DE344131C - Leitvorrichtung fuer Kreiselmaschinen (Wasser-, Dampf- oder Gasturbinen, Kreiselpumpen oder -geblaese) - Google Patents

Leitvorrichtung fuer Kreiselmaschinen (Wasser-, Dampf- oder Gasturbinen, Kreiselpumpen oder -geblaese)

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DE344131C
DE344131C DE1921344131D DE344131DD DE344131C DE 344131 C DE344131 C DE 344131C DE 1921344131 D DE1921344131 D DE 1921344131D DE 344131D D DE344131D D DE 344131DD DE 344131 C DE344131 C DE 344131C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16Stators
    • F03B3/18Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

  • 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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Leitvorrichtung fürKreisehnaschinen (Wasser-, Dampf- oder Gasturbinen, Kreiselpumpen oder -gebläse) mit einer durch starre Führungswände (Leitradbegrenzungswände) erzwungenen Ablenkung des Arbeitsmittels im Leitradraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitradschaufeln als vollständige oder angenäherte Zylinderflächen ausgebildet sind, deren Leitlinien mit den Aus: bzw. Eintrittskanten der Leitschaufeln zusammenfallen. a. Leitvorrichtung fürKreisehnaschinen nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Leitradaustritts-bzw. Eintrittskante ganz oder längs eines Teiles oder mehrerer Teile von ihr in der Weise festgelegt ist, daß in allen Punkten der ganzen Austritts- bzw. Eintrittskante oder längs eines oder mehrerer Teile von ihr die Richtung der absoluten Austrittsbmv. Eintrittsa schwindigkeit des Mittels eine Tangente an die zylindrische Leitschaufelfläche bildet.
DE1921344131D 1914-02-17 1921-02-16 Leitvorrichtung fuer Kreiselmaschinen (Wasser-, Dampf- oder Gasturbinen, Kreiselpumpen oder -geblaese) Expired DE344131C (de)

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