NO327532B1

NO327532B1 - Impeller for hydraulic flow machine.

Info

Publication number: NO327532B1
Application number: NO20081661A
Authority: NO
Inventors: Hermond Brekke
Original assignee: Brekke Turbiner As
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-08-03
Also published as: NO20081661A

Abstract

Løpehjul for hydraulisk strømningsmaskin, så. som Francis-turbin, omfattende et nav (1), en krans (2) og mellomliggende skovler (3).Overflatene på navet (1) og kransen (2) sett i meridiansnitt forløper som deler av ellipser hvis ene akse er parallell med løpehjulets rotasjonsakse (10).Impeller for hydraulic flow machine, so. as a Francis turbine, comprising a hub (1), a ring (2) and intermediate vanes (3). axis of rotation (10).

Description

Denne oppfinnelse angår en løpehjul-konstruksjon for hydrauliske strømningsmaskiner, så som Francis-turbiner, pumpeturbiner og sentrifugalpumper. Slike turbinkonstruk-sjoner omfatter et nav, en krans og mellomliggende skovler. Disse forskjellige delene av denne type strømningsmaskiner har geometrisk sett temmelig kompliserte former, omfattende mange dobbeltkrumme flater som har avgjørende innvirkning på strømningsbildet og virkningsgraden for slike maskiner. Andre viktige egenskaper som tilstrebes ved konstruksjonen av disse strømningsmaskinene, er driftssikkerhet gjennom en lang levetid, for eksempel i forhold til kavitasjonsproblemer, trykkpulsasjoner og vibrasjoner. This invention relates to an impeller construction for hydraulic flow machines, such as Francis turbines, pump turbines and centrifugal pumps. Such turbine constructions comprise a hub, a crown and intermediate blades. These different parts of this type of flow machines have geometrically rather complicated shapes, comprising many doubly curved surfaces which have a decisive impact on the flow pattern and efficiency of such machines. Other important characteristics that are sought in the construction of these flow machines are operational reliability throughout a long lifetime, for example in relation to cavitation problems, pressure pulsations and vibrations.

Tradisjonelt har konstruksjonen av løpehjul av forannevnte art vært basert på erfaring samlet fra tidligere konstruerte løpehjul og driften av disse. På denne bakgrunn har det hittil vært svært vanskelig å forme et nytt løpehjul for en gitt installasjon, uten å ha tilgang til oppsamlede erfaringsdata som nevnt. Traditionally, the construction of impellers of the aforementioned kind has been based on experience gathered from previously constructed impellers and their operation. Against this background, it has so far been very difficult to shape a new impeller for a given installation, without having access to accumulated experience data as mentioned.

Nærmere bestemt er det videre normalt i henhold til tradisjonell praksis, å starte konstruksjonsarbeidet med beregning av løpehjulets innløpsradius og avløpsradius basert på valgte hastigheter og strømningsvinkler. Utformingen av skovlene mellom innløp og avløp blir ofte nokså vilkårlig. Med foreliggende oppfinnelse er det således tatt sikte på en mer geometrisk veldefinert og matematisk bestemt utforming av navet, kranset og skovlene. Denne nye konstruksjonsmåten kan være særlig fordelaktig i forbindelse med strømningsmaskiner av mindre dimensjoner, der selve beregnings- og konstruksjonsarbeidet i mange tilfeller ved tradisjonelle metoder, vil kunne utgjøre uforholdsmessig meget bruk av tid og ressurser. Oppfinnelsen tar altså tildels utgangspunkt i et behov for en enklere og raskere konstruksjon og fremstilling av løpehjul, uten det omstendelige og tidkrevende arbeidet som tradisjonelt har vært nødvendig for fremstilling av et nytt løpehjul under gitte betingelser. More specifically, it is also normal, according to traditional practice, to start the construction work with the calculation of the impeller's inlet radius and outlet radius based on selected speeds and flow angles. The design of the vanes between inlet and outlet is often quite arbitrary. With the present invention, the aim is thus a more geometrically well-defined and mathematically determined design of the hub, the rim and the vanes. This new method of construction can be particularly advantageous in connection with flow machines of smaller dimensions, where the calculation and construction work itself in many cases using traditional methods could constitute a disproportionate use of time and resources. The invention is therefore partly based on a need for a simpler and faster construction and manufacture of impellers, without the extensive and time-consuming work that has traditionally been necessary for the manufacture of a new impeller under given conditions.

Det nye og særegne ved en hydraulisk strømingsmaskin, såsom Francis-turbin, omfattende et nav, en krans og The novelty and peculiarity of a hydraulic flow machine, such as Francis turbine, comprising a hub, a ring and

mellomliggende skovler, består ifølge oppfinnelsen primært i at overflatene på både navet og kransen sett i meridiansnitt og i hele sin lengde fra innløp til avløp forløper i henhold til hver sin matematisk definerte ellipse hvis ene akse er parallell med løpehjulets rotasjonsakse. intermediate vanes, according to the invention consists primarily in the fact that the surfaces of both the hub and the rim seen in meridian section and along their entire length from inlet to outlet run according to each mathematically defined ellipse, one axis of which is parallel to the axis of rotation of the impeller.

Basert på slike prinsipielle, geometriske forhold er det videre ifølge oppfinnelsen angitt en mer spesiell utforming av skovlene, slik det fremgår av patentkravene og den følgende beskrivelse. Based on such principled, geometric conditions, the invention further specifies a more special design of the vanes, as is evident from the patent claims and the following description.

De konstruktive løsninger ifølge oppfinnelsen fører til løpehjul med gode strømningsegenskaper og virkningsgrad, samtidig som konstruksjonsarbeidet og selve fremstillingen kan gjøres meget rasjonelt. The constructive solutions according to the invention lead to impellers with good flow properties and efficiency, at the same time that the construction work and the production itself can be done very rationally.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, der: Fig. 1 viser et forenklet aksielt snitt gjennom et løpehjul for en Francis-turbin, utformet i henhold In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows a simplified axial section through an impeller for a Francis turbine, designed according to

til oppfinnelsen, to the invention,

fig. 2 er et mer detaljert utsnitt, dels i perspektiv, for illustrasjon av viktige parametre for fig. 2 is a more detailed section, partly in perspective, for illustration of important parameters for

løpehjulkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen, the impeller construction according to the invention,

fig. 3 viser i tilknytning til et skjematisk aksielt snitt gjennom et løpehjul ifølge oppfinnelsen, en fig. 3 shows in connection with a schematic axial section through an impeller according to the invention, a

illustrasjon av visse viktige geometriske forhold, fig. 4 er et diagram til illustrasjon av et skovleprofil illustration of certain important geometrical conditions, fig. 4 is a diagram illustrating a vane profile

som inngår i eksemplet på fig. 3, og which is included in the example in fig. 3, and

fig. 5 er et skjematisk radielt eller horisontalt snitt i tilknytning til eksemplet på fig. 3. fig. 5 is a schematic radial or horizontal section in connection with the example in fig. 3.

I det eksempel på løpehjul-konstruksjon som er vist på fig. 1, nemlig et hjul for en Francis-turbin, inngår på kjent måte et nav 1, en krans eller ring 2 og mellomliggende skovler 3. Hver skovl har en innløpskant 3i og en avløpskant 3a. Innløpskanten forløper mellom et punkt 6a på navoverflaten og et punkt 6b på kransoverflaten. Tilsvarende forløper avløpskanten 3a mellom et punkt 5a på navet og et punkt 5b på kransen. In the example of impeller construction shown in fig. 1, namely a wheel for a Francis turbine, includes in a known manner a hub 1, a ring or ring 2 and intermediate vanes 3. Each vane has an inlet edge 3i and an outlet edge 3a. The inlet edge extends between a point 6a on the hub surface and a point 6b on the rim surface. Correspondingly, the drainage edge 3a extends between a point 5a on the hub and a point 5b on the rim.

Det er et grunnleggende trekk ifølge denne oppfinnelse at både navoverflaten 1 og kransoverflaten 2 sett i aksial-eller meridiansnitt har et ellipse-profil. På fig. 2, som skal omtales nærmere nedenfor, er et slikt ellipse-profil definert ved henholdsvis den aksielle ellipseakse Ae og den radielle aksen Be. It is a fundamental feature according to this invention that both the hub surface 1 and the crown surface 2 seen in axial or meridian sections have an ellipse profile. In fig. 2, which will be discussed in more detail below, such an ellipse profile is defined by the axial ellipse axis Ae and the radial axis Be, respectively.

Løpehjulets rotasjonsakse er vist ved 10. Ifølge oppfinnelsen er den ene ellipseaksen Ae parallell med rotasjonsaksen 10. For høytrykkmaskiner vil Ae være den korte aksen som er parallell med rotasjonsaksen, og for lavtrykkmaskiner den lange aksen. The axis of rotation of the impeller is shown at 10. According to the invention, one axis of the ellipse Ae is parallel to the axis of rotation 10. For high-pressure machines, Ae will be the short axis parallel to the axis of rotation, and for low-pressure machines the long axis.

Den ellipseaksen som er parallell med rotasjonsaksen kan med fordel være sammenfallende for navets og kransens ellipsedeler. Dette er tilfellet med de lange aksene Ax i eksempelet på fig. 3. Dessuten er det i noen konstruksjoner foretrukket at ellipsedelen for kransens vedkommende utgjør tilnærmet en kvadrant av en hel ellipse, slik det fremgår av figurene 1, 2 og 3. The axis of the ellipse which is parallel to the axis of rotation can advantageously coincide for the ellipse parts of the hub and the rim. This is the case with the long axes Ax in the example of fig. 3. In addition, in some constructions it is preferred that the ellipse part for the wreath forms approximately a quadrant of an entire ellipse, as can be seen from figures 1, 2 and 3.

Figurene 1 og 3 viser videre en linje 4 som betegner en fiktiv midlere strømflate. Dette er en teoretisk flate som ved en ideell strømning gjennom maskinen, deler den totale strømningsmengde i to like deler. Nærmere forklaring av en slike strømflater ("streamsheet") er å finne i Johseph H. Spurk: Fluid Mechanics: ISBN 3-540-61651-9 Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York. Figures 1 and 3 also show a line 4 which denotes a fictitious mean flow surface. This is a theoretical surface which, in the case of an ideal flow through the machine, divides the total flow quantity into two equal parts. A more detailed explanation of such flow surfaces ("streamsheet") can be found in Johseph H. Spurk: Fluid Mechanics: ISBN 3-540-61651-9 Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York.

I en slik strømningsmaskin er det mange kompliserte geometriske flater som for det meste er dobbeltkrumme. Særlig komplisert er formen av skovlene 3, som i vesenlig grad er avgjørende for maskinens virkemåte og virkningsgrad. Som nevnt innledningsvis, blir det ved den konstruktive utformingen av nye løpehjul og deres skovler i stor utstrekning bygget på erfaringsmateriale samlet fra tidligere utførte konstruksjoner, hvilket kan være svært omstendelig og ressurskrevende. Når det gjelder skovleoverflåtene er det spesielt sugesiden som blir definert, og som oppmerksomheten skal rettes mot i det følgende. I praksis blir (den varierende) skovletykkelsen lagt på sugesiden til slutt under fremstillingen av skovlene, basert på kjente profiler eller mønstre. In such a flow machine, there are many complicated geometric surfaces which are mostly bicurved. Particularly complicated is the shape of the vanes 3, which is crucial to the machine's operation and efficiency. As mentioned at the outset, the constructive design of new impellers and their vanes is largely based on experience gathered from previously completed constructions, which can be very cumbersome and resource-intensive. When it comes to the blade surfaces, it is the suction side in particular that is defined, and to which attention will be directed in the following. In practice, the (varying) blade thickness is finally added to the suction side during the manufacture of the blades, based on known profiles or patterns.

I forbindelse med oppfinnelsen er det funnet svært fordelaktig å utnytte kjennskapet til den forannevnte fiktive midlere strømflate 4, hvis beliggenhet og forløp kan bestemmes teoretisk for en gitt maskingeometri, særlig navoverflaten 1 og kransoverflaten 2, som begge er rotasjonsflater (med akse 10). På fig. 1 er inntegnet en sirkelbue 7 med sentrum i punktet 9 og med radius R8. Denne sirkelbuen er i et gitt meridiansnitt definert ved tre punkter 7a, 7b og 7c på skovlens sugeside, henholdsvis ved navet, kransen og den fiktive midlere strømflate 4, bestemt ved skjæringslinjer fremkommet som følger: Fig. 2 viser som eksempel kransoverflaten 2 med en skjæringslinje SK som følger overgangen eller sammenføyningen mellom skovle-sugesiden og kransen. Tilsvarende skjæringslinjer eller -kurver inngår ifølge oppfinnelsen også ved definisjonen av skovleformen (sugesiden) i overgangen eller sammenføyningen mot navoverflaten, samt analogt i forhold til den fiktive midlere strømflaten. In connection with the invention, it has been found very advantageous to utilize the knowledge of the aforementioned fictitious mean flow surface 4, whose location and course can be determined theoretically for a given machine geometry, in particular the hub surface 1 and the rim surface 2, both of which are surfaces of rotation (with axis 10). In fig. 1, a circular arc 7 is drawn with the center at point 9 and with radius R8. This arc of a circle is defined in a given meridian section at three points 7a, 7b and 7c on the suction side of the blade, respectively at the hub, the rim and the fictitious middle flow surface 4, determined by intersecting lines as follows: Fig. 2 shows, for example, the rim surface 2 with a intersecting line SK which follows the transition or joint between the vane suction side and the flange. According to the invention, corresponding intersection lines or curves are also included in the definition of the vane shape (suction side) in the transition or joining towards the hub surface, as well as analogously in relation to the fictitious mean flow surface.

Ellipsedelen eller -kvadranten for kransen 2 på fig.2, har ved sin lange akse Ae en avstand Re fra rotasjonsaksen 10. Dermed blir avløps/utløpsradien R2=Re-Be. Denne sammen med innløpsradien Ri beregnes og legges normalt til grunn ved starten av konstruksjonsarbeidet, som nevnt ovenfor. The ellipse part or quadrant for the ring 2 in fig. 2 has, at its long axis Ae, a distance Re from the axis of rotation 10. Thus the drain/discharge radius R2=Re-Be. This together with the inlet radius Ri is calculated and normally used as a basis at the start of the construction work, as mentioned above.

Fig. 2 illustrerer videre følgende inngangsdata for bestemmelse av skovleformen gjennom de nevnte skjæringslinjer Fig. 2 further illustrates the following input data for determining the blade shape through the aforementioned intersection lines

SK: SC:

Skovlens innløpsvinkel (31 The blade inlet angle (31

Skovlens avløps vinkel (32 The bucket's discharge angle (32

En tilfeldig valgt posisjon 5b på avløpet A randomly selected position 5b on the drain

En valgt posisjon 6b på innløpet i avstand Smax fra (meridiansnittet gjennom) 5b A selected position 6b on the inlet at a distance Smax from (the meridian cut through) 5b

Avstand m regnes fra avløpskanten mot innløpskanten. Distance m is calculated from the drain edge to the inlet edge.

For bestemmelse av skjæringslinjene SK og dermed skovleformen blir i henhold til et viktig aspekt ved oppfinnelsen og basert på de angitte geometriske forhold, følgende likning lagt til grunn: In order to determine the intersection lines SK and thus the blade shape, according to an important aspect of the invention and based on the specified geometric conditions, the following equation is used as a basis:

Som tredjegrads-likning har denne mulighet til å beskrive skjæringslinjer som gir meget gunstige skovleformer etter svært rasjonell beregning. Konstantene a, b og c i likningen kan nå finnes dersom meridian-lengden (m=m2-i=mmax) fra avløp til innløp er gitt sammen med lengden langs omfanget (S2-i=Sn,ax) fra avløp til innløp målt langs innløpssirkelen, samt med avløps vinkel en ((32) og innløpsvinkel ((31) . As a third-degree equation, this has the ability to describe intersection lines that give very favorable vane shapes after a very rational calculation. The constants a, b and c in the equation can now be found if the meridian length (m=m2-i=mmax) from drain to inlet is given together with the length along the scope (S2-i=Sn,ax) from drain to inlet measured along the inlet circle , as well as with an outlet angle ((32) and inlet angle ((31) ).

En tilleggsbetingelse kan være at krumningen er lik 0 eller med andre ord at det finnes plane partier ved innløp og/eller avløp, det vil si S"=0 (ingen krumning). An additional condition can be that the curvature is equal to 0 or in other words that there are flat sections at the inlet and/or outlet, that is S"=0 (no curvature).

Mens fig.l viser ett eneste meridiansnitt som skjærer sugesiden av skovlen 3 i tre punkter 7a, 7b og 7c på skjæringslinjen (SK fig. 2) ved henholdsvis navoverflaten 1, kransoverflaten 2 og midlere strømflate 4, er det på fig. 3 og 5 inntegnet et antall meridiansnitt 9.1-9.15 som her har en jevn vinkelfordeling over den skovl 3 som betraktes. I hvert slikt meridiansnitt fremkommer det punkter tilsvarende de nevnte punktene 7a, 7b og 7c med tilhørende sirkler markert som resp. 9.1-9.14 på fig. 3. Disse sirklene har hvert sitt sentrum C1-C14 beliggende på en kurve CK. Eksempelvis er en radius R3 inntegnet fra senteret C3 til den tilhørende sirkel 9.3. Det er et trekk ifølge oppfinnelsen at kurven CK skal være en praktisk sett kontinuerlig kontrollkurve for de viste sirklene og dermed de tre punktene (eks. 7a, 7b, 7c) på hver av disse, som bestemmer at hele overflatekonturen på sugesiden av hver skovl gir en glatt overflate uten bulker eller lignende uregelmessigheter. While fig.l shows a single meridian section which cuts the suction side of the vane 3 at three points 7a, 7b and 7c on the cutting line (SK fig. 2) at the hub surface 1, the crown surface 2 and the middle flow surface 4 respectively, it is in fig. 3 and 5 marked a number of meridian sections 9.1-9.15 which here have an even angular distribution over the vane 3 that is being considered. In each such meridian section, points corresponding to the aforementioned points 7a, 7b and 7c appear with corresponding circles marked as resp. 9.1-9.14 on fig. 3. These circles each have their center C1-C14 situated on a curve CK. For example, a radius R3 is drawn from the center C3 to the associated circle 9.3. It is a feature of the invention that the curve CK should be a practically continuous control curve for the circles shown and thus the three points (ex. 7a, 7b, 7c) on each of these, which determine that the entire surface contour on the suction side of each vane gives a smooth surface without dents or similar irregularities.

Mens en sirkelform definert ved de tre punktene er brukbart som det enkleste alternativ, kan det ofte med større fordel benyttes ellipser. Sirkelformen kan riktignok anses å være et spesialtilfelle av ellipsen. Ellipsebuer kan på tilsvarende måte som sirkler tilpasses for å gå gjennom de tre punktene. Dette er som eksempel illustrert på fig. 3 ved to meridiansnitt 9.3 og 9.7, der ellipseforløpene er stiplet inn og har lange/korte akser betegnet henholdsvis A3/B3 og A7/B7. (Løsningen med sirkler fremkommer som spesialtilfelle dersom de to aksene er like, dvs. A=B.) Tilhørende krysningspunkter mellom disse ellipseaksene er vist ved E3 resp. E7. Likesom sirkelsentrene C1-C14 skal krysningspunktene for ellipseakser fremkommet i et antall fordelte meridiansnitt, ligge på en i det vesentlige kontinuerlig (kontroll)kurve, for at en gunstig glatt utformning av skovlens sugeside skal bli oppnådd. I ellipsetilfellet vil denne kontrollkurven åpenbart få en annen beliggenhet og form enn i sirkeltilfellet, men kurven vil nærme seg kurven for sirkelsnitt når B blir nesten lik A. Det fremgår videre av fig. 3 at kortaksene B3 og B7 i de to ellipsene står normalt på tangenten til hver av ellipsene (stiplet) der disse skjærer navkonturen 1. Meridiansnittene While a circular shape defined by the three points is usable as the simplest alternative, ellipses can often be used with greater advantage. The circle shape can certainly be considered a special case of the ellipse. Elliptical arcs can, in the same way as circles, be adapted to pass through the three points. This is illustrated as an example in fig. 3 at two meridian sections 9.3 and 9.7, where the ellipse courses are dotted and have long/short axes designated A3/B3 and A7/B7 respectively. (The solution with circles appears as a special case if the two axes are equal, i.e. A=B.) Corresponding crossing points between these ellipse axes are shown at E3 or E7. Like the circle centers C1-C14, the crossing points for ellipse axes obtained in a number of distributed meridian sections must lie on an essentially continuous (control) curve, so that a favorable smooth design of the suction side of the vane is achieved. In the ellipse case, this control curve will obviously have a different location and shape than in the circle case, but the curve will approach the curve for circular section when B becomes almost equal to A. It is also clear from fig. 3 that the short axes B3 and B7 in the two ellipses are normally on the tangent to each of the ellipses (dashed) where they intersect the hub contour 1. The meridian sections

(aksialsnittene) ved bruk av ellipser avviker som regel ikke meget fra tilsvarende sirkler, men selv om forskjellen er liten, vil eksperter på dette området innse at denne er betydningsfull. (the axial sections) when using ellipses usually do not deviate much from corresponding circles, but even if the difference is small, experts in this area will realize that it is significant.

Det nevnte forholdet B/A for aksene i ellipsene i meridiansnittene vil normalt forandre seg fra innløp til avløp i løpehjulet. Om sirkelsnitt brukes, vil radien i sirkelsnittene likeledes forandre seg fra innløp til avløp. Dessuten kan man ha sirkelsnitt i deler av løpehjulet med gradvis overgang til ellipseformen mot for eksempel avløpet. The aforementioned ratio B/A for the axes of the ellipses in the meridian sections will normally change from inlet to outlet in the impeller. If circular sections are used, the radius of the circular sections will also change from inlet to outlet. You can also have a circular section in parts of the impeller with a gradual transition to the ellipse shape towards, for example, the drain.

Betydningen av den omtalte kontrollkurven CK på fig. 3 ligger i at senter- (eller krysnings-) punktene på denne bestemmer vinkelen mellom meridiansnittene gjennom skovleflaten (på sugesiden) og normalen på de tre rotasjonsflåtene (navoverflaten, kransoverflaten og midlere strømflate) i skjæringspunktet med skovleflaten, med andre ord skovleblad-helningen. Denne bladhelningen er viktig for en optimal trykkfordeling i hjulet, og en matematisk/- parameterstyrt bladhelning slik som her foreskrevet, kan med gode resultater i praksis beregnes ved hjelp av regneark. The meaning of the mentioned control curve CK in fig. 3 lies in the fact that the center (or crossing) points on this determine the angle between the meridian sections through the blade surface (on the suction side) and the normal of the three rotating blades (hub surface, crown surface and middle flow surface) at the intersection with the blade surface, in other words the blade inclination. This blade inclination is important for an optimal pressure distribution in the wheel, and a mathematical/parameter-controlled blade inclination as prescribed here can be calculated with good results in practice using spreadsheets.

Fig. 4 tjener til å illustrere et typisk skovlesnitt eller profil ved kransen 2, vist utbrettet i et plant diagram. Dette tilsvarer i hovedsak løpehjulet på fig. 3. Sugesiden er på fig.4 betegnet 3s og dessuten er de to vinklene (31 og (32 ved henholdsvis innløp og avløp inntegnet. Fig. 4 serves to illustrate a typical vane section or profile at the rim 2, shown unfolded in a planar diagram. This essentially corresponds to the impeller in fig. 3. The suction side is designated 3s in fig.4 and the two angles (31 and (32) at the inlet and outlet respectively are drawn.

På vanlig måte illustrerer fig. 5 en skovl som på fig. 3 sett i radielle snitt (A-Q på fig. 3)eller som såkalt kotekart, med inntegnede meridiansnitt 9.1-9.15. In the usual manner, fig. 5 a shovel as in fig. 3 seen in radial sections (A-Q on fig. 3) or as a so-called elevation map, with drawn meridian sections 9.1-9.15.

I mange tilfeller kan det være hensiktsmessig å la visse partier av skovlens sugeside-overflate nær innløps- og/eller avløpskanten være plane, dvs. uten krumning, hvilket er i og for seg tidligere kjent fra andre løpehjulkonstruksjoner. In many cases, it may be appropriate to leave certain parts of the vane's suction side surface near the inlet and/or outlet edge to be flat, i.e. without curvature, which in and of itself is previously known from other impeller designs.

Ved beregning og konstruksjon av et nytt løpehjul av den art som er beskrevet ovenfor, omfatter fremgangsmåten trekk som allerede er nevnt, og nærmere bestemt er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i det vesentlige angitt i patentkrav 6. When calculating and constructing a new impeller of the type described above, the method includes features that have already been mentioned, and more specifically, the method according to the invention is essentially stated in patent claim 6.

På tegningene er det vist maskiner med vertikal akse, men det er klart at oppfinnelsen også kan utnyttes i maskinkonstruksjoner med horisontal aller annen aksevinkel. The drawings show machines with a vertical axis, but it is clear that the invention can also be used in machine designs with a very different horizontal axis angle.

Claims

1. Impeller for hydraulic flow machine, such as Francis turbine, comprising a hub (1), a ring (2) and intermediate vanes (3), characterized by that the surfaces of both the hub (1) and the rim (2) seen in meridian section and along their entire length from inlet to outlet run according to each mathematically defined ellipse, one axis (Ae) of which is parallel to the axis of rotation of the impeller (10).

2. Scooter according to claim 1, where the intersection line (SK) between the suction side of each vane (3) and the hub surface (1) resp. the crown surface (2) and likewise the intersection line between the suction side of each vane and the fictitious mean flow surface (4) follows a curve S, which is determined by the equation: there S is the distance along the circumference, from the meridian section through the vane's drain edge (3a), m is the distance along the meridian section counted from the vane's drain edge (3a) and a, b and c are constants, and boundary conditions are given by selection of the blade's inlet angle (pl) and outlet angle ((32), total distance (mmax) along the meridian section from the outlet edge (3a) to the inlet edge (3i), and total distance (Smax ) along the perimeter of the inlet from the meridian section through the outlet edge of the bucket (5b) to inlet edge of the blade (6b), the aforementioned constants being given by: and that the aforementioned intersection lines (SK) in each meridian section (9.1-9.14) define three points (7a,7b,7c) on an arc of a circle (7) or arc of an ellipse, where the centers (C1-C14) of circular arcs, respectively the intersection of the axes in arcs of ellipses, appearing in a number of meridian sections, form a continuous curve (CK).

3. Impeller according to claim 1 or 2, where said one axis (Ax) for the hub surface or the crown surface's mathematically defined ellipse, are coincident.

4. Impeller according to claim 1, 2 or 3, where the mathematically defined ellipse of the rim surface (2) forms approximately an ellipse quadrant.

5. Impeller according to one of claims 1-4, where the surfaces of the vane (3) near the inlet and/or outlet edge (3i/3a) are flat.

6. Method of construction of impeller for hydraulic flow machine, such as Francis turbine, comprising a hub (1), a ring (2) and intermediate vanes (3), characterized by that the surfaces of the hub (1) and the rim (2) seen in meridian section are designed as parts of ellipses whose one axis (Ae) is parallel to the axis of rotation of the impeller (10), that curves S are determined according to the equation: S is the distance along the circumference, from the meridian section through the vane's drain edge (3a), m is the distance along the meridian section counted from the vane's drain edge (3a) and a, b and c are constants, and boundary conditions are given by selection of the blade's inlet angle ((31) and outlet angle ((32), total distance (mmax) along the meridian section from the outlet edge (3a) to the inlet edge (3i), and total distance (Smax ) along the perimeter of the inlet from the meridian section through the outlet edge of the bucket (5b) to the inlet edge of the blade (6b), the aforementioned constants being given by: that the intersection line (SK) between the suction side of each vane (3) and the hub surface (1) resp. the crown surface (2) and likewise the intersection line between the suction side of each vane and the fictitious mean flow surface (4) are designed to follow each of the aforementioned curves S, and that the surface of the vanes' suction side is designed with three points (7a,7b,7c) which appear in each meridian section (9.1-9.14) at the aforementioned intersection lines (SK), and which define a circular arc (7) or elliptical arc, where the centers (C1 -C14) for the circular arcs, respectively the point of intersection between the axes of elliptical arcs, which appear in a number of meridian sections, are brought to lie on a continuous curve (CK).