Laufrad für Turbo-Ti,laschinen
Die Erfindung betrifft ein Laufrad für Turbo##lViaschinen mit
Umlenkung ,der Strömung innerhalb des beschaufelten Teiles:
aus der
axialen Richtung in die -radiale Richtung bei Durchstrdmüng
von
innen nach außen oder -aus der radialen Richtung in die axiale
H:ch-
tung bei Durchströmung von. außen nach innen, wobei die Innen-
und
Außenkanten der Schaufeln über den ganzen Umlenkungsbereich
einen
stetigen Krümmungsverlauf aufweisen. Die steigenden. 'förderengen
an die Leistung von Turbo-Plaschinen haben zur Erhöhung der
Laufrad-
Drehzahlen und der Drücke auf' die Schaufeln sowie zur.Verwendung
von besonders hochwertigen Materialien geführt, die den Drehzahlen
und Drücken gewachsen 'sind. --
Eine Aüfgabe dem, -rfndung,*ist 6!i,` die stärksten
Belastungen
am Schaufelfuß und-bei kleinen Schaufeltiefen-- auftreten--
zu -lassen.
Um diese günstige Belastungsverteilung zu erreichen, läßt man
gemäß der Erfindung die Krümmung von der axialen: Öffnung in
Rich-
tung zur radialen Öffnung an der Kante, welche=an der axialen
Öffnung .auf der Rabenseite liegt,-stetig abnehmen und an der
entgegengesetzten Kante in gleicher Richtung stetig zunehmen.
Auf
diese -qeise erhält--inan an der äußeren Sä haufelkante 'große-Pit"eri'd-
ankomponehten der' Äbsol-.itges,chwindigkei-t, und@ entsprecheriä:
kleine-
statische Drücke-i d.h. die Schaufeln, Werden vorzugsweise-.in"
der
Nähe der Kante belastet, -welche an der axialen Öffnung" auf
der Ha-
benseite liegt- bzw. die Belastung liegt an Stellen geringen
He-
belarrls . Außerdem werden bei Laufrädern, die außen nur"-
därch ein
stehendes Gehäuseabgedeckt sind, die Spaltverlus:tegeringer.
Weiterhin ist es im Sinne der Erfindung zweckmäßig, den. Winkel zwischen den Schaufeln
und bestimmten Ebenen derart festzulegen, daß die sich aus der Schaufelverwindung
ergebenden Nor= "malkomponenten_die Umlenkung der Strömung (axial zu radial@oder'
radial zu axial) unterstützen. Zu diesem Zweck. wählt mann -für jeden Punkt einer
Schaufel eine Ebene, welche einerseits durch die Tangente an den Umfang und andererseits
durch die -'.Vangente _ an die im -Meridianschnitt gezeichnete Stromlinie bestimmt
ist.. Impeller for Turbo-Ti, machines
The invention relates to an impeller for turbo machines with
Deflection, the flow within the bladed part: from the
axial direction in the -radial direction with flow of
inward outward or -from the radial direction in the axial H: ch-
direction with flow of. outside in, with the inside and
One outer edges of the blades over the entire deflection area
have constant curvature. The rising ones. 'promote
to the performance of turbo machines have to increase the impeller
Speeds and pressures on the blades as well as for use
made of particularly high-quality materials, the speeds
and pressures have grown '. -
A task to the, -rfound, * is 6 ! I , `the strongest burdens
at the blade root and - with small blade depths - to allow it to occur.
In order to achieve this favorable load distribution, one leaves
according to the invention, the curvature of the axial: opening in the direction
direction to the radial opening at the edge, which = at the axial
Opening on the raven side, steadily decrease and on the
increase steadily on the opposite edge in the same direction. on
this -qeise receives -inan on the outer edge of the saw blade 'large-pit "eri'd-
components of the 'Äbsol-.itges, chwindigkei-t, and @ correspondingeriä: small-
static pressures-i ie the blades, are preferably -.in "the
Loaded near the edge, -which at the axial opening "on the ha-
on the other side or the load is in places with little lift
belarrls. In addition, with balance bikes that are outside only "- därch
upright housing are covered, the gap losses: less.
Furthermore, it is useful in the context of the invention, the. Define the angle between the blades and certain planes in such a way that the standard components resulting from the blade twisting support the deflection of the flow (axial to radial or radial to axial). For this purpose, one chooses one for each point on a blade Plane, which is determined on the one hand by the tangent to the circumference and on the other hand by the - '. Vangente _ to the streamline drawn in the meridional section.
In dieser Ebene wählt man dann den Winkel zwischen der Schaufel und
der Umfangsrichtung derart, daß die keridiange:schwnd.gkeit. des Strömungsmediums
einem in der Meridianebene gedachten Po- . tentialwirbel um den ,Krümmungsmittelpiznkt
etwa des mittleren Stromfadens im Meridianschnitt.entspricht.In this plane you then choose the angle between the shovel and
the circumferential direction in such a way that the keridiange: schwnd.gkeit. of the flow medium
a Po- imagined in the meridian plane. potential vortex around the central point of curvature
corresponds approximately to the middle stream filament in the meridional section.
Die beschriebene Schaufelform -ergibt eine verhältnismäßig starke
-Verwindung. Umunter diesen Umständen den mechanischen An= forderungen Rechnung
zu tragen, Können -die Schaufein im Rahmen der Erfindung unterteilt werden. Das
Laufrad weist dabei dann auf einander folgenden Radialbereichen Teilschaufeln auf,
deren Schaufelwinkel an der Übergangsstelle von einem Bereich zum anderen Bereich
gleich groß sind. Die Linien, in denen sich die inneren
und äußeren :Schaufelkanten in radialer Richtung überschneiden,
liegen aus Festigkeitsgründen vorzugsweise in einer Meridianebene.
Man ist nicht daran gebunden, innerhalb der verschiedenen Berei-
che gleiche Teilschaufelzahlen anzuwenden, sonder. kann.
insbeson-
dere bei den achsfernen Schaufelbereichen die Teilschauielzahl
vergrößern.
Die Zeichnung gibt-zwei schematische Darstellungen zur Er-
läuterung des Erfindungsgegenstandes.
In Fig. fi ist links unten die Läuferachse % strichpunil-
tiert dargestellt, zu welcher der durch die Kurven A1 - 44
bzw.
J1 - J4 sowie durch die radialen bzw. axialen Endlinien A1,
J1
bzw.'A 4, J4 begrenzte Kanal gehört.
In de n"Kanal sind Linien A2 - J2 und A3 - J3 eingezeich-
net, von denen zunächst angenommen werden soll, daß es sich
nur
um Querschnittslinien senkrecht zu den Stromlinien handelt.
Die
Kurve P deutet einen mittleren Stromfaden an, der den Mittelpunkt
des Potentialwirbels für die Berechnung der Ideridiangeschwindig-
keit ergibt. Die Endpunkte der Querschnittslinien, nämlich
die
Punkte A1, A2, A39 A4 bzw. J1, J2, J39 J4 sind auf die
ihnen zu-
gehörigen Vertikalen .durch Abwickeln der Kurven übertragen,
wo-
durch die Punkte A4.' (gleichbedeutend.mit A4)A3"jp A2#?
A1# bzw:
J4' (gleichbedeutend mit J4), J3'-, J2' und Jl'"'._entstanden
sind.
Die erhaltene Abwicklung ist dann in der rechten Hälfte
der Fig.,1 in den Seitenriß projiziert, wobei die waagerechten
Erstreckungen in diesem-Rß wiederum die abgewickelten Erstreckun-
gen der Schaufelkanten von All" - A4'1 bzw.
J1 " - J4" sind. Die
entsprechenden Punkte sind mit A1 ", J1 ", A2", J2T', A3", J3"
und A4" gleich J411 bezeichnet. An den verschiedenen Punkten sind zusätzlich. die
Winkel eingezeichnet und man sieht, daß der Winkel der äußeren Kante von 91 über
82 und 83 bis zu 8q= = 900 zunimmt, wobei die stärkste Zunahme im Sinne der Erfindung
am Ende liegt. Ferner ist/erkenntlich, daß für die Innenkante ebenfalls eine Zunahme
des Winkels von ß1 über ß2 und ß3 bis zu ß4 900 erfolgt, wobei jedoch nun die Änderung
vorwiegend am Anfang liegt.The described blade shape gives a relatively strong twist. In order to take into account the mechanical requirements under these circumstances, the blades can be subdivided within the scope of the invention. The impeller then has partial blades on successive radial areas, the blade angles of which are the same at the transition point from one area to the other area. The lines in which the inner and outer: blade edges overlap in radial direction,
are preferably in a meridian plane for reasons of strength.
You are not bound to work within the various areas
to use the same number of partial blades, special r. can. in particular
which is the partial show number for the off-axis blade areas
enlarge.
The drawing gives two schematic representations to
refinement of the subject matter of the invention.
In Fig. Fi the rotor axis% strichpunil-
is shown in a bold manner, to which the curve A1 - 44 resp.
J1 - J4 and through the radial and axial end lines A1, J1
or A 4, J4 limited channel belongs.
Lines A2 - J2 and A3 - J3 are drawn in the channel.
net, of which it should initially be assumed that it is only
are cross-sectional lines perpendicular to the streamlines. the
Curve P indicates a central stream filament, which is the center
of the potential vortex for the calculation of the ideological velocity
results. The end points of the cross-sectional lines, namely the
Points A1, A2, A39 A4 or J1, J2, J39 J4 are to be
appropriate verticals. by unwinding the curves, where-
through points A4. ' (synonymous with A4) A3 "jp A2 #? A1 # or:
J4 '(synonymous with J4), J3'-, J2' and Jl '"' ._ were created.
The settlement received is then in the right half
of Fig., 1 projected into the side elevation, the horizontal
Extensions in this -Rß, in turn, the developed extensions
gen are the blade edges of All " - A4'1 and J1" - J4 "
corresponding points are labeled A1 ", J1", A2 ", J2T ', A3", J3 "and A4" equal to J411. At the various points are additional. the angles are drawn in and you can see that the angle of the outer edge increases from 91 through 82 and 83 up to 8q = = 900, the greatest increase in the sense of the invention being at the end. It can also be seen that for the inner edge there is also an increase in the angle from β1 through β2 and β3 up to β4,900, although the change is now predominantly at the beginning.
Die erläuterten Schaufelverwindungen ergeben Schaufeln, die insbesondere
bei großer radialer Kanalerstreckung mechanische Schwierigkeiten bereiten können.
Fig. 2 erläutert, wie im Rahmen dieser Erfindung diese Schwierigkeiten beseitigt
werden können. Die linke Häfte der Fig. 2 entspricht im wesentlichen der linken
Häfte der Fig. 1. Die ursprünglich einheitlich gedachte Kanalwand A1 - A4 J4 - J1
- A1 ist jetzt. jedoch an den Querschnittslinien A2 - J2 und A3 - J3 unterteilt
und die rechte Hälfte läßt in einer abgewickelten Draufsicht die gegenseitige .
Anordnung der-so entstandenen Teilschaufeln erkennen.The explained blade twisting results in blades, in particular
can cause mechanical difficulties in the case of a large radial duct extension.
Fig. 2 illustrates how this invention overcomes these difficulties
can be. The left half of FIG. 2 corresponds essentially to the left
Half of Fig. 1. The originally imaginary duct wall A1 - A4 J4 - J1
- A1 is now. but subdivided along the cross-section lines A2 - J2 and A3 - J3
and the right half leaves the mutual in a developed plan view.
Recognize the arrangement of the resulting partial blades.
Die Betrachtung beginnt zweckmäßig bei der mittleren Teilschaufel
A3 - J3 - J2 - A2 - A3. Infolge der am Ende stärkeren Krümmung ist die' Außenkante
A3 - A2 in der, Projektion flacher geneigt als die Innenkante J3 - J2. In der Projektion
überschneiden sich daher beide Kanten. Die äußere Schaufel A4 - J4 - J.3 -A3 - A4
ist gegenüber der mittleren. Teilschaufel derart nach rechts verschoben und um die
innere Kante J3 - J4 geschwenkt, daß
sieh die -Kanten -etwa in. der Mitte und *in -derselben (gestrichelt
angedeuteten) 1Vieridianlinie kreuzen wie die Schaufelkanten
der
mittleren Teilschaufel-. Entspreohendes gilt für die-nach links
verschobene und :geschwenkte innere Teilschaufel A2 -:-J2 -
J1 -
A1 - -A2. Y_ - . - = _ -
Die einzelnen Schaufelabschnitte weisen daher eine verhält. nismäßig geringe Verwindung
auf, obgleich die Gesamtverwindung, wie sich äus'der gestrichelten Verlängerung
von A2 - A3 ergibt, sehr groß ist. Die Schaufeln haben daher eine hohe Festigkeit.
Im Gegensatz zu bekannten Rädern erstreckt sich die Schaufelverwindung über die
Schaufeltiefe bis zum Ende des UnlenK-bereiches von. der axialen Richtuizg-in die
-radiale-Richtung (oder umgekehrt),'-wobei die Änderungen der Krümmurigsradien der
Schaufelfuß- und `-ko'pfkontur über die Schaufeltiefe entgegengesetzt verlaufen.
Hierdurch ergeben sich Normalkomponenten, die die
Umlenkung beY&ken:.während, be«bekannten Rädern, die eine
der-
artige Verwindung nicht aufwiesen, die Normalkomponenten der
Umlenkung entg@egeriwirker.
Durch die Erfindung erreicht man an der Außenkante A der
Fig. -1 eine große 1Vlerdiärikömponente , der absoluten Geschwindig-
keit und damit" kleine statische Drücke, sowie gegebenenfalls
kleine @Spaltverlust"e.'tDi'e'?Schaufeln werden am Schaufeleintritt
entlastet »-undiber die ganze Schaufelt-iefe gleichmäßiger
beia-
etet, so daß man güristige Gleitzahlen. 'erhält. *Demgemäß
ergibt
sich auch einkleiner Schäüfelwiderstand bei geringer 1-blösungs---
Befahr. -Das'Kennfeld 1 st `breit unä@ die Pumpgefahristgering.
Die Umsetzung°der Geschwindigkeitsenergie in statischen Druck
erfolgt .am Schaufeleintritt in der Nähe des Schaufelfü:Bes;
soweit sie an der Außenkontur.am Schaufelende erfolgt, findet
sie bei deiner Schaufelhöhe und entsprechend kleinem Biegemd-
ment statt. Die Unterteilung der Schaufeln in aufeinanderfalgende
Einzelschaufeln- führt trotz der hohen Verwindung dazu, daß
dis
Tvli.ttellinien der Teilschaufeln in der Meridianebene liAgen,
so
daß man kleine Biegemomente erhält
The consideration expediently begins with the middle partial blade A3 - J3 - J2 - A2 - A3. As a result of the greater curvature at the end, the outer edge A3 - A2 is more flatly inclined in the projection than the inner edge J3 - J2. Both edges therefore overlap in the projection. The outer blade A4 - J4 - J.3 -A3 - A4 is opposite the middle one. Partial blade moved to the right and pivoted about the inner edge J3 - J4 that see the edges -about in. the middle and * in -the same (dashed
indicated) 1 cross the fouridional line like the blade edges of the
middle part of the shovel. The same applies to the-to the left
displaced and: swiveled inner partial vane A2 -: - J2 - J1 -
A1 - -A2 . Y_ -. - = _ -
The individual blade sections therefore behave. nism moderately small twist, although the total twist, as shown by the dashed extension of A2 - A3, is very large. The blades therefore have high strength. In contrast to known wheels, the blade twist extends over the blade depth to the end of the UnlenK area of. the axial direction in the radial direction (or vice versa), '- whereby the changes in the radii of curvature of the blade root and head contours run in opposite directions over the blade depth. This results in normal components that the Deflection beY & ken: .during, be «well-known wheels, which are one of the
the normal components of the
Deflection Entg @ egeriffekter.
The invention achieves the outer edge A of the
Fig. -1 shows a large 1Vlerdiärikomponente, the absolute speed
speed and thus "small static pressures, as well as possibly
small @ gap loss "e.'tDi'e '? Shovels are at the shovel inlet
relieved »-and more evenly over the entire shovel depth-
etet, so that one guristic glide ratios. 'receives. * Accordingly, results
there is also a small peeling resistance with a low 1-dissolution ---
Drive on. -The map 1 is wide and the risk of pumping is low.
The conversion of speed energy into static pressure
takes place at the blade inlet near the blade base: Bes;
as far as it takes place on the outer contour at the end of the blade
at your blade height and correspondingly small bending damage
ment instead. The division of the blades into successive ones
Despite the high degree of torsion, single blades lead to dis
The center lines of the partial blades lie in the meridian plane, see above
that you get small bending moments