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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Das Laufrad kann in eine Maschine eingesetzt werden, die im Allgemeinen
als eine Turbomaschine bezeichnet wird, beispielsweise kann der
Einsatz bei einer Zentrifugalpumpe bzw. Kreiselpumpe zum Pumpen
von Flüssigkeit
erfolgen oder bei einem Gebläse
oder einem Kompressor zur Unterdrucksetzung und Lieferung von Gas.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Turbomaschine
mit einem Laufrad gemäß Anspruch
1.
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Stand der
Technik
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Die 9A bis 10B zeigen eine typische Turbomaschine, die aufgebaut
ist um ein Laufrad 6, eine Nabe 2, eine Abdeckung 4 und
eine Vielzahl von Schaufeln 3 zwischen Nabe 2 und
Abdeckung 4 in einem Gehäuse (in den Zeichnungen nicht gezeigt)
unterzubringen, wobei das Gehäuse
mit Rohren ausgestattet ist und die Kupplung mit einer Drehwelle 1 verbunden
erfolgt, die die Verbindung mit einer Antriebsquelle für das Laufrad
herstellt. Bei einem solchen Laufrad sind die Schaufelspitzen 3a der
Schaufeln 3 mit einer Abdeckungsoberfläche 4a abgedeckt,
und ein Strömungsdurchlass
wird durch die zwei Schaufeln 3 in Konfrontation miteinander, eine
Nabenoberfläche 2a und
eine Abdeckungsoberfläche 4a definiert.
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Wenn
das Laufrad 6 um eine Achse der Drehwelle 1 mit
einer Winkelgeschwindigkeit ω rotiert,
so wird das in den Strömungsdurchlass
vom Laufradeinlass 6a durch ein Saugrohr fließende Strömungsmittel
zum Laufradausgang 6b geliefert, und sodann zur Außenseite
der Turbomaschine abgegeben, und zwar über ein Auslassrohr oder dergleichen. In
diesem Falle ist die Ober fläche,
die zu der Drehrichtung der Schaufel 4 hinweist, die Druckoberfläche 3b und
die entgegengesetzte Seite der Druckoberfläche 3b ist die Saugoberfläche 3c.
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Die
dreidimensionale Geometrie eines Laufrads der geschlossenen Bauart
ist ein Beispiel von Laufrädern,
und zwar schematisch gezeigt in den 9A bis 10B in einem derartigen Zustand, dass der größte Teil
der Abdeckungsoberfläche
entfernt ist. Im Falle eines Laufrads der offenen Bauart gibt es
keinen unabhängigen
Teil zur Bildung der Abdeckungsoberfläche 4, sondern ein
Gehäuse
(in den Zeichnungen nicht gezeigt) zur Umschließung des Laufrades 6 dient
mechanisch als die Abdeckungsoberfläche 4. Daher gibt
es keinen grundsätzlichen strömungsdynamischen
Unterschied zwischen dem Laufrad des offenen Typs und dem Laufrad
des geschlossenen Typs. Demgemäß wird nur
ein Beispiel des Laufrads der offenen Bauart unten beschrieben.
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In
den Strömungsdurchlässen eines
derartigen Laufrads treten in einer Zentrifugalturbomaschine neben
der Hauptströmung,
die entlang der Strömungsdurchlässe läuft, sekundäre Strömungen auf (Strömungen mit
einer Geschwindigkeitskomponente senkrecht zu derjenigen der Hauptströmung), und zwar
erzeugt durch Bewegung von niedrig energetischem Fluid oder Strömungsmittel
in den Grenzschichten an den Wandoberflächen infolge von Druckgradienten
in den Strömungsdurchlässen. Die sekundäre Strömung beeinflusst
die Hauptströmung deutlich
um Wirbel zu bilden, oder eine Strömung mit nicht gleichförmiger Geschwindigkeit
in dem Strömungsdurchlass,
was wiederum zur Folge hat, dass ein beträchtlicher Fluidenergieverlust
auftritt, und zwar nicht nur im Laufrad sondern auch im Diffuser oder
Führungsschaufeln
stromabwärts
gegenüber dem
Laufrad. Der durch die sekundären
Strömungen verursachte
Gesamtenergieverlust wird als sekundärer Strömungsverlust bezeichnet. Es
ist bekannt, dass das niedrig energetische Fluid in den Grenzschichten
akkumuliert in einer bestimmten Zone des Strömungsdurchlasses infolge der
Sekundärströmungen eine
Strömungstrennung
in einem großen Maßstab hervorruft,
auf welche Weise eine positiv geneigte Kennli nienkurve erzeugt wird,
und somit der stabile Betrieb der Turbomaschine verhindert wird.
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Die
sekundäre
Strömung
oder der sekundäre
Fluss in dem Laufrad wird allgemein wie folgt klassifiziert: in
die Schaufel-zu-Schaufel Sekundärströmung erzeugt
entlang der Abdeckungsoberfläche oder
der Nabenoberfläche
und die meridionale Komponente der sekundären Strömung erzeugt entlang der Druckoberfläche oder
der Saugoberfläche
der Schaufeln. Es ist bekannt, dass die Schaufel-zu-Schaufel Sekundärströmung dadurch
minimiert werden kann, dass man das Schaufelprofil nach hinten schwingt.
Was die andere Art der sekundären
Strömung
anlangt, d.h. die meridionale Komponente der sekundären Strömung, so
ist es notwendig, die dreidimensionale Geometrie des Strömungsdurchlasses
zu optimieren, da ansonsten die meridionale Komponente der sekundären Strömung nicht abgeschwächt oder
leicht eliminiert werden kann.
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Der
Erzeugungsmechanismus der meridionalen Komponente der sekundären Strömung wird wie
folgt erläutert:
wie in 9B gezeigt, ist bezüglich der
relativen Strömung
in dem Strömungsdurchlass
die reduzierte statische Druckverteilung definiert als p*(= p – 0,5 ρ μ2)
durch die Wirkung einer Zentrifugalkraft W2/R
gebildet, und zwar basierend auf einer Stromlinienkrümmung der
Hauptströmung
und durch die Wirkung der Coriolis-Kraft 2 ω W θ, basierend auf der Drehung
des Laufrads, wobei W die relative Geschwindigkeit der Strömung ist,
R der Radius der Strömungslinienkrümmung ist, ω die Winkelgeschwindigkeit
des Laufrads ist, W θ die
Komponente in Umfangsrichtung von W relativ zur Drehwelle 1 ist,
p der statische Druck ist, ρ die
Fluiddichte ist, μ die
Umfangsgeschwindigkeit bei einem bestimmten Radius von der Drehwelle 1 ist.
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Der
reduzierte statische Druck p* hat eine Verteilung in der der Druck
an der Nabenseite hoch und an der Abdeckungsseite niedrig ist, so
dass der Druckgradient die Zentrifugalkraft W2/R
und Coriolis-Kraft 2 ω W θ ausgleicht,
die zu der Nabenseite, wie in 9B gezeigt,
hingerichtet sind. In der Grenz schicht entlang der Schaufeloberfläche werden,
da die relative Geschwindigkeit W durch den Einfluss der Wandoberfläche reduziert
wird, die Zentrifugalkraft W2/R und die
Coriolis-Kraft 2 ω W θ, die auf
das Fluid oder das Strömungsmittel
in der Grenzschicht wirken, klein. Demgemäß können die Zentrifugalkraft und
die Coriolis-Kraft die reduzierte statische Druckverteilung p* der
Hauptströmung
nicht ausgleichen. Infolgedessen ergibt sich Folgendes: das eine
niedrige Energie besitzende Fluid in der Grenzschicht fließt zu einer
Fläche
oder einem Gebiet des niedrigen reduzierten statischen Drucks p*, auf
welche Weise die meridionale Komponente der Sekundärströmung entlang
der Schaufeloberfläche erzeugt
wird, und zwar von der Nabenseite zu der Abdeckungsseite und zwar
auf der Druckoberfläche 3b oder
der Saugoberfläche 3c der
Schaufel 3. In 9A ist
die meridionale Komponente der Sekundärströmung durch die gestrichelten
Pfeile auf der Druckoberfläche 3b der
Schaufel 3 dargestellt, und die kontinuierlichen oder durchgezogenen
Pfeile auf der Saugoberfläche 3c der
Schaufel 3.
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Die
meridionale Komponente der Sekundärströmung wird auf beiden Oberflächen der
Saugoberfläche 3c und
der Druckoberfläche 3b der
Schaufel 3 erzeugt. Im Allgemeinen gilt Folgendes: da die Grenzschicht
auf der Saugoberfläche 3c dicker
ist als die auf der Druckoberfläche 3b,
besitzt die Sekundärströmung auf
der Saugoberfläche 3c einen
größeren Einfluss
auf die Leistungsfähigkeit-
oder Performance-Charakteristika einer Turbomaschine.
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Wenn
das Niedrigenergie-Strömungsmittel in
der Grenzschicht sich von der Nabenseite zur Abdeckungsseite bewegt,
so wird eine Fluid- oder Strömungsmittelströmung gebildet,
die von der Abdeckungsseite zur Nabenseite fließt, und zwar an der Mittelpunktstelle
zwischen den zwei Schaufeln, um die Strömungsmittel-Strömungsrate,
die sich bewegt hat, zu kompensieren. Infolgedessen gilt Folgendes: wie
schematisch in 10A gezeigt, wird ein Paar von
Vortices bzw. Wirbeln mit einer unterschiedlichen Wirbelrichtung
voneinander in dem Strömungsdurchlass
zwischen zwei Schaufeln gebildet. Diese Vortices oder Wirbel werden
als sekundäre
Vortices oder Wirbel bezeichnet. Fluid- oder Strömungsmittel mit niedriger Energie
in dem Strömungsdurchlass wird infolge
dieser Wirbel akkumuliert und zwar an einer bestimmten Stelle des
Laufrades, wo der reduzierte statische Druck p* niedrig ist, und
die Mischung erfolgt mit Strömungsmittel,
welches stetig in den Strömungsdurchlass
fließt,
was die Erzeugung von großen
Strömungsverlusten
zur Folge hat.
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Weiterhin
gilt Folgendes: wenn die nicht gleichförmige Strömung, erzeugt durch unzureichende
Mischung von Niedrigenergiefluid mit einer niedrigen, relativen
Geschwindigkeit und Hochenergiefluid mit einer hohen, relativen
Geschwindigkeit in den stromabwärts
gelegenen Strömungsdurchlass
der Schaufeln abgegeben wird, so wird ein großer Strömungsverlust erzeugt. Eine
derartige nicht gleichförmige,
das Laufrad verlassende Strömung,
macht das Geschwindigkeitsdreieck ungünstig am Einlass des Diffusers
und bewirkt eine gesonderte Strömung
auf den Diffuserschaufeln oder eine Rückwärtsströmung innerhalb eines schaufelloses
Diffusers, was eine beträchtliche
Verminderung der Gesamtperformance der Turbomaschine ergibt.
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Daher
wird, wie in den 11A und 11B gezeigt,
zur Optimierung der Verteilung des reduzierten statischen Druckes
p* im Laufrad ins Auge gefasst das Laufrad wie folgt zu konstruieren:
die Schaufel wird zu einer Umfangsrichtung hin geneigt oder gelehnt,
und zwar zwischen der Stelle des nicht-dimensionalen meridionalen Abstandes
m=0 (Laufradeinlass) und der Stelle des nicht-dimensionalen meridionalen
Abstandes m=1,0 (Laufradausgang), so dass die Schaufel an der Nabenseite
der Schaufel an der Abdeckungsseite in einer Drehrichtung des Laufrads
vorauseilt. Ferner zeigt der Schaufelneigungswinkel, definiert als
ein Winkel zwischen einer Oberfläche
senkrecht zur Nabenoberfläche
und der Schaufelmittellinie in einer Querschnittsansicht des Strömungsdurchlasses
des Laufrades, eine sich vermindernde Tendenz wenn der nicht-dimensionale meridionale
Abstand m ansteigt.
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Bei
dem Laufrad mit der obigen Struktur wirkt, da die Schaufel zu der
Umfangsrichtung hin geneigt ist, so dass die Schaufel an der Nabenseite
der Schaufel an der Abdeckungsseite vorauseilt, eine Kraft mit einer
Komponente zur Abdeckungsoberfläche 4 hin,
wobei der reduzierte statische Druck p* in dem Strömungsdurchlass
einen höheren
Wert an der Abdeckungsoberfläche
und einen niedrigeren Wert an der Nabenoberfläche 2 besitzt, um
die Komponente der Kraft zu der Abdeckungsoberfläche hin auszugleichen. Da ferner
der Schaufelneigungswinkel eine Tendenz zur Verminderung zeigt,
wenn der nicht-dimensionale meridionale Stand M ansteigt, so ist
der Effekt der Schaufelneigung höher
als der in dem Fall wo die Schaufel an der Abdeckungsseite zu der
Umfangsrichtung hin geneigt ist.
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Da
jedoch in der konventionellen Technologie mit der obigen Struktur,
wie in 11A gezeigt, ein Winkel zwischen
einer Linie, die die Schaufelmitte an der Abdeckungsseite mit der
Schaufelmitte an der Nabenseite verbindet, und eine Oberfläche senkrecht
zur Nabenoberfläche
wie aus Richtung des Laufradausgangs (Rakewinkel γ) gezeigt
extrem groß ist,
wird die Schaufel durch die Laufraddrehung deformiert um so angehoben
zu werden, was eine große
Biegebeanspruchung an der Schaufelbasis hervorruft.
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Ferner
wird, wie in den 11A und 11B gezeigt,
an dem Laufradeinlass die Schaufel durch die Laufraddrehung deformiert,
um so angehoben zu werden, was eine große Biegebeanspruchung an der
Schaufelbasis hervorruft, und zwar deshalb, weil ein Winkel zwischen
einer die Schaufelmitte an der Abdeckungsseite und die Schaufelmitte
an der Nabenseite verbindende Linie und einer Linie, die die Schaufelmitte
an der Nabenseite und die Mitte des Laufrads (Neigungswinkel σ) verbindet,
gebildet wird. Im Falle eines Laufrads der geschlossenen Bauart
mit einem Deckel an der Abdeckungsseite des Laufrads werden komplizierte
Beanspruchungen an verschiedenen Teilen der Schaufel hervorgerufen, und
zwar infolge der Bildung des Neigungswinkels und des Rakewinkels.
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In
dem Falle wo das Laufrad durch Schweißen hergestellt wird, ist die
Schaufelbasis ein Teil des geschweißten Aufbaus. Demgemäß besteht
die Tendenz des Hervorrufens unzureichender Schweißungen,
hervorgerufen durch die geneigten Schaufeln, wobei Risse auf dem
geschweißten
Teil initiiert werden, und zwar infolge der Drehung, was den Zusammenbruch
bewirken kann. Da ferner die große Beanspruchung an der Schaufelbasis
die Lebensdauer des Laufrades beeinflusst, ist ein hohes Ausmaß an Schweißtechnologie
und hochqualitativem Material erforderlich, was somit die Herstellungskosten
erhöht.
In dem Falle, wo die Schaufeln durch mechanisches Schneiden hergestellt
werden, sind komplizierte Bearbeitungen erforderlich, und zwar für das mechanische
Schneiden, auf welche Weise die Herstellungskosten erhöht werden.
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US-A-5
685 696 zeigt und beschreibt ein Laufrad mit Schaufeln, die derart
ausgelegt sind, dass eine reduzierte statische Druckdifferenz ΔCp zwischen
einer Nabe und einer Abdeckung an einer Saugoberfläche einer
Schaufel eine Tendenz zu einer beträchtlichen Verminderung in der
Nähe eines Laufradausgangs
zeigt, und zwar bei Annäherung des
Laufradausgangs von einem Einlass. Die Schaufel lehnt oder ist geneigt
in einer Umfangsrichtung derart, dass die Schaufel an der Nabenseite
der Schaufel an der Abdeckungsseite vorauseilt, und zwar in einer
Drehrichtung des Laufrades; ferner hat ein Schaufelneigungswinkel
eine Tendenz zur Verminderung in einem solchen Ausmaß, dass
in effektiver Weise die meridionale Komponente der sekundären Strömung zu
einem Ausgang des Laufrades unterdrückt wird. Ein Schnitt der Schaufelmittellinie
an der Nabenseite und der Schaufelmittellinie an der Abdeckungsseite
ist nicht spezifiziert.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Nachteile
gemacht. Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine zentrifugale
Turbomaschine vorzusehen, und zwar mit guter Leistungsfähigkeit
bzw. Performance, wobei in effektiver Weise die Sekundärströmung in
dem Strömungsdurchlass
des Laufrades reduziert wird, und der Verlust minimiert wird, der
durch die Sekundärströmung verursacht
wird, ohne dass dadurch ein übermäßiger Anstieg
der Herstellungskosten entsteht.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist ein Laufrad mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Turbomaschine
vorgesehen, die ein Laufrad gemäß Anspruch
1 aufweist.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die 1A und 1B sind
schematische Ansichten, welche die Schaufelform in einer Turbomaschine
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellen, wobei 1A eine
meridionale Ansicht und 1B eine
Frontansicht ist;
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die 2A und 2B sind
schematische Ansichten, welche die Schaufelform in einer Turbomaschine
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigen, wobei 2A eine
meridionale Ansicht und 2B eine
Vorderansicht darstellt;
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die 3A und 3B sind
schematische Ansichten, welche die Schaufelform in einer Turbomaschine
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigen, wobei die 3A eine meridionale
Ansicht und 3B eine Vorderansicht darstellt;
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die 4A und 4B sind
schematische Ansichten, die die Schaufelform in einer Turbomaschine
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung veranschaulichen, und die 4A ist dabei
eine meridionale Ansicht, während
die 4B eine Vorderansicht ist;
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5 ist
eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel σ an der Schaufelspitze
des Laufradeinlasses und der Beanspruchung an der Schaufelbasis
des Laufradausgangs in einem Laufrad der geschlossenen Bauart zeigt;
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6 ist
eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Rakewinkel γ und der
Beanspruchung an der Schaufelbasis des Laufradeinlasses im Laufrad
der geschlossenen Bauart zeigt;
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die 7A und 7B sind
schematische Ansichten, welche die Form des Laufrades zeigen, und
zwar als ein Simulationsmodell zur Analyse, wobei die 7A eine
meridionale Ansicht und die 7B eine
Vorderansicht darstellt;
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8 ist
eine graphische Darstellung, welche das Ergebnis eines Versuchs
zeigt, bei dem das Laufrad eine Form gemäß der Erfindung besitzt, und zwar
angebracht auf der Stufe des Kompressors;
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die 9A und 9B sind
Ansichten, welche die Form des Laufrades in einer konventionellen zentrifugalen
Turbomaschine zeigen, wobei 9A eine
perspektivische Ansicht und 9B eine
meridionale Ansicht ist;
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die 10A und 10B sind
Ansichten, welche die Schaufelform des Laufrades in einer konventionellen
zentrifugalen Turbomaschine zeigen, und zwar zeigt 10A einen Querschnitt, während 10B eine
Vorderansicht zeigt;
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die 11A und 11B sind
Ansichten, welche die Schaufelform eines weiteren Laufrades in einer
konventionellen zentrifugalen Turbomaschine darstellen, wobei 11A ein Querschnitt und 11B eine
Vorderansicht ist;
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und
die 12A und 12B sind
Ansichten, welche die Schaufelform von einem weiteren Laufrad in
einer konventionellen zentrifugalen Turbomaschine zeigen, und zwar
ist 12A ein Querschnitt und 12B ist eine Vorderansicht.
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Beste Art
zur Ausführung
der Erfindung
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Die 1A bis 4B zeigen
ein Laufrad gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die 1A und 1B zeigen
ein Laufrad mit einer spezifischen Geschwindigkeit oder Drehzahl
von 500, während
die 2A und 2B ein
Laufrad mit einer spezifischen Geschwindigkeit von 400 zeigen, wobei
die 3A und 3B ein
Laufrad darstellen, welches eine spezifische Geschwindigkeit von
350 besitzt, während
die 4A und 4B ein
Laufrad zeigen, welches eine spezifische Geschwindigkeit von 250
besitzt. Diese Laufräder
sind basierend auf dem unten beschriebenen Konzept konstruiert.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung simulierten das Laufrad wie
es in den 11A und 11B gezeigt
ist, wobei mehrere Parameter geändert
wurden, um eine übermäßige Neigung
der Schaufel zu unterdrücken.
Die Simulationen wurden basierend auf dem Laufrad ausgeführt, bei
dem die Schaufel zu einer Umfangsrichtung hin geneigt war, so dass
die Schaufel an der Nabenseite der Schaufel an der Abdeckungsseite
in Drehrichtung des Laufrades voreilt, und wobei der Schaufelneigungswinkel als
ein Winkel definiert ist zwischen der Schaufelmittellinie und einer
Oberfläche,
senkrecht zur Nabenoberfläche
am Querschnitt des Strömungsdurchlasses des
Laufrades, und zwar eine abnehmende Tendenz zeigend, wenn der nicht-dimensionale
meridionale Abstand m ansteigt. Es wurde in Betracht gezogen, dass
als ein Maximum des Schaufelneigungswinkels ein Winkel betrachtet
werden kann, bei dem 110 % der Beanspruchung, entwickelt an dem
Neigungswinkel von 0°,
adäquat
war.
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5 ist
das Berechnungsergebnis der Beanspruchung, die auf die Schaufelbasis
der Laufradaustrittsseite wirkt, und zwar auf der Basis des Neigungswinkels
von 0°,
wobei die horizontale Achse den Neigungswinkel σ definiert, und zwar definiert
als ein Winkel zwischen einer Linie, die die Schaufelmitte an der
Abdeckungsseite und die Schaufelmitte an der Nabenseite verbindet
und eine Linie, die die Schaufelmitte an der Nabenseite und die
Laufradmitte an der Schaufelspitze des Laufradeinlasses des Laufrads
des geschlossenen Typs verbindet. 5 zeigt, dass
die Beanspruchung größer wird,
wenn der Neigungswinkel größer wird.
In 5 ist die Grenze des Neigungswinkels 25°, wenn die
zulässige
Beanspruchung der Schaufel mit 110 % der Beanspruchung angenommen
wird, die bei einem Neigungswinkel von 0° entsteht.
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In 6 repräsentiert
die Horizontalachse den Rakewinkel γ, definiert als ein Winkel zwischen einer
Linie, die die Schaufelmitte an der Abdeckungsseite und die Schaufelmitte
an der Nabenseite verbindet, und mit einer Oberfläche senkrecht
zu der Nabenoberfläche,
die Vertikalachse repräsentiert
die Beanspruchung an der Schaufelbasis des Laufradeinlasses. 6 zeigt,
dass die Beanspruchung größer wird,
wenn der Rakewinkel größer wird.
Wenn – vgl. 6 – die zulässige Beanspruchung
der Schaufel mit 110 % der Beanspruchung angenommen wird, die bei
einem Rakewinkel von 0° entsteht,
so ist die Beschränkung
des Rakewinkels 20°.
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Wenn,
wie oben beschrieben, der Rakewinkel und der Neigungswinkel der
Schaufel bestimmt werden, so ist die schematische Schaufelform bestimmt.
Die 7A und 7B zeigen
die Laufradform als ein Simulationsmodell für weitere Analysen, und die 7A ist
eine meridionale Ansicht, während die 7B eine
Vorderansicht ist. In der Vorderansicht sind aus Gründen der
Vereinfachung gerade Linien zwischen dem Laufradeinlass und dem
Laufradauslass gezogen, und zwar an sowohl der Nabenseite als auch
an der Abdeckungsseite. Da die tatsächliche Schaufelform durch
Kurven dargestellt ist, ergibt sich ein Unterschied gegenüber der
Form gemäß 7B.
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Aus
den 7A und 7B ist
es klar, dass bei dem Laufrad mit einer derartigen Form, dass die Schaufel
an der Nabenseite der Schaufel an der Abdeckungsseite in Drehrichtung
des Laufrads am Laufradausgang voreilt, eine Linie, die den Laufradeingang
und den Laufradausgang an der Nabenseite verbindet, und eine Linie,
die den Laufradeinlass oder -eingang und den Laufradausgang an der
Abdeckungsseite verbindet, einander an einem Punkt schneiden.
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Aus
der obigen Beschreibung wird geschätzt, dass dann, wenn der Neigungswinkel
und der Rakewinkel größer sind,
dieser Schnitt oder dieser Schnittpunkt näher zum Laufradeinlass gelegen ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung stellten Laufräder mit
unterschiedlichen spezifischen Drehzahlen oder Geschwindigkeiten
her, und zwar unter der Voraussetzung, von σ < 25, γ < 20 und analysierten durch Messung
die Formen und Größen einiger Laufräder, die
eine hohe Wirksamkeit oder Effizienz besitzen.
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Die 1A bis 4B zeigen
Vorderansichten und meridionale Ansichten, welche die Laufräder mit
unterschiedlichen spezifischen Geschwindigkeiten zeigen, die durch
die Erfinder der vorliegenden Erfindung entwickelt wurden. Aus diesen
Zeichnungen ergibt sich, dass die Schaufelmittellinie an der Nabenseite
und eine Schaufelmittellinie an der Abdeckungsseite sich an einem
Punkt nahe dem Laufradausgang schneiden, wie dies in den Vorderansichten des
Laufrads gezeigt ist. Es ist bestätigt, dass der Schnitt im Bereich
von 0,8 bis 0,95 der nicht-dimensionalen Radiuslage angeordnet ist,
und zwar definiert als ein Verhältnis
des Radius des Schnitts zum Radius des Laufradausgangs. 8 zeigt
die Ergebnisse von Experimenten bei denen das Laufrad mit der Form
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung auf der Stufe des Kompressors angebracht
ist. Es wird bestätigt,
dass das Laufrad gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Leistungsfähigkeit
besitzt, die bemerkenswert überlegen
gegenüber
dem Laufrad mit konventioneller Gestalt ist.
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Wie
oben beschrieben, ist gemäß der Erfindung
eine Zentrifugal-Turbomaschine
vorgesehen mit einer guten Leistungsfähigkeit, die in effektiver Weise
die Sekundärströmung in
dem Strömungsmitteldurchlass
des Laufrades reduziert und den Verlust minimiert, der durch den
sekundären
Fluss bzw. die sekundäre
Strömung
verursacht wird, ohne dass dabei eine exzessive Erhöhung der
Herstellungskosten auftritt.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung hat eine großen Anwendungswert in der Industrie
durch Anwendung bei einem Laufrad in einer allgemein als Turbomaschine
bezeichneten Maschinenart, wie beispielsweise einer Zentrifugalpumpe
zum Pumpen von Flüssigkeit
oder einem Gebläse
oder einem Kompressor zur Unterdrucksetzung und Lieferung von Gas.