DE470272C

DE470272C - Centrifugal pump, water turbine or the like.

Info

Publication number: DE470272C
Application number: DEL64890D
Authority: DE
Original assignee: FRANZ LAWACZECK DR ING
Current assignee: FRANZ LAWACZECK DR ING
Priority date: 1926-01-20
Filing date: 1926-01-20
Publication date: 1929-01-10

Description

Kreiselpumpe, Wasserturbine o. dgl. Der axialen Strömung in den Gehäusen von Pumpen oder Turbinen ist stets eine Wirbelströmung überlagert. Um einen guten Nutzeffekt zu erreichen und durch einen gegebenen Querschnitt eine bestimmte, möglichst große Wassermenge geordnet hindurchführen zu können, ist es wichtig, den Wirbel unter Vermeidung von Verlusten vom Laufrad fort-bzw. zum Laufrad hinzuführen. Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden. 'zu diesem Zwecke an das Laufrad ein Gehäuse anzuschließen, dessen Wände mit wachsendem Abstand von der Maschinenachse einander genähert sind, jedoch ist bei diesem Vorschlag keine Rücksicht auf eine geordnete Wasserströmung und Vermeidung von Mischbewegungen und Strudelungsverlusten genommen, sondern Wert auf die Überführung der axialen in eine radiale Strömung gelegt worden.Centrifugal pump, water turbine or the like. The axial flow in the housings a vortex flow is always superimposed on pumps or turbines. To a good one To achieve efficiency and through a given cross-section a certain, if possible In order to be able to guide large amounts of water through it, it is important to keep the vortex while avoiding losses from the impeller away or. lead to the impeller. It has already been proposed. 'For this purpose, a housing on the impeller to connect, the walls of which with increasing distance from the machine axis each other are approximated, however, in this proposal no consideration is given to an orderly one Water flow and avoidance of mixed movements and vortex losses taken, Instead, emphasis has been placed on converting the axial flow into a radial flow.

Die Forderung verlustloser Strömung verlangt in erster Linie die Vermeidung von Reibungen der einzelnen Wasserfäden gegeneinander. Zu diesem Zweck ist anzustreben, die gesamte Wassermasse in axialer Richtung möglichst gleichförmig vorwärts zu bewegen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß nicht nur mit wachsendem Kanaldurchmesser der Wandungsäbstand geringer wird, sondern daß auch die Zunahme des Kanaldurchmessers sich mit wachsendem axialen Abstand vom Laufrad verringert. Eine völlig gleichförmige Bewegung der gesamten Wassermasse in axialer Richtung ist dann zu erreichen, wenn die beiden Kanalwände kongruenten, axial verschobenen Paraboloiden angehören. In diesem Falle ist die Bahn eines jeden Wassertropfens zwangläuffrg gegeben. Bei gleichem Energieinhalt durchlaufen alle Teilchen kongruente, parabolische Bahnen. Hierdurch ist jeder Verlust infolge von Mischbewegungen vermieden, die sich bei willkürlich gekrümmten Kanälen einstellen. Vielmehr bleibt nun die axiale Geschwindigkeit der ganzen Wassermasse an allen Stellen der Maschine, also nicht nur im Saugrohr, konstant.The requirement of lossless flow primarily requires avoidance of friction between the individual threads of water. For this purpose, the aim is to move the entire body of water forward as uniformly as possible in the axial direction. According to the invention, this is achieved in that not only as the channel diameter increases the wall spacing becomes smaller, but also the increase in the channel diameter decreases with increasing axial distance from the impeller. A completely uniform one Movement of the entire body of water in the axial direction can be achieved if the two canal walls belong to congruent, axially displaced paraboloids. In in this case the trajectory of every drop of water is inevitably given. With the same Energy content all particles travel through congruent, parabolic orbits. Through this any loss as a result of mixed movements occurring at random is avoided set curved canals. Rather, the axial speed now remains the entire water mass at all points of the machine, i.e. not only in the suction pipe, constant.

Einige der zahlreichen möglichen Ausführungsformen des Erfindungsgedankens sind auf der Zeichnung ganz schematisch im Axialschnitt veranschaulicht. Die einander im wesentlichen gleichen Abb. i und z zeigen die Strömungsverhältnisse bei einer Pumpe bzw. einer Turbine. Die Maschine nach Abb. 3 besitzt eine besonders geformte-Nahe; Abb. q. zeigt die Ausbildung der Zu- bzw. Ableitungskanäle bei Anordnung von Leitschaufeln in ihnen; Abb. 5 stellt eine Form mit etwas anderer Lage der Nabe dar und Abb.6 die Vereinigung der neuen Führung des Wassers mit der bei Turbinen üblichen Wasserzuführung.Some of the many possible embodiments of the inventive concept are illustrated very schematically on the drawing in axial section. The one another essentially the same Fig. i and z show the flow conditions at a Pump or turbine. The machine according to Fig. 3 has a specially shaped close; Fig.q. shows the design of the inlet and outlet channels with the arrangement of guide vanes in them; Fig. 5 shows a shape with a slightly different position of the hub and Fig.6 the union of the new water management with the water supply that is customary in turbines.

Gleichgültig, welche Art der Energieumsetzung - diejenige vom Laufrad auf das Wasser (Abb. i) oder die umgekehrte vom Wasser auf das Laufrad (Abb.2) - in der Maschine vorgenommen wird, besitzt die Maschine in üblicher Weise ein Saugrohr a, an dessen innerem Ende sich das Laufrad b mit seiner Welle c anschließt. Die Führung des Wassers außerhalb des Saugrohres a, also die äußere und die innere Gehäusewandung dl bzw. d2, welche den sich an das Saugrohr a anschließenden Kanal e beiderseits begrenzen, sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen gegenüber der Achse f der Maschine geneigt und zweckmäßig derart gekrümmt geführt, daß die Nabenwandung b1 des Laufrades konvexe Form annimmt.No matter what type of energy conversion - that from the impeller on the water (Fig. I) or the reverse from water to that Impeller (Fig.2) - is made in the machine, the machine has in usual Way a suction pipe a, at the inner end of which the impeller b with its shaft c connects. The guidance of the water outside of the suction pipe a, so the outer one and the inner housing wall dl or d2, which adjoins the suction pipe a Channel e on both sides, are opposite in the illustrated embodiments the axis f of the machine inclined and suitably curved so that the Hub wall b1 of the impeller assumes a convex shape.

Die günstigste Führung des Wassers in dem Kanal e - d. h. also bei Pumpen nach dem Verlassen, bei Turbinen vor dem Durchströmen des Laufrades - ist zu erreichen, wenn der Querschnitt des Kanals e durch Annäherung, der beiden Begrenzungswändedl,d2 nach bestimmten Gesetzen in der Richtung enger wird, nach welcher der Abstand der Wände dl, d2 von der Achse f zunimmt, und zwar ändert sich zweckmäßig der radiale Abstand ro zwischen den beiden Wänden dl, d2 umgekehrt proportional mit dem Radius r. Es ergeben sich am zweckmäßigsten Ratationsparaboloide als Begrenzungswände, deren Scheitel in axialer Richtung gegeneinander verschoben sind.The cheapest way of guiding the water in the channel e - d. H. so at Pumping after leaving, in the case of turbines before flowing through the impeller - is to be achieved when the cross-section of the channel e by approaching the two boundary walls, d2 according to certain laws in the direction in which the distance of the Walls dl, d2 increases from the axis f, and the radial one expediently changes Distance ro between the two walls dl, d2 is inversely proportional to the radius r. The most expedient ratation paraboloids result as boundary walls, whose vertices are shifted from one another in the axial direction.

Es ist zu erkennen, daß in dem einfachsten Falle der Abb. i und 2 der Scheitels der inneren Paraboloidwandung d2 genau diejenige Axialebene g berührt, in welcher das zylindrische Saugrohr a in die Paraboloidaußenwand dl übergeht. Diese Lage des Scheitels des inneren Paraboloidkörpers ergibt sich aus dem Gedanken, die axiale Geschwindigkeit gleichbleibend zu erhalten. Denn sobald sich das Saugrohr bzw. die äußere Kreisfläche erweitert, welche das Wasser begrenzt, muß, damit dem Wasser stets die gleiche Fläche für den axialen Durchfluß zur Verfügung gestellt wird, auch im Innern eine Begrenzung des Wasserstromes beginnen, welche das Wasser entsprechend der äußeren Erweiterung nach außen drängt.It can be seen that in the simplest case of Figs the vertex of the inner paraboloid wall d2 touches exactly that axial plane g, in which the cylindrical suction tube a merges into the paraboloid outer wall dl. These The position of the vertex of the inner paraboloid arises from the idea that to maintain constant axial speed. Because as soon as the intake manifold or the outer circular area, which limits the water, must, so that the Water always made available the same area for the axial flow a limitation of the flow of water will begin, also inside, which the water pushes outwards in accordance with the external enlargement.

Die Nabe b ist also als ein Verdrängungskörper anzusehen, welcher im Falle der Abb. i (Pumpe) durch Verdrängung des vom Saugrohr a kommenden Wassers für die genaue Gleichhaltung der axialen Geschwindigkeit innerhalb dieses das Wasser abführenden Teiles der Maschine sorgt. Die genaue Einhaltung der Geschwindigkeit in axialer Richtung bedingt, wie erwähnt, eine Paraboloidwandung d2, und zwar ist der Parameter der erzeugenden Parabel gleich dem Parameter derjenigen Parabeldl, die sich an das Saugrohr a anschließt. Beide Kurven dl, d2 sind kongruent und in dem dargestellten Fall lediglich so weit axial verschoben, daß der Scheitels der inneren Parabel d, mit dem Übergang des Saugrohres a in die Außenwand dl zusammenfällt.The hub b is therefore to be regarded as a displacement body, which in the case of Fig. i (pump) by displacing the water coming from the suction pipe a for the exact equality of the axial speed within this the water the discharging part of the machine. Exact adherence to the speed In the axial direction, as mentioned, a paraboloid wall d2, namely is the parameter of the generating parabola is equal to the parameter of that parabola, which connects to the suction pipe a. Both curves dl, d2 are congruent and in the case shown only axially shifted so far that the apex of the inner parabola d, coincides with the transition of the suction pipe a into the outer wall dl.

In gleicher Weise, wie sich die Abströmung des Wassers aus dem Laufrad einer Pumpe zwischen zwei Paraboloidwänden als günstig erweist, gibt die Wasserzuströmung zu einem Turbinenlaufrad (Abb.2) zwischen parabolischen Begrenzungswänden wesentliche Vorteile. Diese liegen besonders darin, daß infolge der überall gleichen axialen -Geschwindigkeit die gleichmäßige Beaufschlagung des Saugrohres a in vollem Umfange gewährleistet wird. Im Gegensatz hierzu ergeben sich bei den bisher bekannten Turbinenausführungen innerhalb der Maschine axiale Geschwindigkeiten, die sich in offenbar willkürlicher Weise ändern, derart, daß die Saugrohrgeschwindigkeit in keinem festen Verhältnis zu den axialen Geschwindigkeiten in den übrigen Querschnitten der Maschine steht. Die bekannten Beobachtungen über die außerordentliche Empfindlichkeit in der Arbeitsweise von Turbinensaugrohren kennzeichnen aber die überragende Bedeutung, welche einer einwandfreien Strömung innerhalb des Saugrohres zukommt. Bei der in Abb.2 dargestellten Art der Zuführung der kreisenden Wassermassen unter genau gleicher axialer Geschwindigkeit mittels des durch Paraboloidwandungen dl, d2 begrenzten Kanals e hat nunmehr das Laufrad als einzige Aufgabe, den Wasserwirbel aufzufangen und ihm seine Energie zu entziehen, während die axiale Geschwindigkeit in keiner Weise beeinflußt zu werden braucht. Diese bleibt vielmehr unverändert erhalten und liefert die gesamte Wassermasse in einheitlichem gleichen Fluß an das Saugrohr a ab.In the same way as the outflow of water from the impeller a pump between two paraboloid walls proves to be favorable, there is the water inflow essential to a turbine runner (Fig.2) between parabolic boundary walls Advantages. These are particularly due to the fact that the same axial -Speed the uniform application of the suction pipe a in full is guaranteed. In contrast to this, the turbine designs known up to now arise axial speeds within the machine, which are apparently arbitrary Change way in such a way that the intake manifold speed is not in a fixed ratio to the axial velocities in the other cross-sections of the machine. The known observations about the extraordinary sensitivity in the way of working of turbine suction pipes, however, characterize the paramount importance which one proper flow within the intake manifold. In the case of the one shown in Fig Type of supply of the circulating water masses at exactly the same axial speed by means of the channel e delimited by paraboloid walls dl, d2 now has the Impeller as the only task to absorb the water vortex and give it its energy to withdraw, while the axial speed is not influenced in any way needs. Rather, this remains unchanged and supplies the entire water mass in uniform equal flow to the suction pipe a.

Bei der praktischen Ausführung kann es nun aus baulichen oder hydraulischen Gründen erwünscht sein, die Welle c in der Gegend des Laufrades, also die eigentliche Nabe b desselben zu verstärken, wie dies beispielsweise rein schematisch in Abb. 3 angedeutet ist. Es ergibt sich dann im Saugrohr ein kleinerer freier Querschnitt für den Durchfluß der Wassermassen. Um dennoch die axialen Geschwindigkeiten innerhalb der Maschine, _ d. h. besonders auch im Kanal e, auf gleicher Größe zu halten, empfiehlt es sich nun, den Scheitels der inneren parabolischen Begrenzungswand d2 tiefer in das Saugrohr a zu verlegen, und zwar am besten, wie dies Abb. 3 zeigt, so '"weit, daß dieses innere Paraboloid die Führung des Wassers der Nabe in derjenigen Radialebene g abnimmt, in welcher die äußere Paraboloidwandung dl an die Wandung des Saugrohres a anschließt. Werden in üblicher Weise (bei Pumpen oder Turbinen) in dem Kanal e ein oder mehrere Le itsc haufein h (Abb. 4.) zur Umsetzung der Wassergeschwindigkeit in Druck oder umgekehrt angeordnet, so empfiehlt es sich. bei der Begrenzung der Wasserführung auf die Querschnittsverengung des Kanals e durch die Schaufeln lt Rücksicht zu nehmen, damit erfindungsgemäß die gleiche Axialgeschwindigkeit überall erhalten bleibt. Zu diesem Zweck empfiehlt es sich, die begrenzenden Paraboloidwandungen di, d.. an diesen Stellen nicht mehr genau als kongruente Paraboloide zu führen, sondern, --wie dies gestrichelt angedeutet ist, sie in dem Maße voneinander zu entfernen, wie die durch die Leitschaufeln hervorgerufenen Strömungsänderungen dies erfordern. Außer den Leitschaufeln können sich auch noch andere Einflüsse auf die Formgebung der Wand geltend machen, z. B. kann die Berücksichtigung der Rauhigkeit der Wände es zweckmäßig erscheinen lassen. den wirklichen Querschnitt der Strömung anzupassen, wie sie durch die Reibung der Wandungen hervorgerufen wird. Abb. q. läßt verschiedene Abweichungen von der parabolischen Form andeutungsweise erkennen, jedoch bleibt als kennzeichnendes Merkmal dieser Wandungsform, daß die Wandungen stets sich in der Richtung einander nähern, in welcher ihre axiale Entfernung vom Laufrad größer wird.In the practical execution, it can now be structural or hydraulic Reasons to be desirable, the shaft c in the area of the impeller, so the actual To reinforce hub b of the same, as shown, for example, purely schematically in Fig. 3 is indicated. There is then a smaller free cross-section in the suction pipe for the flow of water masses. To still keep the axial speeds within the machine, _ d. H. It is recommended to keep the same size, especially in canal e it is now, the vertex of the inner parabolic boundary wall d2 deeper in to lay the suction pipe a, preferably, as shown in Fig. 3, so '"far, that this inner paraboloid guides the water of the hub in that radial plane g decreases, in which the outer paraboloid wall dl on the wall of the suction pipe a connects. Are in the usual way (for pumps or turbines) in the canal e one or more Le itsc haufein h (Fig. 4.) to implement the water speed arranged in print or vice versa, it is advisable. in limiting the Water flow to the narrowing of the cross-section of the channel e through the blades according to To be taken into account, so that according to the invention the same axial speed everywhere preserved. For this purpose it is advisable to use the limiting paraboloid walls di, d .. at these points no longer exactly as congruent paraboloids, but, - as indicated by dashed lines, to separate them from each other to the extent that as required by the flow changes caused by the guide vanes. In addition to the guide vanes, there can also be other influences on the shape claim the wall, e.g. B. can take into account the roughness of the walls make it seem appropriate. to adapt the real cross-section of the flow, as it is caused by the friction of the walls. Fig.q. lets different Detect deviations from the parabolic shape suggestively, but remains as a characteristic feature of this wall shape that the walls are always in approach each other in the direction in which their axial distance from the impeller is greater will.

Zudem ist kennzeichnend, daß die Nabe b stets eine konvexe Form zeigt, sich also gegen das Saugrohr a hin wölbt. Das Maß dieser Wölbung ergibt sich in gleicher Weise, wie hinsichtlich des Ringkanals e erläutert, aus den Strömungsbedingungen, die beim Übergang vom Saugrohr a in diesen Kanal e mit paraboloidischen oder zum mindesten paraboloidähnlichen Begrenzungswandungen mit Rücksicht auf die Gleichhaltung der Axialgeschwindigkeit vorliegen. Die daraus folgenden geringen Abweichungen der Wandungsform von der genauen parabolischen Kurve beeinflussen aber diese Wandform nur gering, jedenfalls nicht so weit, daß die konvexe Gestalt der Nabenfläche bi verschwindet. Es kann vorteilhaft sein, die Kuppe des Nabenparaboloids nicht genau in die Ebene g zu legen, in welcher das Saugrohr a in die Außenwand d, übergeht, sondern etwas in das Saugrohr a hineinzuziehen, wie dies Abb. 5 veranschaulicht.It is also characteristic that the hub b always shows a convex shape, so arches against the suction pipe a. The extent of this curvature is given in in the same way, as explained with regard to the ring channel e, from the flow conditions, the transition from the intake manifold a to this channel e with parabolic or to at least paraboloid-like boundary walls with consideration of the equality the axial speed are present. The resulting minor deviations in The shape of the wall from the exact parabolic curve, however, affects this shape of the wall only slightly, at least not so far that the convex shape of the hub surface bi disappears. It can be advantageous not to pinpoint the tip of the hub paraboloid to be placed in the plane g, in which the suction pipe a merges into the outer wall d, but to pull something into the suction tube a, as illustrated in Fig. 5.

Schließlich zeigt Abb.6 noch als Beispiel, wie die der Erfindung zugrunde liegende Wandführung und Formgebung des Ringkanals e mit einer rein radialen Wasserzuführung h vereinigt werden kann, wie sie bei Turbinenanlagen üblich ist. Die radiale Zuführung des Wassers kann natürlich beliebig nahe an das Laufrad herangezogen werden.Finally, Fig.6 shows as an example how the invention is based Horizontal wall guide and shape of the ring channel e with a purely radial water supply h can be combined, as is customary in turbine systems. The radial feed Of course, the water can be drawn as close as desired to the impeller.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Centrifugal pump, water turbine o. D, -, I., Whose the Water flow outside. of the suction pipe bounding walls with increasing distance are approached from the machine axis, characterized in that the increase the channel diameter decreases with increasing axial distance from the impeller.

2. Centrifugal pump, water turbine or the like according to claim i, characterized in that that the two canal walls are congruent. belong axially displaced paraboloids.

Centrifugal pump, water turbine or the like according to claim i or dependent claim, characterized characterized in that the apex of the inner paraboloid wall is the radial one Touches the plane in which the main wall of the sow changes into the paraboloid shape.

Centrifugal pump, Water turbine or the like according to claim i or subclaims, characterized in that that with a thickened hub the apex of the inner paraboloid wall is so much in the suction tube is laid in that the parabolic inner wall (d.) in that Radial plane (g) of the hub decreases the water flow in which the outer paraboloid wall (d ..) adjoins the wall of the suction pipe (a).

5. Centrifugal pump, water turbine o. The like. According to claim i or subclaims, characterized in that between the feed channel with radial flow, which is common in turbines, and the impeller an annular channel (e) with paraboloidally delimiting walls (di, d.) is located.