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Laufradschaufel für Turbinen und Pumpen.
Bei den bisher verwendeten Laufradschaufeln von Turbinen und Pumpen wurde der Ausbildung des Schaufelrückens keine besondere Bedeutung beigemessen. Bei Blechschaufeln wurde in der Regel bloss eine Zuschärfung der Schaufelenden vorgesehen, wogegen bei gusseisernen Schaufeln zuweilen eine Verdickung der Schaufeln am Eintrittsende als vorteilhaft angesehen wurde. Neuere Versuche, die dieser Erfindung zugrunde liegen, haben jedoch gezeigt, dass der richtigen Formgebung des Schaufelrückens mindestens die gleiche Bedeutung zukommt als jener der Vorderseite der Schaufel, so dass ein Laufrad nu'aus dem Grunde unbrauchbar werden kann, wenn der Schaufelrücken willkürlich geformt wird.
Diese Erscheinung findet ihre Erklärung in der Ablösung des Flüssigkeitstrahles von solchen Schaufelwänden, die dem Durchschnittsbild einer freien Flüssigkeitsströmung nicht entsprechen. Um diese Nachteile zu beheben, wird gemäss der Erfindung der Schaufelrücken durch Drehung des Schaufelprofils der Vorderseite um den Austrittspunkt erzeugt, wie dies an Hand der Zeichnungen noch näher gezeigt wird.
Jh den Figuren ist da ? den Gegenstand der Erfindung bildende Laufrad an einigen Ausführungsbei spielen von Wasserturbinen-Lauf rädern näher erläutert und werden sich der Kürze halber auch die weiteren Erklärungen hauptsächlich auf die Wasserturbinen beziehen, doch finden dieselben auch für
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Fig. 1 zeigt die linke Laufradhälfte des Laufrades einer Kaplanturbine und Fig. 2 den in die Bildebene ausgebreiteten Schnitt zweier benachbarter Schaufelflächen mit einer der Saugrohrwand benach- batten Stromfläche z z. Fig. 3 zeigt den Schnitt der Schaufelfläche mit einer der Laufradnabe benach-
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In der österreichischen Patentschrift Nr. 74244 wurde nachgewiesen, dass sich schnellaufende Wap''turbinen bei veränderlicher Wassermenge nur dann ohne besondere Verluste regeln lassen, wenn die Laufradschaufeln derart drehbar gelagert sind, dass einem verringerten Wasserzufluss auch kleinere Radwinkel entsprechen und umgekehrt.
Ist daher in Fig. 2 durch 0 der Schnittpunkt der für vorliegende Zwecke nur ideell gedachten
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grösspre Wassermenge erforderlichen Schaufelstellung. Wird dieses Profil in die Drehlage 0. 12 gebracht, so verarbeitet die Turbine nur eine geringere Wassermenge, wogegen das in dieser Figur gestrichelt ein-
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Mittelwert zwischen diesen beiden Wassermengen durchlässt. Bei allen diesen Drehlagen bleibt der Wirkungsgrad der Turbine praktisch unverändert, da, wie in der genannten Patentschrift gezeigt, durch eine solche Regelungsart Wirbelverluste vermieden werden.
Denkt man sich nun die innerhalb dieser beiden Profillinien O A1 und 0 12 strömende Flüssigkeit zu Eis erstarrt, so wird sich dennoch wieder eine mittlere Wassermenge einstellen, die mit einer für praktische Zwecke genügenden Genauigkeit jener
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bestätigte Ergebnis erklärt sich aus dem Umstande, dass nach der Erfindung für die Vorderseite und den Rücken der Schaufel nur die Ausbildung eines einzigen Profils vorgesehen ist. Da dieses Profil unendlich dünn sein kann, so lässt sich dasselbe aus dem für unendlich dünne Schaufeln gegebenen Strömungszustand nach dreidimensionalen Gesichtspunkten genau bestimmen.
Wird diese zu Eis erstart gedachte Flüssigkeitsschichte nunmehr durch eine Turbinenschaufel aus entsprechend widerstandsfähigem Baustoff ersetzt, so bleibt auch dann der Strömungszustand
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ungeändert. Die Begrenzung der Schaufel beim Eintrittspunkte E erfolgt zweckmässig durch eine in der Normaltrajektorie n n liegende Abrundung, wobei vorausgesetzt ist, dass diese Trajektorie normal
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kante bekannt, doch können diese die in der Erfindung gestellte Aufgabe einer mögliehst verlustlosen Strömung bei endlicher Schaufeldicke nicht lösen, weil das Profil des Schaufelrückens diese notwendige Gesetzmässigkeit nicht aufweist.
Durch eine bloss gefühlsmässige Verjüngung der Profile nach der Austrittskante oder nach der Ein-und Austrittskante hin, lässt sich aber ein verlustloser Strömungs Vorgang nicht erzwingen. Die Richtigkeit des Gesagten ist auch versuchsmässig durch das Ergebnis nachgewiesen, dass eine geringfügige Abweichung in der Form des nach der Erfindung ausgebildeten Schaufelrückens genügt, um die Übereinstimmung des rechnerisch ermittelten Strömungszustandes mit den versuehsmässig gefundenen Ergebnissen vollständig zu zerstören.
Die genaue Bestimmung eines gegen die Saugrohrwand liegenden Schaufelprofils ergibt Kurven von solcher Beschaffenheit, dass die in winkeltreuer Abbildung gemessenen Krümmungshalbmesser wenig voneinander verschieden sind, wogegen die der Laufradnabe benachbarten Schaufelprofile gegen die Laufradeintrittskante stark wachsende Krümmungshalbmesser aufweisen. Um die Herstellung der Schaufeln so weit als möglich zu vereinfachen und dennoch den theoretischen Anforderungen genügend zu entsprechen, empfiehlt es sich, die der Saugrohrwand benachbarten Profile auf ihrer ganzen Länge als Kreisbögen auszubilden, wogegen die der Laufradnabe benachbarten Schaufelprofile zweckmässig aus einer Geraden und aus einem Kreisbogen zusammengesetzt sind.
Fig. 2 zeigt in der Abwicklung das in der Nähe der Saugrohrwand W auf der Stromfläche z 13 liegende Schaufelprofil. Gemäss der Erfindung ist dasselbe daher auf seiner ganzen Länge als-Kreisbogen mit dem Halbmesser l'ausgebildet.
Fig. 3 zeigt das in die Bildebene abgewickelte Profil eines Schnittes der Schaufel S mit der Stromlf ehe 131 die der Nabe N benachbart ist. An diesen Stellen wird den theoretischen Anforderungen am einfachsten durch die Ausbildung eines Profils Genüge geleistet, das aus einem Kreisbogen mit dem Halbmesser 1'1 und einer diesen tangierenden Geraden g (Fig. 3) besteht.
Von besonderer Bedeutung sind die durch diese Massnahmen gewonnenen praktischen Vorteile.
Es kann nunmehr der Schaufelplan eines neuen Laufrades mit der gleichen spezifischen Drehzahl aber bei einem andern Laufraddurchmesser nur durch proportionale Veränderung der Halbmesser der Profilkreise erhalten werden. Es entfällt sonach die früher erforderliche Neuanfertigung des Schaufelplanes, die bisher zu den zeitraubendsten und schwierigsten Arbeiten des Turbinenbaues gehört". Schliesslich bietet die Anwendung der Kreisprofile grosse werkstättentechnische Vorteile.
Das Profil des Schaufelrückens ist aber auch bei dieser Vereinfachung durch Verdrehung des Profils der Schaufelvorderseite um den Drehpunkt 0 bzw. 01 (Fig. 2 bzw. 3) auszubilden. Ob für den Drehpunkt 01 eine andere ideelle Drehachse erforderlich ist oder nicht, hängt von der gewählten Schaufelform ab. In Fig. 1 ist beispielsweise durch C, Di eine solche neue Drehachse angedeutet.
Nach der Erfindung ausgebildete Laufradschaufeln eignen sich besonders vorteilhaft für Kreiselmaschinen mit hohen Drehzahlen, weil bei diesen die Umlenkungs-und Wirbelverluste der üblichen Schaufelprofile besonders gross sind.
Die Art und Richtung der Wasserströmung durch ein mit derartigen Schaufeln versehenes Laufrad ist ebensowenig einer Beschränkung unterworfen, wie der Verwendungszweck desselben, sofern dieses Laufrad mit jenen Vorrichtungen versehen ist, die zur Erzielung eines geordneten und möglichst verlustlosen Strömungsvorganges unter allen Umständen erforderlich sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Laufradschaufel für Turbinen und Pumpen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens längs
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rückens (0 durch Drehung des in der gleichen Stromfläche liegenden Profils der Schaufelvorder- seite (0 A,) um den Austrittspunkt (0) erhalten wird.