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Freistrahlturbine In neuerer Zeit werden Freistrahlturbinen für immer
höhere Gefälle und Drehzahlen gebaut. Dabei wird die Wasserführung im Gehäuse der
Turbine immer schwieriger. Das aus den Schaufeln des Laufrads abspritzende Wasser
wird nämlich durch Aufprall auf die Gehäusewandungen teilweise wieder auf das Laufrad
zurückgelenkt und beaufschlagt dieses in einer der Drehrichtung entgegengesetzten
Richtung, was eine erhebliche Wirkungsgradverschlechterung zur Folge hat. Außerdem
tritt dabei eine Anreicherung der Luft im Laufrad mit Wassergischt ein, was ebenfalls
eine Wirkungsgradeinbuße bedeutet. Es ist an sich bekannt, das Laufradgehäuse zur
Erzielung einer rückwirkungsfreien Abführung des Abwassers besonders zu formen und
außerdem noch besondere Ablenkflächen besonders seitlich des Laufrads und an der
dem Einlauf gegenüberliegenden Front anzuordnen. Diese bekannten Einrichtungen reichen
jedoch für besonders hohe Gefälle und für Laufräder mit größerer Düsenzahl nicht
mehr aus. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ausführungsform anzugeben, die
für solche Freistrahlturbinen eine günstige Wasserführung ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung wird das Laufrad durch einen in geringem Abstand
von dessen Außendurchmesser angeordneten Mantel umgeben und außerdem seitlich vom
Laufrad je eine Prallplatte angeordnet, die zusammen mit dem Mantel beiderseits
des Laufrads je einen radialen, in Ablaufräume führenden Spalt bilden. Der das ganze
Laufrad umgebende und nur von den Dösen durchbrochene Mantel sowie die seitlichen
Prallplatten werden so angeordnet und so glattwandig ausgeführt, daß sich die Abwasserfäden
des Abstrahls ohne Rückspritzer in eine Strömung auf dem Mantel und auf den Prallplatten
verwandeln. Durch den radialen Spalt zwischen Mantel und Prallplatte beiderseits
des Laufra,
ds wird das Abwasser nach außen abgeführt, so daß es
nicht mehr auf das Laufrad auftreffen kann. Die Formgebung ist dabei so, daß das
Abwasser durch die ihm noch innewohnende Energie gänzlich aus dem Laufradgehäuse
wegtransportiert wird und nicht wie bisher bei seiner Umlenkung in die Ablaufrichtung
aus dem Gehäuse wieder in bremsende Berührung mit dem Laufrad gelangen kann. Selbstverständlich
könnte auch eine zu große Energie der Abwasserschicht des Mantels, .die an sich
den Ablauf von .der Prallplatte zu verhindern droht, durch kleine Lenkwände am Ende
des Mantels in den radialen Spalt unschädlich bzw. für den Abtransport sogar nutzbar
gemacht werden.
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Der das Laufrad umhüllende Mantel ist etwa als ein Zylindermantel
auszubilden oder als ein Doppelkegelstumpfmantel, der in ,der Laufradmittelebene
den kleinsten Durchmesser hat und nach beiden Seiten im Durchmesser zunimmt. Der
Abstand des Mantels vom Laufrad wird etwa gleich 1/4 bis 1/2 der Schaufelbreite
gewählt.
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Die seitlichen Prallplatten werden als in achssenkrechten Ebenen liegende
Platten ausgebildet, die mit einer Rundung an die Nabe des Laufrads anschließen
oder als Ringflächen, die von der Laufradnabe an schräg oder gewölbt nach außen
verlaufen. Der Abstand bzw. der mittlere Abstand der Prallplatten ist wiederum etwa
gleich der halben Schaufelbreite zu wählen. Je glatter die Oberflächen der Prallplatten
und des Mantels sind, um so geringer kann ihrAbstandvomLauf radgewählt werd;°n.
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Für Turbinen mit horizontaler Welle wird zur Abführung des aus den
Spalten zwischen Mantel und Prallplatten ablaufenden Wassers an beide Enden .des
Mantels je eine Kegelfläche angeschlossen, die mit einer Rundung in die seitlichen
Gehäusewandungen übergehen. Der Ringraum zwischen der Prallplatte und der benachbarten
Gehäusewand dient also beiderseits des Laufrads als Ablaufraum zur Abführung des
durch den Ringspalt abströmenden Wassers.
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Bei vertikalachsigen Turbinen kann sich an das untere Ende des Mantels
wiederum eine Kegelschale anschließen, die mit einer Rundung in eine unterhalb der
unteren Prallplatte liegende Führungswand übergeht. Als obere Prallplatte dient
vorzugsweise die obere Gehäusewand, wobei dann das durch den oberen Spalt abströmende
Wasser außen um den Mantel herum nach unten abgeführt wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt,
und zwar in den Abb. i und 2 für eine vierdüsige horizontalachsige Freistrahlturbine
und in den Abb. 3 und 4 für eine ebenfalls vierdüsige vertikalachsige Freistrahlturbine.
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Abb. i zeigt einen Axialschnitt nach der Linie c-b der Abb. 2 und
Abb. 2 in der linken Hälfte einen Schnitt nach der Linie c-d.der Abb. i in Richtung
A
gesehen und in der rechten Hälfte einen Schnitt nach der Linie e-f der Abb.
i in Richtung B gesehen. Abb. 3 zeigt wiederum einen Axialschnitt nach der
Linie -a'*-b' der Abb. 4 in Richtung A' gesehen und Abb. 4 achssenkrechte
Schnitte, in der oberen Hälfte nach der Linie c '-d' und in der unteren Hälfte nach
der Linie e'-f' der Abb. 3.
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Auf der Welle i sitzt das Laufrad 2 mit den Schaufeln 3. In Abb. 2
ist das Laufrad nur durch den mittleren und äußeren Schaufeldurchmesser dargestellt.
Es wird in einem gewissen Abstand - von seinem Außendurchmesser von einem zylinderförmigen
Mantel 4 umgeben, dessen Länge ungefähr dem 1l/2- bis 2fachen der Schaufelbreite
entspricht. Zu beiden Seiten des Laufrads ist je eine Ringscheibe 5 bzw. 6 als Prallplatte
angeordnet, die in ihrem größten Durchmesser so gewählt sind, daß sie etwas über
den Mantel 4 hinausragen. Zwischen dem Mantel 4 und den Prallplatten 5, 6 wird je
ein radialer Ringspalt 7 bzw. 8 gebildet: An die innere Öffnung der ringförmigen
Prallplatten schließt sich nach außen je ein die Welle umgebender Zylinder g und
io an, während zwischen dem Laufrad und den Prallplatten ein in seinem Durchmesser
etwa dem innerenDurchmesser der Schaufelnentsprechendes Zwischenstück ii bzw. 12
an den Prallplatten befestigt ist, das mit einer Rundung in die Prallplatten übergeht.
An die Enden des Mantels schließt außen je eine Umlenkschale 13 bzw. 14. an, die
zunächst kegelig verläuft und dann mit einer wulstartigen Rundung in die Außenwand
15 bzw. 16 übergeht. Um etwa an den kegeligen Teilen der Umlenkschalen 13 und 14
von außen nach innen drängendes Wasser nicht in den Laufradraum gelangen zu lassen,
sind die Umlenkschalen in einen kleinen Abstand vom Rand des Mantels 4 an diesen
angesetzt. Durch diesen Rand wird dann an den Kegelflächen nach innen fließendes
Wasser wieder in Achsrichtung umgelenkt und von dem durch den Spalt 7 bzw. 8 austretenden
Wasserstrahl erfaßt und .mitgenommen.
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Statt in einer achssenkrechten Ebene liegend könnten die Prallplatten
auch leicht gewölbt oder kegelig ausgeführt werden, wie es in der unteren Hälfte
der Abb. i gezeigt ist.
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Bei der Ausführung nach Abb. i treffen die Wasserfäden des Laufradabwassers
nahezu senkrecht auf die Prallplatten 5 und 6 und zum Teil auf den Mantel ,4 auf
und werden dort unter Umlenkung um 9o° in eine Strömung auf der Platte und auf dem
Zylindermantel verwandelt. Die Strömung gelangt dann durch den Spalt 7 und 8 nach
außen, wird in der oberen Hälfte durch die Umlenkschalen 13 und 14 nach unten umgelenkt,
während sie in der unteren Hälfte unmittelbar in den Ablaufraum abgelenkt wind.
In den zwischen den Prallplatten 5 und 6 einerseits und den Außenwänden 15 und 16
andererseits liegenden Ablaufräumen sind noch besondere Führungsbleche 17 und 18
angeordnet, wie aus Abb. 2 ersichtlich ist.
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Der Mantel 4 könnte auch die in Abb. i oben in gestrichelten Linien
:4' angedeutete Form eines Doppelkegelmantels erhalten.
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Bei der in den Abb. 3 und .4 gezeigten Ausführungsform wird das auf
der Welle 21 sitzende Laufrad 2@2 mit den Schaufeln 23 wiederum von einem zylinderförmigen
Mantel 24 umgeben. Unter dem Laufrad ist in geringem Abstand eine Prallplatte -25
angeordnet,
während die obere Prallplatte von der Gehäusewand 26 gebildet wird. Zwischen Zylindermantel
24 und Prallplatte 25 ist der Ringspalt 27 und zwischen Zylindermantel 2.f und Gehäusewand
26 der Spalt 28 freigelassen. An die obere Gehäusewand 26 schließt sich über eine
entsprechende Rundung 30 das zylindrische Gehäuse 31 an, das den oberen Teil
des Abwassers hinter dem Zylindermantel 2,4 herum nach unten in den Ablaufraum 32
abführt. Das vom Zylindermantel 24. nach unten ablaufende Wasser vereinigt sich
mit dem von der unteren Prallplatte 25 nach außen strömenden Abwasser und wird von
der Kegelfläche 33 nach unten in den zweiten Ablaufraum 34 umgelenkt. In den Ablaufräumen
32 und 34 sind wieder besondere vertikale Leitbleche 37 und 38 (s. Abb. 4) angeordnet,
die das Wasser in die Richtung zum Auslaß drängen. Etwaige Rückspritzer, die vom
Umlenken der aus Spalt 27 austretenden Wassermassen in die durch Bleche wie 37 und
38 erzwungene Richtung herrühren, werden dem Rand des Zylindermantels zugeführt
und wiederum dem austretenden Wasser, strom zugeleitet. Für diesen Zweck schließt
die Kegelfläche 33 in einem gewissen Abstand vom Rand an den Zylindermantel an.
Die Zwischenwand 35 zwischen den beiden Ablaufkammern 32 und 34 könnte etwa auch
fehlen.
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Die Erfindung ermöglicht es, besonders bei horizontalachsigen Freistrahlturbinen
eine größere Anzahl von Düsen anzuordnen als bisher, so daß vielfach ein einziges
Laufrad genügt, wo bisher deren zwei ausgeführt werden mußten.
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Bei vertikalachsigen Turbinen, insbesondere solchen für Kavernenkraftwerke,
wirkt sich die Erfindung vor allem in einer Verringerung der 3'auhöhe und des Durchmessers
aus.
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Ein weiterer Vorteil einer Ausführung gemäß der Erfindung besteht
darin, daß sowohl die Ventilationsverluste als auch das zu verwirbelnde Luftvolumen
kleiner ist als bei den bekannten Ausführungen. Bei Ablenkertätigkeit oder beim
Durchgehen derTurbine wird die Wasserenergie durch den Abdeckmantel aufgespalten
und bis zum Auslauf derTurbine auf einen unschädlichen Wertverringert.