DE3938356C2 - Pelton cup for high specific speeds - Google Patents
Pelton cup for high specific speedsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Becherformen für beispielsweise aus der DE-PS 8 54 328 bekannte Peltonturbinen-Laufräder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 für Proportionen Strahlkreisdurchmesser D zu Strahldickendurchmesser d (Fig. 2, Fig. 3), kurz D/d genannt, im Ausmaß von kleiner als 7 bis wesentlicher kleiner als 5.The invention relates to cup shapes for, for example, DE-PS 8 54 328 known Pelton turbine impellers according to the preamble of claim 1 for proportions of beam circle diameter D to beam thickness diameter d ( Fig. 2, Fig. 3), D / d for short, in Extent less than 7 to much less than 5.
Anschaulich ausgedrückt, bedeutet ein kleines Verhältnis D/d verhältnismäßig große Peltonbecher, die sehr nahe an die Mittellinie 2 des Turbinenrades rücken, wie die Fig. 2 und 3 deutlich zeigen.To put it graphically, a small ratio D / d means relatively large Pelton cups, which move very close to the center line 2 of the turbine wheel, as clearly shown in FIGS . 2 and 3.
Die Erfindung besteht in der Erkenntnis von miteinander zusammenhängenden Proportionen, wie sie die Ansprüche 1 bis 5 für kleine Werte D/d angeben und die von üblichen bekannten Werten weit abweichen.The invention consists in the discovery of interrelated Proportions as specified in claims 1 to 5 for small values D / d and that deviate widely from the usual known values.
In der Fachliteratur wird für den Entwurf von Peltonrädern ein Verhältnis D/d von größer als 10 zur Erzielung guter Wirkungsgrade empfohlen, die Mehrheit ausgeführter Peltonräder besitzt ein Verhältnis D/d von 10 bis 15. Selten geht das Verhältnis D/d auf 8 herunter, ausgeführte Ausnahmen mit D/d = 6,5 sind bekannt.In the specialist literature, a ratio D / d of greater than 10 recommended to achieve good efficiencies, the majority executed Pelton wheels have a ratio D / d of 10 to 15. The ratio rarely works D / d down to 8, known exceptions with D / d = 6.5 are known.
Der Wunsch, kleine Verhältnisse D/d zu verwirklichen, entsteht dann, wenn man die Peltonturbine wegen ihres hervorragenden Wirkungsgradverhaltens über weite Wassermengenbereiche und wegen der Möglichkeit ihrer problemlosen fast rückwirkungsfreien Doppelregelung nicht nur im traditionellen Anwendungsgebiet großer Gefälle und relativ kleiner Wassermengen (fachlich ausgedrückt durch kleine spezifische Drehzahlen nQ < 10 pro Düse) einsetzen will, sondern auch bei niedrigen Gefällen und großen Wassermengen und dies auch bei höchstmöglichen Drehzahlen!The desire to realize small ratios D / d arises when the Pelton turbine is used not only in the traditional application area of large gradients and relatively small amounts of water (technically expressed by small ones) due to its excellent efficiency behavior over wide water volume ranges and because of the possibility of its problem-free, almost non-reactive double regulation specific speeds n Q <10 per nozzle), but also on low slopes and large amounts of water and this also at the highest possible speeds!
Man kann ein traditionell entworfenes Peltonrad mit beispielsweise D/d = 10 und höchsten Wirkungsgraden natürlich auch mit gutem Wirkungsgrad mitten im Anwendungsbereich einer Francisturbine, z. B. bei 30 m Gefälle und 1000 l/s einsetzen, wird aber ein sehr großes teures Laufrad mit einer ungünstig niedrigen Drehzahl in Kauf nehmen müssen. Besser ist die Wahl eines kleinen Verhältnisses D/d bis unter 5 und die Auseinandersetzung mit den kinematischen Schwierigkeiten der Wasserstrahlführung, die sich dann ergeben. You can use a traditionally designed Pelton wheel with D / d = 10 and highest efficiency, of course, also with good efficiency in the middle of Field of application of a Francis turbine, e.g. B. with a 30 m gradient and 1000 l / s use, but will be a very large expensive wheel with an unfavorable have to accept low speed. It is better to choose a small one Ratio D / d to less than 5 and dealing with the kinematic difficulties of water jet guidance, which then arise.
Diese Schwierigkeiten sind die konstruktiven Konsequenzen eines überhängenden Freiwinkels -α1 an der Schaufelspitze P1 in Fig. 3, mit Definition von α1 gegenüber der Becherrandebene R und der plus-minus-Zuordnung in Fig. 3B.These difficulties are the constructive consequences of an overhanging clearance angle -α 1 at the blade tip P 1 in FIG. 3, with definition of α 1 relative to the cup edge plane R and the plus-minus assignment in FIG. 3B.
Bei stark negativen Winkeln α1 versagen die herkömmlichen Konstruktions gesichtspunkte zur Konstruktion von Peltonbechern mit akzeptablen Wirkungsgraden. Deshalb existiert die Empfehlung in der Literatur, mit D/d nicht unter 10 zu gehen. Selten werden Werte um 8 verwirklicht. Das ist der Stand der Technik.In the case of strongly negative angles α 1, the conventional design points of view for the construction of Pelton cups fail with acceptable efficiencies. Therefore, there is a recommendation in the literature not to go below 10 with D / d. Values around 8 are seldom realized. That is the state of the art.
Die Fig. 1 bis 5 hingegen zeigen einen Peltonbecher mit den erfindungs gemäßen Merkmalen für ein Verhältnis D/d = 4,33 und für eine spezifische Drehzahl bezogen auf die Volumeneinheit 1 m3/s und definiert für eine Düse pro Laufrad von nQ = 15. Figs. 1 to 5, however, show a Pelton buckets with the fiction, modern characteristics for a D / d ratio = 4.33 and for a specific speed based on the unit volume of 1 m 3 / s, and defines a nozzle for each wheel of n = Q 15.
Diese für ein Peltonrad ungewöhnlich hohe spezifische Drehzahl, definiert für eine Düse pro Rad, wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale der Ansprüche 1 bis 5 erreicht, die am besten in Verbindung mit der Figurenbeschreibung erläutert werden:This is an unusually high specific speed for a Pelton wheel, defined for one Nozzle per wheel is characterized by the features of claims 1 to 5 according to the invention achieved, which are best explained in connection with the figure description:
Fig. 1 zeigt eine maßstäbliche perspektivische Ansicht der in den weiteren Figuren dargestellten Schaufel für einen typischen Beispielwert von D/d = 4,33. Fig. 1 zeigt jene äußeren Merkmale, die bei flüchtiger Betrachtung als starker Unterschied zu bekannten Peltonbechern gemäß dem derzeitigen Stand der Technik auffallen: Das sind einmal die nierenartig symmetrisch schräg zur Mittelschneide M liegenden Becherhälften, die radial innen gesehen wesentlich weiter auseinander liegen als radial außen, wie dies im weiten Auseinanderliegen der Scheitelpunkte P3 und im starken Erweiterungs winkel der Höhenschichtlinien 3 (definiert parallel zur Becherrandebene R) und 4 (in der Becherrandebene R ausgehend symmetrisch vom Punkt P4) zum Ausdruck kommt. Ferner ist die sehr starke Neigung der Mittelschneide M gegenüber der Becherrandebene R in Richtung Schneidenspitze P1 auffallend, die einen hoch über die Becherrandebene herausragenden Punkt P5 ergibt. Zugleich erkennt man an den Neigungswinkeln des segmentartigen Befestigungsfußes des Becherkörpers 1, daß die Montage einer derartig geformten Schaufel außergewöhnlich nahe an der Drehachse der Turbine erfolgt. Die Schaufelbefestigung im Radkörper - ob Einzelbefestigung wie in allen Figuren gezeichnet oder als Integralguß - alle Schaufeln in einem Stück mit dem Radkörper gegossen - hat mit den Merkmalen der Erfindung nichts zu tun. Zusätzliche optische Merkmale, so wie deren quantitative Festlegung in Zahlenwerten, zeigen die nächsten Figuren. Fig. 1 shows an isometric perspective view of the blade illustrated in the further figures for a typical sample value of D / d = 4.33. Fig. 1 shows those external features that, when looked at briefly, stand out as a major difference to known Pelton cups according to the current state of the art: These are the cup halves lying kidney-like, symmetrically obliquely to the central cutting edge M, which are seen radially inside much further apart than radially outside How this is expressed in the wide spacing of the vertices P 3 and in the strong expansion angle of the contour lines 3 (defined parallel to the cup edge plane R) and 4 (symmetrically starting from the point P 4 in the cup edge plane R). Furthermore, the very strong inclination of the central cutting edge M with respect to the cup edge plane R in the direction of the cutting tip P 1 is striking, which results in a point P 5 which protrudes high above the cup edge plane. At the same time, one can see from the angles of inclination of the segment-like fastening foot of the cup body 1 that the assembly of such a shaped blade takes place extraordinarily close to the rotational axis of the turbine. The blade attachment in the wheel body - whether individual attachment as shown in all figures or as an integral casting - all blades cast in one piece with the wheel body - has nothing to do with the features of the invention. The next figures show additional optical characteristics, such as their quantitative definition in numerical values.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht des erfindungsgemäßen Peltonbechers senkrecht zur Becherrandebene R, die in der Fig. 3 markiert ist. FIG. 2 shows a view of the Pelton cup according to the invention perpendicular to the cup edge plane R, which is marked in FIG. 3.
Der Becher 1 rotiert mit Winkelgeschwindigkeit ω um die außergewöhnlich nahe Drehachse 2. Der Strahl mit dem Durchmesser d tangiert den Strahlkreisdurchmesser D mit Mittelpunkt auf Drehachse 2 vom Stand der Technik weit abweichend radial weit innen im Punkt P6. Die radiale Lage des Strahles mit Durchmesser d innerhalb der markierten radialen Becherhöhe H wird jedoch in den Ansprüchen nicht festgelegt, da hier verschiedene Annahmen möglich sind, solange ein effektiver kinematischer Freiwinkel auf der Schaufelrückseite vorhanden ist.The cup 1 rotates at an angular velocity ω about the extraordinarily close axis of rotation 2 . The beam with the diameter d affects the beam circle diameter D with the center on the axis of rotation 2 radially far inward from the prior art at point P 6 . However, the radial position of the jet with diameter d within the marked radial cup height H is not specified in the claims, since various assumptions are possible as long as there is an effective kinematic clearance angle on the back of the blade.
Ein auffallendes Merkmal bei genauer Betrachtung der Ansicht Fig. 2 senkrecht zur Becherrandebene R ist der Verlauf der Bodenscheitellinie S symmetrisch zur Bechermittelebene m-m: Diese Bodenscheitellinie S ist definiert als die Verbindung der jeweils tiefsten Punkte unter der Becherrandebene R beispielsweise in ebenen Parallelschnitten senkrecht zu R und parallel zur Drehachse 2 repräsentiert durch typische Schnitte B-B, C-C und E-E in Fig. 2, im Detail dargestellt in den Fig. 3A, 4 und 5, die gleichfalls zur Verdeutlichung der Definition der Scheitellinie S beitragen. Die radial äußeren Endpunkte P2 dieser Scheitellinie haben die Axialentfernung b1 voneinander, die wesentlich geringer ist als die Axialentfernung b2 der radial inneren Endpunkte P3.A striking feature when looking closely at the view in FIG. 2 perpendicular to the cup rim plane R is the course of the bottom crest line S symmetrical to the cup center plane mm: This bottom crest line S is defined as the connection of the lowest points under the cup rim plane R, for example in plane parallel sections perpendicular to R and parallel to the axis of rotation 2 represented by typical cuts BB, CC and EE in FIG. 2, shown in detail in FIGS. 3A, 4 and 5, which likewise contribute to clarifying the definition of the apex line S. The radially outer end points P 2 of this apex line have the axial distance b 1 from one another, which is substantially less than the axial distance b 2 of the radially inner end points P 3 .
Dieses Verhältnis b2/b1 wird im Anspruch 2 für die erfindungsgemäße Schaufel mit 1,7 bis 2,5, vorzugsweise 2 bis 2,3 angegeben, während Konstruktionen nach dem Stand der Technik deutlich zwischen 1 und 1,4 liegen. Wesentlich in Anspruch 2 ist aber nicht nur das in Fig. 2 sichtbare große Verhältnis b2/b1, sondern der Verlauf der Krümmung der Bodenscheitellinie S ausgedrückt durch den Anfangstangentenwinkel B2 im Punkt P2 in der Ansicht Fig. 2: Dieser Winkel ist bei der erfindungsgemäßen Schaufel in Abweichung vom Stand der Technik extrem klein und wird im Anspruch 2 mit 5° bis 48°, vorzugsweise 5° bis 20° angegeben, womit die in Fig. 2 starke glockenartige Erweiterung der Linien S charakterisiert ist. Bei ausgeführten Peltonbechern nach dem Stand der Technik beträgt der so definierte Winkel B2 beinahe 90°, selten geht er auf Werte von 70° herunter, nie aber auf so niedere Werte von 5° bis 20° wie in Fig. 2 ersichtlich und in Anspruch 2 festgelegt ist. This ratio b 2 / b 1 is given in claim 2 for the blade according to the invention with 1.7 to 2.5, preferably 2 to 2.3, while constructions according to the prior art are clearly between 1 and 1.4. What is essential in claim 2 is not only the large ratio b 2 / b 1 visible in FIG. 2, but the course of the curvature of the bottom apex line S expressed by the initial tangent angle B 2 at point P 2 in the view in FIG. 2: This angle is in the blade according to the invention, in deviation from the prior art, is extremely small and is specified in claim 2 with 5 ° to 48 °, preferably 5 ° to 20 °, which characterizes the strong bell-like extension of the lines S in FIG. 2. In the case of Pelton cups according to the prior art, the angle B 2 defined in this way is almost 90 °, rarely does it go down to values from 70 °, but never to values as low as 5 ° to 20 ° as can be seen in FIG 2 is set.
Fig. 2 illustriert auch den Anspruch 3: Der Winkel β4 einer Höhenschicht linie parallel zum Becherrand R (definiert in Fig. 3) in einer Tiefe t0, die so bemessen ist (ersichtlich in Fig. 3), daß die Ebene dieser Höhenschicht linie auch die Drehachse 2 des Peltonrades beinhaltet (deutlich zu sehen in Fig. 3), radial gemessen zwischen den Ebenen der Schnitte E-E in der Entfernung 0,55 H und C-C in der Entfernung 0,81 H (Fig. 2) beträgt 12° bis 50°, vorzugsweise 12° bis 40°. Im gezeichneten Beispiel Fig. 2 beträgt dieser Winkel β4 = 36°. Fig. 2 also illustrates the claim 3: The angle β 4 of a height line parallel to the cup edge R (defined in Fig. 3) at a depth t 0 , which is dimensioned (seen in Fig. 3) that the plane of this height layer line also includes the axis of rotation 2 of the Pelton wheel (clearly visible in FIG. 3), measured radially between the planes of the cuts EE at a distance of 0.55 H and CC at a distance of 0.81 H ( FIG. 2) is 12 ° to 50 °, preferably 12 ° to 40 °. In the example shown in FIG. 2, this angle is β 4 = 36 °.
Bei ausgeführten Beispielen nach dem Stand der Technik erreicht dieser so definierte Winkel β4 kaum den Wert von 8° und bewegt sich meist nur um 5°.In the case of examples according to the prior art, this angle β 4 thus hardly reaches the value of 8 ° and usually only moves by 5 °.
Dieser außergewöhnlich große Winkel β4 ist eine Folge der in Anspruch 2 festgelegten Führung der Bodenscheitellinie S und des daselbst festgelegten großen Verhältnisses b2/b1.This extraordinarily large angle β 4 is a consequence of the guidance of the bottom apex line S defined in claim 2 and the large ratio b 2 / b 1 defined there .
Eine weitere Folge der nierenartig schräg symmetrisch zur Mittelebene m-m angeordneten Becherhälften ist der Tangentenwinkel β7 des Becherrandes R (gekennzeichnet in Fig. 1 und 3) in Höhe des typischen Schnittes E-E in der Entfernung 0,55 H von der Scheitellinie durch die Punkte P3: Dieser in Fig. 2 markierte Winkel beträgt laut Anspruch 5 8° bis 18°. Bei ausgeführten Beispielen nach dem Stand der Technik beträgt der so definierte Winkel β7 nicht 8° bis 18°, sondern nur 0° bis 5°.Another consequence of the cup halves arranged obliquely symmetrically to the central plane mm is the tangent angle β 7 of the cup edge R (marked in FIGS. 1 and 3) at the height of the typical section EE at a distance of 0.55 H from the apex line through the points P 3 : According to claim 5, this angle marked in FIG. 2 is 8 ° to 18 °. In the case of examples according to the prior art, the angle β 7 thus defined is not 8 ° to 18 °, but only 0 ° to 5 °.
Die Fig. 2 zeigt auch wiederum die Höhenschichtlinie 4 in der Ebene des Becherrandes R am Abhang der herausragenden Mittelschneide M mit dem höchsten Punkt P5 über der Becherrandebene R. FIG. 2 also shows the level line 4 in the plane of the cup edge R on the slope of the protruding central cutting edge M with the highest point P 5 above the cup edge plane R.
Fig. 3 stellt den Schnitt A-A dar, dessen Führung entlang der Bodenscheitellinie S in Fig. 2 definiert ist und zum Teil parallel zur Mittelebene m-m in Fig. 2. Der vorhin unter Fig. 2 besprochene Anspruch 3 wird zum Teil auch in Fig. 3 illustriert: Eine unmittelbare Konsequenz des unter Fig. 2 beschriebenen außergewöhnlich großen Winkels β4 ist ein ebenso außergewöhnlich steiler Winkel α4 der Mittelschneide M gegenüber der Becherrandebene R, der bei der erfindungsgemäßen Schaufel 18° bis 50° betragen kann. Im Beispiel der Fig. 3 beträgt α4 = 35°. Bei ausgeführten Beispielen nach dem Stand der Technik beträgt dieser Winkel höchstens 10°. FIG. 3 shows the section AA, the guidance of which along the bottom apex line S is defined in FIG. 2 and partly parallel to the central plane mm in FIG. 2. Claim 3 discussed above under FIG. 2 also becomes partly in FIG. 3 Illustrated: An immediate consequence of the exceptionally large angle β 4 described under FIG. 2 is an equally exceptionally steep angle α 4 of the central cutting edge M with respect to the cup edge plane R, which can be 18 ° to 50 ° in the blade according to the invention. In the example in FIG. 3, α 4 = 35 °. In the case of examples carried out according to the prior art, this angle is at most 10 °.
Der steile Winkel α4 in Fig. 3 bedeutet weiters einen hoch über die Becherrandebene ragenden Anfangspunkt P5 der Mittelschneide M, ausgedrückt durch das Koordinatenverhältnis T5/t2, das Werte von 0,3 bis sogar 1 annimmt. Das in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Beispiel weist ein Verhältnis von T5/t2 von 0,71 auf.The steep angle α 4 in FIG. 3 also means a starting point P 5 of the central cutting edge M, which protrudes high above the cup edge plane, expressed by the coordinate ratio T 5 / t 2 , which assumes values from 0.3 to even 1. The example according to the invention shown in the figures has a ratio of T 5 / t 2 of 0.71.
T5 ist die Höhe des Punktes P5 über der Becherrandebene R. "t2" ist die größte Tiefe einer Becherhälfte gegenüber R.T 5 is the height of point P 5 above the cup rim plane R. "t 2 " is the greatest depth of a cup half compared to R.
Bei ausgeführten Beispielen nach dem Stand der Technik beträgt der Wert für T5/t2 sehr viel weniger, nämlich 0 bis 0,15 und ist manchmal auch negativ, im Falle einer Mittelschneide gänzlich unter der Becherrandebene R.In the case of examples carried out according to the prior art, the value for T 5 / t 2 is very much less, namely 0 to 0.15 and is sometimes also negative, in the case of a central cutting edge entirely below the cup edge plane R.
Die Fig. 3 dient auch zur Illustration von Anspruch 1: Dieser Anspruch macht eine Aussage über das Koordinatenverhältnis t1/t2 und über den Tangentenwinkel α2, wobei t1 die Tiefe des Anfangspunktes P2 der Bodenscheitellinie S unter der Becherrandebene R ist. Die Bodenscheitellinie S wurde bereits unter Fig. 2 erläutert und ist in Fig. 2 zu sehen. Der Punkt P2 liegt am Becherausschnitt. Dieses Verhältnis t1 zur größten Bechertiefe t2 nimmt bei der erfindungsgemäßen Schaufel nach Anspruch 1 ungewöhnlich hohe Werte an, nämlich bis 1,0. Ein Wert von 1,0 für das Verhältnis t1/t2 bedeutet gleichzeitig auch einen Winkel α2 = 0, wobei α2 als Tangentenwinkel im Punkt P2 gegenüber einer Richtung parallel zur Becherrandebene R definiert ist. Figs. 3 also serves to illustrate in claim 1: This requirement makes a statement about the coordinates ratio t 1 / t 2 and α over the tangent angle 2, where t 1 is the depth of the starting point P 2 of the bottom apex line S is below the cup rim plane R. The bottom crest line S has already been explained under FIG. 2 and can be seen in FIG. 2. Point P 2 lies on the cup cutout. This ratio t 1 to the greatest cup depth t 2 takes unusually high values in the blade according to the invention, namely up to 1.0. A value of 1.0 for the ratio t 1 / t 2 also means an angle α 2 = 0, where α 2 is defined as the tangent angle at point P 2 with respect to a direction parallel to the cup edge plane R.
In ausgeführten Beispielen nach dem Stand der Technik liegt das so definierte Koordinatenverhältnis t1/t2 im Bereich zwischen 0,55 und 0,8, aber nie gegen 1,0.In examples according to the prior art, the coordinate ratio t 1 / t 2 thus defined is in the range between 0.55 and 0.8, but never against 1.0.
Die Fig. 3 zeigt auch mit dicker strichpunktierter Linie den Teilschnitt A-X, der in Fig. 2 parallel zur Mittelebene m-m definiert ist. Der für den auf m-m projizierten Schnitt A-A entlang der Bodenscheitellinie S geltende Tangenten winkel α2 im Punkt P2 kann, wie man sieht, für den Teilschnitt A-X auch null werden oder, wie im gezeichneten Beispiel für A-X in Fig. 3, auch leicht negativ werden, im Sinne der plus-minus Definition für den Winkel α1 in Fig. 3B. Die Richtung von A-X ist wegen der Nähe und Parallelität von A-X zu m-m bereits deutlich ähnlich zur Richtung der Freiflächen-Scheitellinie F in Fig. 3, welche die Verbindung aller Rückenscheitelpunkte F - typisch gezeigt in den Schnitten B-B (Fig. 3A), C-C (Fig. 4) und E-E (Fig. 5) - darstellt. Diese so definierte Freiflächenscheitellinie endet radial außen im Schneidenpunkt P1 und hat dort gemäß bekannten kinematischen Gesetzen des Strahleingriffes den überhängenden Freiwinkel -α1 gegenüber der Becherrandebene R, der im gezeichneten Beispiel zufällig -17° beträgt. Die plus-minus- Definition für α1 zeigt Fig. 3B. FIG. 3 also shows the partial section AX with a thick dash-dotted line, which is defined in FIG. 2 parallel to the central plane mm. The tangent angle α 2 at point P 2 for the section AA projected on mm along the bottom apex line S can, as can be seen, also become zero for the partial section AX or, as in the example shown for AX in FIG. 3, also slightly negative in the sense of the plus-minus definition for the angle α 1 in FIG. 3B. Because of the proximity and parallelism of AX to mm, the direction of AX is already clearly similar to the direction of the free-face apex line F in FIG. 3, which shows the connection of all back apexes F - typically shown in the sections BB ( FIG. 3A), CC ( Fig. 4) and EE ( Fig. 5) - represents. This free-area apex line defined in this way ends radially on the outside at the cutting point P 1 and there has, according to known kinematic laws of beam engagement, the overhanging clearance angle -α 1 with respect to the cup edge plane R, which in the example shown is coincidentally -17 °. The plus-minus definition for α 1 is shown in Fig. 3B.
Die Fig. 3 zeigt auch den Neigungswinkel β5 der Becherrandebene R gegenüber einer radialen Bezugsebene durch die Peltonraddrehachse 2 und durch die Schnittachse P7, dargestellt durch den Punkt P7 dieser Bezugsebene. Der Punkt P7 ist auf dem Strahlkreisdurchmesser D definiert, das ist der Kreis, an den die Wasserstrahlen aus einer oder mehreren Düsen tangieren. In der Projektionsansicht der Fig. 2 senkrecht zur Becherrandebene R ist die radiale Strahllage durch den Punkt P6 gegeben, der in Fig. 3 in einer radialen Ebene parallel zur Becherrandebene R liegt. Der so definierte Neigungswinkel β5 der Becherrandebene nach rückwärts, in die Drehrichtung, bewegt sich bei der erfindungsgemäßen Schaufel in üblichen Grenzen von 8° bis 15° und wird daher in den Ansprüchen nicht erwähnt.The Fig. 3 also shows the inclination angle β 5 of the cup rim plane R with respect to a radial reference plane passing through the Peltonraddrehachse 2 and through the axis of intersection P 7, represented by the point P 7 of this reference plane. Point P 7 is defined on the jet circle diameter D, which is the circle to which the water jets from one or more nozzles touch. In the projection view of FIG. 2 perpendicular to the cup edge plane R, the radial beam position is given by the point P 6 , which in FIG. 3 lies in a radial plane parallel to the cup edge plane R. The thus defined angle of inclination β 5 of the cup edge plane backwards, in the direction of rotation, moves in the blade according to the invention within the usual limits of 8 ° to 15 ° and is therefore not mentioned in the claims.
Es soll jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß die großen aus kinematischen Gründen erforderlichen Freiwinkel an der Schaufelrückseite bei einem so niedrigen Verhältnis von D/d = 4,33, wie in den Figuren als typisches Beispiel gezeigt wird, nicht durch einfach starkes nach hinten Neigen des Bechers erzielt werden, wie es bei ausgeführten Beispielen oft zu beobachten ist und was zu einem Verlust an Umlenkwinkeln führt. Dank der Merkmale der erfindungsgemäßen Schaufel ist dieses starke nach hinten Neigen nicht notwendig, ausgedrückt durch geringen Winkel β5.However, it should be expressly pointed out that the large clearance angles at the rear of the blade which are required for kinematic reasons, with such a low ratio of D / d = 4.33, as is shown in the figures as a typical example, not to be simply tilted backwards of the cup can be achieved, as is often observed in the examples carried out and which leads to a loss of deflection angles. Thanks to the features of the blade according to the invention, this strong backward tilting is not necessary, expressed by a small angle β 5 .
Fig. 3B zeigt die plus-minus-Definition für den Winkel α1. Fig. 3B shows the plus-minus definition for the angle α. 1
Fig. 3A zeigt den Schnitt B-B senkrecht zur Becherrandebene R markiert in der Fig. 2 in der Entfernung 0,87 H von der Scheitellinie durch die Punkte P3 und auch markiert in Fig. 3. FIG. 3A shows the section BB perpendicular to the cup edge plane R marked in FIG. 2 at a distance of 0.87 H from the apex line through the points P 3 and also marked in FIG. 3.
Dieser Schnitt befindet sich fast am Becherausschnitt. Er zeigt die Punkte S der Bodenscheitellinie S und den Punkt F der Scheitellinie der Freifläche an der Schaufelfläche, die eine deutlich sichtbare elliptische Kontur aufweist. Würde man auch den Wasserstrahl im Schaufelschnitt darstellen, so würde er als verzerrte Schnittellipse eines Kreiszylinders aufscheinen, zu der die elliptische Kontur beiderseits der Punkte F annähernd eine Äquidistante ist.This cut is almost on the cup cutout. He shows the dots S the bottom crest line S and the point F the crest line of the open area on the blade surface, which has a clearly visible elliptical contour. Would you also represent the water jet in the blade cut, so would he appears as a distorted ellipse of a circular cylinder to which the elliptical contour on both sides of the points F is approximately an equidistant.
Fig. 4 zeigt in analoger Definition wie Fig. 3A den Schnitt C-C in der Entfernung 0,81 H von der Scheitellinie durch die Punkte P3, markiert in Fig. 2 und soll das starke Anheben der Mittelschneide und das starke axiale nach außen Wandern der Scheitelpunkte S illustrieren. Fig. 4 shows in a definition analogous to Fig. 3A, the section CC at a distance of 0.81 H from the apex line through the points P 3 , marked in Fig. 2 and is intended to the strong lifting of the central cutting edge and the strong axial outward migration of the Illustrate vertices S.
Fig. 5 zeigt den Schnitt E-E senkrecht zur Becherrandebene R in der radialen Entfernung 0,55 H von der Scheitellinie durch die Punkte P3, markiert in Fig. 2 und Fig. 3. Fig. 5 shows the section EE perpendicular to the plane of the cup rim R in the radial distance of 0.55 H of the apex line through the points P 3, marked in Fig. 2 and Fig. 3.
Fig. 5 illustriert den Anspruch 4, wonach der Schneidenwinkel β6 von üblichen Ausführungen stark abweichend bei der erfindungsgemäßen Schaufel sehr groß wird, 32° bis 60°, vorzugsweise 40° bis 55°. Fig. 5 illustrates claim 4, according to which the cutting angle β 6 is very large in the blade according to the invention very large deviations from conventional designs, 32 ° to 60 °, preferably 40 ° to 55 °.
Bei ausgeführten Schaufeln nach dem Stand der Technik ist dieser Winkel wesentlich geringer, nämlich 12° bis maximal 30°. "β6" ist Tangentenwinkel in M. Das Verhältnis b/B 1 im typischen Schnitt E-E in der radialen Entfernung 0,55 H von den Scheitelpunkten P3 ist bei der erfindungsgemäßen Schaufel von üblichen Ausführungen weit abweichend groß, nämlich 0,65 bis 0,85, während ausgeführte Peltonbecher ein so definiertes Verhältnis von nur 0,45 bis maximal 0,6, und zwar im radialen Bereich 0,3 H bis 0,6 H entfernt von der Scheitellinie durch die Punkte P3, wie in Fig. 2 definiert ist. Das bei der erfindungsgemäßen Schaufel außergewöhnlich weite Auseinanderliegen der Scheitelpunkte S in der Entfernung b in Relation zur Becherbreite B 1 verursacht beabsichtigte steilere Außenflanken der Becherschnitte zwischen S und dem Auslaufwinkel β1, der übliche Werte aufweist, verglichen mit den flacheren Innenflanken, die von der Schneide M ausgehen.In the case of blades according to the prior art, this angle is significantly smaller, namely 12 ° to a maximum of 30 °. "β 6 " is tangent angle in M. The ratio b / B 1 in the typical section EE at a radial distance of 0.55 H from the apexes P 3 is large in the blade according to the invention from conventional designs, namely 0.65 to 0 , 85, while executed Pelton cups have a defined ratio of only 0.45 to a maximum of 0.6, namely in the radial range 0.3 H to 0.6 H away from the apex line through the points P 3 , as in FIG. 2 is defined. The exceptionally wide spacing of the vertices S in the blade b according to the invention in the distance b in relation to the cup width B 1 causes intentionally steeper outer flanks of the cup sections between S and the outlet angle β 1 , which has usual values, compared to the flatter inner flanks of the cutting edge M go out.
Versteifungsrippen 5 sieht man nicht nur in Fig. 5, sondern auch in Fig. 3 und als Unsichtbare auf der Rückseite strichliert gezeichnet auch in Fig. 2, wo man die zweckmäßige gabelartige Anordnung erkennt.Stiffening ribs 5 can be seen not only in Fig. 5, but also in Fig. 3 and as invisible on the back also shown in dashed lines in Fig. 2, where you can see the useful fork-like arrangement.
Claims (5)
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