Leitvorrichtung für mit einem gasförmigen Mittel betriebene Kreiselmaschinen. Die Erfindung betrifft eine Leitvorrich- tung für mit einem gasförmigen Mittel, zum Beispiel mit Verbrennungsgasen, mit Dampf oder mit Luft betriebene Kreiselmaschinen, welche sich aus aneinander gereihten Einzel stücken aufbaut, die düsenförmige, je von einer Schaufelhohl- und Rückenfläche, sowie zwei Seitenwänden begrenzte Kanäle bilden.
Zweck vorliegender Erfindung ist, durch 0<B>"</B> e ichzeitiges Herabdrücken der Leckver- luste und der Reibungs-, sowie übrigen Strö mungsverluste in derartigen Kanälen den Wirkungsgrad von Kreiselmaschinen der er wähnten Art zu erhöhen.
Zu diesem Behufe werden bei einer Leit- vorrichtung der hier in Betracht kommenden Art gemäss vorliegender Erfindung die Hohl fläche und die zwei Seitenwände eines jeden Kanals von einem Schaufelstück ,gebildet, während die Rückenfläche dieses Kanals vom benachbarten Schaufelstück gebildet wird, und es beträgt ferner an der engsten Stelle jedes Kanals der Abstand der beiden Seitenwände mindestens das Dreifache des Abstandes seiner Rückenfläche von der Hohl fläche.
Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung eingehender erläutert werden, wobei in dieser Zeichnung Fig. 1 schaubildlich eine Leitvorrichtung bekannter Bauart zeigt und Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 ist, wobei der zwischen den zwei gezeichneten Einzelstücken vorhandene Spalt in grösserem Massstab gezeichnet ist;
Fig. 3 zeigt in einer schaubildlichen Dar stellung ein Ausführungsbeispiel einer Leit- vorrichtung nach vorliegender Erfindung, während Fig. 4 ein Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3 ist, wobei auch in diesem Fälle der zwischen den zwei gezeichneten Einzel stücken vorhandene Spalt in grösserem Mass stab .gezeichnet ist;
Fig. 5 ist ein Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4 und Fig. 6 ein Schnitt nach der Linie VI- Vr der Fig. 5 ; Fig. 7 ist ein Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 8 durch ein weiteres Aus führungsbeispiel nach der Erfindung, und Fig. 8 ist ein in die Blattebene ab gewickelter Schnitt in der Umfangsrichtung durch diese letzte Ausführungsform.
Die in Fig. 1 und ,2 gezeichnete Leitvor- richtung baut sich aus aneinander gereihten Einzelstücken 1, 2 auf, die düsenförmige Kanäle 3 begrenzen. Jeder dieser Kanäle 3 wird von einer konkaven Schaufelhohlfläche 4, einer Rückenfläche 5, sowie zwei .Seiten wänden 6, 7 begrenzt.
Bei .dieser Ausfüh- rungsform sind die zwei Seitenwände 6, 7 und die Rückenfläche 5 eines jeden Kanals 3 an einem der Schaufelstücke vorgesehen, während die -Hohlfläche 4 am benachbarten Schaufelstück vorgesehen ist. 8 (Fix. 2) be zeichnet den zwischen zwei benachbarten Schaufelstücken 1, 2 vorhandenen Spalt.
In einem düsenförmigen Kanal der beschrie benen Form stellt sich bekanntlich an der konkaven Fläche 4 der grösste (+) und an der konvexen Rückenfläche 5 der kleinste (-) Druck ein, das heisst dort, wo der Spalt 8 vorhanden ist, weist das durch den Kanal 3 strömende Mittel auch den höchsten Druck auf. Das ist recht ungünstig, da eine solche Druckverteilung im Kanal 3 die Verhinde rung von Lockverlusten durch den Spalt 8 in hohem Masse erschwert.
Im Gegensatze zu dieser bekannten Aus führungsform sind bei der in Fig. @3 bis 6 gezeigten Leitvorrichtung, welche sich aus aneinander gereihten Schaufelstücken 10, 11 aufbaut, gemäss vorliegender Erfindung die Hohlfläche 12 und die zwei Seitenwände 13, 14 eines jeden Kanals 15 auf einem Schau felstück und die Rückenfläche 16 am benach barten Schaufelstück vorgesehen.
Da das die Kanäle 15 durchströmende Mittel wiederum längs der in erster Linie die Umlenkung be wirkenden Hohlfläche 12 den grössten (-f-) und an der konvexen Rückenfläche 16 den kleinsten (-) Druck aufweist, so herrscht in jedem der Kanäle 15 in der Nähe des zwi- schon je zwei benachbarten Schaufelstücken 10, 11 vorhandenen Spaltes 17 der kleinste Druck, was selbstverständlich Lockverluste durch diesen Spalt viel leichter zu verhin dern gestattet als im Falle, wo am Spalt der grösste Druck herrscht, wie dies bei einer Leitvorrichtung nach Fig. 1 und 2 der Fall ist.
Bei einer Leitvorrichtung nach vorliegen der Erfindung beträgt ferner an der engsten Stelle 18 (Fix. 5) jedes Kanals der Abstand der beiden Seitenwände 13, 14 mindestens das Dreifache des Abstandes der Rücken fläche 16 von der Hohlfläche 12 (vergleiche diesbezüglich Fig. 6).
Auf diese Ausbildung ist die Erfinderin, gestützt auf nachfolgende Überlegungen, deren Richtigkeit auch durch Versuche, die von ihr durchgeführt worden sind, bestätigt wurde, gekommen: Der Hauptanteil der Ver luste in jeder Leitvorrichtung tritt natur gemäss an denjenigen Stellen auf, an denen die grössten Durchströmgeschwindigkeiten vorhanden sind, ,das heisst also in der Gegend des engsten Querschnittes bis zum Austritt des Kanals.
Die Form und Ausbildung die ser Kanalgebiete sind daher von ausschlag gebender Bedeutung für eine ,gute Energie- umsetzung. Die Erfinderin hat nun fest gestellt, dass die Verluste, bei gegebener Querschnittsfläche, hauptsächlich vom Ver hältnis der Höhe zur Breite der Kanalquer schnitte abhängen und dass sie bei dem im vorstehenden angegebenen Verhältnis am kleinsten ausfallen.
Die nach vorliegender Erfindung in Betracht kommende hohe und schmale Kanalform im Gebiete grosser Ge schwindigkeiten bietet den weiteren Vorteil, dass der Hauptströmung überlagerte Wirbel bewegungen, welche sonst infolge der Um lenkung entstehen würden, nicht auftreten.
Die beschriebene Leitvorrichtung ist ins besondere für Kreiselmaschinen geeignet, die ein Mittel von hohem Druck zu verarbeiten haben, also zum Beispiel für Hochdruck dampfturbinen, wo infolge der kleinen Volu mina die Schaufelkanäle klein zu bemessen sind. Wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, können Schaufeln 20 der beschriebenen Form, die in erster Linie zur Führung des Dampfes dienen, gewünschtenfalls in an sich bekann ter Weise auch noch Stege 21 vorgeschaltet werden, wobei dann letztere hauptsächlich zur Aufnahme des Überdruckes, der sich auf das Leitrad 212 geltend macht, dienen.
Guide device for centrifugal machines operated with a gaseous medium. The invention relates to a Leitvorrich- device for with a gaseous agent, for example with combustion gases, steam or air operated centrifugal machines, which is built up from strung together individual pieces, the nozzle-shaped, each delimited by a blade hollow and back surface, and two side walls Form channels.
The purpose of the present invention is to increase the efficiency of centrifugal machines of the type mentioned by reducing the leakage losses and the friction and other flow losses in such channels.
For this purpose, in a guide device of the type under consideration here according to the present invention, the hollow surface and the two side walls of each channel are formed by a blade piece, while the rear surface of this channel is formed by the adjacent blade piece, and it is also on the narrowest point of each channel, the distance between the two side walls at least three times the distance of its back surface from the hollow surface.
The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing, in which drawing FIG. 1 shows diagrammatically a guide device of known design and FIG. 2 is a section along the line II-II of FIG. 1, the one drawn between the two Single pieces existing gap is drawn on a larger scale;
Fig. 3 shows a diagrammatic representation of an embodiment of a guide device according to the present invention, while Fig. 4 is a section along the line IV-IV of Fig. 3, the existing between the two individual pieces in this case Gap on a larger scale. Is drawn;
Figure 5 is a section on line V-V of Figure 4 and Figure 6 is a section on line VI-Vr of Figure 5; Fig. 7 is a section along the line VII-VII of FIG. 8 through a further exemplary embodiment according to the invention, and Fig. 8 is a section wound in the plane of the sheet in the circumferential direction through this last embodiment.
The guide device shown in FIGS. 1 and 2 is made up of individual pieces 1, 2 lined up next to one another, which delimit nozzle-shaped channels 3. Each of these channels 3 is limited by a concave vane hollow surface 4, a back surface 5, and two .Seiten walls 6, 7.
In this embodiment, the two side walls 6, 7 and the rear surface 5 of each channel 3 are provided on one of the blade pieces, while the hollow surface 4 is provided on the adjacent blade piece. 8 (Fix. 2) denotes the gap between two adjacent blade pieces 1, 2.
As is known, in a nozzle-shaped channel of the form described, the greatest (+) pressure occurs on the concave surface 4 and the smallest (-) pressure occurs on the convex rear surface 5, i.e. where the gap 8 is present, this is indicated by the Channel 3 flowing means also has the highest pressure. This is quite unfavorable, since such a pressure distribution in channel 3 makes it very difficult to prevent loss of locks through gap 8.
In contrast to this known embodiment, the guide device shown in Fig. @ 3 to 6, which is made up of strung together blade pieces 10, 11, according to the present invention, the hollow surface 12 and the two side walls 13, 14 of each channel 15 on one Look felstück and the back surface 16 is provided on the neighboring blade piece.
Since the medium flowing through the channels 15 has the greatest (-f-) pressure along the hollow surface 12, which primarily acts as the deflection, and the lowest (-) pressure on the convex back surface 16, each of the channels 15 is in the vicinity of the gap 17 already present between each two adjacent blade pieces 10, 11, the smallest pressure, which of course allows loss of locks through this gap to be prevented much more easily than in the case where the greatest pressure prevails at the gap, as is the case with a guide device according to FIG. 1 and 2 is the case.
In a guiding device according to the present invention, the distance between the two side walls 13, 14 at the narrowest point 18 (fix. 5) of each channel is at least three times the distance between the back surface 16 and the hollow surface 12 (see FIG. 6 in this regard).
The inventor came up with this training, based on the following considerations, the correctness of which was also confirmed by tests she carried out: The majority of the losses in every guiding device naturally occur in those places where the largest are Flow velocities are available, i.e. in the area of the narrowest cross section up to the outlet of the channel.
The shape and design of these canal areas are therefore of crucial importance for good energy conversion. The inventor has now established that the losses, for a given cross-sectional area, mainly depend on the ratio of the height to the width of the channel cross-sections and that they are smallest at the ratio given above.
The high and narrow channel shape in the areas of high speeds, which can be considered according to the present invention, offers the further advantage that vortex movements superimposed on the main flow, which otherwise would arise as a result of the deflection, do not occur.
The guide device described is particularly suitable for centrifugal machines that have to process a medium of high pressure, so for example for high pressure steam turbines, where the blade channels are small due to the small volume. As shown in Fig. 7 and 8, blades 20 of the form described, which are primarily used to guide the steam, if desired in a well-known manner also webs 21 are connected upstream, the latter then mainly to absorb the excess pressure, the asserts itself on the stator 212, serve.