DE747919C

DE747919C - Axial durchstroemte Stroemungsmaschine

Info

Publication number: DE747919C
Application number: DED82453D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Artur Weise
Priority date: 1940-04-09
Filing date: 1940-04-09
Publication date: 1944-10-20

Description

Axial durchströmte Strömungsmaschine Ein- oder Austrittsleitapparate für axial durchströmte Strömungsmaschinen, also axial beaufschlagte Verdichter, 15umpen, Gebläse oder Turbinen, wurden bisher so ausgeführt, daß die Strömung auf dem Wege zwischen der zu- oder abführenden Rohrleitung und dem Laufradein- bzw. -austritt eine oder mehrere Umlenkungen durchmachen muß. Bei axial beaufschlagten Verdichtern und Pumpen wird z. B. zunächst im Austrittsleitradkranz eine Strömung mit verhältnismäßig großer tangentialer Geschwindigkeitskomponente in die rein axiale Richtung umgelenkt und darauf meist noch durch einen Krümmer in eine Richtung senkrecht zur Maschinenachse übergeführt, um das Lager oder die Antriebskupplung außen anbringen zu können. Bei Eintrittsleitapparaten von axial beaufschlagten Turbinen wird das strömende Mittel einer Spirale entnommen, in der es im wesentlichen tangential strömt, dann unter Umlenkung von 9o° axial in die Düsenkanäle des Eintrittsleitradkranzes eingeführt und schließlich im Düsenkanal wieder stark nach der Tangente abgelenkt. Bekanntlich vergrößert jede` Umlenkung die Energieverluste der Strömung. Das gilt im besonders hohen Maße für die Umlenkung im Leitradkranz, weil dort die Geschwindigkeit hoch ist. Wenn nun ,noch der Leitradkranz bei Pumpen und Verdichtern die Strömung verzögert, können die Verluste infolge der Krümmung ein sehr hohes Maß annehmen.
Die Erfindung ermöglicht es, die beschriebenen Verluste zu vermeiden.
Die Erfindung wird im folgenden getrennt für axial beaufschlagte Kraftmaschinen und axial beaufschlagte Arbeitsmaschinen be- schrieben.
Die I3rfindung bezieht sich auf solche axial chirchströ nite Strönitingskraftniaschinen, z. B. axial beaufschlagte Gas-, Dampf- und Wasserttirbinen, bei denen zwischen dem Rohr. (las das zufließende Ströniungsinittel auf das Laufrad verteilt, und dein Laufrad ein Leit-; schaufelkranz angeordnet ist. Erfindungs-, gemät) sind die Leitschaufeln so gestaltet, da11 ihr Verlauf, in der Abwicklung eines durch den Leitschaufelkranz gelegten Zylinderschnitts gesehen, im wesentlichen geradlinig und die Achse des Verteilrohres nach einer Schraubenlinie gekrümmt ist (Abb. a und (-). In Ahb. z erscheint die Abwicklung dieses scliratil)enfiirniig gekrümmten Rohres auch gerade, :Mit d ist das Laufrad, finit c :find die Laufschaufeln bezeichnet. In sämtlichen Abbildungen wird durch die Pfeile die Ströinungsrichtung angegeben. Zur besseren Veranschaulichung dientdieperspel:tivi.che"l_eichnung des Gehäuses (Abb.6).
In dein erfindungsgemäßen Leitradkranz a des Leitapparates nimmt die Strömung eine ini wesentlichen schraubenförmige Bewegung an. Diese Strömung schließt sich ohne wesent-@liche Ablenkung an die Strömung im schraubenförmigen Verteilrohr b an. Das ist der Grund, warum die LTmlenkungsverhiste fortfallen.
Gleichzeitig ergibt (las schraubenförmige Verteilrohr eine konstruktiv einfache und raumsparende Zuführung (fies strömenden Mittels. Der Querschnitt des Rohres h kann kleiner als üblich ausgeführt werden, da wegen der strömungstechnisch giinstigen Führung des strömenden" Mittels höhere Geschwin(liglceiten zulässig sind.
Soll im Leitschaufelkranz eine feschletiiiigung des strömenden Mittels stattfinden, so inul.l das finit Rücksicht auf den ini wesentlichen geradlinigen Verlauf der Schaufelabwicklung dadurch geschehen, (laß die radiale Höhe der Leitradkanäle vom Verteilrohr zum Laufrad kleinct wird (Abb. i ). oder, wenn ein Gas oder Dampf auf Überschallgeschwindigkeit gebracht werden soll, dadurch, daß die radiale Höhe nach Art der Lavaldüse erst kleiner und dann größer wird (Abb. 3).
Um eine rotationssyinnietrisclie Strömung zu erhalten, kann man den (Querschnitt des schraub:nförinig ge-,vundenen@erteilrohres so ausführen, daß die Strömungsgeschwindigkeit darin konstant bleiben inuß. Man muß dazu '(Abb. ) die axiale Preite dieses Rohres nach Maßgabe der Strörnungsmittelmenge, von der der jeweilige Querschnitt durchströmt wird. abnehmen lassen.

Zur Zufuhr des strömenden Mittels zum 1

I Sammelrohr können gerade Rohrstutzen f

dienen, die sich im, wesentlichen tangential an

<las Rohr b ansetzen.

Mit Rücksicht auf die F'latzvcrh:iltnisse

und den Einbau der fertigen Maschine, z. l',.

einer Abgasturbine an "einen Flugzeugstern-

motor, kann man auch für einen Leitscliaufel-

kranz mehrere Verteilrohre finit mehreren

,t 'Stutzen I_\bli. ; ) anordnen. Dadurch Bist sich

'Aie Achse des scliraubenfiirniigen R<ilires in

eine mehrgängige Schraube auf. Sinngenüitl

liil@t sich die F_rfindung auf teillteatifsciiiagt(-

Ströniungskraftinaschinen an«en(leii. 1)as

Saintnelrohr speist in diesem Fall (Abh. @'#)

nur einen beliebig großen Sektor des Sebaufel-

kranzes, während der Rest des_@ellieii ai>ge

deckt ist.

Bei der Anwendung der hr1iiidung auf

axial durchströmte Strünitingssirl>eits-_.

inaschinen, z. B. axial beaufschlagte \"ei-(iicli-

ter, -gebläse und axial beaufschlagte Pumpen,

bezieht sie sich auf solche Strüintingsarüeits-

niaschinen, bei denen '/.wischen deni Laufrad

und dem Rohr, das das (lein Laufrad ent-

strömende Ströinungsinittel sainnielt, ein

Leitschaufelkranz angeordnet ist. Ei-liii-

dungsgemäß sind auch hier die Leitschaufeln

des Leitschaufelkranzes a, in der Abwicklung

eines durch den Leitschaufelkranz gelegten

Zylinderschnitts gesehen, im wesentlichen

gera(llinig, und dieAchse des Saininelrolii-es h

krümmt sich nach einer 5chraulienlinir

(Abb. 5 und Abb. 6).

hei einer Strö mungsarbeitsmaschine, bei

der im Leitschaufelkranz und bisweilen auch

im Saninielrohr eine N'erziigeritng der Stri)-

inung stattfindet, wirkt sich die hrfindung

besonders vorteilhaft aus, weil infolge des

Fortfalls der Unilenkung zusätzliche Druck-

anstiege in der Strömung und damit Gelegen-

heiten ztir Strömungsabliisung fortfallen.

Soll im Leitschaufelkranz eine Druck-

erhöhung durch Ströintnigsverziigerung statt-

finden, so muß das dadurch geschehen, (laß

die radiale Höhe der Leitradkanäle v()in

Laufrad c: zum ' Sainmulrohr b hin gri-lßer

wird (Abb. _1).

Soll der Strömungszustand der Maschine

rotationssymmetrisch sein, so, wird (las

schraubenförmig gewundene Saminelri@hr so

ausgeführt, daß die Strömungsgeschwindig-

keit konstant bleibt. Zu diesem Zweck wird

die axiale Breite dieses Rohres nach Maß-

gabe der Strötnungsmittelinenge. von der der

jeweilige Querschnitt durchstriimt ist, ver-

größert (-ybb. 5).

Mit Rücksicht auf die Platzverhältnisse

und den Einbau der gesamten Maschine, z. 13.

eines axial beaufschlagteii Verdichters an

einen Flugzeug-Sternmotor, kann nian auch

für einen Leitschaufelkranz mehrere Saniniel-

rotere mit mehreren Stutzen anordnen. In diesem Fall löst sich die schraubenförmige Röhrachse in eine mehrgängige Schraube auf.

Die Erfindung ermöglicht es, auch dann günstige Strömungsverhältnisse herzustellen, wenn die Schaufelwinkel sehr klein sind, die Strömung also im Leitradkranz nahezu tangential verläuft, was in manchen praktischen Fällen mehr Freiheit' im Gesamtentwurf der Maschine gibt. Ein weiterer Vorteil der geraden Leitschaufeln liegt darin, daß infolge des Fehlens der Umlenkung der Leitschaufelkranz hydrodynamisch nur gering belastet ist, so daß die Schaufelteilung sehr weit gewählt 'werden kann. Dann fällt aber die besonders bei flachen Schaufelwinkeln konstruktiv sehr lästige Verengung durch die Baustoffstärke der Schaufelein- bzw. -austrittskanten viel weniger ins Gewicht. Im Grenzfall kann man mit nur einer Schaufel auskommen.
Eine geringfügige Krümmung der Schaufelkanäle in der Abwicklung wird ausdrücklich als noch unter die Erfindung fallend bezeichnet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Axial durchströmte Strömungsmaschine, z. B. axial bnaufschlagte Gas-. Dampf- und Wasserturbine, bei der zwischen dem das zufließende Strömungsmittel auf das Laufrad verteilenden Rohr und dem Laufrad ein Leitschaufelkranz angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes, -in der Abwicklung eines durch den Leitschaufelkranz gelegten Zylinderschnittes gesehen, im wesentlichen geradlinig sind und die Achse des Verteilrohres nach einer Schraubenlinie gekrümmt ist (Abb.
2, Abb. 6). 2. .Strömungsmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Höhe der Leitradkanäle vom Verteilrohr zum Laufrad hin kleiner wird oder nach Art der Lavaldüse erst kleiner und dann wieder größer wird (Abb. i, Abb. 3).
3. Strömungsmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite des nach einer Schraubenlinie gekrümmten Verteilrohres nach Maßgabe der Strömungsmittelmenge, von der der jeweilige Querschnitt durchströmt wird, kleiner wird (Abb. 2). q.. Leitapparat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilrohr durch Ausführung der Rohrachse als mehrgängige Schraube in mehrere Rohre aufgelöst ist, die mit mehreren Stutzen versehen sind (Abb. 7). 5. Leitapparat nach Anspruch i bis .1, für teilbeaufschlagte Axialräder, dadurch gekennzeichnet, daß das schraubenförmige Rohr nur mit einem Sektor des Leitradkranzes in Verbindung steht (Abb. 8). - 6. Axial durchströmte Strömungsmaschine, z. B. axial beaufschiagter Verdichter und axialbeaufschlagte Pumpe, bei der zwischen dem Laufrad und dem das demLaufrad entströmendeStrömungsmittel sammelnden Rohr ein L eitschaufelkranz angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes (a) in der Abwicklung eines durch den Leitschaufelkranz gelegten Zylinderschnittes gesehen, im wesentlichen geradlinig sind und die Achse des Sammelrohres (b) nach einer Schraubenlinie gekrümmt ist (Abb. 5, Abb. 6). 7. Strömungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Höhe der Leitradkänäle vom Laufrad (c) zum Sammelrohr ' (b) hin größer wird (Abb. 4). B. Strömungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite des nach einer Schraubenlinie gekrümmten Sammelrohres nach Maßgabe der Strömungsmittelmenge, von der der jeweilige Querschnitt durchströmt wird, größer wird (Abb. 5). 9. Leitapparat nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Saintnelrohr durch Ausführung der Rohrachse als rnehrgängige Schraube in mehrere Rohre aufgelöst ist, die mit mehreren Stutzen versehen sind (Abb. 7). Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften .... N r. 63.4 449, 682841. französische Patentschrift 831 86d.; britische Patentschriften 442 154, 509285.