with radial water inlet, Fig. I
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shows the layout of the turbine with the stator cover L removed. 3 illustrates the section of two adjacent rotor loading blades F, F, which is spread out in the plane of the drawing and which is caused by the flow surface S2 # S3 (FIG. 1) located in the vicinity of the suction tube wall.
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the flow surface S4-S adjacent to the impeller hub; ;
shows. 5 and 6 also represent an embodiment of an impeller according to the invention, which is acted upon by a guide device with radial water inlet, but for structural considerations an impeller with obliquely downwardly directed impeller blades is provided
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6 shows the floor plan with the stator cover L removed. In this floor plan, the impeller cut through the plane X - Y in FIG. 5 is drawn, the blades F of which are made in one piece with the hub N. FIG. Figures 7 and 8 illustrate a
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are ordered. Fig. 7 shows the section of this turbine with the plane 0-P in Fig. 8 in elevation and Fig. 8 shows the top view of the impeller with the guide device removed.
FIG. 9 shows the front view of an adjustable connection, effected by screwing, of the impeller blades to the impeller hub, a flight of which is cut through the vertical plane C-E in FIGS. 7 and 8.
3, which shows the section of the stream surface S2 # S2
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licht, shows that the trajectories drawn from the end points of the blade profiles and perpendicular to the streamlines no longer intersect the adjacent profile, which is why no channel-shaped space is formed at this point by two adjacent blades. This is as in the parent patent the blade length l measured in a flow area is smaller than the smallest blade pitch measured in the same flow area / 1'Der in
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Blade surface is avoided, the hatched blade section indicating this broadening.
This causes the formation of a channel-shaped space, an impeller cell, which is enclosed by the two neighboring pronouns and the two normal trajectories n3 and n4 and is highlighted in FIG. 4 by hatching. This cell shape, which is adjacent to the impeller hub, has with regard to the low water speed in the hydraulic
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Water and thus the specific speed of the turbine.
*) Former additional patents Xr. 775%, 77597.
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As already mentioned, the greatest possible independence of the energy utilization of the water from its direction of entry and flow in the guide device is of particular importance. According to the invention, the hub diameter d is therefore correspondingly
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is approximately perpendicular or inclined to the impeller shaft. This measure not only avoids the inner rim that is otherwise customary in axial impellers, but also its gap, so those measures are achieved which bring about the desired independence of the shape of the guide device. In order to reduce the risk of axial impellers
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prevent prevention, the usual outer rim arrangement of the impellers are abandoned, so that the outer wing ends extend just up to the suction pipe wall.
The direct contact of the wings with the suction pipe wall is prevented by a small gap between this wall and the wing tips. However, a narrow ring placed around the outer wing ends can prove to be useful if there is a risk of the blades bending due to a particularly strong blade load. Such a ring must be made as narrow as is possible for manufacturing and strength considerations.
The exemplary embodiments also show that an impeller according to the invention can be acted upon by a guide device with any inlet and flow direction of the water. Figs. I, 2, 5, 6 show a guide device as it is used in a similar embodiment for acting on the Francis turbine runners. The water enters the guide device in the radial direction. 7 and 8 show an impeller according to the invention, which is acted upon by a guide device with essentially an axial flow direction.
It goes without saying, however, that this balance bike with
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bL could be served. Likewise, the other exemplary embodiments could also be acted upon by a guide device with any inlet and flow direction of the water. It is therefore always possible to use the guiding device which appears most expedient to use under the given local conditions, without having to make any changes to the impeller. But also the shape and the position of the guide vanes are the subject matter of the invention to meet the
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of the guide vanes. S the impeller value: f can be considerably approximated, because the inclined position of the impeller leading edges e allows such an approximation.
As a result, the loading can take place not only along the discharge edges of the guide vanes, but also along a large part of their front edges. The embodiment according to FIGS. 5 and 6, however, shows a guide device in which the water is discharged only along the outlet edges of the guide vanes, whereby the water is deflected from its original entry direction into a vane-less guide wheel space. Of course, this deflection could also take place by a special curvature of the stator cover.
The impeller inlet and outlet edges e and u in FIGS. I. 2 and 5 to 8 are not required to have a specific curvature and position, provided that these edges limit the blades in such a way that they provide the axial widening required for strength reasons against the hub have out and allow the required direction with relation to the impeller shaft, as z. B. the wing reinforced against the impeller
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the impeller blade. because the point T of the centrifugal force 171, which is shifted downward in the direction of flow, causes a torque directed in the opposite direction to the water pressure torque.
However, due to structural considerations, the
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aims. At particularly high speeds, it is advisable to round off the outer wing corners, as indicated by r in FIG. 6.
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expedient. According to Fig. O, this adjustability is brought about by the fact that the impeller blade F is connected to a flange f in which slots p are cut out. Thieves-
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The flange f is fastened to the impeller hub by means of screw bolts which are inserted through the slots p and fastened in the impeller hub.
The screw nuts t shown in FIGS. 7 and 8 allow subsequent stiffening of the impeller blades without installing a new impeller.
Since, as is well known, high specific speeds also cause large outlet losses, see above
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can be borrowed for a corresponding intake manifold recovery. The entire impeller must be kept out of flowing water during operation.
A barrel designed according to the invention; ad will be used everywhere
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and where the specific speeds achieved so far make an economical expansion of hydropower difficult or impossible. The ability of the impeller to be adapted to any guide device will enable the expansion of water power even where this is no longer feasible with the usual guide wheel arrangement. In particular, such an impeller will be called. to use the water energy of large streams. which, as is well known, could not yet be used at all or only at low cost because of the small gradient.