DE220019C

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Publication number: DE220019C
Application number: DENDAT220019D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 220019 -KLASSE 88 a. GRUPPE

BRIEGLEB, HANSEN & CO. in GOTHA.

Turbinensaugrohr mit gekrümmter Mittellinie. Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. September 1909 ab.

Dem Turbinensaugrohre, insbesondere dem Saugrohre einer -Francisturbine fallen verschiedene Aufgaben zu; es soll nicht nur das zwischen der Austrittsstelle des Wassers am Turbinenlaufrade und dem Unterwasser liegende Gefalle durch Erzeugung einer Saugwirkung ausnutzen, sondern auch die lebendige Kraft des aus dem Laufrade austretenden Wasserstromes in Druck umsetzen und dadurch die

ίο bereits als Folge der erwähnten Höhendifferenz eintretende Saugwirkung noch verstärken. Auf diese Art könnte man sogar die gesamte lebendige Kraft des aus dem Laufrade austretenden Wassers nutzbar wiedergewinnen, wenn es möglich wäre, eine verlustlose Umsetzung der Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie zu erreichen. Leider ist dies, wie bekannt ist, nicht der Fall; während zwar die Umsetzung der Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie sehr leicht und mit nur ganz geringen Reibungsverlusten möglich ist, treten bei dem umgekehrten Vorgange leicht große Verluste durch Wirbelung auf, und besonders wenn die Wasserführung noch irgendwelche Unsymmetrie oder Unregelmäßigkeit aufweist, tritt meist eine vollständige Störung dadurch ein, daß der Wasserstrom sich teilweise von den Wandungen des Rohres ablöst und, ohne eine Verzögerung zu erleiden, aus dem Rohre austritt. Bei Turbinensaugrohren läßt sich nun in der überwiegenden Mehrzahl der Fälle ein Anlaß zu einer solchen Störung nicht vermeiden ; das Saugrohr muß nämlich aus äußeren Gründen meist als Krümmer ausgebildet werden, d. h. eine gekrümmte Mittellinie erhalten.

Auf welche Art diese Krümmung zu einer Störung des Verzögerungsvorganges führt, wird aus dem folgenden Beispiel leicht zu entnehmen sein.

Die Fig. ι zeigt das Saugrohr einer horizontalen Francisturbine im Schnitt; bei α tritt das aus dem Laufrade austretende Wasser in das Saugrohr ein, um dasselbe bei b wieder zu verlassen. Der Querschnitt des Saugrohres bei b ist wesentlich größer als bei a, so daß bei dem idealen Strömungsvorgange, der in Fig. 1 durch die eingezeichneten gestrichelten Linien veranschaulicht ist, eine Verzögerung des Wasserstromes und dadurch die Rückgewinnung der Geschwindigkeitsenergie erreicht wird. Tatsächlich wird aber der Vorgang wesentlich anders sein; ein Wasserstrahl, der in einem sich erweiternden Rohre fließt, hat stets die Tendenz, sich teilweise von der Rohrwandung abzulösen, und bei dem Turbinensaugrohr wird diese Tendenz durch die Wirkung der Zentrifugalkräfte an der gekrümmten Stelle noch derart unterstützt, daß der Vorgang in der durch Fig. 2 angedeuteten Weise ablaufen wird; der Wasserstrahl löst sich bei der Krümmung teilweise von der Saugrohrwandung ab, erfüllt bei seinem Austritt (bei b) nur einen Teil des ganzen Saugrohrquerschnittes und verläßt somit das Saugrohr annähernd mit derselben Geschwindigkeit, mit der es in dasselbe eingetreten ist. Der Raum c ist dabei nur mit totem Wasser gefüllt, welches an dem eigentlichen Strömungsvorgange nicht teilnimmt.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die störende Einwirkung der Saugrohrkrümmung

(2. Auflage, ausgegeben am 4. Februar igii.J

auf den Verzögerungsvorgang zu beseitigen oder wenigstens wesentlich herabzumindern, und zwar auf die im folgenden beschriebene Weise:

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß der Verzögerungsvorgang durch die Krümmung des Saugrohres um so weniger gestört wird, je größer der Krümmungsradius der Saugrohrmittellinie gemacht wird. Leider ist es nun bei Turbinenanlagen fast niemals möglich, diesen Krümmungsradius genügend groß zu machen, weil das Saugrohr dann zu viel Raum beanspruchen würde. Aus der Lehre von der Bewegung von Flüssigkeiten in Rohrkrümmern ist aber bekannt, daß die vom Krümmer verursachte Störung der Strömung nicht von dem Krümmungsradius allein, sondern vielmehr von

j τ? u-14. · Krümmungsradius

dem Verhältnis -„—n-,°-, abhangt.

Strahldicke

Statt den Krümmungsradius der Saugrohrmittellinie zu vergrößern, kann man daher ebensogut die Strahldicke verkleinern. Dies geschieht nach der vorliegenden Erfindung dadurch, daß in das Saugrohr an der gekrümmten ,Stelle Ablenkungsflächen d (Fig. 3) eingebaut werden. Durch diese Ablenkungsflächen, welche in der Figur im Schnitt erscheinen, wird der ganze Wasserstrom in mehrere Teilstrahlen zerlegt; durch den Einbau von z. B. drei Ablenkungsflächen wird die Dicke des einzelnen Strahles auf ¹/_i vermindert, das erwähnte Verhältnis

Krümmungsradius
Strahldicke

also auf das Vierfache vergrößert, ohne daß die äußere Gestalt des Saugrohres verändert und der beanspruchte Raum vergrößert würde. Die Art der Wasserströmung, die sich unter der Einwirkung der Ablenkungsflächen ausbildet, ist in Fig. 3 wieder durch gestrichelte Linien angedeutet. Es ist aus der Anschauung ohne weiteres klar, daß durch derartige Ablenkungsflächen die störende Einwirkung der Saugrohrkrümmung beseitigt oder wenigstens sehr stark vermindert wird, ein Resultat, welches auch durch Versuche vollauf bestätigt wird.

Nebenbei gewähren die Ablenkungsflächen noch einen weiteren Vorteil. Wenn keine Ablenkungsflächen vorhanden sind, ist die Wasserströmung bereits in der gekrümmten Stelle unregelmäßig, und diese Unregelmäßigkeit kann bei sehr gedrängter Bauart auf den Wasseraustritt aus dem Laufrade eine störende Rückwirkung ausüben. Wenn jedoch die Wasserströmung im gekrümmten Teile, gezwungen durch die Ablenkungsflächen, regelmäßig verläuft, ist jede störende Rückwirkung ausgeschlossen.

Zweckmäßigerweise werden die Ablenkungsflächen als Zylinderflächen ausgeführt, deren Erzeugende senkrecht auf der Ebene der gekrümmten Saugrohrmittellinie stehen; geringe Abweichungen hiervon sind jedoch ohne wesentliche Beeinträchtigung der Wirkung möglich.

Die Anzahl der Ablenkungsflächen, welche bei gußeisernen Saugrohren auch aus Blechstreifen bestehen können, die nach Art der Laufradschaufeln in die Saugrohrwandung eingegossen sind, ist gänzlich unwesentlich.

Die Erfindung kann bei allen Turbinenbauarten Verwendung finden, sobald das Saugrohr gekrümmt ausgeführt werden muß. Von besonderem Vorteil ist die^Erfindung bei horizontalen Zwillings turbinen, bei denen zur Erzielung einer gedrängten Anordnung Saugrohre mit verhältnismäßig starker Krümmung verwendet werden. Ebenso kann die Erfindung bei vertikalen Francisturbinen verwertet werden, bei denen das Saugrohr das Wasser in die horizontale Abflußrichtung überzuführen hat.

Claims

Patent-Anspruch :

Turbinensaugrohr mit gekrümmter Mittellinie, dadurch gekennzeichnet, daß an der gekrümmten Stelle Ablenkungsflächen angebracht sind, welche den Wasserstrom in mehrere Teilstrahlen zerlegen, um den störenden Einfluß der Krümmung auf die Saugrohrwirkung herabzumindern oder zu beseitigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.