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Wasserturbine. Zur Ausnutzung eines Gefälles durch Wasserturbinen
wird in beliebiger Weise, z. B. mittels Leitschaufeln, ein großer Strudel erzeugt,
meist während das zuströmende Wasser aus der radialen oder einer anderen Richtung
in die achsiale Richtung umgelenkt wird. Ir. diesen Strudel wird das Turbinenlaufrad
eingesetzt. Der Strudel treibt das Laufrad und überträgt hierbei seine Energie auf
die Laufradschaufeln.
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Es ist nun bekannt, in diesen Strudelraum eine Paraboloidfläche einzusetzen,
die den Trichterraum des Strudels begrenzt.
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Soll der Trichterraum, der sich über dem achsialen Abfluß einstellt,
durch eine Wandung derart begrenzt werden, daß das Wasser in bestimmter, für das
Laufrad zweckmäßiger Weise ohne Rücksicht auf dic Gestalt des natürlichen Strudels
geführt wird, so ergibt sich für den in Abb. i als Beispiel und schematisch dargestellten
Fall einer radialenWasserzuführung durchLeitkanäle von der Breite b und Abfluß des
Wassers durch die achsiale Öffnung vom Durchmesser D für diese obere Begrenzungswand
ein konvexes Paraboloid, dessen Scheitel von der Bodenebene des Zuführungskanals
bzw. der Eintrittskreisebene des Abflußrohres am Schnittpunkt mit der Laufradachse
berührt wird. In diesem Falle wird der Raum, den das achsial abfließende Wasser
ausgefüllt hätte, wenn es nicht abgeflossen wäre, durch den Paraboloidkörper ersetzt.
Bei solchem Paraboloid ist dem Grundgesetz des Strudels genügt, nach welchem sich
an jedem Punkt die Absolutgeschwindigkeit in radialer Richtung c,. umgekehrt proportional
dem Radius r einstellt.
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Hierdurch ist aber auch die in der Umfangsrichtung des Laufrades liegende
Absolutgeschwindigkeit c" des Wasserstrudels an
jedem Punkte festgelegt.
Andererseits ist durch die Wahl des Eintrittswinkels der Laufradschaufeln in Verbindung
mit der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades an dieser Stelle ein bestimmter Wert
für die in der Umfangsrichtung des Laufrades liegende Absolutgeschwindigkeit c'"1
an der Eintrittsstelle festgelegt, welcher Wert einen stoßfreien Eintritt des Wassers
in das Laufrad verbürgt. Nur wenn dieser durch das Laufrad bedingte Wert c'", mit
dem durch das Wasserstrudelgesetz festgelegten Wert c" übereinstimmt, erfolgt ein
stoßfreier Eintritt des Wassers in das Laufrad. Ändert sich dagegen der Wasserstrudel
und damit der Wert seiner in die Umfangsrichtung fallenden Geschwindigkeit c", beispielsweise
bei geringerem Wasserzufluß zum Zwecke kleinerer Beaufschlagung, so hat der Wasserwirbel
in der Umfangsrichtung nicht mehr diejenige Geschwindigkeit c", die das Wasser haben
müßte, um die Eintrittsstelle der Laufradschaufeln so zu erreichen, daß kei:i Stoß
bzw. kein Mitschleppen des Wassers durch die sich ständig mit der Geschwindigkeit
is drehenden Laufradeintrittskanten erfolgt.
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Im allgemeinen wird der Zustand des stoßfreien Übertritts des Wassers
in das Laufrad, an welcher Übertrittststelle also die Werte c" und c'"1 einander
gleich sind, für diejenige Belastung der Turbine angestrebt, -welche am häufigsten
auftritt, um hier den besten Wirkungsgrad zu erzielen. Die Erfahrung lehrt jedoch,
daß dann die Turbinen bei halber und Viertellast, und zwar namentlich die Schnelllieuferturbinen,
nur einen niedrigen Wirkungsgrad aufweisen.
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Dieser Nachteil kann gemäß der Erfindung dadurch verringert werden,
daß die Geschwindigkeitswerte des Einlaufstrudels über den durch den stoßfreien
Eintritt bedingten Wert c'"r erhöht -werden. In diesem Falle hat zwar das Wasser
bei normaler Beaufschlagung eine etwas größere Geschwindigkeit, als dies der stoßfreie
Eintritt verlangt, jedoch macht sich die nun beim Eintritt sich einstellende Verzögerun-
des Wassers doch als Arbeitsabgabe auf <las Laufrad geltend, während andererseits
bei geringerer Beaufschlagung vermieden -wird, daß die Laufradschaufeln das zuströmende
Wasser mitschleppen und beschleunigen müssen, wodurch auf alle Fälle durch Wirbelbildung
ein -Arbeitsverlust ein-tritt.
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Diese Steigerung; der Strudelgeschwindigkeiten wird gemäß der Erfindung
dadurch ermöglicht, daß die radialen Komponenten cr der Geschwindigkeit vergrößert
werden; denn damit vergrößern sich auch die in der Umfangsrichtung liegenden Komponenten
c" der Strudelgeschwindigkeit. Die Vergrößerung der Radialgeschwindigkeit c, wird
dadurch erreicht, daß als Begrenzung des Trichterraumes oberhalb des Strudels nicht
mehr das eingangs beschriebene, gerade notwendigeRotationsparaboloid, sondern ein
größerer Körper gewählt wird, welcher den zum Strudeldurchfluß zur Verfügung stehenden
Raum stärker einengt. Man könnte beispielsweise, wie dies schematisch in Abb.2 (rechte
Hälfte) angedeutet ist, ein Parabolo:id wählen, dessen Scheitel s in das Abflußrohr
hineinragt, oder es könnte, wie dies die linke Hälfte in Abb. 2 andeutet, irgendeine
Begrenzungsfläche F für den oberen Trichterraum gewählt werden, -welche gegenüber
der Fläche F' des eingangs erwähnten Paraboloids den Wasserdurchfluß an dieser Stelle
verengt. Im ersteren Falle, bei Beibehalten eines, wenn auch hinsichtlich seines
Scheitels verschobenen Paraboloids, würde das Strudelgesetz, nach welchem die Radialkomponenten
c,. umgekehrt proportional zum Radius wachsen, beibehalten bleiben, je-
doch
würden die Absolutwerte dieser radialen Komponenten c, sich über die durch den Leitapparat
und insbesondere durch dessen Breite b bedingten Werte erhöhen. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Abb.2 (linke Hälfte) wird zwar auf die Gesetzmäßigkeit der Steigerung der radialen
Komponenten verzichtet, jedoch gibt das Maß, um welches die Durchflußbreite gegenüber
dem normalen, den Trichterraum gerade ausfüllenden Paraboloid beschränkt wird, zugleich
den Wert, um welchen sich die radiale Geschwindigkeit c,. über die durch die Parabel
bzw. das Hauptgesetz des Strudels festgesetzte Geschwindigkeit steigert.