DE60014025T2

DE60014025T2 - Turbomaschinen

Info

Publication number: DE60014025T2
Application number: DE60014025T
Authority: DE
Inventors: Kouichi Chiyuda-ku Irie; Tomoyoshi Chiyuda-ku Okamura; Akira Chiyuda-ku Manabe; Junichi Yokohama-shi Kurokawa
Original assignee: Kurokawa Junichi Yokohama; Hitachi Ltd
Current assignee: Kurokawa Junichi Yokohama Kanagawa Jp; Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2020-03-18
Also published as: EP1134427A1; DE60014025D1; EP1134427B1

Description

1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Turbomaschinen, und insbesondere auf eine Turbomaschine mit der Fähigkeit, Strömungsschwankungen zu verhindern, indem sie Wirbel, die durch die Rezirkulierungsströmung an einem Einlass eines Laufrads entstehen können, sowie Strömungsabrisse am Laufrad – ungeachtet der Art des Laufrads oder des Fluids – unterdrückt.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf Turbomaschinen, wie z.B. für eine Pumpe, einen Kompressor, ein Gebläse, u.s.w., in denen ein Laufrad von der Art ohne Volumen, und insbesondere auf eine Turbomaschine mit der Fähigkeit, Strömungsschwankungen zu verhindern, indem sie ein Wirbeln oder Vorwirbeln unterdrückt, das durch die Hauptströmung oder eine Komponente der an einem Einlass des Laufrads entstehenden Rezirkulierungsströmung verursacht wird, und indem sie Strömungsabrisse am Laufrad verhindert, wodurch sie für den Einsatz in Mischströmungspumpen geeignet ist, die als Wasserumlaufpumpen in Wärmekraftwerken oder Atomkraftwerken oder als Abwasserpumpen u.s.w. weit verbreitet sind.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Rotationsmaschinen mit der Bezeichnung "Turbomaschine" können wie unten angeführt klassifiziert werden, nämlich nach den Fluiden, mit denen die Maschinen betrieben werden, und nach dem Maschinentyp.

1. Nach den Fluiden, mit denen die Maschine betrieben wird: Flüssigkeit und Gas.
2. Nach dem Typ: Typ mit Axialströmungsrichtung, mit gemischter Strömung, und Zentrifugaltyp.

Derzeit werden hauptsächlich Mischströmungspumpen verwendet bzw. sind weit verbreitet, da diese leicht zu betreiben sind; eine solche Pumpe umfasst ein Sauggehäuse, eine Pumpe und einen Diffusor, in einer Reihe von stromaufwärtiger in stromabwärtiger Richtung gesehen.
Eine Schaufel (eines Laufrads), die innerhalb des Pumpengehäuses rotiert, wird auf einer Rotationswelle in ihre Drehbewegung versetzt, wobei sie der vom Sauggehäuse angesaugten Flüssigkeit Energie zuführt. Eine Funktion des Diffusors ist, einen Teil der Geschwindigkeitsenergie (oder kinetischen Energie) der Flüssigkeit in statischen Druck umzuwandeln.
Eine typische Kennlinie für die Höhe und den Durchsatz der Turbomaschine mit einer Mischströmungspumpe, bei der die horizontale Achse einen den Durchsatz anzeigenden Parameter und die vertikale Achse einen die Höhe anzeigenden Parameter darstellt, verläuft wie folgt. Es ist üblich, dass die Höhe im umgekehrten Verhältnis abfällt, wenn der Durchsatz in einem Bereich mit niedrigem Durchsatz ansteigt, sie zeigt jedoch einen Anstieg auf der rechten Seite, wenn der Durchsatz ansteigt, solange der Durchsatz innerhalb eines bestimmten spezifischen Bereichs liegt. Steigt der Durchsatz jedoch über den Bereich des Rechtsanstiegs der Kennlinie hinaus weiter an, dann beginnt die Höhe zu fallen, wiederum in Reaktion auf den Anstieg des Durchsatzes.
Wird die Turbomaschine mit dem Durchsatz einer solchen Kennlinie mit Rechtsanstieg betrieben, so vibriert eine Masse der Flüssigkeit von selbst, d.h. es wird ein Pump-Phänomen erzeugt. Es wird angenommen, dass so die Kennlinie mit Rechtsanstieg entsteht, obwohl die Rezirkulierungsströmung an einem Außenrand des Einlasses des Laufrads austritt, wenn der durch die Turbomaschine strömende Durchsatz gering ist, da dann ein Strömungsdurchlass oder ein Kanal für die in das Laufrad strömende Flüssigkeit verengt wird, und somit beeinflusst durch die oben genannte Rezirkulierungsströmung ein Wirbeln in der in das Laufrad strömenden Flüssigkeit erzeugt wird.
Da das Pumpen nicht nur für die Turbomaschine schädlich ist, sondern auch für die Leitungen oder Rohre, die für gewöhnlich an einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite der Turbomaschine angeschlossen sind, wird es in Bereichen mit geringem Durchsatz unterbunden. Es wurden bereits die nachfolgend genannten Verfahren zum Unterdrücken des Pumpens vorgeschlagen, abgesehen von Verbesserungen in der Form (d.h. dem Profil) der Schaufel, um den Betriebsbereich der Turbomaschine zu erweitern oder zu vergrößern.
1. Gehäusebehandlung:
Dünne oder enge Nuten oder Abflüsse mit 10% bis 20% der Länge einer Profilsehne der Schaufel werden in einem Gehäusebereich gebildet, in dem sich das Laufrad befindet, um die Strömungsabrissgrenze zu verbessern. Bei den bekannten Gehäusebehandlungsverfahren werden in einer Innenwand (d.h. Strömungsfläche) des Gehäuses, in dem Bereich, in dem sich die Schaufeln befinden, Nuten mit ausreichender Tiefe gebildet, die in einer axialen Richtung, in einer Umfangsrichtung, oder in einer schrägen Richtung, alternativ in einer radialen bzw. in einer schrägen Richtung verlaufen.
2. Separator
Ein Separator ist vorgesehen, um in dem Bereich mit geringem Durchsatz die an der Außenkante des Einlasses des Laufrads auftretende Rezirkulierungsströmung in einen rückströmenden Teil und einen vorwärtsströmenden Teil (d.h. in einer Hauptströmungsrichtung) zu teilen, wodurch die Ausbreitung der Rezirkulierungsströmung unterbunden wird.
Als Beispiele für einen Separator, der in einer Turbomaschine des Axialdurchströmungstyps eingesetzt wird, werden insbesondere die Typen Ansaugring, Schaufelseparator und Luftseparator vorgeschlagen.
Beim Typ Ansaugring ist die Rückströmung innerhalb einer Außenseite des Ansaugrings eingeschlossen, und beim Typ Schaufelseparator ist eine Rippe zwischen dem Gehäuse und dem Ring vorgesehen. Beim Typ Luftseparator wird eine Vorderkante oder eine Spitze des beweglichen Flügels (d.h. der Schaufel) geöffnet, so dass die Rückströmungen in die Außenseite des Gehäuses eingeleitet werden, wodurch ein durch die Rückströmungen entstehendes Wirbeln mittels der Rippe verhindert wird. Im Vergleich zu den beiden vorher erwähnten Typen ist dies also effektiver, zur Verwirklichung dieses Typs sind jedoch Vorrichtungen mit großen Abmessungen nötig.
3. Aktive Steuerung:
Hierbei soll die Entstehung des durch die Rezirkulierung hervorgerufenen Wirbelns unterdrückt werden, indem an einem Punkt, an dem die Rezirkulierung auftritt, von außerhalb das Hochdruckfluid injiziert oder ausgeworfen wird.
Im weiteren Text wird als Beispiel für herkömmliche Turbomaschinen eine Mischströmungspumpe beschrieben. Eine Mischströmungspumpe muss eine Höhen-Durchsatz-Kennlinie (im weiteren Text "Höhenkurve" genannt) aufweisen, die kein Rechtsanstiegs-Verhalten hat, um einen stabilen Betrieb zu ermöglichen, wenn die Pumpe über ihren gesamten Durchsatzbereich betrieben wird. Bei einer Pumpe ist es jedoch normalerweise so, dass die Kenndaten, wie z.B. eine die Leistung der Pumpe darstellende Effizienz, eine Stabilität der Höhenkurve, eine Kavitationsleistung, eine axiale Triebkraft für die Schließung, u.s.w. in umgekehrten Verhältnissen zueinander stehen. Versucht man, eines dieser Kenndaten zu erhöhen, so werden die anderen / wird das andere verringert, es besteht somit das Problem, dass es schwierig ist, Erhöhungen von mindestens zwei oder mehr Kenndaten gleichzeitig zu erreichen. Z.B. weist bei einer Pumpe, bei der primär auf die Effizienz Wert gelegt wird, die Höhenkurve in einem Bereich ein bemerkenswertes Rechtsanstiegs-Verhalten auf, wobei sie eine Tendenz zur Instabilität hat.
Um eine Höhenkurve zu erhalten, die an der rechten Seite kontinuierlich abfällt, um einen stabilen Betrieb zu ermöglichen, sind für herkömmliche Techniken wie die oben erwähnten die Gehäusebehandlung oder die Separatortechnik bekannt. Ein solcher Aufbau ist z.B. im US-Patent Nr. 4,212,585 beschrieben.
Es ist auch eine Turbomaschine bekannt, bei der an der Strömungsfläche des Gehäuses mehrere Nuten ausgebildet sind, um eine Einlassseite des Laufrads und eine Fläche oder einen Bereich der Strömungsfläche des Gehäuses, in der/dem die Schaufeln angeordnet sind, miteinander zu verbinden, wodurch eine Höhenkurve erreicht wird, die keinen Rechtsanstieg aufweist, während die Rezirkulierung am Einlass unterdrückt wird.
Zwar ist es bei der oben genannten Gehäusebehandlung und der Separatortechnik aus dem Stand der Technik möglich, die Kennlinie für Höhe und Durchsatz so zu verschieben, dass sich der Abschnitt mit dem Rechtsanstieg in dem Abschnitt mit geringerem Durchsatz befin det, um den stabilen Betriebsbereich zu vergrößern, es ist jedoch nicht möglich, dieses Merkmal oder Verhalten des Rechtsanstiegs zu eliminieren. Zudem wird bei der Gehäusebehandlung bei jeder Erhöhung der Strömungsabrissgrenze um 10% die Effizienz der Turbomaschine um ca. 1% verringert.
Bei einer solchen aktiven Steuerung wird durch die Notwendigkeit, das Hochdruckfluid von der Turbomaschine selbst oder von außerhalb dieser bereitzustellen, die Effizienz der Turbomaschine verringert.
Bei einer Turbomaschine wie der im US-Patent Nr. 4,212,585 offenbarten, bei der Nuten ausgebildet sind, um die Einlassseite des Laufrads und die Strömungsfläche des Gehäuses, an der die Schaufeln angeordnet sind, miteinander zu verbinden, ist die Herstellung der Nuten einfach und hat eine verringerte Effizienz, und es ist möglich, eine Höhenkurve ohne Rechtsanstieg in ihrem Verlauf zu erhalten. Die Möglichkeit, dass durch die Interferenz zwischen der Strömung von den Schaufeln des Laufrads und den Nuten, die entsteht, wenn die Schaufeln die an der Strömungsfläche des Gehäuses ausgebildeten mehreren Nuten passieren, eine Druckschwankung erzeugt wird, wodurch Vibration und Sen erhöht werden, ist hier jedoch nicht in Betracht gezogen.
Die GB-A-2 285 485 beschreibt eine Turbomaschine mit einem Gehäuse, einem Laufrad mit mehreren Schaufeln, das innerhalb des Laufrads angebracht ist, und einer ringförmigen Aussparung, die auf der inneren Strömungsfläche des Gehäuses ausgebildet ist und der Verbindung zwischen einer Einlassseite des Laufrads und einem Bereich der inneren Strömungsfläche des Gehäuses, in dem die Schaufeln des Laufrads angeordnet sind, dient, um einen alternativen Pfad für die Strömung in umgekehrter Richtung vorzusehen. In der Aussparung sind mehrere Flügel angeordnet, die sich um eine Achse krümmen, die insgesamt parallel zur Achse des Gehäuses verläuft, um Luft abzulenken, die durch den Einlass der Aussparung eintritt, nachdem sie im Bereich der Schaufelspitzen insgesamt in Umfangsrichtung radial nach außen geströmt ist.
Die US-A-5 762 470 offenbart eine Turbomaschine mit einem Gehäuse, einem innerhalb des Gehäuses angebrachten Laufrad mit mehreren Schaufeln, und einer ringförmigen Kavität, die auf der inneren Strömungsfläche des Gehäuses ausgebildet ist. Die ringförmige Kavität ist mit dem Strömungspfad durch Schlitze verbunden, die von einem ringförmigen Rippennetz gebil det werden. Die Schlitze ermöglichen eine Verbindung zwischen der Kavität und dem Strömungspfad sowohl stromaufwärtig von und axial sich deckend mit der Anordnung der Schaufeln.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Turbomaschine bereitzustellen, deren Höhen-Durchsatz-Kennlinie einen Rechtsanstieg aufweist, die eine hohe Effizienz hat, und die geringe Vibrationen und Geräusche erzeugt.
Diese Ziel wird durch eine Turbomaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Turbomaschine sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 15.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die mindestens eine zweite Nut die Druckschwankung, die durch die Interferenz zwischen den Nuten und der vom Laufrad kommenden Strömung verursacht wird, wenn die Laufradschaufeln die Nuten in Richtung des Druckgradienten passieren, verringert oder abgeschwächt. Folglich wird die Erzeugung von Vibrationen und/oder Geräusche, die durch Druckschwankung verursacht werden, verringert.
Sind die in Richtung des Druckgradienten verlaufenden Nuten (d.h. die ersten Nuten) in die Drehrichtung des Laufrads geneigt (d.h. sie sind in eine Richtung gewunden, die der Krümmung der Laufradschaufeln entgegengesetzt ist), dann ist es auch möglich, die Interferenz zwischen der vom Laufrad kommenden Strömung und den Nuten zu verringern oder abzuschwächen.
Der gleiche Effekt kann erzielt werden, indem die ersten Nuten in Richtung des Druckgradienten bis zum Einlass des Laufrads angebracht, aber so konstruiert werden, dass sie sich mit den zweiten Nuten in Umfangsrichtung nicht überschneiden, so dass die in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten und die in Richtung des Druckgradienten verlaufenden Nuten miteinander in Verbindung gebracht sind, wodurch das unter Druck stehende Fluid herausgenommen wird, um die Entstehung einer Rezirkulierung innerhalb der Hauptströmung am Einlass des Laufrads zu unterbinden.
Die oben genannten beiden Arten von Nuten sind vorzugsweise durch Strömungswege verbunden, die an der äußeren Peripherie des Gehäuses gebildet sind und sich von der inneren Strömungsfläche des Gehäuses, durch die die Hauptströmung verläuft, erstrecken. Auf diese Weise ist es möglich, innerhalb des Bereichs der inneren Strömungsfläche des Gehäuses, in dem die Laufradschaufeln angebracht sind, auf in Richtung des Druckgradienten verlaufende Nuten zu verzichten. Dadurch kann die Interferenz zwischen der vom Laufrad kommenden Strömung und den Nuten verringert oder abgeschwächt werden. Die Strömungswege zum Verbinden der ersten Nuten und der zweiten Nuten verlaufen vorzugsweise auf den von den ersten Nuten ausgehenden Linien, so dass das in der zur Hauptströmungsrichtung entgegengesetzten Richtung strömende Fluid zur Einlassseite der Laufradschaufeln strömt.
Weitere Merkmale, Ziele und/oder Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden Erläuterung hervor, bei der auf die zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht in der Meridionalebene eines Hauptabschnitts einer Mischströmungspumpe, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt einen Graphen, der eine Höhen-Durchsatz-Kennlinie einer Turbomaschine bzw. eine Effizienz-Durchsatz-Kennlinie darstellt;
3 zeigt einen Graphen, der ein Verhältnis zwischen einem Durchsatz und einer Vibrationszunahme einer Turbomaschine darstellt;
4 zeigt einen Graphen, der ein Verhältnis zwischen einem Durchsatz und einem Vibrationsgeräuschpegel einer Turbomaschine darstellt;
5 ist eine Ansicht in der Meridionalebene eines Hauptabschnitts einer Turbomaschine, die eine erfindungsgemäße Variante der in 1 gezeigten Ausführungsform darstellt;
6 ist eine flächige Ansicht einer inneren Strömungsfläche eines in 1 gezeigten Gehäuses;
7 ist eine flächige Ansicht einer inneren Strömungsfläche eines Gehäuses, das eine Variation des in 6 gezeigten Beispiels darstellt;
8 ist eine flächige Ansicht einer inneren Strömungsfläche eines Gehäuses, das eine weitere Variation des in 6 gezeigten Beispiels darstellt;
9 ist eine flächige Ansicht einer inneren Strömungsfläche eines Gehäuses gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Die 10(a) und (b) zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere zeigt 10(a) eine flächige Ansicht einer inneren Strömungsfläche eines Gehäuses, und 10(b) zeigt die Querschnittansicht A-A (eine Ansicht in der Meridionalebene) aus 10(a);
Die 11(a) bis (c) zeigen ein konkretes Beispiel dafür, wie man den Aufbau der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält, insbesondere zeigt 11(a) eine flächige Ansicht einer inneren Strömungsfläche eines Gehäuses, 11(b) zeigt eine Querschnittansicht A-A (eine Ansicht in der Meridionalebene) aus 11(a), und 11(c) zeigt eine Querschnittansicht B-B (eine Ansicht in der Meridionalebene) aus 11(a);
12 ist eine Ansicht in der Meridionalebene eines Hauptabschnitts einer Turbomaschine, die eine Variante der in den 10(a) und (b) gezeigten Ausführungsform darstellt;
Die 13(a) und (b) sind Ansichten einer weiteren Variante der in den 10(a) und (b) gezeigten Ausführungsform, insbesondere zeigt 13(a) eine flächige Ansicht einer inneren Strömungsfläche eines Gehäuses, und 13(b) zeigt eine Querschnittansicht A-A (eine Ansicht in der Meridionalebene) aus 13(a);
14 ist eine Ansicht in der Meridionalebene eines Hauptabschnitts einer Ausführungsform, bei der die in 1 gezeigte erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Turbomaschine mit einem Laufrad der geschlossenen Art, das eine Deckscheibe aufweist, angewandt wird;
15 zeigt den Querschnitt XIII-XIII aus 15; und
Die 16(a) bis (d) zeigen verschiedene Beispiele von Querschnittformen von Nuten an der inneren Strömungsfläche des Gehäuses.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Figur ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Abschnitts eines Laufradabschnitts einer Mischströmungspumpe, die eine der Turbomaschinen repräsentiert, in der Bezugszeichen 1 ein Laufrad einer offenen Art mit offenen Schaufeln markiert. Um die Entstehung einer Rezirkulierung auf grund einer Rückströmung von den Laufradschaufeln zu unterdrücken, ist eine große Anzahl von flachen Nuten (d.h. ersten Nuten) 24 vorgesehen, die in Richtung des Druckgradienten des Fluids an einer inneren Strömungsfläche eines Gehäuses 2 um seinen äußeren Umfang angebracht sind, in der Nähe eines Einlassabschnitts der Schaufeln 22 des Laufrads. Eine Endposition a dieser Nuten auf der stromabwärtigen Seite der Turbomaschine befindet sich in einem Bereich, in dem die Laufradschaufeln angebracht sind, wodurch ein Teil eines vom Laufrad verdichteten Fluids durch diese Nut 24 zur Position b geleitet wird, wo die Rezirkulierung erzeugt wird, wenn der Durchsatz auf einer stromaufwärtigen Seite der Turbomaschine gering ist. Da das verdichtete Fluid auf der stromabwärtigen Seite in einen Bereich ausgeworfen wird, in dem die Rezirkulierung leicht entstehen kann, ist es möglich, die Entstehung der Rezirkulierung zu unterdrücken, und zu verhindern, dass die Hauptstömung an einem Einlass der Turbomaschine aufgrund des Einflusses der Rezirkulierung zu einem Wirbel wird, wodurch man eine Hochleistungs-Turbomaschine erhält, bei der die Entstehung eines Rotationsabrisses der Laufradschaufeln verhindert wird.
Gemäß dieser Ausführungsform sind an der inneren Strömungsfläche des Gehäuses auch mehrere zweite Nuten 25 ausgebildet, um in einem Gehäuseabschnitt, der dem Bereich entspricht, in dem die Laufradschaufeln angebracht sind, die mehreren ersten Nuten 24, die sich über den inneren Umfang des Gehäuses erstrecken, kontinuierlich zu machen. Ist keine solche zweite Nut vorhanden, so wird eine vom Laufrad 1 kommende Strömung von den ersten Nuten 24, die in einer axialen Richtung ausgebildet sind (d.h. in Richtung des Druckgradienten des Fluids), störend beeinflusst, wodurch eine Druckschwankung entsteht. Die Druckschwankung versetzt die Turbomaschine in Schwingung, wodurch Vibration und Geräusche zunehmen. Da bei dieser Ausführungsform die in Umfangsrichtung des Gehäuses verlaufenden zweiten Nuten 25 innerhalb des Bereichs ausgebildet sind, in dem sich die Laufradschaufeln befinden, wird der Druckunterschied zwischen den über den inneren Umfang des Gehäuses ausgebildeten mehreren ersten Nuten 24 innerhalb der zweiten Nuten 25 abgeschwächt. Dadurch ist es möglich, die durch die ersten Nuten 24 und die Schaufeln 22 verursachte Druckschwankung zu reduzieren, d.h. den von der Druckschwankung herrührenden Anstieg von Vibration und Geräuschen zu unterdrücken.
2 zeigt einen Graphen, der eine Höhen-Durchsatz-Kennlinie einer Turbomaschine sowie eine Effizienz-Durchsatz-Kennlinie derselben darstellt, bei der die horizontale Achse einen dimensionslosen Durchsatz, und die vertikale Achse eine dimensionslose Höhe darstellt. In der Figur zeigen weiße Kreise die Höhen-Durchsatz-Kennlinie und die Effizienz-Durchsatz-Kennlinie einer Turbomaschine, bei der an der inneren Strömungsfläche um das Gehäuse keine ersten Nuten 24 angebracht sind. Schwarze Kreise zeigen die Höhen-Durchsatz-Kennlinie und die Effizienz-Durchsatz-Kennlinie einer Turbomaschine, bei der die ersten Nuten 24 angebracht sind. Weiße Dreiecke zeigen die Höhen-Durchsatz-Kennlinie und die Effizienz-Durchsatz-Kennlinie einer Turbomaschine, bei der die ersten Nuten 24 ausgebildet sind und bei der in der Nähe der Endposition a der Nuten 24 auf der stromabwärtigen Seite der Turbomaschine auch die zweiten Nuten 25 ausgebildet sind.
Die weißen Kreise in 2 zeigen, dass innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 0,6 des dimensionslosen Durchsatzes ein Rechtsanstieg stattfindet, wobei mit der Zunahme des Durchsatzes auch die Höhe zunimmt. Die schwarzen Kreise zeigen, dass der Rechtsanstieg eliminiert ist. Die weißen Dreiecke bestätigen einen Effekt bei dieser Ausführungsform, der der gleiche ist, wie der durch die schwarzen Kreise gezeigte.
3 zeigt ein Verhältnis zwischen dem Durchsatz und einer Vibrationszunahme in der Turbomaschine, wobei die weißen Kreise, die schwarzen Kreise und die weißen Dreiecke Daten der Turbomaschine anzeigen, die die gleichen sind wie die entsprechenden in 2 gezeigten. In der Figur stellt die horizontale Achse den dimensionslosen Durchsatz dar, während die vertikale Achse die dimensionslose Vibrationszunahme darstellt. Wie aus 3 hervorgeht, zeigt die Vibrationszunahme im Falle der schwarzen Kreise, in dem die ersten Nuten ausgebildet sind, im Vergleich zu den weißen Kreisen eine Spitze bei 0,5 – 0,6 des dimensionslosen Durchsatzes, im Vergleich dazu nimmt im Falle der weißen Kreise die Vibration über eine weiten Bereich zu. Im Gegensatz dazu ist im Falle der weißen Dreiecke, in dem die ersten und die zweiten Nuten ausgebildet sind, im Vergleich zu den schwarzen Kreisen die Vibrationszunahme erheblich verbessert, und sie zeigt keine solche Spitze bei 0,5 – 0,6 des dimensionslosen Durchsatzes. Hierdurch wird die Vibration ebenfalls erheblich verbessert.
4 zeigt ein Verhältnis zwischen dem Durchsatz und einem Geräuschpegel in der Turbomaschine, wobei die weißen Kreise, die schwarzen Kreise und die weißen Dreiecke Daten der Turbomaschine anzeigen, die die gleichen sind wie die entsprechenden in 2 gezeigten. In der Figur stellt die horizontale Achse den dimensionslosen Durchsatz dar, während die vertikale Achse den dimensionslosen Geräuschpegel darstellt. Wie aus 4 hervorgeht, ist im Falle der schwarzen Kreise, im Vergleich zu den weißen Kreisen, der Geräuschpegel höher.
Im Gegensatz zu dem Fall, in dem nur die ersten Nuten ausgebildet sind, ist offensichtlich, dass im Falle der weißen Dreiecke (gemäß dieser Ausführungsform), in dem die ersten und die zweiten Nuten ausgebildet sind, innerhalb eines Durchsatzbereichs, der in einem Hauptbetriebsbereich der Pumpe eine hohe Effizienz aufweist, der Geräuschpegel erheblich reduziert ist, herab bis zu einem Grad, der ungefähr der gleiche ist wie in dem Fall (mit dem weißen Kreisen), in dem keine solche Nut im Gehäuse gebildet ist.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die in Umfangsrichtung verlaufenden zweiten Nuten 25 jedoch mit einer geringeren Tiefe ausgebildet als die Tiefe d der ersten Nuten 24, die in Richtung des Druckgradienten verlaufen, und sie stehen mit allen oder mehreren der mehreren ersten Nuten, die über den inneren Umfang des Gehäuses ausgebildet sind, in Verbindung.
Die Tiefe dieser zweiten, in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten 25 kann die gleiche sein wie die Tiefe d der ersten, in Richtung des Druckgradienten verlaufenden Nuten 24, auch kann die Tiefe größer gemacht werden als die Tiefe d der ersten Nuten.
Zwar erstrecken sich die zweiten, in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten 24 von der Nähe der Vorderkanten C der Laufradschaufeln 22 zu einer Position auf der stromaufwärtigen Seite nahe der Endposition a der Nuten, die auf die stromabwärtige Seite der Turbomaschine weist; jedoch können sich in dem in 1 gezeigten Beispiel die zweiten Nuten von der Nähe der Vorderkanten C der Laufradschaufeln 22 zur Endposition a der Nuten, die zur stromabwärtigen Seite der Turbomaschine weist, erstrecken (siehe gestrichelte Linie 25a). Weiter ist in 5 zu sehen, dass sich die zweiten Nuten 25 von der Endposition a der Nuten zu einem Bereich erstrecken können, der sich etwas stromaufwärts von der Stelle befindet, an der die Laufradschaufeln angebracht sind, oder sie können sich von der Endposition a der Nuten zu einer Position auf der stromaufwärtigen Seite der Turbomaschine erstrecken, die sich stromaufwärts von den Vorderkanten C der Schaufeln 22 befindet.
6 zeigt eine flächige Ansicht der inneren Strömungsfläche des Gehäuses aus 1, und, wie in dieser Figur zu sehen ist, stehen die in Umfangsrichtung des Gehäuses verlaufenden zweiten Nuten 25 mit allen der mehreren, in Richtung des Druckgradienten verlaufenden ersten Nuten 24, die über den inneren Umfang des Gehäuses in seiner Umfangsrichtung ausgebildet sind, in Verbindung. Wie in 7 zu sehen ist, kann eine Anzahl der zweiten, in Um fangsrichtung des Gehäuses verlaufenden Nuten 25 in Umfangsrichtung intermittierend ausgerichtet sein, auf eine solche Weise, dass eine große Anzahl der ersten, in Richtung des Druckgradienten verlaufenden Nuten, die über den inneren Umfang ausgerichtet sind, mit mehreren davon in Verbindung stehen (oder verbunden sind). Außerdem können, wie in 8 gezeigt, die zweiten, in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten 25 so ausgerichtet sein, dass sie sich spiralförmig von der Nähe des Einlassabschnitts der Laufradschaufeln zur Endposition a der ersten Nuten 24 erstrecken, so dass die ersten, in Richtung des Druckgradienten verlaufenden Nuten 24 in Umfangsrichtung des Gehäuses miteinander in Verbindung gebracht sind.
Es folgt die Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 9.
In der zweiten Ausführungsform, wie auch in der oben erwähnten ersten Ausführungsform, sind die mehreren, in Richtung des Druckgradienten (d.h. in axialer Richtung) verlaufenden Nuten 24 so ausgerichtet, dass sie die Einlassseite der Laufradschaufeln mit dem Bereich auf der inneren Strömungsfläche des Gehäuses in Verbindung bringen. Bei dieser Ausführungsform ist ein Teil der Nuten 24, der dem oben genannten Bereich, in dem die Laufradschaufeln angebracht sind, entspricht (d.h. der stromabwärtigen Seite der Schaufeln), in Rotationsrichtung des Laufrads geneigt (oder gewunden). Bei einem solchen Aufbau wird die Interferenz zwischen den Laufradschaufeln 22 und den Nuten 24 gering gemacht oder gelockert. Dadurch ist es möglich, die Entstehung einer Druckschwankung zu reduzieren, und auch einen Anstieg von Vibration und Geräuschen zu verhindern. Weiter sind auf der stromaufwärtigen Seite der Laufradschaufeln die Nuten 24 in einer axialen Richtung des Gehäuses ausgerichtet, und das Fluid strömt durch diese Nuten 24 zurück zur Einlassseite der Laufradschaufeln, wenn der Druck durch die Schaufeln erhöht wird, so dass es in der Position, in der bei geringem Durchsatz die Rezirkulierung auftritt, ausgeworfen wird. Es ist daher möglich, die Zirkulation und/oder den Rotationsabriss der Laufradschaufeln, die durch die Rezirkulierung entstehen, zu unterdrücken, und somit die Erscheinung des Rechtsanstiegs in der Höhen-Durchsatz-Kennlinie der Turbomaschine zu eliminieren oder zu reduzieren.
Die 10(a) und (b) zeigen Ansichten einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10(a) zeigt eine flächige Ansicht der inneren Strömungsfläche des Gehäuses, und 10(b) zeigt eine Querschnittansicht A-A aus 10(a) in einer Meridionalebene.
Auf der inneren Strömungsfläche des Gehäuses 2 sind mehrere erste Nuten 24 über den inneren Umfang des Gehäuses ausgebildet und weisen in die axiale Richtung (d.h. in Richtung des Druckgradienten), um die Einlassseite des Laufrads und den Bereich, in dem das Laufrad angebracht ist, zu verbinden. Auf der inneren Strömungsfläche des Gehäuses, wo das Laufrad anbracht ist, sind zweite Nuten 25 so ausgebildet, dass sie in einem Teil davon in Umfangsrichtung kontinuierlich verlaufen. Es sind auch Strömungskanäle 27 ausgebildet, die die innere Strömungsfläche des Gehäuses so umgehen, dass die oben genannten ersten Nuten 24 und die zweiten Nuten 25 miteinander in Verbindung stehen. Die Strömungskanäle 27 sind in einer Linie angeordnet oder ausgerichtet, die sich von den Nuten 24 aus erstreckt. Dadurch strömt ein Teil des von den Laufradschaufeln verdichteten Fluids durch die zweiten Nuten 25 und die Strömungskanäle 27 in die ersten Nuten 24, um dann an der Position, an der an der Einlassseite der Laufradschaufeln die Rezirkulierung auftritt, ausgeworfen zu werden. Dadurch ist es möglich, wie auch bei den oben erwähnten Ausführungsformen das Merkmal des Rechtsanstiegs in der Höhen-Durchsatz-Kennlinie der Turbomaschine zu eliminieren.
In der axialen Richtung der inneren Strömungsfläche des Gehäuses, wo das Laufrad angeordnet ist, befinden sich keine derartigen Nuten. Dadurch tritt keine Interferenz in der Strömung ein, wenn die Schaufeln die ersten Nuten passieren, und außerdem wird der Druckunterschied zwischen den mehreren ersten Nuten 24 durch die zweiten Nuten 25 klein gemacht, wodurch es möglich ist, den von den Druckschwankungen herrührenden Anstieg von Vibration und Geräuschen zu unterdrücken.
Ein Beispiel für die Verwirklichung eines solchen Aufbaus der oben genannten dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 11(a) bis (c) erläutert. 11(a) zeigt eine flächige Ansicht der inneren Strömungsfläche des Gehäuses, 11(b) zeigt eine Querschnittansicht A-A (d.h. eine Querschnittansicht in einer Meridionalebene) aus 11(a), und 11(c) zeigt eine Querschnittansicht B-B (d.h. eine Querschnittansicht in der Meridionalebene) aus 11(a).
Das Gehäuse ist in axialer Richtung in die drei mit den Bezugszeichen 28, 29 und 30 markierten Abschnitte unterteilt. (Es macht hier keinen Unterschied, ob die Gehäuseabschnitte 28 und 29 als ein Teil oder in einem Körper gebildet sind, oder ob alternativ die Gehäuseabschnitte 29 und 30 als ein Teil oder in einem Körper gebildet sind). Auf der inneren Strömungsfläche eines Gehäuses 28 sind mehrere der in die axiale Richtung (d.h. in Richtung des Druckgradienten) weisenden zweiten Nuten 24 über den inneren Umfang des Gehäuses ausgebildet, die von der Einlassseite der Laufradschaufeln bis zur Vorderkante C derselben eine Verbindung herstellen. Auch ist an einer inneren peripheren Seite des Gehäuseabschnitts 29 ein kreisförmiges oder ringförmiges Element (d.h. ein Gehäuse) 31 eingefügt, wobei die zweiten Nuten 25 in einer Umfangsrichtung zwischen einer Stirnfläche dieses kreisförmigen Elements an der stromabwärtigen Seite der Turbomaschine und einer Stirnfläche des Gehäuses 30 angebracht sind. Auf einer rückwärtigen Seitenfläche des oben genannten kreisförmigen Elements 31 sind Strömungskanäle 27 so ausgebildet, dass die ersten und die zweiten Nuten 24 und 25 miteinander in Verbindung gebracht sind. Wie in 11(c) zu sehen ist es durch Verbinden der inneren Strömungsfläche des Gehäuses 29 mit einer äußeren peripheren Fläche eines Abschnitts des kreisförmigen Elements 31, in dem keine Nuten ausgebildet sind, möglich, das kreisförmige Element 31 auf der inneren Strömungsfläche des Gehäuseabschnitts 29 zu befestigen.
Eine Variante der oben genannten, in 10 gezeigten Ausführungsform ist in 12 gezeigt. Ein Unterschied zu den in den 10(a) und (b) gezeigten Ansichten besteht darin, dass der Strömungskanal 32, der die innere Strömungsfläche des Gehäuses umgeht, als eine Leitung oder ein Rohr ausgebildet ist. Dadurch strömt das von den Laufradschaufeln verdichtete Fluid durch die zweiten Nuten 25 und den Strömungskanal 32 gegen die Hauptströmung zurück zu den ersten Nuten 24, wobei es an der Stelle, an der die Rezirkulierung auftritt, ausgeworfen wird.
Eine weitere Variante der oben genannten Ausführungsform nach 10 ist in den 13(a) und (b) gezeigt. 13(a) zeigt eine flächige Ansicht der inneren Strömungsfläche des Gehäuses, und 13(b) zeigt eine Querschnittansicht A-A aus 13(a).
Ein Unterschied zwischen dieser Variante und der in den 10(a) und (b) gezeigten besteht darin, dass auf der inneren Strömungsfläche des Gehäuses an der Vorderkante c der Schaufeln 22 eine dritte Nut 33 in Umfangsrichtung des Gehäuses ausgebildet ist, um die ersten Nuten 24, die in großer Anzahl in axialer Richtung ausgebildet sind, getrennt von der zweiten Nut 25 mit der Umfangsrichtung in Verbindung zu bringen. Die zweite Nut 25 und die dritte Nut 33 sind über die Strömungskanäle 27 miteinander verbunden, wobei die Konstruktion so gestaltet ist, dass das von den Laufradschaufeln 22 verdichtete Fluid durch die zweiten Nuten 25, die Strömungskanäle 27 und die dritten Nuten 33 in die ersten Nuten 24 strömt.
Die Druckschwankung, die durch die Interferenz entsteht, die auftritt, wenn die Laufradschaufeln 22 die ersten Nuten 24 passieren, reduziert über die zweiten Nuten 25 und die dritten Nuten 33 den Druckunterschied zwischen den über den inneren Umfang des Gehäuses ausgebildeten mehreren ersten Nuten 24, wodurch es möglich ist, den Anstieg von Vibration und Geräuschen, der durch die Druckschwankungen in der Turbomaschine entsteht, zu unterdrücken.
14 zeigt ein Beispiel, in dem die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Turbomaschine angewandt wird (z.B. eine Mischströmungspumpe der geschlossenen Art), die ein Laufrad der geschlossenen Art mit einer Deckplatte verwendet. 15 zeigt eine Querschnittansicht XIII-XIII aus 14.
Das Laufrad 1 der geschlossenen Art hat eine Deckplatte 1a. Diese Deckplatte 1a ist jedoch nicht in der Nähe 1c des Einlasses der Laufradschaufeln vorgesehen, sondern das Laufrad hat die Form eines sogenannten Laufrads der halboffenen Art, bei dem auf einem Abschnitt keine Deckplatte vorgesehen ist. Im innersten Bereich des Durchmessers der Deckplatte ist ein Mausringabschnitt 1b vorgesehen, und auf der inneren Strömungsfläche des Gehäuses 2 ist auf der diesem gegenüberliegenden stationären Seite ein Gehäusering 5 vorgesehen. Zwischen diesem Mausringabschnitt 1b und dem Gehäusering 5 befindet sich ein Dichtungsabschnitt einer rotierenden Achse. Auf dem inneren Umfang der inneren Strömungsfläche des Gehäuses 2, gegenüber den Laufradschaufeln, wo in der Nähe 1c des Einlasses der Laufradschaufeln keine Deckplatte vorgesehen ist, sind, wie in den 14 und 15 gezeigt, mehrere der in Axialrichtung verlaufenden ersten Nuten 24 um den Umfang des Gehäuses herum ausgerichtet, wobei die Abstände zwischen ihnen gleich sind. Eine Endposition a der Nuten auf der stromabwärtigen Seite der Turbomaschine erstreckt sich von der Vorderkante der Laufradschaufeln zu einer Position, die etwas in die stromabwärtige Seite hineinragt (d.h. die dem Mausringabschnitt 1b benachbarte Position in der Nähe des Einlasses der Laufradschaufeln), während eine Endposition b auf der stromaufwärtigen Seite der Turbomaschine sich auf der Seite befindet, die oberhalb der Vorderkante der Laufradschaufeln liegt. Ein Abschnitt 2g des Gehäuses 2, der der Stirnfläche 1d der Deckplatte des Laufrads gegenüber liegt, ist so konstruiert, dass die Position, in der er sich befindet, fast die gleiche ist wie die Endposition a der Nuten 24 auf der stromabwärtigen Seite in der axialen Richtung, und dass er über einer Fläche liegt, die sich in einer Richtung senkrecht zu deren Achse befindet. Diese Fläche (d.h. der Abschnitt) 2g und die Kantenfläche 1d der Deckplatte liegen einander gegenüber, mit einer Entfernung 61 in Axialrichtung. Ein Bezugszeichen 25 bezeichnet die zweite Nut, die in Umfangsrichtung in der Nähe des Bereichs der ersten Nuten 24 in der axialen Richtung, in der die Laufradschaufeln angeordnet sind, ausgebildet ist; diese Nut steht mit den ersten Nuten, die über den inneren Umfang des Gehäuses ausgebildet sind, in Verbindung, und sie ist als eine Nut ausgebildet, die flacher ist als die ersten Nuten.
Wird die Turbomaschine (d.h. die Pumpe) in einem Bereich mit niedrigem Durchsatz betrieben, so tritt die Rezirkulierung (d.h. die Rückströmung) wie in 14 gezeigt auf. Bei einem solchen oben erwähnten Aufbau strömt, gemäß dieser Ausführungsform, ein Teil des vom Laufrad verdichteten Fluids durch die ersten Nuten zurück von der Endposition a auf der stromabwärtigen Seite zur Endposition b auf der stromaufwärtigen Seite. Da die Nuten 24 in Richtung der Achse der Pumpe ausgebildet sind, strömt nichts von dem in den Nuten strömenden Fluid in die Drehrichtung des Laufrads, sondern es wird an die Stelle ausgeworfen, an der bei geringem Durchsatz die Rezirkulierung auftritt, wodurch die Rezirkulierung abgeschwächt oder verändert wird, wodurch die Entstehung der Rezirkulierung unterdrückt werden kann. Dementsprechend ist es möglich, die Entstehung eines Wirbels oder Vor-Wirbelns, das durch die Rezirkulierung auf der Einlassseite des Laufrads entsteht, sowie einen Rotationsabriss der Laufradschaufeln zu verhindern oder zu unterdrücken. Dann wird die Verringerung einer theoretischen Höhe klein, wodurch das Rechtsanstiegs-Merkmal der Höhen-Durchsatz-Kennlinie der Turbomaschine verbessert wird.
Auch kann die Druckschwankung, die durch die Interferenz entsteht, die auftritt, wenn die Schaufeln 22 die Nuten 24 in Axialrichtung passieren, durch das Vorhandensein der zweiten Nuten 25 reduziert oder abgeschwächt werden, und der Druckunterschied zwischen den Nuten 24 kann hierbei ebenfalls reduziert oder abgeschwächt werden. Hierdurch ist es möglich, das Phänomen, dass die Turbomaschine durch die Druckschwankung vibriert, was zu erhöhter Vibration und Geräuschen führt, zu unterdrücken.
Zwar bezieht sich diese Beschreibung auf eine Mischströmungspumpe der geschlossenen Art in den obigen Ausführungsformen, die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf andere Turbomaschinen anwendbar, wie z.B. auf eine Zentrifugalpumpe, ein Mischströmungs- Luftgebläse, einen Mischströmungskompressor, u.s.w., die jeweils ein Laufrad der offenen oder der geschlossenen Art haben.
Die Form des Querschnitts der in Axialrichtung (d.h. in Richtung des Druckgradienten des Fluids) verlaufenden Nuten 24, die auf der inneren Strömungsfläche des Gehäuses ausgebildet sind, kann eher dreieckig, rund oder trapezförmig, wie in den 16(a) bis (d) gezeigt, als rechtwinklig ausgebildet sein. Der Querschnitt der Nuten 25 und 33 kann die gleiche Form haben.
Ein Betriebsdurchsatz der Pumpe in der Pumpstation wird an einem Schnittpunkt zwischen einer statischen Höhe, die als Differenz zwischen den Wasserhöhen oder -pegeln an der Ansaugseite und der Förderseite in der Pumpstation bestimmt wird, einer Widerstandskurve, die durch Summieren des Widerstands im Strömungskanal oder in den Rohren in der Pumpstation, und der Höhen-Kapazitäts-Kennlinie der Pumpe ermittelt. Tritt in der Höhen-Kapazitäts-Kennlinie ein Rechtsanstiegs-Bereich auf, so kann ein Fall vorliegen, in dem sich die Höhen-Kapazitäts-Kennlinie mit der Widerstandskurve in mehreren Punkten überschneidet. In einem solchen Falle ist es unmöglich, den Überschneidungspunkt in lediglich einem Punkt zu bestimmen, d.h. der Durchsatz kann nicht eindeutig bestimmt werden. Deshalb ist es nicht möglich, den Durchsatz zu bestimmen. Dies ist insbesondere dann bemerkenswert, wenn die stationäre Höhe groß und der Rohrwiderstand klein ist.
Werden im Stand der Technik maximale Effizienz und die Höhenstabilität in ein Gleichgewicht gebracht, um zu einer Höhen-Kapazitäts-Kennlinie ohne Rechtsanstiegsverhalten zu gelangen, so kann die Tendenz bestehen, dass die maximale Effizienz etwas verringert wird. Gibt es in der Pumpe einen instabilen Bereich, so muss der Arbeitsbereich der Pumpe in einem Bereich sein, in dem keine Betriebsinstabilität auftritt, wodurch der Betriebsbereich eingeengt wird. Deshalb muss, wenn im Betrieb in den instabilen Bereich einer Pumpeneinheit eingetreten wird, die Anzahl der Pumpen erhöht werden, so dass die Kapazität jeder einzelnen Pumpen klein wird, und der Arbeitspunkt jeder Pumpe in einen Bereich außerhalb des instabilen Bereichs verschoben wird. Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, diese im Stand der Technik auftretenden Probleme zu beseitigen. Weiter ermöglicht die Erfindung durch ihre im peripheren Bereich angeordneten Nuten die durch die Interferenz zwischen den Nuten in Axialrichtung und der vom Laufrad kommenden Strömung auftretende Druckschwankung zu reduzieren, und damit auch Vibrationen und Geräusche, die bedingt durch die aus der Druckschwankung resultierende Vibration der Pumpe im Hauptkörper der Pumpe und in ihren Leitungen auftreten, zu verringern. Durch die vorliegende Erfindung kann also bewirkt werden, dass Turbomaschinen hohe Leistungen bringen, ohne das Rechtsanstiegs-Merkmal aufzuweisen, und dass eine solche Turbomaschine auch in einer Pumpstation u.s.w. nahe an einem Wohngebiet eingesetzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann einen großen Effekt erzielen, wenn sie in einer Mischströmungspumpe angewandt wird, und sie kann einen bemerkenswerten Effekt erzielen, wenn sie insbesondere in einer Pumpe mit einer Nenndrehzahl Ns als eine Kenngröße der Pumpe angewandt wird, wobei gilt: Ns = N × Q0,5/H0,75 ≈ 1.000 bis 1.500mit einer Drehzahl N (U/Min.), einer absoluten Höhe H (m), und einem Förderdurchsatz Q (m³/Min.).
Ein großer Effekt kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Erfindung in einer Pumpe angewandt wird, bei der eine statische Höhe, die durch einen Ansaugwasserpegel und einen Förderwasserpegel bestimmt wird, gleich oder größer als 50% der Höhe an einem bestimmen Punkt ist.
Durch die erfindungsgemäße Bereitstellung der mehreren ersten Nuten für die Verbindung zwischen der Einlassseite des Laufrads und dem Bereich auf der inneren Strömungsfläche des Gehäuses, in dem das Laufrad angeordnet ist, und der mehreren zweiten Nuten für die Verbindung zwischen diesen mehreren ersten Nuten in Umfangsrichtung wird eine Turbomaschine erzielt, deren Höhen-Durchsatz-Kennlinie insbesondere bezüglich des Rechtsanstiegs-Merkmals verbessert ist, und es wird ermöglicht, die Effizienzabnahme sowie die Zunahme von Vibrationen und Geräusche zu unterdrücken.
Der gleiche oder ein ähnlicher Effekt wie der oben erwähnte kann auch durch die Bereitstellung der mehreren Nuten in Richtung des Druckgradienten des Fluids und der beweglichen Elemente, die in einer radialen Richtung beweglich angebracht sind, um die Tiefe der Nuten zu verändern, erzielt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Anwendung des Aufbaus der halboffenen Art, bei dem in der Nähe des Einlasses des Laufrads keine Deckplatte angebracht ist, auf eine Turbomaschine mit einem Laufrad der geschlossenen Art mit Deckplatte eine Turbomaschine erzielt werden, die den gleichen oder ähnlichen Effekt wie den oben beschriebenen hat.

Claims

Turbomaschine mit einem Gehäuse (2), einem Laufrad (1), das mehrere Schaufeln (22) aufweist und innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist, und einer Vielzahl von ersten Nuten (24) die an einer inneren Strömungsfläche für eine Verbindung zwischen einer Einlassseite des Laufrads (1) und einem Bereich der inneren Strömungsfläche des Gehäuses (2) ausgebildet sind, an dem die Schaufeln (22) des Laufrads (1) angeordnet sind, gekennzeichnet durch wenigstens eine zweite Nut (25), die an der inneren Strömungsfläche des Gehäuses (2) für eine Verbindung der Vielzahl von ersten Nuten (24) in Umfangsrichtung des Gehäuses (2) ausgebildet ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der die Breite der Vielzahl von ersten Nuten (24) gleich oder größer als 5 mm ist, so dass die Gesamtbreite der Vielzahl der ersten Nuten (24) ungefähr 30% bis 50% bezüglich der Länge des Innenumfangs der inneren Strömungsfläche des Gehäuses (2) im Bereich der Anordnung der Schaufeln (22) des Laufrads (1) beträgt, und die Tiefe der Vielzahl von ersten Nuten (24) dort, wo die Schaufeln (22) des Laufrads (1) angeordnet sind, gleich oder größer als 2 mm ist, so dass sie ungefähr 0,5 bis 1,6% bezüglich eines Durchmessers der inneren Strömungsfläche des Gehäuses (2) im Bereich der Anordnung der Schaufeln (22) des Laufrads (1) beträgt.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der die zweite Nut (25) an der inneren Strömungsfläche des Gehäuses (2) im Bereich der Anordnung der Schaufeln (22) des Laufrads (1) ausgebildet ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der die Tiefe der zweiten Nuten (25) gleich oder kleiner als die Tiefe der ersten Nuten (24) ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der die zweite Nut (25) tiefer ist als die ersten Nuten (24).
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der eine Vielzahl von zweiten Nuten (24) vorgesehen ist, die intermittierend in Umfangsrichtung des Gehäuses (2) ausgerichtet sind.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der die zweite Nut (25) sich an der inneren Strömungsfläche des Gehäuses (2) von einer Vorderkantenposition oder einer Position in einer Nähe der Schaufeln (22) des Laufrades (1) zu dem Bereich, an dem die Schaufeln (22) des Laufrads (1) angeordnet sind oder zu den Enden der ersten Nuten (24) erstreckt.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der die zweite Nut (25) sich an der inneren Strömungsfläche des Gehäuses (2) von den Enden der ersten Nuten (24) an einer stromabwärtigen Seite der Turbomaschine zu dem Bereich, an dem die Schaufeln (22) des Laufrads (1) angeordnet sind, oder zu der Einlassseite des Laufrades (1) erstreckt.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der die zweite Nut (25) eine Spiralform an der inneren Fläche des Gehäuses (2) von der Einlassseite des Laufrades (1) bis zu dem Ende der ersten Nuten (24) an einer stromabwärtigen Seite der Turbomaschine aufweist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der Abschnitte (28, 29) des Gehäuses (2), an denen die ersten und zweiten Nuten (24, 25) vorgesehen sind, als ein Körper ausgebildet sind, der von einem anderen Abschnitt (30) des Gehäuses (2) getrennt ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der die ersten Nuten (24) so ausgebildet sind, dass sie zur Drehrichtung des Laufrads (1) von einer Position in der Nähe des Einlassabschnitts des Laufrads (1) zu einer stromabwärtigen Seite der Turbomaschine geneigt sind.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der ein Strömungskanal (27, 32) zur Verbindung der ersten Nuten (24) und der zweiten Nut (25) vorgesehen ist.
Turbomaschine nach Anspruch 12, bei der der Strömungskanal (27, 32) eine Nut, eine Bohrung, einen Kanal und/oder ein Rohr umfasst, die, der bzw. das die Innenfläche des Gehäuses (2) umgeht.
Turbomaschine nach Anspruch 1, die außerdem umfasst eine dritte Nut (33), die an der inneren Fläche des Gehäuses (2) in der Nähe der Vorderkante der Schaufeln (22) des Laufrads (1) ausgebildet ist und in seiner Umfangsrichtung gerichtet ist, und einen Strömungskanal (27) zur Verbindung der zweiten Nut (25) und dritten Nut (33), wobei der Strömungskanal (27) mit der ersten Nut (24) fluchtet und die innere Fläche des Gehäuses (2) umgeht, so dass er in Verbindung mit der ersten Nut (24) über die dritte Nut (33) steht.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der das Laufrad (1) außer an einem offenen Abschnitt in der Nähe seines Einlasses eine Deckplatte (1a) umfasst, die die Schaufeln (22) umgibt, wobei die zweite Nut (25) dem offenen Abschnitt gegenüberliegt.