Kreiselmaschine. In der Patentschrift Nr. 68080 ist eine Kreiselmaschine (Wasser-, Dampf- oder Gas turbine, Kreiselpumpe oder -Gebläse) besehrie- ben, deren Leitapparat so ausgebildet ist, dass im Meridianschnitt das Arbeitsmittel dem selben in radialer oder angenähert radialer Richtung zu- beziehungsweise abgeführt wer den kann.
Das Laufrad hingegen ist mindestens vor wiegend mit achsial beaufschlagten Schaufel räumen ausgestattet. Soll daher die Kreisel maschine als Turbine wirken, so erfordert die mindestens vorwiegend achsiale Beauf schlagung des Laufrades eine Ablenkung des Arbeitsnaittels im Leitapparat, zu welchem Zwecke die erwähnten Laufschaufelräume den Stirnkanten der Leitschaufeln zugehörig be- zieliungsweise benachbart sind.
Durch eine derartige Leit- und Laufschaufelanordnung wird daher schon das zwischen den Leit- schaufeln geführte Arbeitsinittel aus seiner ursprünglichen, keine achsiale Komponente aufweisende Eintrittsrichtung im erheblichen Masse abgelenkt, weil dieses Mittel auch min- destens längs eines Teiles der Stirnkanten der Leitschaufeln austreten kann.
Soll die Kreiselinaschine als Pumpe wir ken, so ist klar, dass zu diesem Zwecke nur eine Unikehrung der Strömungsrichtung er forderlich ist. Mindestens der grössere Teil des Arbeitsmittels durchfliesst sodann das Lauf rad in aelisialer oder angenähert achsialer Richtung und wird ini Leitapparat (Diffusor) aus dieser Richtung abgelenkt und verlässt denselben, im Meridianschnitt; gesehen, in wesentlich radialei- Richtung.
Die. vorliea-ende Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung derartiger Kreiselma schinen, und bezweckt, die Reibungswider stände zu verringern, die bisher erreichte spezifische Drehzahl zu erhöhen und die Un- enipfindlichkeit des Wirkungsgrades gegen über Drehzahl und Belastungsschwankungen zu vergrössern, sowie eine vereinfachte Kon struktion.
Diese Verbesserungen werden gemäss der Erfindung dadurch bewirkt, dass zwischen einem mindestens grösstenteils achsial beauf- schlagien Laufrad und im wesenthelichen ohne achsiale Richtungskomponente durchflossenen Leitschaufeln ein seliaufelloser Raum einge schaltet ist, von solcher Gestalt, dass die Längen der am meridionalen Strombild in ihm gemessenen Wasserwege sieh gegen die Lauf- radwelle hin vergrössern und wenigstens der grössere Teil des Arbeitsmittels in diesein Rauine um etwa 90 abgelenkt wird.
Der ErfindungsgegenstanA ist auf den bei liegenden Zeichnungen durch Ausführungsbei spiele veranschaulicht.
Fig. 1 stellt den Schnitt der linken Hälfte einer Wasserturbine vor, welche einen Leit- apparat mit drehbaren Leitschaufeln S1 und ein aus der Vereinigung einer Francisturbine mit einer Aehsialturbine liervorgegangenes Laufrad, besitzt; Fig. 2 zeigt den Grundriss bei abgenom menem Leitrad- und Turbinendeckel und Fig. 3 die linke Hälfte eines Zwillingslaufrades, wel ches gleichfalls die erwähnte Vereinigung der beiden Turbineritv en zum Ausdruck brinut und durch eine vertikale, durch die Turbinen achse gelegte Ebene geschnitten ist;
Fig. 4 stellt die Verbindung eines mit Drehschaufeln versehenen Leitapparates mit einem im Wesen achsial beaufschlagten Lauf rad vor, wogegen Fig. 5 die Zwillingsanord nung der gleichen Laufradform zeigt; Fig. 6 zeigt den in die Bildebene abge wickelten Schnitt einer Stromfläche z,z (Fig. 4) mit zwei benachbarten Schaufelflächen S2 einer für besonders hohe spezifische Drehzahlen ge eigneten Wasserturbine.
Der einfacheren Darstellungsweise wegen sollen die weiteren Angaben hauptsächlich auf Wasserturbinen eingeschränkt werden, doch können dieselben sinngernäss auf alle andern Arten von Kreiselmaschinen der an gegebenen Art übertragen werden.
Da bekanntlich die Wasserreibungsverluste nicht nur von der Schaufellänge, sondern atiuh vom Grade der Krümmung und von der Weite der Sehaufelkanäle abhängen, so ergibt jede Leitradanordnung umso grössere Verluste an Flüssigkeitsreibung, je näher die Leitschaufel- austrittskanten an die Laufradvelle heran- rücken, weil die lichten Weiten zweier Nach barschaufeln mit der Annäherung an die Lauf radwelle ebenfalls abnehmen.
Eine Verringerung der Wandreibungsver luste lässt sieh daher zum Beispiel im Falle einer Turbine erzielen, wenn ein hauptsächlich mit achsial beaufschlagten Schaufelräumen versehenes Laufrad durch einen radialen Leit- apparat beaufsehlagt wird, dessen Leitsehaufel- stirnkanten entweder gar nicht oder nur in unerheblichein Masse über der) Saugrolirraum beziehungsweise über das Laufrad hineinragen. Ein derartiger Leitapparat ist in den Figuren 1-5 dargestellt. Die Leitschaufeln S1 sind um die Achsen M M drehbar angeordnet, welche Verstellbarkeit die gewünschte Rege lung der Wassermenge ermöglicht.
Das Wasser durchfliesst einen solchen Leit- apparat im wesentlichen ohne achsiale Rich tungskomponente. Dadurch wird im Vereine mit dein mindestens grösstenteils achsial, be- aufschlagten Laufrad bewirkt, dass zwischen Leit- und Laufrad ein schaufelloser Leitrauin Ro (Fig. <B>1)</B> gebildet wird.
von solcher Gestalt, dass die Lärio-en dei- 31eridianprojektionen dei- Wasserwege, das heisst die Längen der am meridionalen Strombild in ihm gemessenen Wasserwege, gegen die Laufradwelle hin zu nehmen, wie dies die Ausführungsbeispiele der Figuren 4 und<B>5</B> zeigen, in welchen durch 2 und<B>3</B> einige 'Wasserwege angedeutet sind. Derartige Wasserwege können bekanntlich mit Hilfe des meridionalen Strombildes gewonnen werden.
Je mehr sich daher die Wasserstril- inung der Luftradwelle nähert, desto weniger wird dieselbe durch Führungswände beeinflusst und desto geringer sind'daher die bei unriell- tiger Winkelstellung auftretenden Verluste.
Ans den Ausführungsbeispielen ist aber auch ersichtlich, dass durch die geschilderte Ausbildung des schaufellosen Leitradraunies wenigstens der grössere Teil des diesen Raum durchströmenden Wassers eine Ablenkung uni etwa<B>900</B> ei-fährt, ohne auf diesem Wege den eiiergieverzehrenden Einfluss besonderer Füh rungsflächen (Leit- oder Laufradschaufeln) aus gesetzt zu sein.
Eine solche Ablenkung des Wassers entspricht durchaus dem natürlichen Strömungsverlauf des Wassers zu einem in axialer Richtung durehflossenen Rohre oder mit anderen Worten: Eine derartige Ablenkung muss auch dann eintreten, wenn das Wasser ohne irgend welche Führungswände, also bei spielsweise nach Entfernung des Leit- und Laufrades dem Saugrohre zuströmen würde.
Zieht man noch die grossen Geschwindigkeits änderungen in Betracht, die bei jeder Ablen kung der Flüssigkeit aus seiner geradlinigen Bahn auftreten müssen, sowie die grossen WiderstandFverluste, welche jedem radial be- aufschlagtenSchaufelraume schon wegen seiner Lage zur Turbinenwelle anhaften, so ist es auch vom Standpunkt der neueren Strömungs- lehre leicht verständlich, dass eine mit einem derartigen schaufellosen Leitradraum ausge stattete Turbine die Erreichung erheblich gilisserer spezifischer Drehzahlen erlaubt als dies bei den üblichen Bauweisen möglich ist.
Wie aber auch bei der Zuströmung des Wassers zu einem Rohre durch entsprechende Abrun dung der Eintrittsmündung desselben die sollst auftretenden schädlichen Wirbelbildungen ver mieden werden können, so ist auch im schaufel losen Leitradraum durch eine entsprechende Abrundung der äusseren Laufradbegrenzungen beziehungsweise des Satigrohrflansches für eine allmähliche Richtungsablenkung des Wassers in diesem Raume zu sorgen. Der Strömungs vorgang vollzieht sich demnach folgender massen: Durch die Leitschaufeln S1 wird das Wasser gezwungen die Leitradaustrittskanten ao ao unter den gewünsebten Leitradau8tritts- winkeln zu verlassen und mit einer Geschwin digkeit in den schaufellosen.
Leitradraum Ro (Fig. 1, 3, 4 und 5) einzuströmen, der im wesentlichen keine achsiale Komponente an haftet. In diesem Raum wird nunmehr ent weder der grössere Teil des Wassers (Fig. 1, 2 und 3) oder die gesamte Wassermenge (Fig. 4 und 5) aus dieser radialen Richtung in die achsiale oder angenähert achsiale Richtung abgelenkt, um die gewünschte Beaufschlagung des Laufrades zu bewirken. In Figur 1 und 4, in welchen einfache Laufräder dargestellt sind, erfolgt die Ablenkung in die achsiale Rich tung an den Stellen der Pfeile 2. wogegen im Falle eines Zwillingslaufrades (Fig. 3 und 5) diese Ablenkung im Sinne der Pfeile 2 Lind 3 erfolgt.
Nur für den Fall, dass das Laufrad aus der Verbindung eines Francisturbinen- laufrades mit einer Achsialturbine erhalten gedacht werden kann, wie dies die Figuren 1 und 3 zeigen, fliesst ein kleiner Teil der im Leitradraum radial eintretenden Wasser menge wenigstens angenähert in dieser Rich tung dein Laufrade zu, wie dies in den Figuren 1 und 3 an den Stellen der Pfeile 1 ange deutet ist.
Nachdem das Wasser seine Energie an das Laufrad abgegeben hat, fliesst dasselbe durch das Saugrohr in das Unterwasser. Es ist selbstverständlich, dass derartig hohe spe zifische Drehzahlen auch grosse sogenannte #Austrittsverluste" bedingen, weshalb zweck mässig durch Anwendung entsprechender Saug rohre, deren Wirkungsweise noch durch die Heranziehung der Fliebkraftwirkung des Was sers verbessert werden kann, für einen ge nügenden #Saugrohrrückgewinn" gesorgt wird.
Das gemäss vorliegender Erfindang benützte Laufrad zeigt<B>die</B> gleiche oder wenigstens eine ähnliche Anordnung der Laufradschaufelpro file, wie diese in der Patentschrift Nr. 68080 atislührlich beschrieben ist. Ist daher ein aus achsialen und radialen Schaufelräumen Ri, R2 (Fig. <B>1</B> und<B>3)</B> bestehendes Laufrad vorgesehen, so zerfällt dasselbe durch den in Figur<B>1</B> ge- strielielt angedeuteten ideellen Laufradkranz, L in zwei bekannte Laufradformen,
von welchen der mit den Schaufelräumen Ri ausgestattete Teil mit einem Francisturbinenlaufrad Ähn lichkeit besitzt, wogegen der mit dem Schaufel- rauin P-u:, ausgestattete Teil ungefähr einem Achsiallaufrad Bauart Jonval entspricht. Da jedoch den radialen Schaufelräumen keine be sondere Uedeutung zukommt, so können diesel ben auch ganz entfallen, oder doch wenigstens durch Schaufelräume mit entsprechend geneig ter Eintrittsrichtung des Wassers ei-setzt wer den.
Auch kann das Laufrad nur im wesent- lieben achsial. beaufschlagte Schaufelräume <I>(R2</I><B>' )</B> besitzen, wie dies in den Ausführungs beispielen (Fig. 4-5) angegeben ist. Selbst verständlich ist es aber zu diesem Behufe durchaus nicht erforderlich, dass etwa die Lauf radeintrittskante zur Laufradwelle senkrecht gerichtet ist, da ja auch eine gekrümmte beziehungsweise schräg zu dieser Achse gerichtete Eintrittskante (z. B. e2 e2 Fig. 4) die gewünschte Ausgestaltung des schaufel losen Leitraumes beziehungsweise die vorge sehene Ablenkung und die Verschiedenheit der Wasserweglängen in demselben gestattet.
Die vorliegende Erfindung kann daher auch kurz als #die Beaufschlagung eines Achsial laufrades durch einen bisher für Radialturbinen verwendeten Leitapparat unter Vermittlung eines schaufellosen Zwischenraumes von be stimmten Eigenschaften angedeutet werden.
Es kann zwar durch eine derartige Leit- und Laufradanordnung ein durch besondere Führungsflächen bestimmter Strömungsverlauf im Leitraum nicht erzwungen werden, weil das Wasser besonders zu den der Turbinen welle benachbarten Schaufelräumen unmittel bar vor diesen durch Leitsehaufeln nicht mehr geführt wird, doch kann der dadurch unter Umständen auftretende Wirkungsgradabfall gegenüber den sonstigen durch die geschilderte Ablenkung des Wassers im Leitraum erzielten Vorteilen von keiner Bedeutung sein. So ist beispielsweise bekannt, dass bei vielen Tur binenanlagen die der Turbinenberechnung zu Grunde gelegte Wassermenge nicht immer zur Verfügung steht.
In solchen Fällen wird da her eine Turbine, welche zwar ein en kleineren Höchstwirkungsgrad, aber in einem grösseren Beaufschlagungsbereich einen höhern Durch schnittswirkungsgrad besitzt, zweifellos selbst einer Turbine mit höherem aber mit der Be aufschlagung stark schwankenden Wirkungs grad überlegen sein.
Ein solcher höherer Durchschnittswirkungs grad lässt sich aber nach vorliegender Erfin dung erzielen, weil bei der mit abnehmender Beaufschlagung erforderlichen Verdrehung der Leitschaufeln die unmittelbare Beeinflussung der Eintrittsrichtung des Wassers in das Lauf rad diesen Leitschaufeln nicht mehr zufällt. Somit kann in der neuen Leitschaufeldrehlage die von den theoretischen Forderungen ab weichende Verteilung der längs der Stirn- kanten vorhandenen Leitradwinkel den Strö- mungsverlauf nicht inehr so ungünstig wirkend beeinflussen.
Ebenso gestattet die geschilderte Leitraum- anordnung eine erhebliche Verkürzung der Leitschaufeln S1 und damit eine erhebliche Verbilligung ihrer Herstellung sowie eine leichte Bedienung des zur Verdrehung der Schaufeln erforderlichen Reguliergetriebes, weil die Lage des Drehbolzens solcher Leit- schaufeln immer so gewählt werden kann, dass der auf diese Schaufeln ausgeübte resul tierende Wasserdruck wenigstens in der Nähe des Drehbolzens angreift, wie dies beispiels weise aus Figur 2 zu ersehen ist. Es kann demnach die Verdrehung der Leitschaufeln mit geringen Regulierkräften bewirkt werden, was insbesoders bei automatischer Regulierung von Bedeutung ist.
Eine bis an die Grenze des il#löglielieil ge- ,steigerte Erhöhung der spezifischen Drehzahl kann bei einer derartigen Kreiselmaschine er zielt werden, wenn das Arbeitsmittel nicht nur auf seinem Wege bis zum Laufrad, son dern auch in den Laufradschaufelräunien nur jene Widerstände findet, welche zu einer brauchbaren Führung dieses M, ittels längs der Schaufeln unter allen Umständen erforderlich sind.
Die übliche Ansicht, dass eine brauch bare Führung des Arbeitstnittels nur in kanal förmigen Schaufelräumen (Laufradzellen) mög- lieh sei, ist nicht stichhaltig.
In der Patent schrift Nr. <B>70009</B> ist ausführlich gezeigt, dass die in der Umfangsriehtung gemessene Schau fellänge 2 (Fig. <B>6)</B> gegenüber der Schaufeltei lung<B>(i)</B> mindestens so verkleinert werden kann, dass die von den Endpunkten eines Schaufelprofiles (b2) normal zu den Strom linien gezogenen Trajektorien (ni, <I>n2)</I> das Nachbarprofil (b1) nicht mehr schneiden ohne die Führung des Arbeitsmittels zu schädigen.
Da demnach eine lichte Weite im Sinne der üblichen Auffassung nicht mehr vorhanden ist und auch die erwähnten Trajektorien zwischen zwei benachbarten Schaufelprofilen ],-einen kanalförmigen Raum abgrenzen, so haben derartige Laufräder an der betrachteten Stelle die übliche Zellenform verloren und eine Flügulform angenommen Solche flügelartige Laufräder, welche wie gezeigt auch vorteilhaft ohne äussere Laufradbegrenzung verwendet werden können, geben in Verbindung init der geschilderten Leitraumanordnung die höchst erreichbaren spezifischen Drehzahlen. Dazu koninit aber noch eine bisher unbekannte Gleichmässigkeit des Wirkungsgrades gegen über Gefällsschwankungen, welch letztere be kanntlich im Turbinenbetricb nicht zu ver meiden sind.
Da die von der Turbine ange triebenen Arbeitsinaschinen eine konstante Drehzahl erfordern, so muss daher das Lauf rad oft durch lange Zeit hindurch mit unrich tigen Schaufelwinkeln beaufschlagt werden. Eine solche Beaufschlagung ist aber bei den Üblichen Bauweisen mit grossen Effektverlusten verbunden.
Diese Nachteile werden aber dann wirksam vermieden, wenn (las In einem schao- fellosen Leitradraum entsprechend abgelenkte Wasser einem mit flügelartigen Schaufeln ver- sehenen Laufrade zugeführt wird, weil es sich in einem solchen Falle selbst jene Ein- trittsriehtung ins Laufrad wählen kann, welche den augenblicklichen Betriebsverhältnissen am besten entspricht, Diese zwanglose Einströ- mung des Wassers in das Laufrad, welche durch die geschilderte Vereinigung der be sprochenen Leitraumanordnung init der Flügel form des Laufrades bewirkt wird,
vermeidet auGerdein jede überflüssige Führung des Was sers, weshalb dasselbe einen genügend wider standslosen Durchfluss durch die Turbine auch dann noch findet, wenn die Radwinkel den augenblicklichen Betriebsverhältnissen nicht entsprechen.
Es ist selbstverständlich, dass die geschil derten Vorteile des schaufellosen Leitradrau- mes nicht an eine engbegrenzte Lage der Leitradaustrittskantsn ao, ao gebunden sind. Auch die im Ausführungsbelspiel Figur 1 ge strichelt angegebene Lage a a erfüllt den ge wünschten Zweck. Ebenso lässt sieh derselbe durch feste oder drehbare Leitscbaufeln von entsprechender Höhe erreichen, deren Aus trittskanten entweder nach geraden Linien (ao ao Fig. 1, 3, 4 und 5) oder nach geneigten beziehungsweise gekrümmten Linien begrenzt sind.
Das gleiche gilt auch für die Laufrad schaufeln und deren Eintrittskanten (siehe ei ei Fig. 1 und e2 e2 Fig. 1, 2, 4 und 5) sofern wenigstens der grössere Teil des Laufrades achsiale Beaufseblagung erfährt und der schau fellose Teil des Leitradraumes, wie vorstehend dargelegt, vorhanden ist. Selbstverständlich richtet sich diese Form auch nach der Aus- bildung des beziehungsweise der innern Laufradbegrenzung. In den Aus führungsbeispielen Fig. 1 und 4 ist der Leit- raddeckel D eben gedacht, doch kann der selbe auch nach den gestrielielt eingezeichneten Erzeugenden D1 gekrümmt sein.
Durch eine derartige Krümmung des Leitraddeckels wird bei einem nach Fig. 1 ausgebildeten Laufrade der radiale Schaufelrauin (R1) verkleinert, was die Schnelläufigkeit des Rades nicht beein trächtigt. Die obere Laufradbegrenzung eines zu einer derartigen Deckelkrämmung passen den Laufrades ist in Fig. 1 dureh die gestrichelt gezeichnete Erzeugung E angedeutet. In Fig. 5 ist schliesslich eine scheibenförmige Verbreite rung der Laufradnabe gestriehelt eingezeichnet, welche Verbreiterung eine zweckmässige Ver teilung des im schaufellosen Teile des Leit- radraumes fliessenden Wassers nach den beiden Laufrädern hin fördern soll.
Es ist bekannt, dass in vielen Gegenden der Ausbau von Wasserkräften atis dem Grunde nicht durchgeführt werden kann, weil die bis her erreichte spezifische Drebzahl der Turbine zu klein ist und kleine Drehzahlen teuire Ma schinen und Bauwerke erfordern.
Durch eine Turbine, nach vorliegender Erfindung ausge führt. wird in allen solchen Fällen die für einen wirtschaftlichen Betrieb erforderliche Verb'Ilio#iiii-- der Energieumsetzung ei-zielt. <B>1</B> n e_I Aber auch in jenen Füllen, wo es weniger auf die Ersparnis an Betriebswasser, als auf die Erreichung besot)(1c-i .,;z hoher Unii.qtif7alileii ankommt, wird sieh die Überzeugung Bahn brechen, daU) der Ausbau von Niederdruck- anlagen selbst bei sehr geringem (-,'ef,;
tlle noch wirtschaftlich ist, nämlich dann, wenn die bisher oliiie Anwendung vorliegender Erfin dung erreichten spezifischen Drehzahlen ge rade noch als ungenügend eraehtet -werden. Eine nach vorliegender Erfindung ausge bildete Kreiselmaschine lässt sich überall dort verwenden, wo ein geordneter Strömungsver lauf im Leit- und Laufrade gesichert ist. Ein solcher Strömungszustand findet bekanntlich nicht nur bei allen Turbinen (Wasser-, Dampf- oder Gasturbine), sondern auch bei allen zeit gemäss Kreiselpumpen und Gebläsen statt.
Es bedarf keinur weiteren Begründung, dass das Leit- tmd Laufrad der Beschaffenheit des Arbeitsmittels (Flüssigkeit, Dampf, Gas und dergleichen) ohne Änderung des Wesens der vorliegenden Erfindung atigepasstwerden kann. Ebenso kann selbstverständlich bei unelasti schen Arbeitsmitteln dureh Verwendung ent sprechender Saug- beziehungsweise Druck rohre für eine wirksame Euergieunisetzung gesorgt werden. Schliesslich sei noch bemerkt, dass durch die bei Pumpen und Gebläsen er forderliche Umkehrung der Strömmigsrichtung die #Schaufelaustrittskanten" der Turbinen, den #Schaufeleintrittskanten" der Pumpeu mid Gebläse entsprecheu und umgekehrt.
Gyroscope. Patent specification No. 68080 describes a centrifugal machine (water, steam or gas turbine, centrifugal pump or fan), the diffuser of which is designed so that in the meridional section the working fluid is directed towards or in a radial or approximately radial direction who can be discharged.
The impeller, however, is at least predominantly equipped with axially acted vane spaces. If the gyroscope is to act as a turbine, the at least predominantly axial loading of the impeller requires a deflection of the working equipment in the guide apparatus, for which purpose the mentioned blade spaces are associated with the front edges of the guide blades.
Such a guide and rotor blade arrangement therefore already deflects the working means guided between the guide blades from its original entry direction, which has no axial component, because this means can also exit along at least part of the front edges of the guide vanes.
If the gyroscope is to act as a pump, it is clear that for this purpose only a reversal of the flow direction is required. At least the greater part of the working medium then flows through the running wheel in the aelisial or approximately axial direction and is deflected in the diffuser from this direction and leaves the same in the meridional section; seen in a substantially radial direction.
The. Vorliea-end invention relates to a further embodiment of such Kreiselma machines, and aims to reduce the frictional resistance, to increase the previously achieved specific speed and to increase the insensitivity of the efficiency compared to speed and load fluctuations, and a simplified construction.
According to the invention, these improvements are brought about by the fact that between an at least largely axially loaded impeller and guide vanes which essentially flow through without an axial directional component, a void-free space is inserted, of such a shape that the lengths of the waterways measured in it on the meridional flow pattern can be seen enlarge towards the impeller shaft and at least the greater part of the working medium is deflected by about 90 in this one area.
The subject matter of the invention is illustrated in the accompanying drawings through exemplary embodiments.
1 shows the section of the left half of a water turbine, which has a guide device with rotatable guide vanes S1 and an impeller which has been operated by combining a Francis turbine with an Aehsial turbine; Fig. 2 shows the floor plan with removed stator and turbine cover and Fig. 3 the left half of a twin impeller, wel Ches also the mentioned union of the two Turbineritv s to express and is cut by a vertical plane laid through the turbine axis;
Fig. 4 shows the connection of a diffuser provided with rotating blades with an axially acted running wheel in essence, whereas Fig. 5 shows the Zwillingsanord voltage of the same impeller shape; Fig. 6 shows the section of a flow surface z, z (Fig. 4) with two adjacent blade surfaces S2 of a water turbine suitable for particularly high specific speeds, which is wound in the plane of the figure.
For the sake of simpler representation, the further information should mainly be limited to water turbines, but the same can be transferred to all other types of gyroscopic machines of the type given.
Since, as is well known, the water friction losses depend not only on the blade length, but also on the degree of curvature and the width of the blade channels, every stator arrangement results in greater losses in fluid friction the closer the guide vane outlet edges move to the impeller shaft, because the clearances Also decrease the width of two neighboring shovels as you approach the impeller shaft.
A reduction in wall friction losses can therefore be achieved in the case of a turbine, for example, if an impeller, which is mainly provided with axially loaded vane spaces, is acted upon by a radial guide device, the guide vane front edges either not at all or only to an insignificant extent above the suction roller space or protrude over the impeller. Such a diffuser is shown in Figures 1-5. The guide vanes S1 are rotatably arranged about the axes M M, which adjustability enables the desired Rege development of the amount of water.
The water flows through such a control device essentially without any axial directional component. This, in conjunction with the impeller, which is at least largely axially impacted, has the effect that a vane-free guide roughness Ro (Fig. 1) is formed between the guide and impeller.
of such a shape that the lario-en dei- 31eridianprojections of the waterways, that is, the lengths of the waterways measured on the meridional flow pattern in it, move towards the impeller shaft, as the embodiments of Figures 4 and 5 </ B> show in which by 2 and <B> 3 </B> some 'waterways are indicated. As is known, such waterways can be obtained with the help of the meridional flow pattern.
Therefore, the closer the water flow approaches the air wheel wave, the less it is influenced by guide walls and the lower the losses that occur in the event of an incorrect angular position.
From the exemplary embodiments, however, it can also be seen that, due to the described design of the vane-less stator, at least the greater part of the water flowing through this space undergoes a deflection of about 900, without the egg-consuming influence of particular energy in this way surfaces (guide or impeller blades) to be exposed.
Such a deflection of the water corresponds entirely to the natural course of the water flow to a pipe that has flowed through it in the axial direction, or in other words: such a deflection must also occur when the water is without any guide walls, for example after removing the guide and impeller the intake manifold would flow.
If one also takes into account the large changes in speed that must occur with every deflection of the liquid from its straight path, as well as the large drag losses which are inherent in every radially admitted blade space because of its position in relation to the turbine shaft, so it is also from the point of view of the It is easy to understand from recent flow theory that a turbine equipped with such a vane-less stator chamber allows the achievement of significantly higher specific speeds than is possible with conventional designs.
But just as with the inflow of the water to a pipe by corresponding rounding of the inlet mouth of the same, the damaging eddy formations that should occur can be avoided, so in the vane-free stator space there is a corresponding rounding of the outer impeller limits or the satellite pipe flange for a gradual deflection of the direction Water in this room. The flow process therefore takes place as follows: The guide vanes S1 force the water to leave the guide vane outlet edges ao ao under the desired guide vane outlet angles and at a speed in the vaneless ones.
Leitradraum Ro (Fig. 1, 3, 4 and 5) flow, which adheres essentially no axial component to. In this space, the greater part of the water (Fig. 1, 2 and 3) or the entire amount of water (Fig. 4 and 5) is now deflected from this radial direction in the axial or approximately axial direction in order to achieve the desired application of the To effect impeller. In Figure 1 and 4, in which simple wheels are shown, the deflection takes place in the axial direction at the points of arrows 2, whereas in the case of a twin wheel (Fig. 3 and 5) this deflection takes place in the direction of arrows 2 and 3 .
Only in the event that the impeller can be thought of as being obtained from the connection of a Francis turbine impeller with an axial turbine, as shown in FIGS. 1 and 3, a small part of the amount of water entering radially in the stator chamber flows at least approximately in this direction Running wheels to, as indicated in Figures 1 and 3 at the points of the arrows 1 is.
After the water has given its energy to the impeller, it flows through the suction pipe into the underwater. It goes without saying that such high specific speeds also result in large so-called "exit losses", which is why it is advisable to use appropriate suction pipes, the mode of operation of which can be improved by using the centrifugal force of the water, for sufficient suction pipe recovery " becomes.
The impeller used according to the present invention shows <B> the same or at least a similar arrangement of the impeller blade profiles as this is described in detail in patent specification No. 68080. If, therefore, an impeller consisting of axial and radial blade spaces Ri, R2 (FIGS. 1 and 3) is provided, the impeller is broken up by the impeller shown in FIG. 1 > Strictly indicated ideal impeller rim, L in two well-known impeller shapes,
of which the part equipped with the blade spaces Ri has a resemblance to a Francis turbine impeller, whereas the part equipped with the blade space R-u: corresponds approximately to an axial impeller of the Jonval type. However, since the radial vane spaces are not given any special significance, they can also be omitted entirely, or at least they can be used by vane spaces with a correspondingly inclined inlet direction of the water.
Also, the impeller can only be essentially axial. acted upon blade spaces <I>(R2</I> <B> ') </B> have, as shown in the execution examples (Fig. 4-5). Of course, for this purpose it is by no means necessary for the running wheel entry edge to be directed perpendicular to the running wheel shaft, since a curved or inclined leading edge (e.g. e2 e2 Fig. 4) also has the desired design of the Shovel-less guide space or the provided deflection and the difference in waterway lengths in the same permitted.
The present invention can therefore also be briefly indicated as # the application of an axial impeller by a diffuser previously used for radial turbines mediating a vane-less space of be certain properties.
Although such a stator and impeller arrangement cannot enforce a specific flow path in the stator, because the water is no longer guided directly in front of them by stator vanes, especially to the blade spaces adjacent to the turbine shaft, but this can under certain circumstances The resulting decrease in efficiency compared to the other advantages achieved by the described deflection of the water in the control room are of no importance. It is known, for example, that in many turbine systems the amount of water on which the turbine calculation is based is not always available.
In such cases, therefore, a turbine that has a lower maximum efficiency but a higher average efficiency in a larger area of application will undoubtedly be superior even to a turbine with a higher degree of efficiency that fluctuates greatly with the application.
Such a higher average degree of efficiency can be achieved according to the present invention because with the rotation of the guide vanes required with decreasing loading, the direct influence of the entry direction of the water into the impeller is no longer attributable to these guide vanes. Thus, in the new stator vane rotation position, the distribution of the stator angles present along the front edges, which deviates from the theoretical requirements, cannot have such an adverse effect on the flow.
Likewise, the described guide space arrangement allows a considerable shortening of the guide vanes S1 and thus a considerable reduction in the cost of their manufacture as well as easy operation of the regulating gear required for rotating the vanes, because the position of the pivot pin of such guide vanes can always be selected so that the on The resulting water pressure exerted by these blades attacks at least in the vicinity of the pivot pin, as can be seen from FIG. 2, for example. Accordingly, the guide vanes can be rotated with low regulating forces, which is particularly important in the case of automatic regulation.
An increase in the specific speed that is up to the limit of the il # löglielieil can be achieved with such a centrifugal machine if the work equipment not only finds those resistances on its way to the impeller, but also in the impeller blades for a usable guidance of this means along the blades are required under all circumstances.
The usual view that a useful guidance of the working means is only possible in channel-shaped blade spaces (impeller cells) is not valid.
Patent specification no. <B> 70009 </B> shows in detail that the blade length 2 measured in the circumferential direction (Fig. <B> 6) </B> compared to the blade division <B> (i) < / B> can be reduced at least so that the trajectories (ni, <I> n2) </I> drawn from the end points of a blade profile (b2) normally to the flow lines no longer intersect the neighboring profile (b1) without the guidance of the To damage work equipment.
Since there is no longer a clear width in the sense of the usual conception and the mentioned trajectories between two adjacent blade profiles], - delimit a channel-shaped space, such impellers have lost the usual cell shape at the point under consideration and have assumed a wing shape. Such wing-like impellers which, as shown, can also be used advantageously without an external impeller limitation, give the highest possible specific speeds in conjunction with the guide space arrangement described. In addition, however, a previously unknown uniformity of the degree of efficiency with respect to gradient fluctuations, which the latter are known to be unavoidable in turbine operation, is also achieved.
Since the working machines driven by the turbine require a constant speed, the impeller often has to be subjected to incorrect blade angles for a long time. However, with the usual construction methods, such an impact is associated with large losses of effect.
However, these disadvantages are effectively avoided if (read water, which is appropriately deflected in a blade-free stator chamber, is fed to an impeller provided with wing-like blades, because in such a case it can itself choose the inlet direction into the impeller which corresponds to the corresponds best to current operating conditions, This unconstrained flow of water into the impeller, which is caused by the described combination of the discussed guide space arrangement with the blade shape of the impeller,
In addition, it avoids any superfluous routing of the water, which is why it still finds a sufficiently unobstructed flow through the turbine even if the wheel angles do not correspond to the current operating conditions.
It goes without saying that the described advantages of the vane-less stator chamber are not tied to a narrowly delimited position of the stator outlet edges ao, ao. The position a a indicated by dashed lines in the exemplary embodiment of FIG. 1 also fulfills the desired purpose. Likewise, the same can be achieved by fixed or rotatable guide vanes of the appropriate height, the exit edges of which are limited either by straight lines (ao ao Fig. 1, 3, 4 and 5) or by inclined or curved lines.
The same also applies to the impeller blades and their leading edges (see ei ei Fig. 1 and e2 e2 Fig. 1, 2, 4 and 5) provided that at least the greater part of the impeller experiences axial exposure and the blade-less part of the stator space, such as set out above, is present. Of course, this form also depends on the design of the inner impeller limitation. In the exemplary embodiments of FIGS. 1 and 4, the stator cover D is intended to be flat, but it can also be curved according to the generatrix D1 drawn in with streaked lines.
By such a curvature of the stator cover, the radial blade roughness (R1) is reduced in an impeller designed according to FIG. 1, which does not affect the speed of the wheel. The upper impeller limit of a cover curvature fit the impeller is indicated in Fig. 1 by the generation E shown in dashed lines. In FIG. 5, finally, a disc-shaped widening of the impeller hub is shown in a grooved manner, which widening is intended to promote an expedient distribution of the water flowing in the vane-less part of the stator chamber towards the two impellers.
It is known that in many areas the expansion of water power cannot be carried out because the specific speed of the turbine reached up to now is too small and low speeds require expensive machines and structures.
By a turbine, according to the present invention leads out. In all such cases, the verb'Ilio # iiii- - the energy conversion required for an economic operation is targeted. <B> 1 </B> n e_I But also in those cases where it is less a matter of saving process water than of achieving it) (1c-i.,; Z high Unii.qtif7alileii, conviction will take off break, daU) the expansion of low-pressure systems even with very low (-, 'ef ,;
In some cases it is still economical, namely when the specific speeds achieved so far, which have not been applied to the present invention, are just considered to be insufficient. A gyro machine formed according to the present invention can be used wherever an orderly flow is ensured in the guide and impeller. As is well known, such a flow condition occurs not only in all turbines (water, steam or gas turbines), but also in all times according to centrifugal pumps and blowers.
There is no need for any further justification that the guide td impeller can be adapted to the nature of the working medium (liquid, vapor, gas and the like) without changing the essence of the present invention. Likewise, in the case of inelastic work equipment, the use of appropriate suction or pressure pipes can of course ensure effective energy consumption. Finally, it should be noted that the reversal of the flow direction, which is necessary for pumps and fans, corresponds to the "blade outlet edges" of the turbines, the "blade inlet edges" of the pumps and fans, and vice versa.