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Laufrad für Wasserturbinen oder Kreiselpumpen für unelastische Flüssigkeiten.
Der Gegenstand des österreichischen Patentes Nr. 73820 betrifft ein Laufrad für Wasser- turbinen oder Kreiselpumpen für unelastische Flüssigkeiten, bei welchem eine im Verhältnis zur Schaufelteilung entsprechende Verschmälerung der in der Umfangsrichtung gemessenen Schafuellänge die bisher gebräuchliche zelLen-oder kanalförmige Form der Schaufelfläche mindestens längs eines Teiles dieser Fläche vermieden ist. Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in der Form und gegenseitigen Lage der Laufradflügel, durch welche eine Erhöhung der spezifischen Drehzahl und eine Anpassung des von der Arbeitsmaschine aufgenommenen Kraftmomentes an das von der Turbine abgegebene Kraftmoment bewirkt werden kann.
Diese Verbesserungen werden erreicht durch eine gesetzmässige Anpassung des gewünschten Kraftmomentes an die Grösse der Laufradschaufelfläche sowie an die Grösse der durch den Laufraddurchmesser bestimmten Kreisfläche. In den beiliegenden Figuren ist das den Gegenstand der Erfindung bildende Laufrad an einigen Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den Aufriss eines mit vier kongruenten Schaufeln versehenen Laufrades mit im Wesen axialem Wasserdurchfluss. Fig. 2 zeigt den Grundriss dieses Laufrades. Fig. 3 zeigt ein mit zwei kongruenten Schaufeln versehenes Laufrad und Fig. 4 stellt den Grundriss dieses Laufrades vor.
An den neuzeitlichen Turbinenbau wird häufig die Aufgabe gestellt, die Turbine derart zu regulieren, dass ein bestimmtes noch zulässiges Kt'aftmoment dauernd nicht überschritten wird. Handelt es sich beispielsweise um die Gewinnung elektrischer Energie, so ist bekanntlich der Generator nur für ein bestimmtes höchstes Drehmoment entworfen, welches aus dem Grunde dauernd nicht überschritten werden darf, weil die sonst unvermeidliche Erwärmung der Wicklungen eine Zerstörung des Generators hervorrufen könnte. Die übliche Regulieranordnung kann diesen Übelstand nicht verhindern, sondern nur vergrössern, weil ein steigendes Widerstandsmoment des Generators eine Drehzahlverminderung der Turbine hervorruft, die durch den Regulator bzw. durch die Turbine nur durch eine neuerliche Vergrösserung des Kraftmomentes ausgeglichen werden kann.
Dieser Nachteil lässt sich aber vermeiden, wenn nach der Erfindung die Überlastungsfähigkeit der Arbeitsmaschine (Generator) mit jener der Kraftmaschine (Turbine) in Einklang gebracht wird. Fig. 1 und 2 zeigt ein derartiges Rad für hohe spezifische Drehzahlen, welches zu diesem Behufe nur vier feste oder bewegliche Schaufeln besitzt, deren gesamte Sehaufelfläehe (F) nicht grösser ist als der dritte Teil der
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das Gleichgewicht des normalen Strömungszustandes durch das Laufrad sehr gering. Eine dauernde und erhebliche Vergrösserung des Drehmomentes bringt eine Störung dieses normalen Strömungszustandes hervor, welche sich aber nicht in einer Vermehrung, sondern in einer Verringerung des Kraftmomentes äussert. Durch diesen Umstand ist die geschilderte Gefahr einer Zerstörung der Arbeitsmaschine wirksam vermieden.
Freilich darf der ziffermässig angegebene Wert des Verhältnisses zwischen Schaufelfläche und Kreisfläche nicht als starre Grenze aufgefasst werden, bei deren Überschreitung die neue Wirkung plötzlich einsetzt, sondern es ist ein den Naturgesetzen entsprechender stetiger Übergang vorhanden, der noch
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dazu von der Grösse des Laufrades und der Rauheit der Schaufeln usw. abhängt. Es bedarf auch keines besonderen Nachweises, dass die Überlastungsfähigkeit des Laufrades um so kleiner wird, je mehr das erwähnte Verhältnis unterschritten wird. Ist daher eine bestimmte Über- lastungsfähigkeit der Arbeitsmaschine (Generator) bekannt oder vorgeschrieben, so lässt sich auch das Turbinenlaufrad dieser Überlastung anpassen.
Die Fig. 3 und 4 zeigen das Ausführungsbeispiel eines Laufrades für besonders hohe spezifische Drehzahlen und mit kleiner Überlastungsfähigkeit. Beides lässt sich aber nur mit einer kleinen Schaufelzahl vereinigen, da sonst die Wirbelverluste an den Schaufelkanten, der ungünstige hydraulische Radius sowie praktische Herstellungsschwierigkeiten die Erreichung des gewünschten Zweckes verhindern. Aus diesen Gründen sind für derartige Räder nur zwei
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Beaufschlagung auch verstellbar ausgeführt werden können.
Die sonstige Form der Schaufelfläche ist zweckmässig nach dreidimensionalen Gesichtspunkten unter Berücksichtigung der Wasserreibung zu bestimmen, wenn auf die praktische Einhaltung der dem Rade zugrunde gelegten Drehzahlen und Wassermengen Gewicht gelegt wird.
So ist beispielsweise bei besonders hohen spezifischen Drehzahlen eine Verschmälerung der
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verständlich braucht aber im allgemeinen der mittlere Flächeninhalt jeder einzelnen Schaufel eines Laufrades nicht gleich gross zu sein, wenn nur der mittlere Flächeninhalt sämtlicher Schaufeln die angegebene Grenze nicht überschreiten. Die durch den Laufraddurchmesser D #D2
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recht stehenden Kreises gegeben, der durch die der Laufradwelle am weitesten entfernten Schaufelenden beschrieben wird (Fig. 1-4). Die Art und Richtung der Wasserströmung durch das Laufrad ist ebensowenig einer Beschränkung unterworfen wie der Verwendungszweck desselben, soferne dieses Laufrad mit jenen Vorrichtungen versehen ist, welche zur Erzielung eines geordneten und möglichst verlustlosen Strömungsvorganges unter allen Umständen erforderlich sind.
Soll daher ein solches Laufrad in eine Turbine eingebaut werden, so muss durch einen entsprechend ausgebildeten Leitapparat für einen geordneten Wasserzufluss zum Laufrad gesorgt werden. Für die Abführung des Wassers aus dem Laufrad ist ein Saugrohr vorzusehen, das einen entsprechenden #Saugrohrrückgewinn" ermöglichen muss. Soll ein nach der Erfindung ausgebildetes Laufrad in einer Kreiselpumpe Verwendung finden, so bedarf es keiner besonderen Begründung, dass auch in solchen Fällen alle jene Vorrichtungen benutzt werden müssen (Diffusor, Saugrohr usw. ), die zu einem geordneten Strömungsvorgang in der- artigen Kreiselpumpen erforderlich sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Laufrad für Wasserturbinen oder Kreiselpumpen für unelastische Flüssigkeiten nach Patent Nr. 73820, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Flächeninhalt sämtlicher Schaufeln (F) nicht grösser ist als der dritte Teil der durch den Laufraddurchmesser (D) bestimmten Kreis-
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