-
Leitvorrichtung für Kreiselmaschinen (Wasser-,- Dampf- oder Gasturbinen,
Kreiselpumpen oder -gebläse). Bei den im Wasserturbinenbau zumeist gebräuchlichen
Leitradanordnungen sind die Begrenzungswände der Leitradschaufeln hauptsächlich
nach Zylinderflächen oder nach Ebenen ausgebildet, j e nachdem der Durchflug durch
das Leitrad vornehmlich achsial, wie bei den Achsialturbinen, oder vornehmlich radial,
wie bei den Radial- und Francisturbinen, erfolgt. Dementsprechend kann auch die
Formgebung der Leitschaufelfläche einfach durchgebildet werden, weil zu deren Ausbildung
im ersten Falle angenählerte Schraubenflächen, im zweiten Falle Zylinderflächen
genügen. Selten kommen Leitradanordnungen vor, bei denen das Wasser durch starre
Fülirungswän.de (Leitradbegrenzungswände) gezwungen wird, schon in den Leitradschaufeln
eine erhebliche Richtungsänderung einzuschlagen., weil für solche Zwecke bisher
wohl im Hinblick auf die beschriebenen Vorbilder eine Verbindung der zylindrischen
Form der Leitschaufelfläche und mit deren nacä einer Schraubenfläche ausgebildetem
Teile angestrebt wurde, was bei der verschiedenen Lage der Erzeugenden beider Flächen
nur durch: die Einschaltung einer doppelt gekrümmten Fläche möglich: ist. Derartige
doppelt gekrümmte Leitschaufelfläch'en verhindern eine genaue VoTausberechnung der
Winkel= und Geschwindigkeitsverhältnisse in den Leitradzellen und somit auch eine
sichere Berechnung der ganzen Turbine. Außerdem setzt die Verwendung einer derartigen
Leitvorrichtung die Ausbildung eines schwierig herstellbaren Gußstückes voraus.
-
Um dennoch bei einer durch starre Führungswände erzwungenen Wasserablenkung
in der Leitvorrichtung mit einfach: gekrümmten Leitschaufeln auszukommen., ist nach
der Erfindung die Einrichtung so, getroffen, daß die Leitschaufeln als Zylinderflächen
ausgebildet sind, deren Leitlinien ganz oder zum Teil die Rolle der Austrittskanten
übernehmen.
-
. Die Formgebung und Krümmung der Leitlinien (Austrittskanten) kann
entweder nur aus praktischen Gründen, wie leichtere Herstellbarkeit, Beweglichkeits-
und Festigkeitsrücksichten der Leitschaufeln, bestimmt sein, weshalb solchen Leitschaufeln
hauptsächlich die Aufgabe zufällt, eine durch seine Zähigkeit hervorgerufene unerwünschte
Drehbewegung des Wassers im Sinne der Laufra.ddrehung zu verhindern, oder es kann
den Leitlinien entweder auf ihrer ganzen Länge oder längs eines Teiles dieser eine
solche gesetzmäßige Krümmung vorgeschrieben werden, daß längs der ganzen Austrittskante
oder längs. eines Teiles dieser ein geordneter,
also stoßfreier
Wassereintritt in das Laufrad möglich ist.
-
In den Abb. i bis q. ist die Leitvorrichtung nach der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Nach den Abb. i und 2 wird ihre Anwendung für Achsialturbinen erläutert.
Abb. i zeigt den Aufriß der Leitvorrichtung samt eingebauter Achsialturbine durch
eine lotrechte, durch die Turbinenachse gelegte Ebene geschnitten und Abb. 2 den
Grundriß des Leitrades, wobei der Deutlichkeit halber die obere Leitradbegrenzungswand
entfernt gedacht ist. Die Leitschaufeln S, die in Abb. i in radialer Projektion
angedeutet sind, haben eine zylindrische Grundform. In den A.bb. i und 2 sind der
einfacheren Darstellung halber die Zylindererzeugenden e e parallel zur Turbinenachse
und die Leitlinien der zylindrischen Leitschaufel.flächen, die hier gleichzeitig
die Austrittskanten (a a in Abb. i und 2) vorstellen, in eine Ebene senkrecht zur
Turbinenachse gelegt. Abb.3 zeigt den Achsenschnitt einer Leitvorrichtung für Francis-
bzw. Radialturbinen, wobei ebenfalls der Deutlichkeit halber die Erzeugenden
e e der zylindrischen Leitschaufelflächen senkrecht zur Turbinenachse gewählt
wurden. Schließlich ist in Abb. 4 der Achsialschnitt einer Leitvorrichtung für ein
Zwillingslaufrad dargestellt.
-
Aus der durch die Abb. i und 2 ersichtlichen Leitradanordnung für
Achsialturbinen tritt das Wasser allgemein mit einer Absolutgeschwindigkeit im Sinne
des Pfeiles A (Abb.2) in die Leitradzellen ein, deren radiale Geschwindigkeitskomponente
durch die Pfeile i in den Abb. i und 2 angedeutet ist.
-
Durch die gekrümmte Form des Leitraddeckels L (Abb. i) wird das Wasser
gezwungen, durch die Leitvorrichtung in gekrümmten Bahnen zu fließen, wodurch es
bis zum Eintritt in das Laufrad zur Gänze oder zum größten Teil von der radialen
oder angenähert radialen in die achsiale oder angenähert achsiale Richtung im Sinne
der Pfeile i bzw. 2 (Abb. i) abgelenkt wird.
-
Wird auf die, Erreichung eines stoßfreien Wassereintrittes in das
Laufrad kein besonderes Gewicht gelegt und ist neben den erwähnten. praktischen:
Gründen hauptsäcli'-lich auch die Verhinderung einer unerwünschten Drehbewegung
des, Wassers im: Leitradraum maßgebend, so genügt der Einbau: von Scheidewänden,
die im einfachsten Falle als Leitlinie (Austrittskanten) eine gerade Linie (S,_
in Abb. 2) besitzen.
-
Um jedoch den Eintritt des Wassers in das Laufrad trotz der zylindrischen
Form der Leitschaufeln längs der ganzen Laufradeintrittskante stoßfrei zu gestalten,
ist nach der Erfindung eine gesetzmäßige Krümmung .der Leitra.daustrittskante (Leitlinie
der Zylinderfläche) vorgesehen, deren Form und Lage aus folgenden Erwägungen bestimmt
werden kann Um den Wassereintritt in das Laufrad stoßfrei zu gestalten, muß in jedem
Punkte der Austrittskante die Richtung der absoluten Austrittsgeschwindigkeit des
Wassers eine Tangente an jene Zylinderfläche vorstellen, deren Leitlinie mit der
'Austrittskante zusammenfällt. Entsprechend der in Abb. i und 2 zugrunde gelegten
vereinfachten Annahme über die Lage der Austrittskante und der Zylindererzeugenden
e e fällt auch. die Tangente T an die Leitlinie (Austrittskante) mit der wagerechten
Projektion, der absoluten Stromrichtung c' zusammen. Es ist daher der Neigungswinkel
a, den die Austrittskänte in einem beliebigen Punkte P mit den durch diesen Punkt
gehenden Parallelkreis K einschließt, durch die Bedingung festgelegt, daß die Richtung
der in diesem Punkte an die Austrittskante gelegten Tangente T mit jener der wagerechten
Projektion der absoluten Durchflußgeschwindigkeit c' übereinstimmt. Diese ist, wie
aus Abb. i und 2 ersichtlich, aus der im Punkte P senkrecht zur Schichtenfläche
n -iz vorhandenen Meridiangeschwindigkeit cn bzw.. deren Horizontalprojektion c"-'
und der in diesem Punkte vorhandenen Rotationskomponente des Wassers c" als die
Diagonale des aus cm und c" gebildeten Rechteckes eindeutig bestimmt. Da
die angegebene Konstruktion für beliebig viele Punkte derLeitradaustrittskante wiederholt
werden kann, ist deren Lage und Krümmung für den Fall festgelegt, wenn längs der
ganzen Austrittskante ein geordneter, also stoßfreier Wassereintritt in das Laufrad
gewünscht wird.
-
Die eingangs erwähnten praktischen Gründe können es jedoch auch hier
als zweckmäßig erscheinen lassen, auf einen geordneten, also stoßfreien Wassereintritt
längs der ganzen Austrittskante zu verzichten und einen solchen nur längs eines
Teiles oder mehrerer Teile der Austrittskante auszubilden, wie dies z. B. bei der
in Abb. 2 strichliert angedeuteten Leitschaufelanordnung SZ der Fall ist. Aus den
gleichen Gründen kann auch eine Verkürzung der Leitschaufelenden angestrebt werden,
wie dies in. Abb. i aus der strichlierten Linie b b ersichtliL-h ist. Ebenso
ist die Lage der Austrittskante und auch jene der Leitschaufelerzeugenden. (Zylindererzeugenden)
auf die Erreichung des Zweckes der Erfindung so lange belanglos, als, durch diese
eine sachgemäßeAusbildung der Leitschaufeln noch möglich; ist. Mithin kann die Leitradaustrittskante
auch; als eine doppelt gekrümmte
Kurve ausgebildet sein und können
die Leitschaufelerzeugenden eine zur Turbinenachse geneigte Lage besitzen, sofern
die Leitschaufelerzeugenden nur auf einer Zylinderfläche liegen oder zumindestens
eine Fläche einhüllen, die mit einer Zylinderfläche' die zur Erreichung des angestrebten
Zweckes erforderliche Ähnlichkeit besitzt. Derartige Leitschaufeln gestatten eine
für praktische Zwecke genügend genaue Vorausberechnung der Winkel- und Geschwindigkeitsverhältnisse
beim Laufradeintritt.
-
Was die baulicheForrngebungeiner solchen Leitvorrichtung anbelangt,
so können die Leitschaufeln unbeschadet ihrer zylindrischen Grundform zu besserer
Wasserführung an den Enden auch abgeschrägt werden und entweder nur mit dem LeitraddeckelL
oder auch mit dem Ring R (Abb. z) starr oder beweglich verbunden. sein. Im ersten
Falle ergibt sich unter der Voraussetzung von unbeweglichen Leitschaufeln ein einfacher
und billiger Aufbau der ganzen Leitvorrichtung, weil schwierige Formstücke vollständig
entfallen.
-
Die hier für Achsialturbinen geschilderte Leitvorrichtung läßt sich:
auch für Radialturbinen verwenden, wie dies beispielsweise durch Abb.3 angedeutet
ist. Es sind hier wieder wie früher durch a a die Leitlinien der zylindrischen
Leitschaufelfläche, die der Einfachheit halber gleichzeitig auch deren Austrittskanten
vorstellen, und durch e e die Zylinder- bzw. Leitschäufelerzeugenden dargestellt.
-
Abb. 4 veranschaulicht die Leitvorrichtung für ein Zwillingslaufrad,
die sowohl für Achsialturbinen als auch für Radia.Dturbinen verwendet werden kann.
In Abb. 4 sind die linken Laufradh älften der beiden Achsiallaufräder Fl und F,
im Schnitt eingezeichnet und deren gemeinsame Drehachse durch z z dargestellt. Soll
daher die Leitvorrichtung zur Beaufschlagung. der beiden Achsialräder dienen, so
fließt das Arbeitsmittel im Sinne der Pfeile 3 den Laufrädern zu. In diesem Falle
ist die Leitvorrichtung zur Laufradachs.e z z symmetrisch ausgebildet, wobei
durch a a die Leitlinien (Austrittskanten) und durch e e die Zylindererzeugenden
der Leitschaufeln dargestellt sind. Es läßt sich jedoch diese Leitvorrichtung auch
zur 13eaufschlagung von Zwillingsradialrädern verwenden, wenn sie symmetrisch zur
Laufradachse z, z, des Zwill'ingsradialrades ausgebildet wird. In Abh.4 ist auch
die rechte Schnitthälfte eines derartigen Zwillingslaufrades strichliert angedeutet
und mit G bezeichnet. In. diesem Falle durchfließt das Arbeitsmittel die Leitvorrichtung
im Sinne der Pfeile 4. Infolge der umgekehlten Stromrichtung stellen nunmehr die
Kanten a,_ a1 die Leitradaustrittskanten vor, die den Zylindererzeugenden e e als
Leitlinien dienen.
-
Der Einbau von zylindrischen Leitschaufeln, deren - Austrittskanten
als Leitlinien dieser zylindrischen Schaufelflächen ausgebildet sind, kann in jede
Leitvorrichtung erfolgen und ist -weder durch die Art des Arbeitsmittels noch: durch
dessen Menge irgendeiner Beschränkung unterworfen. Es kann. somit eine derartige
Leitvorrichtung nicht nur zur Energiegewinnung in Wasserturbinen, Dampf- oder Gasturbinen,
sondern auch: zur Förderung in: Kreiselpumpen und -geblasen verwendet werden.