Turbomaschine Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine mit einem Laufrad mit einer Anzahl sich von innen nach aussen erstreckenden Laufradkanälen, wobei die Quer schnittsfläche jedes Kanals wenigstens auf einem Teil seiner Länge von innen nach aussen abnimmt.
Die neue Konstruktion bezweckt den Wirkungs grad der Maschine durch Verminderung des Strö mungswiderstandes zu verbessern.
Es ist z. B. bei Pumpen gefunden worden, dass die Mehrzahl von Wirbelströmungen am Auslassende der Laufradkanäle, insbesondere am Aussenumfang auf tritt.
Um diesen Übelstand zu beseitigen, wird erfin dungsgemäss vorgesehen, dass im Bereich des Auslass- endes eines jeden Kanals sich dieser erweitert.
Zweckdienlich schliesst sich bei Pumpen die Er weiterung dem engsten Querschnitt eines jeden Lauf radkanals unmittelbar an, wobei diese Erweiterung in Abrundungen in die Umfangsfläche des Laufrades übergeht.
Der Wirkungsgrad dieser neuen Turbomaschinen kann durch Verringerung der Kavitation verbessert werden. Daher ist es vorteilhaft, eine Turbomaschine, deren Laufrad und deren Gehäuse mit je einer zen tralen Bohrung versehen sind, so auszubilden, dass das Verhältnis des Querschnittes der Laufradbohrung zu dem Querschnitt der Gehäusebohrung mindestens annähernd zwischen 1 : 1 und 1,25: 1 und das Ver hältnis des engsten Querschnittes des Kanals zum Querschnitt seines drehachsennahen Endes minde stens annähernd zwischen 1 : 1,5 und 1 :4 liegt.
Es ist weiterhin gefunden worden, dass zweck mässigerweise, insbesondere zur Erzielung optimaler Resultate bei Pumpen der vorgenannten Art, die Summe der auslassseitigen engsten Querschnitte der Laufradkanäle in einem vorbestimmten Verhältnis zum Querschnitt der Gehäusebohrung stehen soll.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an schliessend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt: Fig. 1 die Schnittansicht eines Teiles eines Lauf rades durch einen Schleuderkanal der aus einer Zen trifugalpumpe bestehenden Turbomaschine, Fig. 2 die Schnittansicht einer Zentrifugalpumpe mit dem in Fig. 1 dargestellten Laufrad.
In den Figuren bedeutet 1 das Laufrad, welches mit einer Anzahl von bogenförmig verlaufenden Schleuderkanälen 2 versehen ist, die sich von der Mitte bzw. der Bohrung 3 des Laufrades bis zu des sen Umfang 8 erstrecken. Der lichte Querschnitt eines jeden Schleuderkanals nimmt von der Bohrung 3 bis zu einem im Bereich des Umfanges des Laufrades liegenden engsten Querschnitt 4 ab. Diesem engsten Querschnitt 4 schliesst sich eine sich nach aussen er weiternde Düse 5 an. Der Querschnitt des Schleuder kanals erweitert sich vom engsten Querschnitt 4 an und läuft in sanften Krümmungen 6 und 7 in die Um fangslinie 8 des Laufrades 1 aus, so dass sich die erweiterte Düse 5 bildet.
Fig. 2 zeigt das in einem Pumpengehäuse 9 an geordnete Laufrad 1. Die Pumpe besitzt eine Aus lassöffnung 10 und eine an den Saug- oder Einlass stutzen angeschlossene Gehäusebohrung 11. Das Ver hältnis des Querschnittes B der Laufradbohrung 3 zum Querschnitt A der Gehäusebohrung 11 liegt min destens annähernd zwischen 1 : 1 und 1,25:1 und das Verhältnis des engsten Querschnittes c eines jeden Schleuderkanals, an den sich die sich nach aussen er weiternde Düse 5 unmittelbar anschliesst, zu dem Querschnitt des einlassseitigen Endes des Schleuder- kanals liegt mindestens annähernd zwischen 1 : 1,5 und 1 : 4.
Ferner kann das Verhältnis der Summe der eng sten Querschnitte aller Schleuderkanäle 2 zu dem Querschnitt A der Gehäusebohrung 11 durch die nachfolgend aufgeführte Formel ausgedrückt werden:
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deren Ableitung in der Folge kurz erläutert wird. Hierbei bedeutet: Ha, den atmosphärischen Druck, z.
B. im Mittel 10,3 m Wassersäule (WS) auf Meereshöhe, H\ die statische Saughöhe, d. h. bei Pumpen die ver tikale Höhe von der Pumpe bis zum Wasser spiegel, in m WS, L,; die Länge des Saugrohres in m, F den Reibungskoeffizienten des Saugrohres, dimen sionslos, D den Durchmesser der zentralen Gehäusebohrung für den Anschluss des Saugrohres in m und f einen zwischen 1 und 2 variierenden dimensions losen Faktor.
Das Verhältnis<B>EIA</B> wird durch die nachfolgen den Berechnungen und Überlegungen bestimmt: Angenommen, der freie Wasserspiegel liege unter Atmosphärendruck (10,3m Wassersäule auf Meeres höhe) und die Pumpe befinde sich auf der Höhe des Wasserspiegels, z. B. auf Meereshöhe. Dann beträgt die Saughöhe H, = 0.
Es sei weiterhin angenommen, dass keinerlei dem Fliessen des Wassers durch die Schleuderrohre oder -kanäle oder durch das Pumpen gehäuse und durch den Pumpenausgang entgegenwir kenden Kräfte vorhanden sind und dass das Verhält nis<B><I>EIA</I></B> = 1 beträgt; wenn dann das Laufrad rotiert, wird ein Vakuum erzeugt und wenn theoretisch die Umdrehungsgeschwindigkeit gross genug ist, wird das Wasser mit einer theoretisch maximalen Geschwindig keit
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in das erzeugte absolute Vakuum eintreten und durch den Auslass des Laufrades mit der gleichen Geschwindigkeit ausströmen, weil, wie vorausgesetzt, keinerlei Widerstand zu überwinden ist.
Wenn nun die Pumpe auf eine Höhe H, über den Wasserspiegel angehoben wird, wird der absolute Wert des Zulaufdruckes in die Pumpe um H, m ver ringert. Weiterhin sind noch andere Widerstände zu überwinden, nämlich die Reibungsverluste Hf der Saugleitung und die Geschwindigkeitshöhe H" sofern man die Eintrittsverluste und Ventilverluste usw. ver nachlässigt. Folglich ist die Geschwindigkeit, mit wel cher das Wasser durch das Ansaugrohr und die Aus- lässe der Schleuderrohre oder -kanäle fliessen wird, verringert.
Diese reduzierte Geschwindigkeit kann durch W, ausgedrückt werden. Je nach Saughöhe H" Zufliessgeschwindigkeit W, und Temperatur des an gesaugten Wassers werden bei Erreichung des zur Wassertemperatur gehörenden Siededruckes Kavita- tionserscheinungen auftreten, so dass man zum Zwecke der Erhöhung des statischen Druckes in den kavitationsgefährdeten Gebieten mit kleinen Ge schwindigkeiten fördert, was, bedingt durch die Kon tinuitätsgleichung, entsprechend grosse Querschnitts flächen erfordert. Es wird in diesem Sinne<B>EIA</B><I>=</I> W,/W" gesetzt.
Um die Durchflussgeschwindigkeit zu berechnen, werden die Saughöhe H\, die Rohrleitungsverluste Hf und die Geschwindigkeitshöhe H,. berücksichtigt, wäh rend andere Verluste, wie beispielsweise Eintrittsver luste, Rohrkrümmungen, Ventile in der Saugleitung, Verluste innerhalb der Pumpen usw. vernachlässigt sind. Daher gilt: Potentielle Energie = Bewegungsenergie + Rei bungsenergie im Saugrohr.
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Aus dieser Gleichung folgt
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Die maximale Durchflussgeschwindigkeit W" er rechnet sich aus der gleichen Gleichung mit H, = 0 und H,=0.
Es wird somit
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und mithin
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Dabei ist die maximale Strömungsgeschwindigkeit Ws, welche durch den atmosphärischen Druck gegen die gegebenen Widerstände erzeugt werden kann, nicht notwendigerweise gleich der Strömungsge schwindigkeit, welche das Flügelrad erzeugt, wenn die erforderliche Menge Wasser auf Grund des atmosphä rischen Druckes zufliesst.
Obschon sich die Beschreibung der Einfachheit halber auf eine Wasserpumpe bezieht, ist die Erfin dung nicht hierauf beschränkt, sondern kann für alle Arten von Turbomaschinen und Medien (Flüssigkei ten oder Gase, einschliesslich Luft) benutzt werden.
Obwohl das Laufrad 1 in den Zeichnungen ein- stückig dargestellt ist, kann es auch aus miteinander verbundenen Rohren, welche die Kanäle 2 festlegen, bestehen.
Es ist ferner möglich, anstelle der Kanalerweite rung 5 eine spezielle Düse einzusetzen und im Lauf rad festzuhalten.