DE901398C

DE901398C - Laufrad mit Aussenkranz fuer Propellerturbinen

Info

Publication number: DE901398C
Application number: DEV1245D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Hans Faic Canaan
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1941-01-28
Filing date: 1941-01-28
Publication date: 1954-01-11

Description

Laufräder für Propellerturbinen werden im allgemeinen ohne Außenkranz ausgeführt, denn neben anderen Vorteilen, die der Wegfall des Außenkranzes mit sich bringt, fällt auch der sehr merkliche Energieverlust durch -die Reibung des Wassers an der Innenwand des Kranzes weg. Muß das Propellerlaufrad aber für besondere Zwecke doch mit einem Außenkranz versehen werden, wie z. B. bei den Rohrturbinen für Unterwasserkraftwerke, so wird dieser Kranz, um den Energieverlust auf das Mindestmaß einzuschränken, so schmal als möglich gehalten. Diese Erkenntnis ist erst neueren Datums, vorher wurden die Außenkränze reichlich so breit wie die axiale Erstreckung bzw. Ausdehnung der Laufradschaufeln am Außenkranz bemessen. Das Mindestmaß für die Kränze ist aber wesentlich kleiner als die Schaufelerstreckung, daher stehen bei symmetrischer Anordnung des Kranzes zur Mitte der Schaufein die Eintritts- und Austrittsenden der Schaufeln immer über den Kranz hinaus, so daß Luft, die durch ,die Spaltdichtung in die Turbine gerät, in radialer Richtung ins Laufrad und zwischen die Schaufeln kommen und dort Störungen verursachen kann. Dieser Fall kann eintreten, wenn die Turbine bei einem Gefälle, das höher ist als das normale, der Schaufelkonstruktion zugrunde liegende, doch mit der dem normalen Gefälle entsprechenden Drehzahl laufen muß, -weil für die angetriebene Arbeitsmaschine eine bestimmte Drehzahl eingehalten werden muß. In diesem Fall wird die Laufradsch.aufel falsch angeströmt, was zur Folge hat, daß sich an der Schaufelunterseite, in der Nähe der Eintrittskante anfangend, ein Unterdruck bildet, der bei großem Unterschied zwischen dem Konstruktions- und dem Betriebsgefälle so beträchtlich werdenkann, daß Luft durch die Spaltdichtung in das Laufrad eingezogen wird, dort :die Strömung stört und den Wirkungsgrad sehr merklich verringert.
Dieser Verringerung des Wirkungsgrades wird gemäß der Erfindung -dadurch begegnet, daß der Außenkranz in bezug auf die Mittellinie der axialen Ausdehnung der Schaufeln zur Eintrittskante der Schaufeln hin verschoben ist. Damit die Luft überhaupt nicht mehr durch die Spaltdichtung seitlich zwischen den Schaufeln in das Laufrad gezogen werden kann, läßt man vorteilhaft die eintrittsseitige Außenkante des Kranzes mit den Schaufeleintrittskanten bündig abschließen oder sogar noch darüber hinausragen.
In der Zeichnung sind Laufräder, die der Erfindung entsprechend ausgebildet sind, schematisch dargestellt. In Abb. i ist ein Zylinderschnitt durch ein Laufrad in Richtung von der Achse zum Kranz gesehen, Abb. 2 Teilschnitt durch ein Propellerlaufrad mit symmetrisch angeordnetem Außenkranz, Abb. 3 Teilschnitt d'urc'h ein Propellerlaufrad mit nach der Schaufeleintrittskante zu verlegtem Außenkranz.
In den Abbildungen sind die identischen Teile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet; dabei ist i die Laufradschaufel und 2 die Mitte ihrer axialen Erstreckung; der symmetrisch zur Mittellinie 2, also in der bisher üblichen Art angeordnete Außenkranz ist mit 3, der unsymmetrisch nach der Erfindung angeordnete Außenkranz ist mit 4. bezeichnet.
In dem in Abb. i eingezeichneten Dreieck der Geschwindigkeiten am Laufradeintritt ist c" die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades, c" die relative Eintrittsgeschwindigkeit des Wassers aus dem Leitrad in das Laufrad beim Konstruktionsgefälle und w" die relative Eintrittsgeschwindigkeit bei diesem Gefälle, in deren Richtung der Schaufeleintritt liegt, der auf diese Weise richtig angeströmt wird. Beim Betrieb der Turbine mit einem Gefälle höher als das Konstruktionsgefälle, jedoch mit gleichbleibender Umdrehungszahl, bleibt die Umfangsgeschwindigkeit c" unverändert, die absolute Eintrittsgeschwindigkeit ch behält,die Richtung von c" bei, wird aber wegen des höheren Gefälles größer alis c". Die Relativgeschwindigkeit w& ändert sich daher w" gegenüber der Größe und, der Richtung nach, sie bildet mit w" den Winket a, um den die Laufradschaufel falsch angeströmt wird. Diese falsche Anströmung ruft an der Unterseite der Schaufel einen Unterdruck hervor, dessen typischer Verlauf durch die Kurve 2o schematisch dargestellt ist. Der Verlauf der Kurve ist derart, daß das Gebiet 2 1 des tiefsten Unterdruckes auf der Seite der Einlaufkante der Schaufel liegt, daß also bei einem symmetrisch angeordneten schmalen Außenkranz Luft durch .den einlaufseitigen Spalt in das Laufrad eingesogen werden muß.
Abb. 2 zeigt dien zur Mittellinie -:2 der Laufradschaufel i symmetrischen Außenkranz 3 und Abb. 3 den unsymmetrisch angeordneten Außenkranz

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Laufrad für Propellerturbinen, insbesondere für Rohrturbinen, mit einem Außenkranz, dessen axiale Breite kleiner ist alis die axiale Ausdehnung der Laufradschaufeln am Außendurchmesser des Laufrades, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkranz in bezug auf die Mittellinie der axialen Ausdehnung der Schaufeln zur Eintrittskante der Schaufeln hin verschoben ist.
2. Laufrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die eintrittsseitige Außenkante des Außenkranzes mit den Eintrittskanten ,er Schaufeln bündig abschließt.
3. Laufrad nach Anspruch: i, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkranz teilweise die Eintrittskanten der Schaufeln überragt.