DE178228C

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Publication number: DE178228C
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Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

— JVr 178228 -KLASSE 88». GRUPPE 4.

Senkrechte Wasser-Freistrahlturbine.

Patentiert Im deutschen Reiche vom 24.JuIi 1903 ab.

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Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine .senkrechte Wasser-Freistrahlturbine, welche sich dadurch kennzeichnet, daß der Lauf des WasscM\s innerhalb des Rades bei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten verschieden ist. Stets aber kommt das Wasser im Gegensatz zu bekannten Dampfturbinen im Rade zur Ruhe und tritt dann nach Umkehrung seiner Bewegungsrichtung mit derselben Geschwindigkeit Wie beim Eintritt wieder aus. Die neue Turbine bietet u. a. den Vorteil, daß die auf das Rad durch einen einzigen Strahl wirkenden Kräfte sich zu einem auf Drehung wirkenden Paar zusammensetzen, besonders beim Anlassen, ohne daß ein Druck auf die Lager ausgeübt wird.

Erreicht wird dies durch Neigung der Schaufeln um 20° zur Tangente beim Wassereintritt und~l^mlerTVerlauf zu einem inneren Raum hin, in dem das Wasser zur Ruhe kommt, und dessen Größe durch die bis auf ¹Z₃ des Halbmessers nach innen ragenden Schaufeln bestimmt ist. ■■■.·■

In den beiliegenden Zeichnungen ist

Fig. ι ein Aufriß, teilweise im Schnitt des Turbinenrades und der Düse.

Fig. 2 und 3 sind senkrechte Schnitte im rechten Winkel entsprechend der Fig. ι durch zwei Ausführungsformen des Rades.

Fig. 4 und 5 sind schematische Aufrisse und zeigen die Wirkung des Rades.

Fig. 6 ist ein ähnlicher Schnitt wie Fig. 2 oder 3 und zeigt eine. Ausführungsform für besondere Verhältnisse.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Idealform des Rades und zeigt das Prinzip, auf dem es aufgebaut ist.

Die Erklärung der Erfindung wird durch Bezugnahme auf, das in Fig. 7 gezeigte Idealrad erleichtert, dessen Betrachtung als Einleitung zur Beschreibung der praktischen Ausführungsform vorangestellt werden soll.

In dieser Figur sind wie bei dem wirklichen Laufrad die Schaufeln an ihren äußeren Enden in einem Winkel von 20° zur Tangente geneigt, um den Eintritt des Wasserstrahles von der Düse E ohne Stoß zu ermöglichen und sind so gebogen, daß sie radial an ihren inneren Enden verlaufen. . ■.'■■'

Bei der Idealform der neuen Turbine sind ein paar Schaufeln an den gegenüberstehenden Enden eines Durchmessers miteinander verbunden, wie es durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, so daß ein fortlaufender Kanal hergestellt wird, welcher durch den Mittelpunkt des Rades geht, und durch welchen das Wasser vollständig von der einen Seite nach der anderen geführt wird. , '.■''..

Das Wasser fließt durch einen solchen Kanal im freien Strahl von atmosphärischem Druck und bewegt sich nach denselben Gesetzen wie ein Teilchen, das auf einer Kurve von derselben Form wie der Kanal ohne Reibung hindurchgeht.

Irrt letzteren Falle ist das bekannte Ergebnis, daß für eine gleichmäßige Drehgeschwindigkeit der Unterschied zwischen dem Quadrat der Geschwindigkeit des Teilchens in bezug

auf die Kurve und dem Quadrat der Geschwindigkeit -des mit dem Teilchen in Berührung ■ stehenden Punktes der Kurve für alle Punkte längs der Kurve dieselbe ist. Infolgedessen ist, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Rades größer ist, als. die relative

' Geschwindigkeit des Teilchens an dem Eintrittspunktc, der Unterschied der oben erwähnten Quadrate an allen Punkten negativ und die relative Geschwindigkeit des Teilchens wird sich bis Null vermindern an einem Punkte, bevor der Mittelpunkt des Rades erreicht wird.

An diesem Punkte wird die Bewegung des Teilchens wieder umgekehrt und dieses wird sich nach außen längs der Kurve mit derselben Geschwindigkeit an jedem Punkte der Kurve bewegen, wie wenn es sich nach innen bewegt. Dies ist aus der Tatsache ersichtlich, daß das

ao Gesetz nur das Quadrat der relativen Geschwindigkeit gibt und positive und negative Werte der Geschwindigkeit selbst gleich* statthaft sind.
Wenn im anderen Falle die relative Geschwindigkeit am Eintritt größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Rades ist, wird die erstere nirgends Null sein, und das Teilchen wird sich durch die Mitte bewegen und die Kurve an dem der Eintrittsstelle entgegengesetzten Ende verlassen, wobei die relative Geschwindigkeit

■ in beiden Teilen der Kurve in gleichen Entfernungen von der Mitte dieselbe ist. Diese Erklärung wird den Schlüssel zu der doppelten Wirkung geben, welche das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung bildet.

Aus der folgenden Beschreibung geht hervor, wie die eben beschriebene Konstruktion in praktischer Weise verwirklicht wird.

' Das Laufrad besteht aus zwei kreisförmigen Scheiben A und Schaufeln B, welche reihen-. weise rund an dem Umfang des Rades und zwischen den Scheiben angeordnet sind, wie dies aus Fig. 1 hervorgeht. In Fig. 2 sind beide Scheiben mit einer Nabe C versehen, um das Rad auf der Welle D zu befestigen, welche in diesem Falle durch das Rad hindurchgeht.

Fig. 3 zeigt ein Schaufelrad, welches auf dem einen Ende der WeIIeD durch eine einzige Nabe C befestigt ist.

Die Schaufeln B sind so gekrümmt, daß sie an ihrem äußeren Ende unter einer Neigung j£on__2o° zur Tangente und an ihrem inneren Ende radial verlaufen. Sie nehmen nur den äußeren Teil des zwischen den Seiten wänden befindlichen Raumes ein und erstrecken sich bis auf ¹Z₃ des Halbmessers nach innen, wobei der übrigbleibende innere Raum beinahe offen und in freier Verbindung mit den Schaufeln bleibt.
Das Wasser wird auf diese Weise nicht gezwungen, sich in den inneren Teil des Rades' zu bewegen, wie dies bei dem Idealrad (Fig. 7) der Fall ist, aber es kann frei hindurchgehen, wie dies in gestrichelten Linien in Fig. 1 und 4 gezeigt ist, und zwischen zwei andere Schaufeln auf der entgegengesetzten Seite des Rades eintreten. Der Strahl wird dabei in das zweite Schaufelpaar mit derselben radialen Geschwindigkeit eintreten, mit welcher er das erste verlassen hat, und wird auf diese Weise, welches Paar von Schaufeln auch durch den Strahl durchströmt wird, die Wirkung innerhalb dieser genau dieselbe sein, wie in dem durch den Kanal in Fig.'7 verbundenen Paare. Der mittlere Zwischenraum dient an Stelle der besonderen, ein Paar der Schaufeln verbindenden Kanäle.

Um die Zwischenräume zwischen den inneren Schaufelenden, in welchen das Wasser bei hohen Geschwindigkeiten des Rades auf kurze Zeit zur Ruhe kommt, zu vergrößern, können die Seitenwände, wie aus Fig. 6 hervorgeht, etwas ausgebaucht gestaltet sein.

Die Wirkung des Wassers bei niedrigen Geschwindigkeiten des Rades, wenn die Strahlen nach innen durch Schaufelringe und beinähe gerade durch die Mitte nach den Schaufeln auf der anderen Seite gehen, ist durch die punktierten Linien in Fig. 1 dargestellt.

Bei höheren Arbeitsgeschwindigkeiten kommt im Gegensatz hierzu, wie dies in Verbindung mit Fig. 7 erklärt wor.den ist, das sich nach innen bewegende Wasser beinahe oder ganz zur relativen Ruhe gegenüber den Schaufeln, kehrt dann seine Bewegung um und wird wieder aus den äußeren Schaufelenden, ohne den Mittelraum durchströmt zu haben, herausgelassen. Diese Wirkung ist in Fig· 5 dargestellt, in welcher der gestrichelte Kreis den inneren Rand der Schaufeln angibt und die punktierten Linien den Weg des Wassers in bezug auf den festen Zwischenraum darstellen.

Bei mittleren Drehgeschwindigkeiten folgt das Wasser einem mittleren Lauf, wie er in punktierten Linien in Fig. 4 dargestellt ist, wobei es den mittleren Raum auf Wegen durchströmt, welche desto weiter von dem Mittelpunkt liegen, je höher die Geschwindigkeit ist. Die Umfangsgeschwindigkeit des Rades ist etwas größer als ¹Z₂ der Geschwindigkeit des Strahles. Das Wasser wird in den Schaufeln, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht, zurückgehalten, sobald die Umfangsgeschwindigkeit ³Z₅ der Geschwindigkeit des. Strahles übersteigt.

Bei der Arbeitsgeschwindigkeit und allen niedrigen Geschwindigkeiten wird das Wasser hauptsächlich aus dem Rade an einem Punkte im Raum heraustreten, welcher angenähert gegenüber dem Eintrittspunkte liegt und die auf den Schaufeln an diesem Punkte wirkenden

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Drucke vereinigen sich auf Drehung des Rades, halten sich aber gegenseitig größtenteils das Gleichgewicht in bezug auf ihre Neigung, einen seitlichen Druck auf die Lager auszuüben.

Das zwischen den Schaufeln bei hohen Geschwindigkeiten zurückbleibende Wasser verringert möglichst unregelmäßiges Zerstreuen und, eine Flüssigkeitsreibung, während durch den quer verlaufenden Eintritt bei niedrigen Geschwindigkeiten das austretende Wasser ver-ί hindert wird, den eintretenden Strahl abzu- » sperren, besonders dann, wie aus den Zeichnungen ersichtlich, wenn das Wasser an dem höchsten Punkt des Rades zugeführt wird und nahe dem untersten Punkt heraustritt.

Die Anordnung der Düse am höchsten Punkte des Rades ist ebenfalls von Vorteil, wenn die Schwerkraft des Wassers berücksichtigt wird. Die Wirkung zeigt sich in einem steigenden ao Bestreben des Wassers, quer durch den Raum zu strömen und am niedrigsten Punkte abzufließen, so daß die ganze nutzbare Fallhöhe über dem niedrigsten Punkte ausgenutzt wird.

Claims

Patent-Anspruch ε:

1. Senkrechte Wasscr-Freisirahlturbinc, gekennzeichnet durch Schaufeln, welche zwischen zwei Scheiben am Rande derart angeordnet sind, daß die äußeren Enden um 20 ° zur Tangente geneigt sind, während die inneren Enden radial verlaufen, und durch einen mittleren Raum, in den sich die Schaufeln um */., des Radius erstrecken, und der für den Durchfluß des Wassers quer hindurch offen ist.,

2. Wasser-Freistrahlturbinc nach Anspruch i, gekennzeichnet durch ein Paar die Schaufeln einschließender konkaver Scheiben und dementsprechend an ihren inneren Enden verbreiterte Schaufeln, so daß Sammelräume entstehen, .in welchen das Wasser zur Ruhe kommen kann. '

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.

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