Strömungsmitteldurchtlusskanal Die vorliegende Erfindung betrifft Kanäle, die von gekrümmten Seitenwänden begrenzt und für den Strömungsmitteldurchfluss bestimmt sind, insbe sondere Schaufelkanäle bei Turbinen für elastische Strömungsmittel.
Wie bekannt, müssen im Falle des Durchflusses elastischer Strömungsmittel durch eine Reihe von gekrümmten Kanälen, wie z. B. durch die Schaufel kanäle von Turbinen, die mit elastischen Strömungs mitteln arbeiten, die entstehenden Zentrifugalkräfte durch Druckgefäfie ausgeglichen werden.
überdies ergibt sich, wenn die Kanäle durch Stirnwände, bei Turbinenschaufeln als Fuss und Deckband be zeichnet, die stromaufwärts über die Kanten der Schaufeln vorragen, begrenzt sind oder wenn die hochdruckseitige Geschwindigkeitsverteilung zwi schen Fuss und Deckband sonstwie gestört ist, eine ungleichmässige Verteilung von Zentrifugalkräften und damit des Druckes auf beiden Seiten der Schau feln ergeben, und es bilden sich Wirbelpaare in jedem Kanal am Fuss und am Deckband, die den gewünschten Stromliniendurchfluss durch die Ka näle stören.
Diese Wirbelpaare bestehen in jedem Kanal un abhängig voneinander, bis sie sich an den Schaufel- hinterkanten treffen, wo ein Geschwindigkeitssprung hervorgerufen wird, der eine unstabile Wirbelstrasse und damit einen Energieverlust in der Strömung hervorruft.
Die Bildung solcher Wirbel kann vermieden oder wenigstens ihr Ausmass verringert werden, wenn es gelingt, die Geschwindigkeit des Strömungsmittels in der Nähe von Fuss und Deckband derjenigen der Mittelzone anzugleichen. Dies konnte, wenigstens zum Teil, durch Abziehen der Grenzschichten durch öffnungen in Fuss und Deckband erreicht werden, aber ein solches Vorgehen würde wiederum neue Verluste mit sich bringen, die einem durch Ver ringerung der Wirbelbildung erzielten Gewinn ent gegenwirken.
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Vermei dung solcher Wirbel auf Grund von Mitteln, die selbst keine neuen Verluste bedingen. Gemäss der Erfindung wird dies erreicht durch Abändern der Kanalform, indem die Krümmung gegen den Boden und die Decke zu am Austrittsende des Kanals ge genüber derjenigen in der Mitte vergrössert ist, um das Druckgefälle im Strömungsmittelstrom in der Nähe des Bodens und der Decke am Kanalaustritts- ende zu erhöhen und dadurch der Tendenz zur Wir belbildung entgegenzuarbeiten, wie sie durch die Verringerung der Strömungsmittelgeschwindigkeit am Boden und an der Decke hervorgerufen wird,
welche Verringerung durch die Strömungsmittel- reibung mit den Stirnwänden bedingt ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes ist in der Zeichnung an Hand der Ausbil dung einer Gasturbinenschaufel veranschaulicht. Es zeigen: Fig. <B>1</B> eine gemäss der Erfindung abgeänderte Turbinenschaufel und Fig. 2-4<B>je</B> einen Querschnitt dieser Schaufel nach der Linie A-A, B-B bzw. C-C der Fi '-. <B>1.</B> Die Schaufel nach Fig. <B>1</B> ist von üblicher Kon struktion, mit einem Fuss, der am Turbinenrad be- festigbar.ist,
und dem Schaufelblatt 2, das sich vom Fuss aus erstreckt. In einem Schaufelkranz sind nor malerweise eine Anzahl solcher Schaufeln vorhan den, wobei die Stirnflächen der Schaufelfüsse an- einanderstossen und die Oberseiten letzterer einen durchgehenden Boden<B>3</B> bilden, der die eine Wand des von benachbarten Schaufeln gebildeten, ge krümmten Kanals darstellt. Die Schaufeloberenden sind normalerweise durch ein Deckband miteinander verbunden, das durch die gestrichelte Linie A-A angedeutet ist und die Decke für den zwischen be nachbarten Schaufeln liegenden Kanal bildet.
Der Kanal zwischen den Schaufeln ist somit von ge krümmten Seitenwänden, von denen die eine kon kav ist und durch die Vorderseite der gezeichneten Schaufel gebildet ist und die andere konvex ist und durch die Rückseite der benachbarten Schaufel ge bildet wird, und durch Fuss und Deckband begrenzt., Fuss und Deckband des Kanals üben infolge ihrer Reibung auf die anliegenden Schichten des elastischen Strömungsmittels einen die Geschwindig keit verzögernden Einfluss aus, so dass sich über die Kanalhöhe eine ungleichmässige Verteilung der Geschwindigkeit ergibt. Die daraus entstehende Druckverteilung ergibt eine Wirbelbildung, und diese Wirbel stören den Durchgang des Strömungsmittels in Stromlinienbahnen durch den Kanal und ergeben einen Energieverlust.
Gemäss der Erfindung wird dieser Energie verlust durch Vergrösserung der Schaufelkrümmung am Schaufelaustrittsende in Nähe von Fuss und Deckband gegenüber der Krümmung der Schaufeln in der Mitte verringert, indem die Schaufeln ein wärts gekrümmt werden, wie bei 4 und<B>5</B> angedeutet ist. Diese Änderung der Schaufelausbildung wirkt sich dahin aus, die Druckgefälle im Kanal wieder herzustellen, so dass die Druckgefälle in der Nähe von Fuss und Deckband dem Druckgefälle auf halber Höhe des Kanals, das heisst im Abschnitt B-B, angeglichen werden. Die aus dieser Abände rung sich ergebenden Querschnitte sind in Fig. 2 bis 4 gezeigt.
Die hier angegebene Schaufelausbildung ist na türlich zusätzlich zu den Schaufelwinkelkorrekturen, wie sie normalerweise vorgenommen werden, um den Unterschied im Durchmesser des Innen- und Aussenrandes bei Axialturbinen oder Kompressoren auszugleichen.
Die Erfindung kann angewandt werden auf die bewegliche Schaufelung, das heisst dort, wo, wie bei einer vorangehenden Düse, Grenzeinflüsse strom aufwärts eintreten, oder auf die feste Beschaufelung in irgendeiner Stufe der Turbine.
Die Erfindung ist oben speziell in Verbindung mit dem Durchfluss von elastischen Strömungsmit teln durch Kanäle, die von den Schaufeln in Tur binen für elastische Strömungsmittel gebildet wer den, beschrieben worden. Ebensogut können aber die dabei entwickelten Prinzipien auch angewandt werden auf die Aufrechterhaltung eines in Strom linien verlaufenden Durchflusses in andern Aus rüstungen, wie z. B. Windkanälen, Kompressoren und dergleichen.
Fluid flow channel The present invention relates to channels which are limited by curved side walls and intended for the flow of fluid, in particular special blade channels in turbines for elastic fluids.
As is known, in the case of elastic fluids flowing through a series of curved channels, e.g. B. through the vane channels of turbines that work with elastic flow media, the resulting centrifugal forces are balanced by pressure vessels.
Moreover, if the channels are limited by end walls, in the case of turbine blades as root and shroud, which protrude upstream over the edges of the blades, or if the high-pressure side speed distribution between root and shroud is otherwise disturbed, an uneven distribution of centrifugal forces and so that the pressure on both sides of the blades result, and pairs of vortices form in each channel at the foot and on the shroud, which disrupt the desired streamline flow through the channels.
These vortex pairs exist independently of one another in each channel until they meet at the rear edges of the blades, where a jump in speed is caused, which causes an unstable vortex street and thus a loss of energy in the flow.
The formation of such eddies can be avoided or at least their extent can be reduced if the speed of the flow medium in the vicinity of the foot and shroud can be matched to that of the central zone. This could be achieved, at least in part, by removing the boundary layers through openings in the foot and shroud, but such a procedure would in turn entail new losses which counteract a gain achieved by reducing the formation of eddies.
The present invention aims at the avoidance of such eddies due to means which do not themselves cause new losses. According to the invention, this is achieved by changing the shape of the channel, in that the curvature towards the floor and the ceiling at the outlet end of the channel is increased compared to that in the middle, in order to reduce the pressure drop in the fluid flow near the floor and the ceiling at the channel outlet. increasing the end and thereby counteracting the tendency to vortex formation, which is caused by the reduction in the fluid velocity on the floor and ceiling,
which reduction is due to the fluid friction with the end walls.
An embodiment of the subject matter of the invention is illustrated in the drawing on the basis of the formation of a gas turbine blade. They show: FIG. 1 a turbine blade modified according to the invention and FIG. 2-4 each a cross section of this blade along the line AA, BB or CC of FIG. . <B> 1. </B> The blade according to Fig. <B> 1 </B> is of the usual design, with a foot that can be attached to the turbine wheel,
and the airfoil 2 extending from the root. A number of such blades are normally present in a blade ring, the end faces of the blade roots abutting one another and the upper sides of the latter forming a continuous bottom 3, which curved one wall of the one formed by adjacent blades Channel represents. The upper ends of the blades are normally connected to one another by a shroud, which is indicated by the dashed line A-A and forms the ceiling for the channel lying between adjacent blades.
The channel between the blades is thus of curved side walls, one of which is concave and is formed by the front of the blade drawn and the other is convex and is formed by the back of the adjacent blade, and limited by the foot and shroud ., Base and shroud of the channel exert, due to their friction on the adjacent layers of the elastic fluid, an influence that slows down the speed, so that the speed is unevenly distributed over the height of the channel. The resulting pressure distribution results in vortex formation, and these vortices disrupt the flow of fluid flow through the duct and result in a loss of energy.
According to the invention, this energy loss is reduced by increasing the blade curvature at the blade outlet end in the vicinity of the root and shroud compared to the curvature of the blades in the middle, in that the blades are curved inwards, as indicated at 4 and <B> 5 </B> is. This change in the blade design has the effect of restoring the pressure gradient in the channel so that the pressure gradient in the vicinity of the base and shroud is equalized to the pressure gradient at half the height of the channel, i.e. in section B-B. The cross-sections resulting from this change are shown in FIGS.
The blade design specified here is of course in addition to the blade angle corrections that are normally made to compensate for the difference in the diameter of the inner and outer edge of axial turbines or compressors.
The invention can be applied to the moving blades, i.e. where, as in a preceding nozzle, boundary influences occur upstream, or to the fixed blades at any stage of the turbine.
The invention has been described above specifically in connection with the flow of elastic fluid through channels formed by the blades in turbines for elastic fluids. Just as well, however, the principles developed can also be applied to the maintenance of a flow running in streamlines in other equipment, such as. B. wind tunnels, compressors and the like.