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.
Blading for centrifugal wheel machines with axial flow. The invention relates to blading for centrifugal wheel machines with axial flow, the Sehaufelgitter has no deek band, and deals with measures to reduce the losses occurring in the flow-related zones of the Sehaufelblätter near the wall, which are endangered by the gap or edge influence.
As is well known, these losses represent a substantial proportion of the total flow losses of an individual flow stage <B> C </B>. Apart from the outlet loss and gap loss in the case of an endless design of a Sehaufel lattice, which both <B> each < / B> are different in height according to the gradient distribution on the impeller and idler wheel and remain more or less the same in total, inan can say
that the actual profile resistance of the grille plays a subordinate role and that therefore differences in the respective profile design take a back seat. Rather, the secondary flows within the blade channel when the blade revolves and as a result of the deflection of the propellant, in particular in the outer, wall-near area of the blade, have a decisive effect on the amount of loss of the blade.
This fact took place z. B. his confirmation, through various measurements of the flow, - behind the guide vane and rotor blade rings of executed axial compressors. It was found that the flow in the vicinity of the hub and the housing wall, that is to say in zones of the blade close to the wall, is very strongly disrupted by the wall friction occurring there.
Due to the lower inflow speed to the stator or impeller, the braking or deceleration effect of the inner or outer channel limitation results in a significantly greater deflection of the working medium, but no increase in pressure energy, which causes the secondary flows mentioned arise in relation to the flow at the location of the middle blade height.
The division or the size of the chosen deflection of the Sehaufel lattice are probably just as important as the specific centrifugal force effect on the resulting boundary stripes on the blade walls. With the given layouts (speed, throughput, gradient), there is usually little that can be changed in the main data of the grille due to structural, mechanical and thermodynamic reasons, even if the speed and specific speed can be chosen favorably.
It is evident that the mentioned secondary flows and consequently the edge losses will have a particularly strong effect in terms of overall efficiency in those blades which have a blade height that is small compared to the blade depth; But even steps with relatively large blade heights will still have noticeable losses in the energy set-up in mechanical work.
At flow machines, which are operated with drip ble liquids, such. B. To learn centrifugal pumps or ship propellers, it has already been proposed to combat cavitation phenomena by providing the respective propeller blades with openings so that the space affected by cavitation can be refilled with liquid.
In addition, it is already known in fluid flow machines with a gaseous working medium to generate a smooth flow between parts of the blade divided in this way according to the width by means of slots which extend over the entire blade height the main stream, entrains and prevents its detachment from the Sehaufelprofilwand.
This known measure, however, means a considerable reduction in the mechanical strength and results in an increase in the susceptibility to visual vibrations of the individual blades. In the case of flow machines which are operated at high speeds, this known solution is therefore not feasible.
In order to be able to effectively combat the aforementioned secondary currents and thus the edge and gap conditions in the case of impeller machines through which there is axial flow, the blade of the individual blade in at least one of the two near-wanid flow increases due to the losses mentioned Endangered zones are provided with an opening, through which part of the working medium is directed from the energetic side of the blade <B> C </B> to the lower-energy side.
These openings can, for example, be made in the form of simple slots or inclined bores a ge <B> g </B>. The depth of the slots on the outer edge is about <B> 1/5 </B> of the total height of the sheep sheet, while the walls of the respective slot either run parallel to one another or can narrow in the manner of a nozzle. Furthermore, they can either have the same direction as the Sehaufelaehse itself or be inclined to it from the inside to the outside in the direction of movement of the rotor <B> _ </B>.
The position of the profile nose, the width and direction of the slot depends on the given conditions of the blade grid and is to be matched through tests for the most favorable effect. By attaching the openings according to the invention to the edge of a blade blade, there is indeed a slight loss of buoyancy in the respective profile;
However, by improving the overall flow conditions, especially on the lower pressure side of the blade, this slight loss is largely canceled out.
By supplying energetic flow energy from the pressure side of the blade, the force of the force of the working device on the boundary view is underestimated. The mentioned advantageous effects are then also of influence
if in the outer grid area the output and the reaction of the stage are comparatively high; An increase in the gradient along the blade height is in any case given by the Dra-11, -esetzmässio, - means, so that additional flow energy is available in sufficient amount in the Sehaufel canal.
<B> In </B> many cases it may be sufficient to close the openings in the blade. of the invention - to train only as s # ore "# - long bores.
These then take their exit from the Drii # .ek, side of the blade, 'and indeed at such a distance from the edge of the blade in question (hub or outer duct wall) that from the two, - before-on-,
of a part of the flow are only allowed very little energy-rich flow segments. The outlet openings are located on the suction side of the profile in the vicinity of the rotor hub or the housing lisewall.
Filling or enriching the upper side of the blade with a healthy flow is also desirable because the required, weaker deflection of the work means in the outer sections of the blade grid allows a greater ratio of blade pitch to length of the blade .
Therefore, the blade chord can also be kept smaller than 0-, which in the sense of a cross-sectional tapering of the blade profile is desirable because it is easier to reduce looseness in the case of a changed flow, can be.
Furthermore, it is expedient to provide the outlet <B> C </B> of the invention, -, s, -, emässen openings on the profile upper side of the blade at least approximately to the one end of the flow channel section from the walls of two adjacent blades , -en. The advantage of the incline still available for acceleration of the work equipment in the shovel grille is lost. in the so-called
\ Ehrän -section of the Sehaufel Canal more and more. In the drawing, embodiments are shown in <B> C </B> games of the equipment (4ung according to the invention C, shown in FIG. 1, namely:
Fi # - <B> 1 </B> a pair of moving blades of an axially through-flow centrifugal wheel machine in perspective view with, <B> each </B> a slot on the upper edge of the blade, FIG. 2 on a somewhat larger scale the <B> C C </B> upper section of a single blade with a seat inclined towards the blade,
FIG. 3 shows a top view of two adjacent blades, each of which has a parallel-walled slot, FIG. 4 a top view of two close-up hard blades, which <B> each </B> have a seat with walls that narrow in the manner of a nozzle, FIG. 5 </B> shows a single blade in perspective,
which is provided with oblique holes.
The two blades of the rotating blade pair shown in FIG. 1 are fastened with their blade flow in a known manner in the rotor hub <B> 1 </B>. The airfoil 2 has a flow-favorable profile. and become twisted. At the outer end facing the housing of the relevant turbomachine, the blade 2 is provided with a slot <B> 3 </B>. The walls 4 of this slot <B> 3 </B> run parallel to one another and also to the blade axis itself.
The slot is located on the outside of the two walls, which is particularly vulnerable to flow due to the influence of the gap. Its depth is at least approximated to <B> 115 </B> the total height of the blade. Fig. 2 shows, on a somewhat larger scale, an arrangement in which the slot <B> 6 </B>, arranged in turn at the outer end of the blade <B> 5 </B>, has parallel slit walls <B> 7, 8;
the slot <B> 6 </B> itself, however, is inclined towards the blade axis from the inside to the outside in the direction of movement of the relevant blade (arrow A), that is to say the rotor of the rotary machine.
In FIGS. 3 and 4, a top view of two adjacent blades is shown, which is also shown before a slot is also used with <B> each </B>. The walls of the slot <B> 10 </B> of the Seha-Ldeln <B> 11 </B> according to FIG. 3 run parallel to one another in accordance with the exemplary embodiments in FIG > 1 </B> and 2.
In FIG. 4, however, the walls of the slot 13 of the blade 14 narrow in the form of a nozzle in the direction of the suction side 15 of the blade. In the two FIGS. 3 and 4 one can also see the part of the flow channel marked by the letters ad, which is separated from the walls of the two adjacent blades 11 and 14 is limited.
The exit of the slots <B> 10 </B> or <B> 13 </B> on the profile top side 12 or <B> 15 </B> of the blade is selected so that it is at least approximated to one End c-cl of the flow channel comes to rest.
Finally, FIG. 5 shows a perspective view of a single blade 20 without a shroud, which instead of the above-mentioned slots in the two wall-close zones (hub 21 and housing) is provided with inclined bores 22, these bores 22 see from the pressure side to the suction side of the wall in question. He also knows the nozzle-shaped narrowing of the channel cross-section of the bores 22 in the direction of the blade suction side.
The openings according to the invention in the blading can be used in any centrifugal machine (turbines and compressors) through which there is axial flow, it being irrelevant with which working medium the centrifugal machines work.