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Spiralgehäuse für Strömungsmaschinen Die Erfindung betrifft Spiralgehäuse
für Strömungsmaschinen mit einem tangential an das Strömungsgehäuse sich anschließenden
Austrittstutzen, z. B. bei Fliehkraftgasverdichtern oder Fliehkraftkreiselpumpen,
bzw. mit einem tangential in ein auf der Eintrittseite angebrachtes Spiralgehäuse
einmündenden Eintrittstutzen, z. B. bei Wasserturbinen oder Fliehkraftstaubsammlern,
und im Übergang zwischen Spiralgehäuse und Stutzen durch Leitwände gebildeten Teilkanälen.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art an .einer Fliehkraftpumpe
wird das angestrebte Ziel, die im Spiralgehäuse ungleichmäßig über den Str ömungsquerschnitt
verteilte Strömungsgeschwindigkeit, welche mit dem Abstand von der Drehachse im
umgekehrten Verhältnis des Halbmessers abnimmt, in eine gleichmäßig über den Querschnitt
verteilte Geschwindigkeit im Austrittstutzen zu verwandeln, nicht erreicht, weil
die Leitwände nicht darartig gesetzt sind, daß das strömende Mittel aus allen Teilkanälen
mit gleicher Geschwindigkeit austritt. Dies ist aber nötig, wenn im Austrittstutzen
eine möglichst wirbelfreie Strömung erreicht werden soll. Nach der Erfindung wird
die Aufgabe dadurch gelöst, daß der der Drallachse am nächsten liegende Teilkanal
in der Richtung von der Spirale zum Stutzen die stärkste und der von der Drallachse
am weitesten entfernt liegende Teilkanal die geringste oder keine Querschnittzunahme
aufweist. In der Zeichnung ist dies dargestellt.
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Handelt es sich um Fliehkraftgasverdichter oder Fliehkraftkreiselpumpen
(Abb, i und 2); so bewegt sich das strömende Mittel in einem das Laufrad umgebenden
schaufellosen Diffusor d gemäß dem Drallgesetz auf Spiralen s von innen nach außen
und setzt die Spiralströmung im Spiralgehäuse g, das den Diffusor d umgibt, fort,
besonders wenn die äußere Begrenzungswand bei gleichbleibender axialer Breite b
des Spiralgehäuses nach einer logarithmischen Spirale verläuft, die auf 36o°, also
auf einer Umdrehung, gerade nur so viel steigt, wie die radiale Höhe r des AbsfrömungsstLitzens
tz anseinem Anfang beträgt. Bei dieser Spiralströmung nimmt die Geschwindigkeit
nach außen ' ab und der Druck zu. Dabei ist eine geregelte Strömung aber nur so
lange möglich, als die Strömung dem Drallgesetz
unterliegt. Die
Wirkung des Drallgesetzes hört aber an der Stelle, an der das Spiralgehäuse J tangential
in den mit geradliniger Achse"' verlaufenden Austiittstutzen zz übergeht, plötzlich
auf. Die Spiralströmung s tritt dort, wenn sich keine Leitwände an der übergangsstelle
befinden, mit sehr verschiedenen Geschwindigkeiten in den Austrittstutzen ein, und
zwar mit der höchsten Geschwindigkeit in den Teil des Stutzenquerschnittes, welcher
der Drallachse am nächstem liegt, und mit der niedrigsten in den Teil, der von der
Drallachse am weitesten entfernt ist. Dazwischen verlaufen die Tangentialkomporrenten
der Geschwindigkeiten und damit nahezu auch die Geschwindigkeiten selbst nach einer
Hyperbel h, da sie dem Abstand von der Drehachse umgekehrt verhältnisgleich sind.
Wie der Verlauf der Hyperbel lt zeigt, sind die Geschwindigkeitsunterschiede, die
im Austrittstutzen auftreten, um so größer, je größer die radiale Höhe des Austrittstutzens
und je kleiner sein Abstand von der Drallachse ist, besonders also dann, wenn der
schaufellose Difft4sor zwischen Laufrad und Spiralgehäuse fehlt.
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Im Stutzen n können diese stark verschiedenen Geschwindigkeiten nicht
nebeneinander bestehen. Es wird sich daher dort eine verlustreiche Wirbelung einstellen.
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Die häufig beobachteten erheblichen Leistungsverluste beim Durchströmen
von an sich richtig ausgebildeten Spiralgehäusen treten somit nicht in diesen selbst,
sondern beim Übergang in den Abströmungsstutzen auf.
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Auch bei der umgekehrten Strömung, die bei Spiralgehäusen auf der
Eintrittseite von Wasserturbinen und Fliehkraftstaubsammlern vorliegt, treten ähnliche
Verluste auf, wenn nicht dafür gesorgt wird, daß. die über den Querschnitt des Eintrittstutzens
zunächst gleiche Geschwindigkeit schon beim übergang in das Spiralgehäuse, an welcher
Stelle die Strömung plötzlich dem Drallgesetzt unter-«-orfen sind, eine entsprechende
Schichtung der Geschwindigkeiten in der Richtung des Halbmessers aufweist. Nur wenn
diese Schichtung dort schon vorhanden ist, tritt schließ. lich das strömende Mittel
auf dem Umfang beispielsweise des Turbinenlaufrades ringsum mit gleicher Geschwindigkeit
in dieses ein, weil die Geschwindigkeitsschichtung beim 'Durchströmen des Spiralgehäuses
durch die Wirkung des Drallgesetzes gerade wieder ausgeglichen wird.
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Die erwähnten Verluste treten zwar weniger stark auf, wenn im Spiralgehäuse
Zwischenwinde angeordnet sind, die parallel zur Außenwand, also auch spiralig verlaufen,
bleiben aber grundsätzlich die gleichen. Au(erdem wird die Reibungsoberfläche durch
solche Zwischenwände sehr vergrößert.
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Die beim Übergang des strömenden Mittels aus dem Spiralgehäuse in
den tangential einmündenden Stutzen oder umgekehrt auftretenden Verluste werden
nach der Erfindung dadurch nahezu beseitigt, daß. im Übergang vom Spiralgehäuse
ä in den Stutzen n durch an sich bekannte Leitwände o, p, g (Abb. 3 und 4) Teillcanäle
gebildet werden, von denen derjenige, welcher der Drallachse am nächsten liegt,
in der Richtung von der Spirale zum Stutzen die stärkste, derjenige, welcher der
Drallachse am weitesten entfernt liegt, die geringste oder keine Querschnittzunahme
aufweist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Leitwände o, h, q den Querschnitt
am Ende des Stutzens zz in der Ebene des Flansches t in gleiche Strömungsquerschnitte
unterteilen, während ihre gegenüberliegenden, zum Spiralgehäuse g hin gerichteten
Enden den Strömungsquerschnitt in ungleiche Teilquerschnitte aufteilen, deren Größe
von der Drallachse nach außen zunimmt. Statt dessen kann auch der Querschnitt am
Anfang des Stutzens n, also am Ende des Spiralgehäuses, gleichmäßig aufgeteilt werden,
während die Teilquerschnitte in der Ebene des Flansches i derart ungleich sind,
daß, ihre Größe mit dem Abstand von der Drallachse abnimmt.
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Bei einem Spiralgehäuse auf der Eintrittseite einer Wasserturbine
oder eines Fliehkraftstaubsammlers, bei dem eine Strömung vom Eintrittstutzen in
das Spiralgehäuse, also von außen nach innen, stattfindet, sind die Leitwände in
der gleichen Weise anzuordnen. In den durch sie gebildeten Teilkanälen findet dann
eine verschieden starke Beschleunigung statt.