DE1264360B

DE1264360B - Diffuser for flow machines, especially as a suction pipe or suction manifold for water turbines

Info

Publication number: DE1264360B
Application number: DEV26155A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Michael Strscheletzky
Original assignee: JM Voith GmbH; Neyrpic SA
Current assignee: JM Voith GmbH; Neyrpic SA
Priority date: 1963-06-17
Filing date: 1964-06-13
Publication date: 1968-03-21

Description

Diffusor für Strömungsmaschinen, insbesondere als Saugrohr bzw. Saugkrümmer für Wasserturbinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Diffusor für Strömungsmaschinen und insbesondere in seiner Anwendung als Saugrohr bzw. Saugkrümmer für Wasserturbinen, vorzugsweise für Kaplanturbinen.Diffuser for turbo machines, in particular as an intake manifold or intake manifold for water turbines The invention relates to a diffuser for flow machines and especially in its application as an intake manifold or intake manifold for water turbines, preferably for Kaplan turbines.

Diflusoren dienen zur Umwandlung von Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie. Zum Beispiel verläßt die in Wasserturbinen verarbeitete Flüssigkeit das Laufrad mit einer Geschwindigkeit, die noch eine erhebliche kinetische Energie darstellt. Diese wird in einem als Diffusor ausgebildeten Saugrohr zum Teil in Druckenergie umgesetzt. Der zulässige größte Erweiterungswirtkel eines solchen Saugrohres beträgt bei drallfreier Strömung etwa 9Q. Ein etwa bis zu 2' größerer Erweiterungswinkel kann dann gewählt werden, wenn die strömende Flüssigkeit mit einem Drall behaftet ist. Bei einem zur Verringerung der Länge des Saugrohres gewählten größeren Winkel würde die Grenzschicht der Strömung nicht mehr den, Wänden. des. Saugrohres folgen, sondern sich-. von ihnen ablösen. Dies führt zu unzulässigen. Verlusten-, d. h. der Wirkungsgrad der Umsetzung von kinetischer Energie in Druckenergie würde> zu schlecht. Da außerdem auch die Wandreibung zu Verlusten führt, nimmt der Wirkungsgrad der Energieumwandlung auch mit der Länge eines Diffusors ab. Bei den bei Wasserturbinen aus baulichen Gründen an Stelle eines geraden Saugrohres meist verwendeten sogenannten Saugkrümmern treten durch die Umlenkung noch zusätzliche Verluste auf, abgesehen von der Tatsache, daß die Reibungsverluste bei Saugkrümmern ohnehin, größer sind als bei geraden Saugrohren, Bei den immer mehr zunehmenden Leistungen und damit größer werdenden Dimensionen derartiger Anlagen schlägt sich naturgemäß jede auch nur geringfügige Verkürzung der Bauhöhe eine-s solchen Saugkrümmers in einer wesentlichen Verringerung der Baukosten nieder, da,. abgesehen von dem geringeren Materialbedarf für das Saugrohr, beträchtliche Einsparungen an Erd- und Felsarbeiten erzielt werden können. Das Bestreben geht deshalb dahin, durch geeignete Maßnahmen unter Aufrechterhaltung des Wirkungsgrades, die Baulänge bzw.. -höhe derartiger Saugrohre oder Saugkrümmer zu verringern" d. h. auf einer kürzeren Strecke die gleichen beträchtlichen kinetischen Energien bei gleichbleibendem Wirkungsgrad in Druckenergie umzusetzen.Diflusors are used to convert velocity energy into pressure energy. For example, the liquid processed in water turbines leaves the impeller at a speed that still represents considerable kinetic energy. This is partially converted into pressure energy in a suction pipe designed as a diffuser. The maximum permissible expansion angle of such a suction pipe is about 9Ω with a swirl-free flow . A widening angle that is up to 2 'larger can be selected if the flowing liquid is subject to a swirl. At a larger angle chosen to reduce the length of the suction pipe, the boundary layer of the flow would no longer be the walls. Des. Suction pipe follow, but yourself-. detach from them. This leads to impermissible. Loss, d. H. the efficiency of the conversion of kinetic energy into pressure energy would be> too bad. Since wall friction also leads to losses, the efficiency of the energy conversion also decreases with the length of a diffuser. In the case of the so-called suction elbows, which are mostly used in water turbines for structural reasons instead of a straight intake manifold, additional losses occur due to the deflection, apart from the fact that the friction losses in intake manifolds are anyway greater than with straight intake manifolds, with the ever increasing performance and thus the larger dimensions of such systems, every even slight reduction in the overall height of such an intake manifold is naturally reflected in a substantial reduction in the construction costs, since. apart from the lower material requirement for the suction pipe, considerable savings in earthwork and rock work can be achieved. Therefore, the desire has been to reduce by suitable means while maintaining the efficiency, or the overall length .. amount of such suction pipes or suction bend "d. E. To implement over a shorter distance, the same considerable kinetic energy with constant efficiency in pressure energy.

Zu diesem Zweck ist bereits die Maßnahme bekannt, größere Erweiterungswinkel zu wählen und zur Verhinderung der Ablösung und. Wirbelbildung die Grenzschicht durch die Wandung. hindurch, z. B, durch Schlitze, oder porös ausgebildete Wandungsiteile abzusaugen, Solche, Schlitze bzw. poröse Rohrwandungen setzen sich jedoch trotz. entsprechender Vorkehrungen relativ schnell mit Fremdkörpern zu und- verlieren damit ihre Wirkung.For this purpose, the measure is already known to choose larger extension angles and to prevent detachment and. Eddy formation in the boundary layer through the wall. through, e.g. B, to be sucked off through slits or porous wall parts, but such slits or porous pipe walls are set in spite of this. preparedness relatively quickly with foreign bodies to and- lose their effect.

Es ist ferner bekannt, den in divergenten Kanälen vorhandenen. statischen Druckunterschied zur selbsttätig wirkenden Absangung der abgebremsten Wandschichten durch öffnungen an'der Wand, wo, die Strömung sich ablöst, und zur Wiedereinführting der abgesaugten Flüssigkeit durch die öffnungen an der gegenüber der Ablösungswand liegenden Wand zu benutzen. Merbei geht jedoch die direkt aus der Hauptströmung genommene Energie dem Hauptstrom verloren.It is also known to exist in divergent channels. static pressure difference for the automatically acting absorption of the braked wall layers through openings on the wall, where the flow separates, and for reintroducing the sucked liquid through the openings on the wall opposite the separation wall. However, the energy taken directly from the main flow is lost to the main flow.

Man hat deshalb auch schon als Einrichtung zum Anblasen der Grenzschicht an der Wand des Diffusors einen oder mehrere tangential zur Huuptströmung mündende Schlitze: vorgesehen, die mit dem Unterwasserraum durch kurze, strömungsgünstig ausgebildete Kanäle in Verbindung stehen.That is why there is already a device for blowing on the boundary layer one or more opening tangentially to the main flow on the wall of the diffuser Slots: provided that connect with the underwater space through short, aerodynamically favorable trained channels are in communication.

Auch hier besteht die Gefahr, daß sich die relativ engen Schlitze. durch. Verunreinigungen des Wassers zusetzen, Außerdem ist diese Konstruktion für größere Anlagen sehr, kompliziert und aufwendig.Here, too, there is a risk that the relatively narrow slots will become. by. Adding impurities to the water, this construction is also for larger systems are very, complicated and expensive.

Der Erfindung liegt. die Aufgabe zugrunde, einen Diffusor für Strömungsmaschinen, insbesondere als Saugrohr bzw. Saugkrümmer für Wasserturbinen, vorzugsweise für Kaplantarbinen, zu schaffend der die kinetische EnenIlie in Druckenergie auf einer möo,-lichst kurzen Strecke umsetzt und der die aufgezeigten Nachteile der bekannten Einrichtungen nicht hat.The invention lies. the task is based on a diffuser for turbo machines, in particular as an intake manifold or intake manifold for water turbines, preferably for Kaplantarbinen, to create the die kinetic energy in pressure energy implements the shortest possible route and the disadvantages shown of the known institutions does not have.

Bei der Lösung dieses Problems ging der Erfinder von der Erkenntnis aus, daß die physikalisch möglichen Begrenzungen strömender Medien, wie etwa von Flüssigkeiten, sowohl aus festen Wänden als auch aus sogenannten' freien Trennflächen oder Trennschichten bestehen können. Diese trennen eine Hauptströmung von den übrigen Gebieten des vorhandenen Kanals, die zwar mit derselben Flüssigkeit Crefüllt sind, aber außerhalb der Hauptströmung liegen. Das Verhalten der Flüssigkeit in einem solchen Nebengebiet hängt sowohl von der Form der freien Trennflächen oder -schichten als auch von der Struktur der Trennschicht selbst ab. In einer dickeren Trennschicht wird die örtliche Geschwindigkeit der anliegenden Außenströmung weitgehend vermindert, so daß in einem durch eine, freie dicke Trennschicht begrenzten Nebengebiet, dessen Abmessungen zur Dicke der Trennschicht relativ groß sind, nur geringe Bewegungen auftreten.In solving this problem, the inventor went from the knowledge from that the physically possible limitations of flowing media, such as from Liquids, both from solid walls and from so-called 'free interfaces or separating layers can exist. These separate one main flow from the rest Areas of the existing canal that are filled with the same liquid Cre, but lie outside the mainstream. The behavior of the liquid in one such secondary area depends both on the shape of the free interfaces or layers as well as the structure of the separating layer itself. In a thicker separating layer the local velocity of the adjacent external flow is largely reduced, so that in a secondary area bounded by a thick, free separating layer, its Dimensions are relatively large to the thickness of the separation layer, only slight movements appear.

Eine dünne Trennschicht dagegen überträgt den größten Teil der örtlichen Geschwindigkeit der anliegenden Hauptströmung an die im Nebengebiet eingeschlossene Flüssigkeit. Dadurch entsteht dort eine sogenannte Walze, d. h. eine rotierende Nebenströmung. Bei genügend großer örtlicher Geschwindigkeit an der Trennschicht zwischen der Hauptströmung und dem Nebengebiet weist die Trennschicht eine Stabilität ihrer-Form auf, die auch der Hauptströmung einen stabilen Verlauf verleihen kann.A thin separating layer, on the other hand, transfers most of the local velocity of the adjacent main flow to the liquid enclosed in the secondary area. This creates a so-called roller there, i. H. a rotating bypass flow. If the local velocity at the separating layer between the main flow and the secondary region is sufficiently high, the shape of the separating layer is stable, which can also give the main flow a stable course.

Weiterhin folgt bekanntlich jede Hauptströmung stets ihrer freien Begrenzung. Die freien Begrenzungen ermöglichen eine wesentlich stärkere Verzögefung der Hauptströmung, deren Druckgradient somit Wesentlich größer sein kann als der größtmögliche Druckgradient derselben Strömung mit festen Be-,grenzungen.Furthermore, as is well known, every main flow always follows its free one Limitation. The free limits allow a much greater delay the main flow, the pressure gradient of which can therefore be significantly greater than the largest possible pressure gradient of the same flow with fixed limits.

Basierend auf dieser Erkenntnis besteht die Erfindung nun darin, daß die Diffusorwand innen mindestens eine an sich bekannte, sich vorzugsweise über den gesamten Umfaüg erstreckende plötzliche stufenförmige Erweiterung #aufweist ' die sich an einen in Strömungsrichtung geraden oder stetig gekrümmten Flächenteil mit einer das Ablösen der Grenzschicht des strömenden Mediums vermeidenden Neigung gegenüber der Mittelachse des Diffusors anschließt, und daß ferner der die Wandteile des Diffusors vor und hinter der stufenförmigen Erweiterung verbindende Wandteil hinterschnitten ist und eine in Strömungsrichtung lippenförmig verlängerte Austrittskante bildet. Dabei stellt sich am Beginn der Erweiterung ansetzend durch die Strömung eine freie Trennschicht zwischen der Strömung und der hinter der Erweiterung auftretenden Nebenströmung ein, deren mittlere Neigung gegenüber der Mittelachse größer ist als die Neigung des geraden bzw. stetig gekrümmten Flächenteils.Based on this finding, the invention consists in the fact that the diffuser wall at least one known inside itself, preferably #aufweist 'over the entire Umfaüg extending sudden step-like widening the straight at a in the direction of flow or continuously curved surface portion with a detachment of the boundary layer of the flowing medium avoids inclination towards the central axis of the diffuser, and that furthermore the wall part connecting the wall parts of the diffuser in front of and behind the step-shaped enlargement is undercut and forms an outlet edge which is lip-shaped in the direction of flow. At the beginning of the widening, the flow creates a free separating layer between the flow and the secondary flow occurring behind the widening, the mean inclination of which is greater than the inclination of the straight or steadily curved surface part.

Die Erfindung kommt besonders vorteilhaft bei Saugkrüm-rnern für Kaplanturbinen zur Geltung, bei denen sich die Grenzschicht leicht von der Wandoberfläche des Saugkrümmers ablöst, da die Austrittsströmung aus den Kaplanlaufrädern in einem sehr großen Bereich des Kennfeldes drallfrei oder zumindest dr-a-Harm ist-.The invention is particularly advantageous in the case of suction elbows for Kaplan turbines in which the boundary layer is slightly removed from the wall surface of the suction elbow replaces, since the outlet flow from the Kaplan impellers in a very large area of the map is swirl-free or at least dr-a-Harm.

Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Saugkrümmer für Kaplanturbinen kann wesentlich stärker erweitert und damit kürzer ausgebildet werden als dies bisher möglich war. Dies wiederum hat geringere Erd- und Felsarbeiten und damit eine erhebliche Kostensenkung zur Folge. Die Reibungsverluste in der jeweiligen Trennschicht sind wesentlich geringer als diejenigen in der entsprechenden Grenzschicht an der festen Wand.A suction elbow designed according to the invention for Kaplan turbines can be expanded to a much greater extent and thus made shorter than before was possible. This in turn has less earthwork and rock work, and therefore a considerable amount Result in lower costs. The friction losses in the respective separating layer are much lower than those in the corresponding boundary layer on the solid Wall.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, anstatt die baulichen Dimensionen des Krümmers zu verringern, bei einer vorgegebenen Tiefen- bzw. Längenerstrekkung des Krümmers den Wirkungsgrad der Umsetzung der kinetischen Energie in Druck durch seine entsprechende Ausbildung gemäß der Erfindung zu verbessern.But there is also the possibility instead of the structural dimensions of the bend, with a given depth or length extension the manifold increases the efficiency of the conversion of the kinetic energy into pressure to improve its corresponding training according to the invention.

Die dünne freie Trennschicht bildet sich aus dem nicht abgelösten Grenzschichtinaterial der Strömung entlang der festen Begrenzung. Um eine wirklich dünne Trennschicht zu erhalten, darf sich die Grenzschicht an der festen Begrenzung auf keinen Fall vor der stufenförmigen Erweiterung ablösen, da sich sonst eine unwirksame dicke Trennschicht bilden würde.The thin free separating layer is formed from what is not detached Boundary material of the flow along the fixed boundary. To one really To obtain a thin separating layer, the boundary layer is allowed to stick to the solid boundary Under no circumstances should it be peeled off before the stepped enlargement, otherwise an ineffective would form a thick separating layer.

Durch die Hinterschneidung wird die Bildung von rotierenden Nebenströmungen wesentlich begünstigt. Die Form dieses hinterschnittenen Wandteiles kann konkav, vorzugsweise halbkreisförmig, ausgerundet sein. Es kommen jedoch auch andere Formen in Frage. Aus fertigungstechnischen Gründen kann dieser Wandteil beispielsweise im wesentlichen als ebene Fläche ausgebildet oder aus zwei zueinander im Winkel stehenden Flächen gebildet sein.The undercut significantly promotes the formation of rotating secondary flows. The shape of this undercut wall part can be concave, preferably semicircular, rounded. However, there are also other forms in question. For reasons of manufacturing technology, this wall part can be designed, for example, essentially as a flat surface or can be made up of two surfaces at an angle to one another.

Besonders günstig ist es hierbei, die lippenförmig verlängerte Austrittskante mit einer gleichförmigen Dicke auf einer Länge von etwa 0,2- bis 1,0-, vorzugsweise 0,6mal dem Radius der an sie nach hinten anschließenden halbkreisförmigen Ausrundung auszubilden.It is particularly favorable here to form the lip-shaped, elongated exit edge with a uniform thickness over a length of approximately 0.2 to 1.0, preferably 0.6 times the radius of the semicircular rounded portion adjoining it to the rear.

Durch diese Gestaltung der stufenförmigen Erweiterung und durch die erwähnte Dimensionierung der verlängerten Austrittskante wird ein paralleler Verlauf der Grenzstromlinien der Hauptströmung und der Nebenströmung dicht hinter dem Ende der Austrittskante erzielt, wobei die örtlichen Geschwindigkeiten der genannten Grenzstromlinien fast gleich bzw. nur wenig voneinander verschieden sind.Through this design of the stepped expansion and through the The mentioned dimensioning of the extended trailing edge becomes a parallel course the boundary streamlines of the main flow and the secondary flow close behind the end the trailing edge achieved, the local velocities of said Limiting streamlines are almost the same or only slightly different from one another.

Wird der durch die Hinterschneidung und die verlängerte Austrittskante gebildete abgeteilte Raum aus fertigungstechnischen Gründen im wesentlichen mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet, was auch noch zu recht brauchbaren Ergebnissen führt, so erhält der rechteckige Querschnitt zweckmäßigerweise in Strömungsrichtung eine Seitenlänge, die etwa 1,1- bis 1,5-, vorzugsweise jedoch 1,3mal der Tiefe der stufenförmigen Erweiterung entspricht.If the partitioned space formed by the undercut and the extended outlet edge is essentially rectangular in cross-section for manufacturing reasons, which also leads to quite useful results, the rectangular cross-section expediently has a side length in the direction of flow that is about 1.1 to 1 , 5, but preferably 1.3 times the depth of the step-shaped enlargement.

Der Abstand zwischen mehreren stufenförmigen Erweiterungen soll auf jeden Fall von einer Größe sein, die gewährleistet, daß eine Ablösung der Strömung von der festen Begrenzungswand keinesfalls vor der Erweiterung eintritt. Diese Bedingung kann dazu führen, daß beispielsweise bei mehr als zwei stufenförrnigen Erweiterungen diese voneinander verschiedenen Abstand haben. Desgleichen kann aus diesem Grund der Abstand zwischen ihnen entlang dem Umfang verschieden groß sein, wie z. B. an solchen Stellen des Krümmers, an denen die Strömung sich auf gegenüberliegenden Seiten in unterschiedlichen Höhenabständen ablösen würde, wie etwa ün Bereich der Krümmung, an deren Außenseite die Strömung von vornherein weniger zum Ablösen neigt, als an deren Innenseite. Deshalb ist es in diesem Bereich gegebenenfalls auch zweckmäßig, die stufenförmige Erweiterung sich nicht über den gesamten Umfang des Saugkrümmers erstrecken zu lassen, sondern nur über einen allerdings noch wesentlichen Teil des-,selben, wie z. B. über den halben Umfang.The distance between several step-shaped extensions should in any case be of a size that ensures that the flow does not detach from the fixed boundary wall before the extension. This condition can lead to the fact that, for example, in the case of more than two stepped enlargements, these have a different distance from one another. Likewise, for this reason, the distance between them can be of different sizes along the circumference, e.g. B. at those points of the bend where the flow would detach on opposite sides at different heights, such as in the area of the curvature, on the outside of which the flow tends to detach from the outset less than on the inside. Therefore, it is also useful in this area, if necessary, not to let the step-like extension extend over the entire circumference of the suction elbow, but only over a still substantial part of the same, such as, for. B. over half the circumference.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Wand eines Diffusors im Bereich einer stufenförmigen Erweiterung, F i g. 2 bis 4 mögliche weitere Formen einer solchen stufenförmigen Erweiterung und F i g. 5 ein Beispiel für die Anwendung bei einem Saugkrümmer für eine Kaplanturbine.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings. In it, F i g. 1 shows a longitudinal section through the wall of a diffuser in the area of a step-shaped enlargement, FIG. 2 to 4 possible further forms of such a step-like expansion and FIG. 5 shows an example of the application in a suction elbow for a Kaplan turbine.

An Hand von Fig. 1 ist das prinzipielle hydraulische Verhalten der Strömung bei einem Diffusor mit einer stufenförmigen Erweiterung gemäß der Erfindung beschrieben. Die Mittelachse des von links nach rechts durchströmten Diffusors ist mit 1 bezeichnet. Die feste Begrenzungswand 2 des Diffusors ist gegenüber der Mittelachse 1 zur Erzielung der Diffusorwirkung geneigt angeordnet, wobei der Neigungswinkel gerade so groß gewählt ist, daß mit Sicherheit ein Anliegen der Strömung 3 an der festen Begrenzungswand 2 gewährleistet ist und kein Ab- lösen eintreten kann. Die feste Begrenzungswand 2 endet in einer lipppnförmig verlängerten Austrittskante 5 und ist mit der Begrenzungswand 4 über den hinterschnittenen Wandteil 6 verbunden, dessen Hinterschneidung halbkreisförmig ausgerundet ist.The basic hydraulic behavior of the flow in a diffuser with a stepped expansion according to the invention is described with reference to FIG. 1. The central axis of the diffuser through which flow flows from left to right is denoted by 1. The fixed boundary wall 2 of the diffuser is inclined with respect to the central axis 1 to achieve the diffuser effect, the angle of inclination being selected to be just large enough that the flow 3 is guaranteed to rest against the fixed boundary wall 2 and no detachment can occur. The fixed boundary wall 2 ends in a lip-shaped elongated exit edge 5 and is connected to the boundary wall 4 via the undercut wall part 6 , the undercut of which is rounded off in a semicircle.

Die Strömung 3 verläßt die feste Begrenzungswand 2 am Ende der Austrittskante 5. Dabei entsteht die dünne Trennschicht 7 als freie Begrenzung zwischen der Strömung 3 und einer unter der Wirkung der dünnen Trennschicht 7 gebildeten rotierenden Nebenströmung 8, einer sogenannten Walze, in dem durch die verlängerte Austrittskante 5 und dem hinterschnittenen Wandteil 6 sowie dem Beginn der nach der stufenförmigen Erweiterung sich fortsetzenden festen Begrenzungswand 4 abgeteilten Raum.The flow 3 leaves the fixed boundary wall 2 at the end of the trailing edge 5. The thin separating layer 7 is created as a free boundary between the flow 3 and a rotating secondary flow 8, a so-called roller, formed by the effect of the thin separating layer 7, in which the elongated Trailing edge 5 and the undercut wall part 6 as well as the beginning of the fixed boundary wall 4 which continues after the step-like expansion.

Die Tiefenerstreckung der stufenförmigen Erweiterung, d. h. in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Durchmesser 2R der halbkreisförmigen Ausrundung des hinterschnittenen Wandteils 6, wird auf Grund der Beziehung ermittelt, daß die Länge der rotierenden Walze 8 bis zu der Stelle, wo die Strömung 3 wieder an der festen Begrenzungswand 4 anliegt, dem sogenannten Staupunkt 9, meist etwa 4- bis 7mal dem Radius der halbkreisförnügen Ausrundung des hinterschnittenen Wandteils 6 entspricht. Die Grenzstromlinie der Strömung 3 kann dabei an dem Staupunkt 9 eine starke örtliche Krümmung aufweisen, die bei Umströmung von festen Wänden auf keinen Fall möglich ist.The depth extension of the stepped widening, i.e. H. In the present embodiment, the diameter 2R of the semicircular fillet of the undercut wall part 6 is determined on the basis of the relationship that the length of the rotating roller 8 up to the point where the flow 3 again rests against the fixed boundary wall 4, the so-called stagnation point 9 , usually about 4 to 7 times the radius of the semicircular rounding of the undercut wall part 6 corresponds. The boundary streamline of the flow 3 can have a strong local curvature at the stagnation point 9 , which is by no means possible when flowing around solid walls.

Von besonderer Wichtigkeit ist die Abmessung der lippenförmig verlängerten Austrittskante 5, die eine Länge L von etwa 0,2- bis 1,0-, vorzugsweise 0,6mal dem Radius R hat.The dimensions of the lip-shaped elongated exit edge 5, which has a length L of approximately 0.2 to 1.0, preferably 0.6 times the radius R, are of particular importance.

Der durch die Hinterschneidung und die lippenförmige Austrittskante aufgeteilte Raum ist mit dem Raum der Hauptströmung vor der Erweiterung durch eine oder mehrere Entlüftungsbohrungen 10 verbunden.The space divided by the undercut and the lip-shaped outlet edge is connected to the space of the main flow before the expansion by one or more ventilation bores 10 .

In dem dargestellten Beispiel verlaufen die festen Begrenzungswände 2 und 4 vor bzw. hinter der stufenförmigen Erweiterung zueinander parallel. Diese beiden Wände können jedoch auch zueinander geneigt sein, und zwar wie es durch die beiden strichpunktiert gezeichneten Winkel ±,x angedeutet ist, innerhalb eines Bereiches bis zu etwa ± 15', vorzugsweise jedoch etwa ± 51. In the example shown, the fixed boundary walls 2 and 4 run parallel to one another in front of and behind the step-shaped widening. These two walls can, however, also be inclined to one another, specifically as indicated by the two angles ±, x shown in dash-dotted lines, within a range of up to approximately ± 15 ', but preferably approximately ± 51.

Anstatt der in F i g. 1 dargestellten Form der stufenförmigen Erweiterung sind auch andere Formen möglich, wie sie beispielsweise schematisch in den F i g. 2 bis 4 dargestellt sind.Instead of the in FIG. 1 , other shapes are also possible, as shown, for example, schematically in FIGS. 2 to 4 are shown.

In F i g. 2 ist ein im wesentlich rechteckiger Raum zur Ausbildung der rotierenden Nebenströmung dargestellt. Die lippenförmig verlängerte Austrittskante 13 weist in diesem Fall aus Gründen der Festigkeit eine von ihrem freien Ende bis zu ihrer Wurzel zunehmende Dicke auf. Sie hat eine Länge von etwa 1,1- bis 1,5-, vorzugsweise 1,3mal der Tiefe der stufenförmigen Erweiterung.In Fig. 2 shows an essentially rectangular space for the formation of the rotating secondary flow. In this case, for reasons of strength, the lip-shaped elongated trailing edge 13 has a thickness that increases from its free end to its root. It has a length of about 1.1 to 1.5, preferably 1.3 times the depth of the step-shaped enlargement.

Eine in derselben Weise ausgebildete Austrittskante 13 ist in F i g. 3 in Verbindung mit einem halbkreisförmig ausgerundeten hinterschnittenen Wandteil 6 gezeigt, in dem die Innenbegrenzung 14 der Austrittskante 13 tangential in die Ausrundung übergeht. An outlet edge 13 designed in the same way is shown in FIG. 3 shown in connection with a semicircular rounded undercut wall part 6 , in which the inner boundary 14 of the outlet edge 13 merges tangentially into the rounded portion.

In F i g. 4 ist der hinterschnittene Wandteil 15 aus zwei im Winkel zueinander stehenden Flächen gebildet.In Fig. 4, the undercut wall part 15 is formed from two surfaces that are at an angle to one another.

Die Anwendung des Diffusors nach der Erfindung bei einem Saugkrümmer für Kaplanturbinen ist in F i g. 5 dargestellt. Darin ist die Laufradmitte durch die strichpunktierte Linie 16 bezeichnet. In dem an die Laufradringe 17 anschließenden oberen Bereich 18 des Saugkrümmers sind in dieser beispielsweisen Ausführung zwei stufenförmige Erweiterungen 19 und 20 vorgesehen, auf Grund welcher der Krümmer eine erheblich kürzere Höhenentwicklung erhält, als es ohne diese Erweiterung möglich wäre.The use of the diffuser according to the invention in a suction elbow for Kaplan turbines is shown in FIG . 5 shown. The center of the impeller is denoted therein by the dash-dotted line 16 . In the upper region 18 of the suction elbow adjoining the impeller rings 17, two stepped extensions 19 and 20 are provided in this exemplary embodiment, due to which the elbow has a significantly shorter height development than would be possible without this extension.

Wie aus der Figur zu erkennen, ist der Abstand zwischen den beiden stufenförinigen Erweiterungen im Bereich der Außenwand 21 größer als der im Bereich der Innenwand 22, da die Strömung auf Grund der Krümmung an der Außenwand länger anliegt als an der Innenwand 22.As can be seen from the figure, there is the distance between the two stepped extensions in the area of the outer wall 21 larger than that in the area the inner wall 22, since the flow is longer due to the curvature of the outer wall than on the inner wall 22.

In einem Krümmer können die erfindungsgemäßen stufenförinigen Erweiterungen nicht nur in dem in der Figur gezeigten oberen Bereich 18, sondern auch allein oder in Verbindung mit denen im oberen Bereich des Krümmers an der Krümmung 23 selbst oder auch im unteren Bereich 24 angeordnet werden.In a bend, the stepped extensions according to the invention can be arranged not only in the upper area 18 shown in the figure, but also alone or in conjunction with those in the upper area of the bend at the bend 23 itself or in the lower area 24.

Claims

Patent claims: 1. Diffuser for turbomachines, in particular as an intake manifold or intake manifold for water turbines, preferably Kaplan turbines, d a - characterized in that the diffuser wall has inside at least one known, preferably over the entire circumference, sudden step-like widening, which see adjoins a surface part of the wall that is straight or steadily curved in the direction of flow with an inclination relative to the central axis of the diffuser that avoids the separation of the boundary layer of the flowing medium, and that furthermore the wall part connecting the wall parts of the diffuser in front of and behind the step-shaped extension is undercut and an in Direction of flow forms lip-shaped elongated trailing edge. 2. Diffuser according to claim 1, characterized in that the wall part forming the undercut is rounded concavely in a manner known per se. 3. Diffuser according to claim 1, characterized in that the wall part forming the undercut is formed from at least two surfaces at an angle to one another. 4. Diffuser according to claim 1 and 2, characterized in that the undercut is rounded in a semicircle and the lip-shaped elongated exit edge, preferably tau-, gentially adjoining this semicircular fillet, has a uniform thickness over a length of about 0.2- to Iß-, preferably 0; 6 times the radius of the fillet. 5. Diff-Usor - according to claim 1, idadurdh characterized in that the space divided by the undercut and the extended axial step edge -has a substantially rectangular cross-section. 6. Diffuser according to claim 5, characterized in that the rectangular cross section in the direction of flow has a side length of 1.1 to 1.5, preferably 1.3 times the depth of the step-shaped extension. 7. Diffuser according to one of claims 1 to -6, characterized in that the lip-shaped elongated exit edge is formed for reasons of strength from its free end to its root with increasing thickness. 8. Diffuser according to one of claims 1 to 7, characterized in that seine'Wandungen form an angle of 0 to ± 15 ', preferably approximately from 0 to ± 50 , in front of and behind a step-like widening , 9. Diffuser according to one of the claims 1 to 8, characterized in that if there are more than two step-shaped extensions, the same vonein. - have different distances from each other. 10. Diffuser according to one of claims 1 to 9, characterized in that the distance between two step-shaped extensions is different along the circumference. 11. Diffuser according to any one of claims 1 to 10, characterized in that in its use as the inlet manifold for turbines minimum, depending least a stufenför m-strength extension before and / or behind the curvature of the Saugkrümmers is arranged. 12. A diffuser according to one of the would appeal 1 to 11, characterized in that, when used as Saugkrämmer for turbines müidestens a -stufenförmige extension in the overall curvature of the bidding is arranged. 13. Diffuser according to one of claims 1 to 12, characterized in that the space divided by the lip-shaped outlet edge is connected to the space of the main flow before the expansion by at least one vent hole. .Considered publications-W. Kaufmann, "TechnischeHydro- und Atw-omechanik", 3rd edition, Springex Verlag, 1963, p. 101, Figs. 6-9 and 69a; Magazine #,> F-nergie «, Volume 5, No. 1, January 15th 1-9.53, S # 23, pictures 5 and 6.