DE326274C - Wasserturbine mit radialer Ein- und Ausstroemung am aeusseren Radumfang und freier Durchstroemung des Radinnern - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 28. SEPTEMBER 1920

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- JVl 326274 KLASSE 88 a GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. August 1917 ab.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Turbinen mit radialer Ein- und Ausströmung zur Verarbeitung großer Wassermengen und zur Erreichung großer Wirkungsgrade. Für diese Zwecke kann die Beaufschlagung des Rades durch' einen aus einer Pelton-Düse ausströmenden Freistrahl nicht mit Vorteil verwendet werden, da, wie aus dem in Fig. ι der beiliegenden Zeichnung dargestellten senkrechten Schnitt ersichtlich, alle Stromfäden unter verschiedenen Winkeln den Radumfang schneiden. Die Schaufelkurve kann also nur für einen einzigen Stromfaden richtig sein, alle übrigen treten in das Rad mit Stoß ein.

Wenn z. B. für den- mittleren Stromfaden der stoßfreie Eintritt gesichert wird, indem der Schaufelwinkel dem aus der absoluten Eintrittsgeschwindigkeit Ci und der Umfangsgeschwindigkeit %-bestimmtenWinkel der Relativgeschwindigkeit W₁ gleich groß genommen wird, so treten die übrigen Fäden mit Bauchoder Rückenstoß in das Rad ein, je nachdem sie ober- oder unterhalb des Mittelfadens strömen. Außer diesem Stoßverlust entsteht bei der Beaufschlagung durch Freistrahl ein (weiterer dadurch, daß die Schaufelkanäle das aus der Düse strömende Wasser nicht vollständig fassen können, so daß ein Teil des Aufschlagwassers, ohne Arbeit zu verrichten, vom Rade fortgeschleudert wird.

Um die angeführten Nachteile, welche der Freistrahlturbine anhaften, zu vermeiden, hat man bereits die Beaufschlagung statt durch einen Freistrahl durch Leitkanäle bewirkt, die das Wasser auf evolventenartigen Flächen derart auf das Rad leiten, daß alle Fäden des Strahles in nahezu gleichen Winkeln den Radumfang schneiden. Dieser absolute Einströmwinkel Ci₁ wird zweckmäßig annähernd zu fs^ilt gewählt.

Die Schaufeln mit den Winkeln ß_± (Fig. 2) auf dem äußeren Umfang und mit o.o°-Winkeln auf dem inneren Umfang bilden unter sich Kanäle, die sich bis zu einer bestimmten radialen Kranzbreite im Verhältnis zum Raddurchmesser von außen nach innen zu erweitern (Fig. 2). Wenn die radiale Kranzbreite über dieses Verhältnis vergrößert wird, wie z. B. gemäß Fig. 4, so erweitern sich zuerst die Schaufelkanäle von außen nach innen und verengen sich dann wieder. Die Bewegung des Wassers in den Schaufelkanälen ist beim Durchströmen von außen nach innen durch die Zentrifugalkräfte verzögert. Diese Umstände haben zur Folge, daß, solange die Kranzbreite α klein ist, der Kanalquerschnitt vom Strahl nicht ausgefüllt wird; mit wachsendem α verkleinert sich jedoch die Kanalweite, und es wird für α einen Grenzwert geben, bei welchem der Ausströmkanalquerschnitt ausgefüllt wird. Bei der derart gewählten radialen Kanalbreite (Fig. 2) tritt das Wasser am inneren Radumfang in einem geschlossenen Strahl aus. Es ist nicht statthaft, die Kranzbreite über diesen Grenzwert zu vergrößern, denn infolge des dadurch verringerten Ausströmquerschnittes könnte die Aufschlagwassermenge nicht durchfließen, und

es mußte ein Rückstau entstehen. Auch eine unter diesem Grenzwert liegende Kranzbreite wäre unvorteilhaft, denn in diesem Falle würden, aus den einander anstoßenden Kanälen getrennte Strahlen ausfließen, was für die Beaufschlagung des inneren Radkranzes ungünstig wäre. Eine zu kleine radiale Kranzbreite ist z. B. in Fig. 3 angenommen, wo die die Ausströmung zersplitternden Luftschichten durch Querschraffierungen angedeutet sind. Zufolge Durchsetzung des Strahles mit Luft geht beim. zweimaligen Durchströmen des Radkranzes Energie verlören. Ein weiterer . Verlust entsteht bei Anwendung eines Saugrohres noch dadurch, daß durch das Saugrohr ein Wasser-Luft-Gemisch abgeleitet wird und infolgedessen ein geringerer Unterdruck aus dem Sauggefälle hergestellt wird, als sonst beim Abfließen nur reinen Wassers entstehen würde. Die zur Erzielung einer kompakten. Ausströmung erforderliche radiale Kranzbreite im Verhältnis zum Raddurchmesser hängt von dem Schaufelwmkel ß_x ab. Wie dies leicht berechnet werden kann, wird a = o,34 r., d. h. rund t= ¹J₃ r., wenn ßf= 30° beträgt (Fig. 2), hingegen müßte α —0,449 ^r· genommen werden, wenn ^ = 20° wäre (Fig. 4). Mit a 1= ¹Za r. würde man im letzteren Falle eine sehr schlechte Ausströmung erhalten (Fig. 3): Die Kranzbreite mit etwa a = ¹Z₃ r. ergibt schöne Schaufelkurveß(zweckmäßig Schaufelkreissegmente) und eine Ausströmung mit nicht allzu konvergenten Konturen, hingegen wären die Schaufeln gemäß Fig. 4 zu lang (große Reibungsflächen) und die Ausströmung sehr unregelmäßig. Ein wesentlich kleinerer Winkel als ß_i — 30⁰, z. B. /J₁ = 2o°, wäre daher auch zufolge dieser Verhältnisse sehr unzweckmäßig. Bei richtiger Wahl der radialen Kranzbreite wird die Strömung nur zum Teil durch Luft gestört, und zwar erstreckt sich diese zersplitternde Wirkung der Luft nur auf die Breite der einzigen Schaufelteilung, in 'welcher sich die Schaufelkanäle entleeren. Um diesen Vorgang zu erklären, wurde die Strömung in den Fig. 2, 5 und 6 während einer Drehung des Rades um annähernd eine Teilung in drei Stellungen dargestellt. In dem Augenblick, ■ den Fig. 2 veranschaulicht, ist der Strahl kompakt, bei einer Weiterbewegung des Rades " spaltet sich ein Streifen ab, der innerhalb einer Teilung sich verdickt und wieder verschwindet (Fig. 6). Nachdem der Streifen ganz verschwunden ist, tritt wieder der Zustand gemäß Fig. 2 ein. Gemäß vorliegender Erfindung soll nun dafür gesorgt werden, daß in den Raum A (Fig. 5 und 6) von den Radstirnseiten aus Luft zuströme, denn ohne diese Einrichtung durchbricht und zersplittert die Außenluft den Streifen. Diese die Zersplitterung des Strahlrandes verursachende Durchbrechung erfolgt mit einem starken Getöse. Von dem unangenehmen Geräusch des ungelüfteten Rades ist bei dem gelüfteten Rad nichts mehr zu hören. Die Lüftung hat auch noch den Zweck, die in den voll beaufschlagten Kanälen eingeschlossenen Lufträume mit der Außenluft zu verbinden. Mit Rücksicht auf eine wirksame Lüftung soll die Strahlbreite eine bestimmte Größe nicht übersteigen. Wenn daher die zu verarbeitende Wassermenge eine große achsiale Radbreite erfordert, so ist das Rad durch Zwischenwände zu unterteilen und jedes Rad durch einen getrennten Strahl zu beaufschlagen. Die Unterteilung def Radbreite ist auch in baulicher Hinsicht günstig, da dabei Festigkeitsrücksichten dünne Schaufeln gestatten, die für die gute Wirkung des Rades von Nutzen sind.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Wasserturbine mit radialer Ein- und Ausströmung am äußeren Radumfang und freier Durchströmung des Radinnern, wobei die Eintrittsiwinkel der Schaufeln am. äußeren Radumfange etwa 30° betragen, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Leitkanals gleichzeitig mehrere Laufrad-/ schaufeln beaufschlagt werden, und daß die Eintrittskanten der Schaufeln zwecks Lüftung die Aufschlagsbreiten überragen und die radiale Schaufelung so bemessen ist, daß die Austrittsquerschnitte am inneren Radumfange von Wasser gerade ausgefüllt werden, ohne einen Rückstau zu verursachen."

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen,

   Berichtigungsblatt"

   zur Patentschrift 326274 Klasse 88a Gruppe 12„

   Der Anspruch des Patents 326274 erhält nachstehende Passung: "Wasserturbine mit radialer Ein- und Ausströmung am äußeren Radumfang und freier Durch strömung des Radinnern ₅ wobei die Eintrittswinkel der Schaufeln am äußeren Radumfäng etwa 30° betragen und mittels eines evolventenartigen Leitkanals lh mehrere Laufschaufeln feeawfschlagb werden.