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Laufrad für Francisturbinen. Da die zwei- und dreidimensionale Turbinentheorie
bis heute beider Berechnung der Laufräder keine wesentlichen Verbesserungen in .der
Bauartderselben ermöglicht hat, wird bei der Berechnung .der Räder auch heute noch
in den meisten Füllen die eindimensionale Turbinentheorie benutzt. Sie besitzt gegenüber
der mehrdimensionalen Turbinentheorie den Vorteil bedeutend größerer Einfachheit
und man erzielt mit derselben praktisch befriedigende Ergebnisse. Die eindimensionale
Turbinentheorie hat eine umendlich große Schaufelzahl zur Voraussetzung. Diese Voraussetzung
kann aber selbstverständlich nicht erfüllt werden, da bei endlicher . Schaufeldicke
der Laufraddurchmesser unendlich groß werden müBte, um die unendlich große Schaufelzahl
unterzubringen. Wollte man, um den Voraussetzungen der Theorie möglichst nahe zu
kommen, eine sehr große Schaufelzahl annehmen, so würde bei den bis. jetzt gebräuchlichen
Konstruktionen ein sehr großer Reibungsverlust in den Schaufelkanälen auftreten,
was eine wesentliche Verminderung des Wirkungsgrades zur Folge hätte. Um d iese
Reibungsverluste möglichst zu vermindern, waren deshalb die Schaufelkonstrukteure
von jeher bemüht, die Anzahl. der Schaufeln so zu wählen, d'aß bei möglicst geringem
Reibungsverlust doch eine möglichst vollkommene Abgabe des Arbeitsvermögens des
Treibmittels an das Laufrad stattfindet. Weil aber die Bemessung der Schaufelkanäle
Ader vollen Wassermenge angepaßt wenden muß, so hatten diese Konstruktionen alle
den Nachteil, daß bei Teilbeaufschlägung des Laufrades die Laufrad= schaufelkanäle
lim Verhältnis zur durchfließenden Wassermenge viel zu weit waren, so daß bei Teilbeaufschlagung
d-ie Strömung eine ungünstige wurde, womit wiederum eine Verminderung des Wirkungsgrades
verbunden war.
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Eine Verhütung der Nachteile der für die Teilbeaufschlagung zu weiten
Schaufelkanäle kann nun dadurch erreicht werden, d'aß die Anzahl der Schaufeln so
stark vergrößert wird, d'aß die Schaufelkanäle genügend eng werden, um auch bei
kleinererDeaufsehlagung eine günstige Strömung des Arbeitsmittels 3n den Kanälen
zu erreichen. Dabei besteht aber die Gefahr, daß wegen -der vielen Schaufeln die
Reibungsverluste zu groß werden. Da anderseits bei außen beaufschlagten Laufrädern
-die Schluckfähigkeit um so größer wird, je größer die Umfangsgeschwindigkeit an
der Laufradaustrittskante ist, so besteht das Bestreben, die Laufradaustrittskante
so weit nach außen zu verlegen, als es aus Festigkeitsgründen zulässig ist.
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Die vorliegende ErfinJ'ung ausmachende Ausgestaltung- eines außen
beaufschlagten Laufrades berücksichtigt alle vorstehenden Erwägungen. Der Erfindung
..gemäß ist, nm Merndianschnitt gesehen, die größte raidiale Länge,d'er in einem
einzigen Kranz angeordneten Schaufeln höchstens
vom Eintrittsradius des Laufrades und es bilden Laufradscheibe und Gehäusewand einen
von Einbauten völlig freien Ringraum von solcher Form,
d'aß das
Wasser in demselben, also erst nach Verlassen der Laufschaufeln, allmählich und
stetig von der radialen in die achsiale Richtung abgelenkt wird. Dabei kann die
arbeitende Schaufelfläche als Zylinderfläche mit zur Radachse parallelen Erzeugenden
ausgebildet sein, und es kann der senkrecht zur Radachse geführte Querschnitt durch
die Laufschaufeln Fisc'hbauchform haben, wobei das dickere Ende der Fischform der
Stromrichtung entgegengerichtet ist. Um eine weitere Vereinfachung der Fabrikation
sowohl als auch der Berechnung zu erreichen, können die Ein- und' Austrittskanten
als Parallele zur Radachse gewählt wenden.
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Das,den Gegenstand' vorliegender Erfindung anismachende Laufrad hat
bei Teilbeaufschlagung bedeutend bessere Wirkungsgrade, als die bis jetzt bekannt
gewordenen Laufräder gleicher Schluckfähigkeit und Schnelläufigkeit. Ein weiterer
Vorteil ist der infolge der besonderen, eine erhebliche Achsialkomponente etwaiger
Umlenkungskräfte vermeidende Schaufelform sehr kleine Achsialschub, so daß die Belastung
.der Spur- oder Kammlager bei Verwendung eines solchen Laufrades bedeutend kleiner
wird, als dies bei den bisher bekannt gewordenen Laufrädern gleicher Schnelläufigkeit
der Fall ist.
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Es sind zwar schon Ventilatoren und Dampfturbinen bekannt, welche
radial gerichtetenDurchfluß durch achsial gerichtete, kurze Schaufeln besitzen.
Jene Ventilatoren fördern jedoch das Mittel von innen nach außen. Die bisher bekannt
gewordenen Ausführungen haben ebene Scheiben, welche die Luft sehr schlecht führen.
Deshalb sind schon vielerl,ei_ Verbesserungseinrichtungen angebracht worden, welche
den ganzen Ventilator zu einer umständlichen und teuren Maschine machten. Die. bekannten.
Dampfturbinen siM innen beaufschlagt und vielstufig. Trotz dieser längst vorbekannten
Einrichtungen hat noch niemand daran gedacht oder wenigstens nicht gewagt, Laufräder
für Wasserturbinen zu bauen, wie sie Gegenstand. vorliegender Erfindung sind.
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Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
In Fig. i ist ein außen beaufschlagtes Laufrad teilweise im Meridianschnitt gezeichnet,
dessen Laufschaufeln zur Achse parallele Eintritts-, hingegen zur Achse geneigte
Austrittskanten besitzen. Fig. a ist ein bei A-B der Fig. i durchgelegt gedachter
Querschnitt durch zwei aufeinand'erfolgende Laufschaufeln von unten gesehen und
in etwas größerem Maßstabedargestellt. Fig. 3 zeigt, in einem Laufradmeriklian.schn:itt
gesehen, Laufschaufeln mit parallelen Ein- und parallelen Austrittskanten.
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Gemäß Fs.g. i sitzt auf der Welle i die Laufrad-scheibe z, welche
an ihrem äußeren Rand die Schaufeln 3 trägt. Dieselben haben auf ihrer Arbeitsseite,
d. i. in Fig. z gesehen auf der Seite a Erzeugende, welche zur Radachse X-X
parallel sind. Gemäß Fig. i ist auch die Eintrittskante c zur Radachse X-X parallel,
dagegen -die Austrittskante d zu dieser Achse so geneigt, daß die radiale Schaufellänge
längs der Radscheibe e größer ist als am .unteren. Schaufelkranz f. .
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Bei der in Fig.'3 durgestellten Schaufel ist sowohl die Eintrittskante
i, wie auch die Austrittskante k zur Radachse X-X - parallel.