DE4406338C2

DE4406338C2 - Double curved blade for Francis water turbines

Info

Publication number: DE4406338C2
Application number: DE4406338A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Fink
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-02-26
Filing date: 1994-02-26
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2014-02-27
Also published as: DE4406338A1

Description

Bei der Abb. 8 in der Zeitschrift "Konstruktion" 3. (1951) Heft 9 handelt es sich um ein Halbaxiallaufrad, demgegenüber stellt Fig. 4 der Erfindung ein Radiallaufrad n = 60 min dar. Die Laufschaufel ist zwar doppelt gekrümmt, jedoch ist die Krümmungsrichtung in bezug auf die Drehrichtung entgegengesetzt zur erfindungsgemäßen Konstruktion. Außerdem ist eine Profilierung der Laufschaufel nicht zu erkennen. Es besteht somit keine geometrische und damit auch keine kinematische Ähnlichkeit zwischen der Abb. 8 und der erfindungsgemäßen Konstruktion.In Fig. 8 in the magazine "Konstruktion" 3. (1951) Issue 9 it is a semi-axial impeller, in contrast, Fig. 4 of the invention represents a radial impeller n = 60 min. The blade is doubly curved, but it is Direction of curvature with respect to the direction of rotation opposite to the construction according to the invention. In addition, a profile of the rotor blade cannot be seen. There is therefore no geometric and therefore no kinematic similarity between Fig. 8 and the construction according to the invention.

Die Einbauten im Saugrohr der US 23 748 dienen allein dem Zweck die Rotation und die damit verbundene Kavitation im Saugrohr zu reduzieren, da dies zu Lärmentwicklung und Strömungsverlusten führt. Eine Wirkung der Einbauten im Saugrohr bezgl. Drehmoment und Drehzahl des Laufrades ist im Text nicht erwähnt. Bedingt durch den großen Abstand der Vorderkante der Leitbleche von der Saugkante des Laufrades, ist eine Kraftwirkung auf Letzteres fast ausgeschlossen, siehe US 23 748, Fig. 1.The fittings in the intake manifold of US 23 748 serve only the purpose the rotation and the associated cavitation in the intake manifold reduce as this leads to noise and flow losses leads. An effect of the internals in the intake manifold with regard to torque and speed of the impeller is not mentioned in the text. Conditionally due to the large distance between the front edge of the guide plates and the Suction edge of the impeller is a force effect on the latter almost impossible, see US 23 748, Fig. 1.

Dem Anmeldungsgegenstand soll die Aufgabe zugrundeliegen, eine Francis-Turbine zu entwickeln, mit der ein besserer hydraulischer Wirkungsgrad erreichbar ist.The object of the application is to be based on the task, a Francis turbine to develop a better hydraulic Efficiency is achievable.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die Idee der Erfindung beruht darauf, daß ein Radiallaufrad einer Francisturbine von außen nach innen durchströmt wird. Bewegt sich nun in diesem rotierenden Bezugssystem (Laufrad) ein Körper (Wasser) nach innen, so erfährt er tangential eine Beschleunigung, deren Ursache die Coriolis-Kraft ist.This task is accomplished by solved the features of claim 1. The idea of the invention is based on the fact that a radial impeller of a Francis turbine from is flowed through outside inside. Now moves in this rotating reference system (impeller) after a body (water) inside, he experiences an acceleration tangentially, the The cause is the Coriolis force.

Wenn v = c konstante Radialgeschwindigkeit des Wassers,
ω Winkelgeschwindigkeit des Laufrads,
dann gilt: Während der Körper den Weg r = vt zurücklegt, bewegt sich ein Punkt im Abstand r vom Drehzentrum um die Strecke s = rωt fort, also
s = vtωt = vωt². If v = c constant radial velocity of the water,
ω angular velocity of the impeller,
then applies: While the body travels the distance r = vt, a point at a distance r from the center of rotation moves by the distance s = rωt, that is
s = vtωt = vωt².

Diese Gleichung ergibt nun die Krümmung am Schaufelanfang, siehe Fig. 1. Hierdurch ergibt sich ein zusätzlicher Kraftimpuls in Laufraddrehrichtung. Bedingt durch die stärkere Krümmung und eine flügelähnliche Profilgestaltung der Laufschaufel entsteht eine größere Druckdifferenz zwischen Schaufelvorderseite und -rückseite und damit ein höheres Drehmoment. Querschnitte durch die Strömungskanäle des Laufrades ergeben entlang der Symetrieachse verdrehte Trapezflächen.This equation now gives the curvature at the beginning of the blade, see Fig. 1. This results in an additional force pulse in the direction of rotation of the impeller. Due to the greater curvature and a wing-like profile design of the rotor blade, there is a greater pressure difference between the front and rear of the blade and thus a higher torque. Cross sections through the flow channels of the impeller result in twisted trapezoidal surfaces along the axis of symmetry.

Der Vorteil einer Leiteinrichtung im Saugrohr, die eine Zirkulation des abströmenden Wassers verhindert, besteht darin, daß sich das Anfahrmoment erhöht. Weitere Vorteile sind ein höheres Vollastmoment und eine Reduzierung der Durchgangsdrehzahl, da in diesem Fall die Zirkulation in Laufraddrehrichtung erfolgt, wirken die Leitbleche bremsend.The advantage of a guide device in the intake manifold, which is a circulation of the outflowing water is that the starting torque increases. Other advantages are a higher one Full load torque and a reduction in the through speed because in this case the circulation takes place in the direction of rotation of the impeller, the baffles have a braking effect.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.An embodiment of the invention is in the drawings shown.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 und 2 Konstruktion der Schaufelkontur im Grundriß aus Kegelabwicklungen. Fig. 1 and 2 construction of the blade contour in plan from cone developments.

Fig. 3 Zeichnung der Laufschaufel und Leitschaufelprofile in der Draufsicht. Fig. 3 drawing of the blade and guide vane profiles in plan view.

Fig. 4 Zeichnung der Turbine mit Sauggehäuse in der Seitenansicht geschnitten. Fig. 4 drawing of the turbine with suction housing in a side view.

Fig. 5 Zeichnung des Sauggehäuses mit Leitblechen. Fig. 5 drawing of the suction housing with baffles.

Die in der Fig. 1 benutzten Bezeichnungen 1a bis 5a beziehen sich auf eine gleichmäßige Einteilung der Kegelabwicklungen, wobei der Index a für Kegelabwicklung des Laufradkranzes, m für Kegelabwicklung der mittleren Stromfläche und i für Kegelabwicklung der Innenseite des Laufrads steht. Die Bezeichnung rm₁ bedeutet Radius des Berührungskegels der mittleren Stromfläche. Die Fig. 2 zeigt 1 Schaufel des Laufrads im Grundriß. Die Linie a zeigt die Schaufelsaugseite auf dem Laufradkranz, Linie m zeigt sie in der Mitte der Stromfläche und Linie i zeigt sie auf der Innenseite des Laufrads.The designations 1 a to 5 a used in FIG. 1 relate to a uniform division of the cone developments, the index a standing for cone development of the impeller rim, m for cone development of the middle flow area and i for cone development on the inside of the impeller. The designation rm₁ means the radius of the contact cone of the mean current area. Fig. 2 shows 1 blade of the impeller in plan. Line a shows the blade suction side on the impeller rim, line m shows it in the middle of the flow area and line i shows it on the inside of the impeller.

Claims

1. Francis turbine with an S-shaped course of the blade contour of the impeller in the cone development, characterized in that

a) that the suction-side contour of the blade in the cone development is curved forward in an area after the leading edge and corresponds to the equation s = vωt², with time steps being removed on a cone surface line, the distance s being the distance of the suction-side contour from a cone surface line that leads from the leading edge to the cone tip,
b) that the contour of this area changes over a turning point into the rearward contour, which is required for a swirl-free exit,
c) that the suction-side contour together with the pressure-side contour results in an approximately wing-like profile of the rotor blade.

2. Francis turbine according to claim 1, characterized in that baffles are arranged on the circumference of the suction pipe, the one Prevent water from flowing out.