CH316898A - Beschaufelung für axial durchströmte Kreiselradmaschinen - Google Patents

Description

      Beschaufelung    für axial durchströmte     Kreiselradmaschinen       Die     Erfindun-    betrifft eine     Besehaufelung     für axial durchströmte     Kreiselradmaschinen,     deren     Sehaufelgitter    kein     Deekband    aufweist,  und     befasst    sich mit Massnahmen, um die in  wandnahen, strömungstechnisch durch den  Spalt, oder     Randeinfluss    gefährdeten Zonen  der     Sehauf        elblätter    auftretenden Verluste her  abzusetzen.

   Diese Verluste stellen bekanntlich  einen wesentlichen Anteil der     Gesamtströ-          inun-Sverluste    einer einzelnen     Strömungsstufe     <B>C</B>  dar.     Abge.Sehen    vom     Auslassverlust        und    -vom  Spaltverlust bei     deakba.ndloser    Ausführung  eines     Sehaufelgitters,    welche beide<B>je</B> nach  der     Gefälleverteilung    auf Lauf- und     Leitrad     jeweils verschieden hoch sind und in der  Summe einigermassen gleich bleiben, kann       inan    sagen,

       dass    der eigentliche Profilwider  stand des Gitters an sieh eine untergeordnete  Rolle spielt und     dass    daher auch Unterschiede  in der jeweiligen     Profilgestaltung    in den  Hintergrund treten. Vielmehr wirken sich die  Sekundärströmungen innerhalb des Schaufel  kanals beim Umlauf der Schaufel und infolge  der Umlenkung des Treibmittels, insbesondere       ini    äussern, wandnahen Bereich der Schaufel  massgeblich in der Verlusthöhe der     Schaufe-          luno-    aus.  



  Dieser Sachverhalt fand z. B. seine     Be-          stätiguno,    durch verschiedene Messungen der       Strömun,-    hinter den     Leit-    und     Laufsehaufel-          kränzen    von ausgeführten     Axialverdichtern.       Es konnte dabei festgestellt werden,     dass    die  Strömung in der Nähe der Nabe und der     Ge-          häuse-wand,    das heisst also in wandnahen  Zonen des Schaufelblattes durch die dort  auftretende Wandreibung sehr stark gestört  wird.

   Durch die geringere     Zuströmungsge-          schwindigkeit,    zum     Leit-    oder Laufrad,     er-          zwunigen    durch jene Brems- oder Verzöge  rungswirkung der innern     bzw.    äussern Kanal  begrenzung tritt dort eine wesentlich grössere  Umlenkung des Arbeitsmittels, aber keine       Druekenergiesteigerung    mehr ein, wodurch die  ,erwähnten Sekundärströmungen gegenüber  der Strömung am Ort der mittleren Schaufel  höhe entstehen.

   Dabei sind die Teilung oder  die Grösse der     gewäAlten,    Umlenkung des       Sehaufelgitters    wohl ebenso von     Einfluss    wie  die spezifische     Fliehkraftwirkung    auf     die     entstehenden     Grenzschiellten    an den Schau  felwänden. Bei den gegebenen Auslegungen  (Drehzahl, Durchsatz, Gefälle)     lässt    sich in  dessen aus baulichen, mechanischen und     ther-          modynam-ischen    Gründen meistens wenig an  den Hauptdaten des Gitters ändern, selbst  wenn die     iSchnellaufzahl    und die spezifische  Drehzahl günstig gewählt werden können.

   Es  ist einleuchtend,     dass    sich die genannten     iSe-          kundärströmungen        und    demzufolge     die    Rand  verluste, im     Gesanitwirkungsgrad    besonders       sta-rk    bei solchen     Sehaufeln#    auswirken wer  den, welche eine im Vergleich zur Schaufel-      tiefe geringe     Sehaufelhöhe    aufweisen; aber  auch Stufen mit verhältnismässig grossen  Schaufelhöhen werden noch merkliche Ein  bussen in der     Energieamset--ung    in     mechani-          sehe    Arbeit haben.  



  Bei     Strömungsmasehinen,    welche mit tropf  baren Flüssigkeiten betrieben werden, wie  z. B.     Zentrifugalpumpen    oder Schiffspropel  lern, wurde schon vorgeschlagen, zur     Bekämp-          Tun",    der     Kavitationserschein[ungen    die jewei  ligen Propellerflügel mit Öffnungen zu ver  sehen,     dure;h    welche der von     Kavitation    be  troffene Raum sich wieder mit Flüssigkeit  auffüllen kann.

   Ausserdem ist bei Strömungs  maschinen mit     gasförinigem    Arbeitsmittel be  reits bekannt, mittels Schlitzen, welche sieh  über die ganze Schaufelhöhe erstrecken, zwi  schen Teilen der auf diese Weise nach der  Breite     unterteilt-en    Schaufel eine     N#ebenst.rö-          mung,    zu erzeugen, welche die     Hauptströ-          muno,    mitreisst und deren Ablösung von der       Sehauf-elprofilwand    verhindert.

   Diese be  kannte Massnahme bedeutet aber eine     be-          träehtliehe    Herabminderung der     mechani-          sehen    Festigkeit und hat eine Erhöhung der       Sehwingungsanfälligk.eit    der     Einzelsehaufel     zur Folge. Bei     Strömungsmasehinen,    welche  <B>b</B>  mit hohen Umdrehungszahlen betrieben wer  den, ist diese bekannte Lösung daher nicht  durchführbar.  



  Um die vorgenannten Sekundärströmun  gen und damit die Rand- und     Spaltverhiste    bei  einer     Besehaufelun-        axialdurchströmter        Krei-          selradmaschinen    wirksam bekämpfen zu kön  nen, wird gemäss der Erfindung das Blatt  der Einzelschaufel in mindestens der einen  ,der beiden     wanidnahen,        strömungsteehniseh     durch die genannten Verluste besonders ge  fährdeten Zonen mit einer Öffnung versehen,  durch welche ein Teil des Arbeitsmittels von  der     ener-iereicheren    Seite des     Sehaufelblattes     <B>C</B>  zur energieärmeren Seite geleitet wird.

   Diese       Öffnuncen    können beispielsweise in Form von  <B>C</B>  einfachen Schlitzen oder schrägverlaufenden  Bohrungen a     ge     <B>g</B>     us-    führt werden. Die Tiefe der  Schlitze am Aussenrand beträgt dabei etwa  <B>1/5</B> der Gesamthöhe des     Schaafelblattes,    wäh  rend die Wände des jeweiligen Schlitzes ent-    weder parallel zueinander verlaufen oder  sieh düsenartig verengen können. Sie können  weiters entweder die     gleiehe    Richtung wie die       Sehaufelaehse    selbst haben oder auch zu  dieser von innen nach aussen in der     Bewe-          gungsricht-ung    des Rotors<B>_</B> geneigt sein.

   Die  Lage der Profilnase, die Breite und Richtung  des Schlitzes richtet sieh dabei nach den<B>je-</B>  weils gegebenen Verhältnissen des Schaufel  gitters und ist durch Versuche auf die gün  stigste Auswirkung hin abzustimmen. Durch  das Anbringen der     erfindungsgemässen        öff-          nungen    am Rande eines     Sehaufelblattes        ent-          r'     steht zwar eine     gerin-fü,i,e,    Einbusse an  <B>s C - -</B>  Auftrieb des Jeweiligen Profils;

   durch die  Verbesserung der     Gesamtströmungsverhält-          nisse,    insbesondere     auf    der     Unterdruekseite     des     Sehaufelblattes,    wird dieser geringe Ver  lust aber weitgehend wieder aufgehoben.

    Durch die Zufuhr von     energiereieherer        Strö-          inungsünergie    von der     Druekse-ite    der Schau  fel her wird auch die     Pliehkraftwirkung,#    des       Arbeitsmitteils    auf     die        Grenzsehieht        unter-          stätzt.    Die genannten vorteilhaften     Au,swir-          kungen    sind     aueli    dann von     Einfluss,

      wenn     ini     äussern     Gitterbereieh        dureh    die     Ausle-unc    die  Reaktion der Stufe verhältnismässig hoch ist;  ein     Anstie-    des Gefälles     län--s    der Schaufel  höhe ist sowieso durch die     Dra-11,-esetzmässio,-          h.eiten    gegeben, so     dass    im     Sehaufelkanal        zu-          sätz-liehe    Strömungsenergie in ausreichendem  Masse     zür    Verfügung steht.  



  <B>In</B> vielen Fällen kann es genügen, die     Öff-          nun-en    im Schaufelblatt     naeb.    der     Erfindun-          lediglich    als     s#ehrä"#-verla-Lifende    Bohrungen  auszubilden.

   Diese nehmen dann von der       Drii#.ek,seite    der Schaufel aus ihren Ausgang,  'Lind zwar in einem     solehen    Abstand vom Rand  des betreffenden     Sehaufelblattes    (Nabe     bzw.     äussere Kanalwand),     dass    von dem     Abzwei,-          vor-an-,

      eines Teils der Strömung     nur    ge  n     zn   <I>n</I>       sunde        energiereielie        Strömungsabsehnitte        er-          lasst        wer-den.    Die Austrittsöffnungen befin  den sieh auf der Saugseite des Profils in der  Nähe der Läufernabe oder der     Gehä,-Lisewand.     



  Das Auffüllen     bzw.    Anreichern der     Schau-          felblattoberseite    mit gesunder     Strömun-    i st  auch deshalb     erwünseht,    weil durch die erfor-           derliehe,    schwächere Umlenkung des Arbeits  mittels in den äussern Abschnitten des Schau  felgitters ein grösseres Verhältnis von Schau  felteilung     zür        Se-Uaufellänge    zulässig ist.

       Da-          C   <B>C</B>  her kann auch die     Schaufelblattsehne    kleiner       0-          gehalten    werden, was im Sinne einer     Quer-          sehnittsverjüngung,des        Sehaufelprofils    durch  aus erwünscht ist, weil     Ahlösungserseheinun-          -gen    bei veränderter     Anströmung    leichter     ver-          iiindert,    werden können.  



  Weiterhin ist es     zwec-kmässig,    den Austritt  <B>C</B>  der     erfindun,-,s,-,emässen    Öffnungen an der  Profiloberseite des Schaufelblattes mindestens  angenähert an das eine Ende des von den  Wänden zweier benachbarter Schaufeln     be-          Olrennen        Strömungskanalstüekeszule,-en.    Der  Vorteil des für eine     Besehleunigung    des     Ar-          C          beitsmittels    im     Schaufelgitter    noch verfüg  <B>)</B>     )aren    Gefälles verliert sieh     nämlieb.    im sog.  



       \ehrän        -absehnitt        des        Sehaufelkanals        immer     mehr.  In der     Zeichnun-,    sind     Ausführun"sbei-          in   <B>C</B>  spiele der     Besehauf(4ung    nach der Erfindung       C,    in  dargestellt, und zwar zeigt:

         Fi#-   <B>1</B> ein     Laufsehaufelpaar    einer axial       durebströmten        Kreiselradmasehine    in     per-          spektiviseher    Ansieht mit,<B>je</B> einem Schlitz  am obern Rand des     Sehaufelblattes,          Fi-.    2 in     etwag        urösse-rem    Massstab den  <B>C C</B>  obern Abschnitt einer Einzelschaufel mit  einem zur     Sehaufelaehse    geneigten     Sehlitz,

            Fig.   <B>3</B> eine Draufsicht auf zwei     benaeh-          barte    Schaufeln-, welche     jeeinen        parallelwan-          di,-en    Schlitz aufweisen,       Fic-.    4 eine     Draufsieht    auf zwei     benaeh-          harte-    Schaufeln, welche<B>je</B> einen     Sehlitz    mit  sieh düsenartig verengenden Wänden auf  weisen,       Fig.   <B>5</B> eine     Einzelsehaufel    in     perspektivi-          seh#r    Ansieht,

   welche mit schrägen     Bohrun-          gen        ver        sehen        ist.     



  Die beiden Schaufeln des in der     Fig.   <B>1</B>  dargestellten     Laufsehaufelpaares    sind mit  ihrem     Sehaufelluss    in bekannter Weise in der  Läufernabe<B>1</B> befestigt. Das Schaufelblatt 2  ist     strömungsgünstig    profiliert. und in sich  verwunden. Am äussern, dem Gehäuse der be-    treffenden Strömungsmaschine zugekehrten  Ende ist das Schaufelblatt 2 mit einem Schlitz  <B>3</B> versehen. Die Wände 4 dieses Schlitzes<B>3</B>  -verlaufen sowohl zueinander als     au-eh    zur       Sehaufelachse    selbst parallel.

   Der Schlitz     be,-          findet    sieh in der äussern der beiden wand  nahen, strömungstechnisch durch den     Spalt-          einfluss    besonders gefährdeten Zonen. Seine  Tiefe, beträgt mindestens     angenällert   <B>115</B> der  Gesamthöhe des     Sehaufelblattes.        Fig.    2 zeigt  in etwas grösserem Massstab eine Anordnung,  bei welcher der wiederum am äussern Ende  des     Scha-ufelblattes   <B>5</B>     an#,eordnete    Schlitz<B>6</B>  .zwar parallele     Sehlitzwände   <B>7, 8</B> aufweist;

    der Schlitz<B>6</B> selbst ist aber zur Schaufelachse  von innen nach aussen in Bewegungsrichtung  der     betreffen-den    Schaufel, (Pfeil<B>A),</B> das heisst  des Rotors der     Kreiselradmaschine    hin ge  neigt.  



  In den     Fig.   <B>3</B>     und    4 ist<B>je</B> eine Draufsicht  auf zwei benachbarte Schaufeln dargestellt,       wel,ehe    gleichfalls mit<B>je</B> einem Schlitz ver  sehen sind. Die Wände des Schlitzes<B>10</B> der       Seha-Ldeln   <B>11</B> nach     Fig.   <B>3</B> verlaufen dabei zu  einander parallel entsprechend den     Ausfüh-          rungsbeispielen    der     Fig.   <B>1</B> und 2.

   In     Fig.    4       dage,-en    verengen sieh die Wände des Schlit  zes<B>13</B> der     Sehaufeln    14 in Richtung zur  Saugseite<B>15</B> des Schaufelblattes hin     düsen-          förmig.    In den beiden     Fig.   <B>3</B> und 4 erkennt  man auch das     dureh    die Buchstaben     a-d,     gekennzeichnete     Stüek    des Strömungskanals,  welches jeweils von den Wänden der zwei     be-          naehbarten    Schaufeln<B>11</B>     bzw.    14 begrenzt  ist.

   Der Austritt der Schlitze<B>10</B>     bzw.   <B>13</B> an  der Profiloberseite 12     bzw.   <B>15</B> des Schaufel  blattes ist so gewählt,     dass    er mindestens an  genähert am einen Ende     c-cl    des Strömungs  kanals zu liegen kommt.  



       Fig.   <B>5</B> zeigt schliesslich in perspektivischer  Ansieht eine     Einzelsehaufel    20 ohne Deck  band, welche anstatt der     obengenannten     Schlitze in den beiden wandnahen Zonen  (Nabe 21     bzw.    Gehäuse) mit schrägen Boh  rungen 22 versehen ist, Diese Bohrungen 22  nähern sieh von der Druckseite nach der       Saugs#eite    der betreffenden Wand. Man er  kennt dabei auch die     düsenförmige    Veren-           gung    des Kanalquerschnittes der Bohrungen  22 in Richtung zur     Schaufelsaugseite,    hin.  



  Die     erfindungsgemüssen    Öffnungen in der       Beschaufelun-    können bei jeder     axialdurch-          strömten        Kreiselradmasehine    (Turbinen und  Verdichter) zur Anwendung gelangen, wobei  es gleichgültig ist, mit welchem Arbeitsmittel  die     Kreiselradmaschinen    arbeiten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Beschaufelung für axial durehströmte Kreiselradmaschinen ohne Deckband, dadurch gekennzeichnet, dass das, Blatt der Einzel- schauf el in mindestens einer der beiden wand nahen, strömungstechnisch durch den Spalt- einfluss besonders gefährdeten Zonen mit einer Öffnung versehen ist,

   durch welche ein Teil des Arbeits-mittels von der energierei- eheren Seite des Schaufelblattes zur energie ärmeren Seite geleitet wird. UTXTERANSPRÜCHE <B>1.</B> Beschaufelung nach Patenta.nsprueh, dadurch gekennzeichnet., dass das Blatt der Einzelsehaufel an der dem Gehäuse der axial durchströmten Kreiselradmaschinen zuge wandten Seite mit einem zur Seha-Ldelachse parallelen Schlitz versehen ist,

   dessen Tiefe mindestens angenähert<B>1/5</B> der Gesamthöhe des Schaufelblattes beträgt. 2. Beschaufeluno- nach Patentanspruc'h, dadurch, gekennzeichnet, dass der am äussern Schaufelblattende angeordnete Schlitz von innen nach aussen zur Sehaufela-chse in der Bewegungsriehtung des Rotors, geneigt ist. C, zM <B>3.</B> Beschaufelung nach Patentanspruch und Unteranspruch<B>1,</B> dadurch gekennzeich net, dass die Wände des Schlitzes zueinander parallel verlaufen.

   4. Besehaufelung, nach Patentansprueh und Unteransprüchen<B>1</B> und<B>3,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass die Wände des Schlitzes sieh in Richtun '- zur Saugseite des Schaufel blattes hin düsenförmi- veren-en. el <B>C</B> <B>5.</B> Beschaufelung nach Patentanspruch und Unteransprüchen<B>1, 3</B> und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt der<B>Öff-</B> nung an der Profiloberseite des Schaufelblat tes mindestens angenähert am einen Ende des ,

   von den Wänden zweier benachbarter Schau feln begrenzten Strömungskanalstückes liegt, <B>C</B> n <B>6.</B> Beschaufelung nach Patent-ansprueh, dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt der Einzelschaufel in beiden wandnahen, strö- munastechniseh durch den Spalteinfluss be sonders gefährdeten Zonen eine schräge Boh rung aufweist., welche von der Druekseite nach der Saugseite sieh der Wand nähert.

   <B>7.</B> Beschaufelung nach Patentanspr-Lteh und Unteranspruell <B>6,</B> dadurch gekennzeieh- net, dass sieh der Querschnitt der jeweiligen Bohrungen in RiehtunE, zür Sehaufelsaugseite hin düsenförmig verengt. r'