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Laufrad für Wasserturbinen.
Der Gegenstand des Patentes Nr. 73820 betrifft eine Kreiselmahchine, hei der durch eine im Verhältnis zur Schaufelteilung entsprechende Verschmälerung der in der Umfangsrichtung gemessenen Schaufelbreite die bisher gebräuchliche Zellen-oder Kanalform der
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findung soll nun diese Flügelform nur an den äusseren Flügelteilen, vorgesehen sein, wogegen die der Laufradnabe benachbarten Flügelteile die übliche Zellenform besitzen. Hiedurch wird eine erhebliche Steigerung der spezifischen Drehzahl bei entsprechender Widerstandsfähigkeit des Laufrades gegen Biegungsbeanspruchungen erzielt.
Den flügelartigen Laufrad- schaufeln wird eine zur Laufradachse im Wesen senkrecht oder geneigt gerichtete Lage gegeben und die Laufradnabe wird so weit verkleinert, als dies aus Festigkeitsrücksichten überhaupt möglich ist. Eine solche Lnufradbauweise erlaubt die Beaufschlagung durch eine
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noch näher gezeigt werden wird.
Die Fig. i und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Laufrades nach der Erfindung, das durch eine Leitvorrichtung mit radialem Wassereintritt beaufschlagt wird, wobei Fig. i
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den Grundriss der Turbine bei abgenommenen Leitraddeckel L zeigt. Fig. 3 veranschaulicht den in die Bildebene ausgebreiteten Schnitt zweier benachbarter Laufladschaufeln F, F, die durch die in der Nähe der Saugrohrwand befindlichen Stromfläche S2#S3 (Fig. 1) ge-
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der Laufradnabe benachbarten Stromfläche S4-S ; ;
zeigt. Die Fig. 5 und 6 stellen ebenfalls ein Ausführungsbeispiel eines Laufrades nach der Erfindung dar, das von einer Leitvorrichtung mit radialem Wassereintritt beaufschlagt wird, wobei jedoch aus baulichen Rücksichten ein Laufrad mit schräg nach abwärts gerichteten Laufradflügeln vorgesehen
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Fig. 6 den Grundriss bei abgenommenem Leitraddeckel L. In diesem Grundriss ist auch das durch die Ebene X - Y in Fig. 5 geschnittene Laufrad eingezeichnet, dessen Schaufeln F mit der Nabe N aus einem Stück hergestellt sind. Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen ein
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geordnet sind. Fig. 7 stellt den Schnitt dieser Turbine mit der Ebene 0-P in Fig. 8 im Aufriss und Fig. 8 die Draufsicht auf das Laufrad bei abgenommener Leitvorrichtung dar.
Fig. 9 zeigt die Vorderansicht einer durch Verschraubung bewirkten verstellbaren Verbindung der Laufradflügel mit der Laufradnabe, wobei ein Flüge) durch die lotrechte Ebene C-E in Fig. 7 und 8 geschnitten ist.
Die Fig. 3, die den in die Zeichenebene ausgebreiteten Schnitt der Stromfläche S2#S2
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licht, zeigt, dass die von den Endpunkten der Schaufelprofile und senkrecht zu den Stromlinien gezogenen Trajektorien it"tz, das benachbarte Profil nicht mehr schneiden, weshalb an dieser Stelle durch zwei benachbarte Schaufeln kein kanalförmiger Raum gebildet wird. Hiebei ist. wie nach dem Stammpatente die in einer StromflÅache gemessene Schaufellänge l kleiner als die kleinste in der gleichen Stromfläche gemessene Schaufelteilung/1'Der in
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Schaufelfläche vermieden ist, wobei der schraffierte Schaufelschnitt diese Verbreiterung angibt.
Durch diese wird die Bildung eines kanalförmigen Raumes, einer Laufradzelle, bewirkt, der von den beiden Nachbarpronlen und den beiden Normaltrajektorien n3 und n4 eingeschlossen und in Fig. 4 durch Schraffierung hervorgehoben ist. Diese der Laufradnabe benachbarte Zellenform hat mit Rücksicht auf die geringe Wassergeschwindigkeit in hydrau-
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Wassers und damit die spezifische Drehzahl der Turbine.
*) Frühere Zusatzpatente Xr. 775%, 77597.
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Wie schon erwähnt, ist die möglichste Unabhängigkeit der Energieausnutzung des Wassers von seiner Eintritts- und Durchflussrichtung in der Leitvorrichtung von besonderer Bedeutung. Es wird daher nach der Erfindung der Nabendurchmesser d entsprechend ver-
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ungefähr senkrecht oder entsprechend geneigt zur Laufradwelle steht. Durch diese Massnahme wird nicht nur der sonst bei Axiallaufrädern übliche Innenkranz, sondern auch dessen Spalt vermieden, es werden also jene Massnahmen erzielt, die die gewünschte Unabhängigkeit-on der Form der Leitvorrichtung bewirken. Um die bei Axiallaufrädern auf-
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hindern, zu verhüten, werden die übliche Aussenkranzanordnung der Laufräder verlassen, so dass sich die äusseren Flügelenden bis knapp an die Saugrohrwand erstrecken.
Die unmittelhare Berührung der Flügel mit der Saugrohrwand wird durch einen kleinen Spalt zwischen dieser Wand und den Flügelenden verhindert. Allerdings kann sich dann ein schmaler, um die äusseren Flügelenden gelegter Ring als zweckmässig erweisen, wenn durch eine besonders starke Schaufelbelastung eine Verbiegung der Schaufeln zu befürchten ist. Ein solcher Ring muss so schmal gemacht werden, als dies aus Herstellungs- und Festigkeitsrücksichten überhaupt möglich ist.
Dass ein Laufrad uach der Erfindung von einer Leitvorrichtung mit beliebiger Eintritts- und Durchflussrichtung des Wassers beaufschlagt werden kann, geht auch aus den Ausführungsbeispielen hervor. Die Fig. I, 2, 5, 6 zeigen eine Leitvorrichtung, wie sie in ähnlicher Ausführung zur Beaufschlagung der Francisturbinenlaufräder verwendet wird. Der Wassereintritt in die Leitvorrichtung erfolgt in radialer Richtung. Die Fig. 7 und 8 zeigen ein Laufrad nach der Erfindung, das von einer Leitvorrichtung mit im Wesen axialer Durchflussrichtung beaufschlagt wird.
Es ist aber selbstverständlich, dass dieses Laufrad mit
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bL-aufschlagt werden könnte. Ebenso könnten auch die übrigen Ausführungsbeispiele durch eine Leitvorrichtung mit beliebiger Eintritts- und Durchflussrichtung des Wassers beaufschlagt werden. Man Ist daher immer in der Lage, jene Leitvorrichtung zu verwenden, deren Benutzung hei den gegebenen örtlichen Verhältnissen am zweckmässigsten erscheint, ohne an dem Laufrad irgendwelche Veränderungen vornehmen zu müssen. Aber auch die Form und die Lage der Leitschaufeln sind beim Erfindungsgegenstande zur Erfüllung des
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der Leitschaufeln. S der Laufradweue : f erheblich genähert werden können, weil die ge- neigte Lage der Laufradeintrittskanten e eine solche Annäherung zulässt.
Dadurch kann die Beaufschlagung nicht nur längs der Aust ittskanten der Leitschaufeln, sondern auch längs eines grossen Teiles ihrer Stirnkanten i erfolgen. Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 zeigt dagegen eine Leitvorrichtung, bei der der Wasseraustritt nur längs der Austrittskanten der Leitschaufeln erfolgt, wodurch das, Wasser aus seiner ursprünglichen Eintrittsrichtung in einen schaufellosen Leitradraum abgelenkt wird. Selbstverständlich könnte diese Ablenkung auch durch eine besondere Krümmung des Leitraddeckels erfolgen.
Den Laufradein-und-austrittskanten e und u in den Fig. I. 2 und 5 bis 8 ist nach der Erfindung keine bestimmte Krümmung und Lage vorgeschrieben, sofern diese Kanten die Schaufeln so begrenzen, dass diese die aus Festigkeitsgründen erforderliche axiale Verbreiterung gegen die Nabe hin aufweisen und die geforderte Richtung mit Beziehung auf die laufradwelle ermöglichen, wie dies z. B. der gegen die Laufradnahe verstärkte Flügel-
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der Laufradflügel. weil durch den in der Stromrichtung nach abwärts verschobenen An- griffspunkt T der Fliehkraft 171 ein dem Wasserdruckmoment entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment hervorgerufen wird.
Es kann aber aus baulichen Rücksichten auch die ent-
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bezweckt. Bei besonders hoben Drehzahlen empfiehlt es sich, die äusseren Flügelecken ab- zulunden, wie die, in Fig. 6 durch r angedeutet ist.
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zweckmässig. Nach Fig. o wird diese verstellbarkeit dadurch bewirkt, dass der LaufradFlügel F mit einer Flansche f verbunden ist, in der Schlitze p ausgespart sind. Die Be-
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festigung der Flanschen f an die Laufradnabe geschieht durch Schraubenbolzen, die durch die Schlitze p hindurchgesteckt und in der Laufradnabe befestigt werden.
Durch die aus den Fig. 7 und 8 ersichtlichen Schraubenmuttern t lässt sich eine nachherige Versteifung dr Laufradflügel ohne Einbau eines neuen Laufrades leicht ermöglichen.
Da bekanntlich hohe spezifische Drehzahlen auch grosse Austrittsverluste bedingen, so
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werden kann, für einen entsprechenden Saugrohrrückgewinn geborgt werden. Das ganze Laufrad muss während des Betriebes von strömendem Wasser enültt sein.
Ein nach der Erfindung ausgebildetes Lauf ; ad wird überall dort Verwendung finden
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und wo die bisher erreichten spezifischen Drehzahlen einen wirtschaftlichen.Ausbau der Wasserkraft erschwe en oder unmöglich machen. Die Anpassungsfähigkeit des Laufrades an jede beliebige Leitvorrichtung wird den Ausbau der Wasserkraft auch dort noch ermöglichen, wo dies bj der üblichen Leitradanordnung nicht mehr durchführbar ist. Im besonderen wird ein derartiges Laufrad berufen sein. die Wasserenergie von g ossen Strömen auszunutzen. die bekanntlich wegen des geringen Gefälles bisher noch gar nicht oder nur unter b@deutenden Kosten verwertet werden konnten.