DE2349815A1

DE2349815A1 - FLOW MACHINES

Info

Publication number: DE2349815A1
Application number: DE19732349815
Authority: DE
Inventors: Janos Dipl Ing Dr Csemniczky
Original assignee: GANZ MAVAG MOZDONY VAGON
Current assignee: GANZ MAVAG MOZDONY VAGON
Priority date: 1972-10-20
Filing date: 1973-10-04
Publication date: 1974-05-02
Also published as: FR2207524A5

Description

D 5 - 79D 5 - 79

GANZ-MAVAG Mozdony-, Vagon-es Gepgyar Budapest, VIII. Könyves Kalman krt. 7 6„.GANZ-MAVAG Mozdony-, Vagon-es Gepgyar Budapest, VIII. Könyves Kalman krt. 7 6 “.

UngarnHungary

STRÖMUNGSMASCHINENFLOW MACHINES

Die Erfindung bezieht sich, auf die Kons t rukt ions aus gestaltung des Raumes zwischen dem Stator und dem. Eotor von Strömungsmaschinen.The invention relates to the construction of the space between the stator and the. Eotor of flow machines.

Unter den an den Strömungsmaschinen auftretenden Verlusten eines der Haupttype ist der sogenannte Scheibenreibungsverlust, welcher zwischen dem Stator und dem Rotor der fraglichen Maschinen auftritt. Dieser Verlust ist, mit Ausnahme von einzelnen speziellen, selten vorkommenden Ma-One of the main types of losses occurring in fluid flow machines is the so-called disc friction loss, which occurs between the stator and the rotor of the machines in question. That loss is, with Exception of individual special, rarely occurring ma-

418-217/55418-217 / 55

409818/0303409818/0303

schinen. - in welchen im obigen Raum eine langsame, geschichtete Strömung einer Flüssigkeit von hoher Viskosität besteht - dem Quadrat der relativen Geschwindigkeit der sich außer den dem Stator und dem. Rotor benachbarten Grenzschichten befindenden, wirbelnden Hauptströmung, mit einer befriedigender AnnJiaerung proportionell.machines. - in which in the above room a slow, layered one Flow of a liquid of high viscosity consists - the square of the relative speed of itself except for the stator and the. Rotor adjacent boundary layers located, swirling main flow, with a more satisfactory AnnJiaerung proportionally.

Es wurden viele Versuche gemacht, den Scheibenreibungsverlust der Strömungsmaschinen zu vermindern. Nach den durch theoretischen Berechnungen verfolgten und durch Versuche nachgewiesenen Ergebnissen hat der obige Verlust bei einem gegebenen Wert des Abstandes zwischen dem Stator und dem Rotor ein Minimum.. Durch eine Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit der sich reibenden Oberflächen vermindert sich der Verlust während einer gewissen Zeit, später ändert er sich nicht. Die Größen der Verluste werden natürlich auch von den physikalischen Eigenschaften des diesen Raum ausfüllenden Mediums (hauptsächlich von der Viskosität) und von den Ausmaßen des Rotors stark beeinflußt, diese Werte werden aber vom Anwendungsgebiet der Maschine bestimmt und so werden sie in erster Reihe nicht einer Verminderung des Scheibenreibungsverlustes entsprechend ausgestaltet. Bei den derzeit bekannten Konstruktionen wird nach einem bei den obigen Gebundenheiten erreichbaren Optimum gestrebt, bei den verwendeten Lösungen ist aber der Reibungsverlust von bedeutender Höhe, er beträgt, vom Maschinentvp abhängig, 2-10 % der Nutzleistung.Many attempts have been made to reduce the disk friction loss of fluid machines. To The above loss has the above loss on the results followed by theoretical calculations and proven by tests at a given value of the distance between the stator and the rotor a minimum .. By improving the Surface roughness of the rubbing surfaces, the loss decreases during a certain time, later he doesn't change. The sizes of the losses are of course also dependent on the physical properties of the medium filling this space (mainly from the Viscosity) and strongly influenced by the dimensions of the rotor, but these values are dependent on the area of application of the machine and so they are not primarily related to a reduction in disc friction loss designed. In the currently known constructions, an optimum that can be achieved with the above constraints is sought strived for, but with the solutions used, the friction loss is significant, it amounts to, from the machine type dependent, 2-10% of the useful power.

Bi.r Zweck der Erfindung ist eine Verminderung der Scheibenreibungsverluste der Strömungsmaschinen, bzw. eine Ermöglichung der Ausnutzung der auf diesem Wege gewonnenen Energie. Als eine, im Interesse der Erreichung des Ziels zu verwirklichende Aufgabe gilt eine solche Änderung des zwischen dem Stator und dem Rotor zustandekommenden Strömungsbildes, infolge deren die Scheibenreibungsverluste kleiner werden. Bi.r the purpose of the invention is to reduce the disc friction losses of the turbomachines , or to enable the energy obtained in this way to be used. One of the tasks to be implemented in the interest of achieving the goal is such a change in the flow pattern that occurs between the stator and the rotor, as a result of which the disk friction losses become smaller .

Die Erreichung des obigen Ziels, bzw. die Verwirk-The achievement of the above goal or the realization

409818/0303409818/0303

V - 3 -V - 3 -

lichung der daa.it in Zusammenhang stehenden Aufsähe wird bei den nach der ϊ·γΓϊι,·.-ιιιι£; ausgeführten Strömungsmaschinen derart gelöst, daß 3in Raum zwischen dem Stator und dem Rotor, hauptsächlich im von der Vorder- und/oder Rückplatte des Stators -Bund des Rotors abgeschlossenen Raum, zwischen den Stator und den Rotor eine Fr eil aufsehe ibe untergebracht ;Wird, welche bei einem Gleichgewicht der an beiden Seiten der Scheibe auftretenden Reibungskräfte mit einer HaIb-Winkelgeschwindigkeit im Verhältnis zur Winkelgeschwindigkeit des Rotors rotiert, bei welchem Fall die relative Geschwindigkeit im sich außer der Grenzschicht befindenden Hauptteil der zwischen der Freilaufscheibe und dem Rotor, bzw. dem Stator zustandekommenden Strömung bis auf eine Hälfte der relativen Geschwindigkeit der ohne Freilauf scheibe zustandekommenden Hauptströmung, der Reibungswert also bis auf ca. ein Viertel des ursprünglichen Wertes sinkt.Information about the daa.it related information is available at according to the ϊ · γΓϊι, ·.-ιιιι £; running fluid machines in such a way solved that 3in space between the stator and the rotor, mainly in the from the front and / or back plate of the Stator collar of the rotor closed space between the The stator and the rotor are housed a bit upside down ; Becomes, which when the frictional forces occurring on both sides of the disk are in equilibrium with a half angular velocity rotates in proportion to the angular speed of the rotor, in which case the relative speed in the main part outside of the boundary layer between the freewheel disk and the rotor, or the flow resulting from the stator up to half the relative speed of the disc without a freewheel resulting main flow, i.e. the coefficient of friction drops to about a quarter of the original value.

Als bekannt ist, wird die sick in einem mit Flüssigkeit gefülltem Raum drehende Scheibe durch die Reibung der Flüssigkeit gebremst. Dreht sich der Rotor in einem Flüssigkeit sraum mit einer Winkelgeschwindigkeit uj , so kann die Winkelgeschwindigkeit des sich zwischen dem Stator und dem Rotor befindenden Flüssigkeitsrings, im Turbulenzbereich zwischen den Grenzschichten für oj/2 genommen werden. Die auf den Stator, bzw. Rotor auswirkenden Gleitspannungen (und die sich aus der Integrierung von diesen ergebenden Bremskräfte) sind an beiden Seiten des Elüssigkeitsrings dem Quadrat der relativen Geschwindigkeit proportioneil, d.h. der Wert der Gleit spannungen beträgt: ,As is known, the sick in a fluid-filled space is rotated by the friction of the disc Liquid braked. If the rotor rotates in a liquid space with an angular velocity uj, the Angular velocity of the liquid ring located between the stator and the rotor, in the turbulence range between the boundary layers can be taken for oj / 2. the Sliding stresses affecting the stator or rotor (and the braking forces resulting from the integration of these) are on both sides of the liquid ring Square proportional to the relative speed, i.e. the value of the sliding stresses is:,

-2 _ti 2 -2 _ti 2

Wird aber zwischen die Wand der Strömungsmaschine, d.h. zwischen ihren Stator und Rotor eine Freilauf scheibe, nach den. obigen eingesetzt, so beträgt die Winkelgeschwindigkeit in den beiden Flüssigkeitsringen an beiden Scheiben seiten VAi/4 bzw. 3 oJ/4. Der Wert der auf die DrehscheibeBut if between the wall of the turbomachine, i.e. a freewheel disk between your stator and rotor, after the. used above, the angular velocity is in the two liquid rings on both panes sides VAi / 4 or 3 oJ / 4. The value of the on the turntable

;.: . 4098 18/0303;.:. 4098 18/0303

wirkenden Gleitspannungen wird in diesem Fall durch folgende Formel gegeben:acting sliding stresses is in this case by the following Given formula:

1616

d.h. die Scheibenreibungsverluste werden, infolge des Einbaus der Freilauf scheibe auf 1A des früheren Wertes vermindert.i.e. the disc friction losses are reduced to 1A of the previous value as a result of the installation of the freewheel disc.

Die Freilaufscheibe kann nur an einer Seite, oder in Zusammenhang mit den Konstruktionsanforderungen auch an beiden Seiten des Botors eingebaut werden. Der Scheibenreibungsverlust nimmt dementsprechend an den Einbaustellen der Freilaufscheibe ab.The freewheel disc can only be on one side, or in In connection with the design requirements, it can also be installed on both sides of the bot. The disc friction loss accordingly decreases at the installation locations of the freewheel pulley.

Die Freilaufscheibe kann, nötigenfalls, auch so ausgestaltet werden, daß sie den Rotor am Umfang umgibt, eine radiale Fortführung von diesem bildet.If necessary, the freewheel disk can also be configured in this way be that it surrounds the rotor at the periphery, a radial continuation of this forms.

Die Erfindung wird eingehend in einer Zeichnung bekanntgemacht, in welcher:The invention is made known in detail in a drawing, in which:

In der Abbildung i: kann ein solches Ausführungsbeispiel der nach der Erfindung gebauten Konstruktion gesehen werden, wo die Freilaufscheibe an beiden Seiten eines Pumpenrotors ausgebildet ist,In the figure i: such an embodiment of the construction built according to the invention can be seen where the freewheel pulley is on either side of one Pump rotor is designed,

in der Abbildung 2: ist ein solches Ausführungsbeispiel der Erfindung zu sehen, bei welchem der Durchmesser der Freilaufscheiben größer als, der des Drehteils im gegebenen Fall des Pumpenlaufrads - ist und so bilden die Freilaufscheiben einen Badialdiffusor.In Figure 2: one such embodiment of the invention can be seen in which the diameter the freewheel disks larger than that of the rotating part in the given case of the pump impeller - and so the freewheel disks form a badial diffuser.

Im Fall des in der Abbildung 1 dargestellten Ausfiikrimgsbeispiels wird die Erfindung in Verbindung mit einer IWpe vorgeführt, wo der Rotor der Pumpe vom Laufrad 1 ma& der Welle 2 gebildet wird und der Stator besteht aus den Deckeln 3 und 4, ferner aus dem Schneckengehäuse 5. Die Freilauf::clieiben 6 und 7 befinden sich neben der Vorder- bzw« Rückplatte des iaufrads und sind im Stator gelagert. Der freibleibende Kaum wird von der von der Pumpe zn fördernden Flüssigkeit ausgefüllt.In the case of the exemplary embodiment shown in Figure 1 the invention is demonstrated in connection with an IWpe, where the rotor of the pump is removed from the impeller 1 ma & the shaft 2 is formed and the stator consists of the covers 3 and 4, furthermore of the worm housing 5. The freewheels 6 and 7 are located next to the front and back plates of the wheel and are mounted in the stator. The space that remains free is filled by the liquid conveyed by the pump.

409818/0303409818/0303

^Lr^fl'^ads ■" ^L r ^fl ' ^ads ■ "

eeschwindigfceifc vou , _ωΛ ,"". ^¹'"⁸ "" ^eiuer »beitretend.» Gleitspannun κ " *** ^Ma"i8keit a_ufin ^e₁₁Un₆ VIZ Γ Γ" ^ ^ """^cheib« eeschwindigfceifc vou, _ωΛ , "". ^ ¹ '" ⁸ "" ^{joining your} ». » Sliding stress κ "*** ^Ma " i8keit a _u f in ^ e ₁₁ Un ₆ VIZ Γ Γ "^ ^""" ^ cheib «

-und dem Stator befindende Elüssigkeit in Drehung gesetzt und die Winkelgeschwindigkeit der hier zustandekommenden drehung beträgt ui/4-. Der Scheibenreibungsverlust nimmt> in Zusammenhang mit den im obigen beschriebenen Strömungsverhältnissen den den im vorstehenden erwähnten Wert von l/A- auf.-und the stator located Elüssigkeit set in rotation and the angular velocity of the resulting here rotation is ui / 4-. The disc friction loss takes> in connection with those described above Flow ratios to the above-mentioned value of I / A-.

Eine axiale Unterstützung der Freilaufscheibe kann, von der in der Abbildung 1 dargestellten Ausführung abweichend, auch auf anderen gewohnlichenWeisen gelöst werden, die Lagerung kann sowohl im Stator als auch im Rotor erfolgen. Axial support of the freewheel pulley can deviating from the design shown in Figure 1, can also be solved in other usual ways, the storage can take place both in the stator and in the rotor.

Wie bekannt, gehört zum rotierenden Flüssigkeitsring eine an den Begrenzungswänden gut bestimmte Druckverteilung. So ist das bei den traditionellen Ausführungen ohne Freilaufscheibe und die Druckverteilung kommt zwischen der Freilaufscheibe und den damit in Verbindung stehenden Konstruktionsteilen ebenso zustande. In Abhängigkeit davon, wie die den Baum zwischen der Freilauf scheibe und dem Stator ausfüllende Flüssigkeit mit dem Raum zwischen dem Rotor und der Freilaufscheibe kommuniziert, tritt an der Freilaufseheibe, als eine Resultierende der Druckvertei- . lung, eine axiale Kraft von verschiedener Größe und Vorzeichen auf, welche auszugleichen ist. Ist der Druck im Raum zwischen der Freilauf scheibe und dem Stator, bei einer Ausführung nach Abbildung 1 zu. groß, so verschiebt sich die Scheibe gegen den Rotor, unter Wirkung von diesen wird der Spalt B verschlossen, der fragliche Raum wird durch den Teil A mit der Kleindruckzone verbunden und das Gleich-As is known, belongs to the rotating liquid ring a well-defined pressure distribution on the boundary walls. This is how it is with the traditional versions without a freewheel disk and the pressure distribution comes between the freewheel disc and the associated structural parts also come about. Depending on like the liquid filling the tree between the freewheel disk and the stator with the space between the Rotor and the freewheel disc communicates, occurs at the Freewheel disk, as a resultant of the pressure distribution. development, an axial force of various magnitudes and signs, which is to be compensated. Is the pressure in Space between the freewheel disk and the stator, in the case of an embodiment according to Figure 1. big so shifts the disc against the rotor, under the action of these becomes the gap B is closed, the space in question is opened through the part A is connected to the small print zone and the equal

409818/030 3409818/030 3

-G- ■-G- ■

gewicht wird wiederhergestellt. Da der iunondurchmenser der -Scheibe 7 kleiner als der der Öcheibe G sein kann, wird die auf das Laufrad 1 auswirkeade Axialkruft, im Verhältnis zu der Ausführu^ ohne Freilaufscheibe kleiner, was hinsichtlich der Konstruktion von Vorteil ist. weight is restored. Since the iunondurchmenser the dial to 7 than that of the Öcheibe G can be smaller, the auswirkeade to the impeller 1 Axialkruft becomes smaller in proportion to the Ausführu ^ without idler pulley, which is in the construction of advantage.

In der Abbildung 2 ist das Laufrad 1, die Freilauf scheiben 6 und 7, ferner ein Teil des Gehluses 8 zu sehen. In diesem Fall ist der Durchmesser der Freilaufscheiben 6 und 7 größer als der Durchmesser des Laufrads 1, so bilden die Freilaufscheiben einen Radialdiffusor. Eine Ausgestaltung des Radialdiffusors in einer Freilaufausführung ist darum zweckmäßig, weil in diesem Fall der Geschwindigkeit sunt erschied zwischen den Wänden des Radialdif- fusors und der strömenden Flüssigkeit kleiner ist, dadurch werden auch die dort auftretenden Reibungsverluste kleiner. Das ist bei solchen Typen der Strömungsmaschinen nötig, wo, nach dem Laufrad ein sogenannter Radialdiffusor verwendet wird· In Figure 2, the impeller 1, the freewheel discs 6 and 7, and also part of the Gehluses 8 can be seen. In this case, the diameter of the freewheel disks 6 and 7 is greater than the diameter of the impeller 1, so the freewheel disks form a radial diffuser. A design of the radial diffuser in a freewheeling version is useful because in this case the speed difference between the walls of the radial diffuser and the flowing liquid is smaller, which means that the friction losses occurring there are also smaller. This is necessary for those types of fluid flow machines where a so-called radial diffuser is used after the impeller.

Die Verwendung der nach der Erfindung ausgeführten Freilaufscheibe wird in den obigen in Verbindung mit einer Pumpe vorgeführt, die Erfindung kann aber auch, bei anderen Typen der rotierenden Strömungsmaschinen verwendet werden, zur Verminderung der Scheibenreibungsverluste. So können, hinsichtlich einer Anwendung der Erfindung, unter anderem, die folgenden Strömungsmaschinen in Frage kommen: -*jradiale und halbaxiale Pumpen, The use of the freewheel disk designed according to the invention is demonstrated in the above in connection with a pump, but the invention can also be used in other types of rotating fluid machines to reduce the disk friction losses. For example, with regard to an application of the invention, the following flow machines can be considered: - * radial and semi-axial pumps,

- Wasserturbinen von System Francis und Diagonalwasserturbinen, - System Francis water turbines and diagonal water turbines,

-hydraulische Momentwändler, -hydraulic moment converters,

- Ventilatoren"" Bläser, Kompressoren,- fans "" blowers, compressors,

- Dampf- und Gasturbinen.- steam and gas turbines.

Die Verwendung der Erfindung bietet einen bedeutenden Vorteil in solchen Fällen, wo" an eine Erhöhung des Wirkungsgrads wichtige Interesse geknüft sind. The use of the invention offers a significant advantage in those cases where "an increase in efficiency is of great interest.

409818/0303409818/0303

Claims

-. _: 'PATENT CLAIMS

^ ₅ / Rotating fluid machine, which, as is known, contains a stator and a rotor, characterized in that an Ifreewheel disk is installed between the Qt ator and the eotor.

2. The embodiment of the claim H executed rotating turbomachine, characterized in that the freewheel disk or freewheel disks (6 and / or 7) with a diameter of the impeller (1) forming the rotor Exceeding diameter is installed between the stator and the front and / or back plate of the rotor (are) (Fig. 1).

3. Sine embodiment of the rotating turbomachine according to claim Ί, characterized in that the freewheel disks (6, 7), their The diameter is greater than that of the impeller (1) forming the rotor, surrounding the rotor, forming a radial diffuser (Picture 2).

M-. An embodiment of the rotating fluid flow machine designed according to one of claims 1 and 2, characterized in that on the outside diameter of the freewheel disk (s) (6 and / or 7), on the rotating part side (1), on the inside diameter on the stator side (3 and / or ² J-) axial gaps (A, B) are designed (Figure -1).