DE2349815A1 - Stroemungsmaschinen - Google Patents

Description

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GANZ-MAVAG Mozdony-, Vagon-es Gepgyar Budapest, VIII. Könyves Kalman krt. 7 6„.

Ungarn

STRÖMUNGSMASCHINEN

Die Erfindung bezieht sich, auf die Kons t rukt ions aus gestaltung des Raumes zwischen dem Stator und dem. Eotor von Strömungsmaschinen.

Unter den an den Strömungsmaschinen auftretenden Verlusten eines der Haupttype ist der sogenannte Scheibenreibungsverlust, welcher zwischen dem Stator und dem Rotor der fraglichen Maschinen auftritt. Dieser Verlust ist, mit Ausnahme von einzelnen speziellen, selten vorkommenden Ma-

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schinen. - in welchen im obigen Raum eine langsame, geschichtete Strömung einer Flüssigkeit von hoher Viskosität besteht - dem Quadrat der relativen Geschwindigkeit der sich außer den dem Stator und dem. Rotor benachbarten Grenzschichten befindenden, wirbelnden Hauptströmung, mit einer befriedigender AnnJiaerung proportionell.

Es wurden viele Versuche gemacht, den Scheibenreibungsverlust der Strömungsmaschinen zu vermindern. Nach den durch theoretischen Berechnungen verfolgten und durch Versuche nachgewiesenen Ergebnissen hat der obige Verlust bei einem gegebenen Wert des Abstandes zwischen dem Stator und dem Rotor ein Minimum.. Durch eine Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit der sich reibenden Oberflächen vermindert sich der Verlust während einer gewissen Zeit, später ändert er sich nicht. Die Größen der Verluste werden natürlich auch von den physikalischen Eigenschaften des diesen Raum ausfüllenden Mediums (hauptsächlich von der Viskosität) und von den Ausmaßen des Rotors stark beeinflußt, diese Werte werden aber vom Anwendungsgebiet der Maschine bestimmt und so werden sie in erster Reihe nicht einer Verminderung des Scheibenreibungsverlustes entsprechend ausgestaltet. Bei den derzeit bekannten Konstruktionen wird nach einem bei den obigen Gebundenheiten erreichbaren Optimum gestrebt, bei den verwendeten Lösungen ist aber der Reibungsverlust von bedeutender Höhe, er beträgt, vom Maschinentvp abhängig, 2-10 % der Nutzleistung.

Bi.r Zweck der Erfindung ist eine Verminderung der Scheibenreibungsverluste der Strömungsmaschinen, bzw. eine Ermöglichung der Ausnutzung der auf diesem Wege gewonnenen Energie. Als eine, im Interesse der Erreichung des Ziels zu verwirklichende Aufgabe gilt eine solche Änderung des zwischen dem Stator und dem Rotor zustandekommenden Strömungsbildes, infolge deren die Scheibenreibungsverluste kleiner werden.

Die Erreichung des obigen Ziels, bzw. die Verwirk-

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lichung der daa.it in Zusammenhang stehenden Aufsähe wird bei den nach der ϊ·γΓϊι,·.-ιιιι£; ausgeführten Strömungsmaschinen derart gelöst, daß 3in Raum zwischen dem Stator und dem Rotor, hauptsächlich im von der Vorder- und/oder Rückplatte des Stators -Bund des Rotors abgeschlossenen Raum, zwischen den Stator und den Rotor eine Fr eil aufsehe ibe untergebracht ;Wird, welche bei einem Gleichgewicht der an beiden Seiten der Scheibe auftretenden Reibungskräfte mit einer HaIb-Winkelgeschwindigkeit im Verhältnis zur Winkelgeschwindigkeit des Rotors rotiert, bei welchem Fall die relative Geschwindigkeit im sich außer der Grenzschicht befindenden Hauptteil der zwischen der Freilaufscheibe und dem Rotor, bzw. dem Stator zustandekommenden Strömung bis auf eine Hälfte der relativen Geschwindigkeit der ohne Freilauf scheibe zustandekommenden Hauptströmung, der Reibungswert also bis auf ca. ein Viertel des ursprünglichen Wertes sinkt.

Als bekannt ist, wird die sick in einem mit Flüssigkeit gefülltem Raum drehende Scheibe durch die Reibung der Flüssigkeit gebremst. Dreht sich der Rotor in einem Flüssigkeit sraum mit einer Winkelgeschwindigkeit uj , so kann die Winkelgeschwindigkeit des sich zwischen dem Stator und dem Rotor befindenden Flüssigkeitsrings, im Turbulenzbereich zwischen den Grenzschichten für oj/2 genommen werden. Die auf den Stator, bzw. Rotor auswirkenden Gleitspannungen (und die sich aus der Integrierung von diesen ergebenden Bremskräfte) sind an beiden Seiten des Elüssigkeitsrings dem Quadrat der relativen Geschwindigkeit proportioneil, d.h. der Wert der Gleit spannungen beträgt: ,

-2 _ti 2

Wird aber zwischen die Wand der Strömungsmaschine, d.h. zwischen ihren Stator und Rotor eine Freilauf scheibe, nach den. obigen eingesetzt, so beträgt die Winkelgeschwindigkeit in den beiden Flüssigkeitsringen an beiden Scheiben seiten VAi/4 bzw. 3 oJ/4. Der Wert der auf die Drehscheibe

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wirkenden Gleitspannungen wird in diesem Fall durch folgende Formel gegeben:

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d.h. die Scheibenreibungsverluste werden, infolge des Einbaus der Freilauf scheibe auf 1A des früheren Wertes vermindert.

Die Freilaufscheibe kann nur an einer Seite, oder in Zusammenhang mit den Konstruktionsanforderungen auch an beiden Seiten des Botors eingebaut werden. Der Scheibenreibungsverlust nimmt dementsprechend an den Einbaustellen der Freilaufscheibe ab.

Die Freilaufscheibe kann, nötigenfalls, auch so ausgestaltet werden, daß sie den Rotor am Umfang umgibt, eine radiale Fortführung von diesem bildet.

Die Erfindung wird eingehend in einer Zeichnung bekanntgemacht, in welcher:

In der Abbildung i: kann ein solches Ausführungsbeispiel der nach der Erfindung gebauten Konstruktion gesehen werden, wo die Freilaufscheibe an beiden Seiten eines Pumpenrotors ausgebildet ist,

in der Abbildung 2: ist ein solches Ausführungsbeispiel der Erfindung zu sehen, bei welchem der Durchmesser der Freilaufscheiben größer als, der des Drehteils im gegebenen Fall des Pumpenlaufrads - ist und so bilden die Freilaufscheiben einen Badialdiffusor.

Im Fall des in der Abbildung 1 dargestellten Ausfiikrimgsbeispiels wird die Erfindung in Verbindung mit einer IWpe vorgeführt, wo der Rotor der Pumpe vom Laufrad 1 ma& der Welle 2 gebildet wird und der Stator besteht aus den Deckeln 3 und 4, ferner aus dem Schneckengehäuse 5. Die Freilauf::clieiben 6 und 7 befinden sich neben der Vorder- bzw« Rückplatte des iaufrads und sind im Stator gelagert. Der freibleibende Kaum wird von der von der Pumpe zn fördernden Flüssigkeit ausgefüllt.

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-und dem Stator befindende Elüssigkeit in Drehung gesetzt und die Winkelgeschwindigkeit der hier zustandekommenden drehung beträgt ui/4-. Der Scheibenreibungsverlust nimmt> in Zusammenhang mit den im obigen beschriebenen Strömungsverhältnissen den den im vorstehenden erwähnten Wert von l/A- auf.

Eine axiale Unterstützung der Freilaufscheibe kann, von der in der Abbildung 1 dargestellten Ausführung abweichend, auch auf anderen gewohnlichenWeisen gelöst werden, die Lagerung kann sowohl im Stator als auch im Rotor erfolgen.

Wie bekannt, gehört zum rotierenden Flüssigkeitsring eine an den Begrenzungswänden gut bestimmte Druckverteilung. So ist das bei den traditionellen Ausführungen ohne Freilaufscheibe und die Druckverteilung kommt zwischen der Freilaufscheibe und den damit in Verbindung stehenden Konstruktionsteilen ebenso zustande. In Abhängigkeit davon, wie die den Baum zwischen der Freilauf scheibe und dem Stator ausfüllende Flüssigkeit mit dem Raum zwischen dem Rotor und der Freilaufscheibe kommuniziert, tritt an der Freilaufseheibe, als eine Resultierende der Druckvertei- . lung, eine axiale Kraft von verschiedener Größe und Vorzeichen auf, welche auszugleichen ist. Ist der Druck im Raum zwischen der Freilauf scheibe und dem Stator, bei einer Ausführung nach Abbildung 1 zu. groß, so verschiebt sich die Scheibe gegen den Rotor, unter Wirkung von diesen wird der Spalt B verschlossen, der fragliche Raum wird durch den Teil A mit der Kleindruckzone verbunden und das Gleich-

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gewicht wird wiederhergestellt. Da der iunondurchmenser der -Scheibe 7 kleiner als der der Öcheibe G sein kann, wird die auf das Laufrad 1 auswirkeade Axialkruft, im Verhältnis zu der Ausführu^ ohne Freilaufscheibe kleiner, was hinsichtlich der Konstruktion von Vorteil ist.

In der Abbildung 2 ist das Laufrad 1, die Freilauf scheiben 6 und 7, ferner ein Teil des Gehluses 8 zu sehen. In diesem Fall ist der Durchmesser der Freilaufscheiben 6 und 7 größer als der Durchmesser des Laufrads 1, so bilden die Freilaufscheiben einen Radialdiffusor. Eine Ausgestaltung des Radialdiffusors in einer Freilaufausführung ist darum zweckmäßig, weil in diesem Fall der Geschwindigkeit sunt erschied zwischen den Wänden des Radialdif- fusors und der strömenden Flüssigkeit kleiner ist, dadurch werden auch die dort auftretenden Reibungsverluste kleiner. Das ist bei solchen Typen der Strömungsmaschinen nötig, wo, nach dem Laufrad ein sogenannter Radialdiffusor verwendet wird·

Die Verwendung der nach der Erfindung ausgeführten Freilaufscheibe wird in den obigen in Verbindung mit einer Pumpe vorgeführt, die Erfindung kann aber auch, bei anderen Typen der rotierenden Strömungsmaschinen verwendet werden, zur Verminderung der Scheibenreibungsverluste. So können, hinsichtlich einer Anwendung der Erfindung, unter anderem, die folgenden Strömungsmaschinen in Frage kommen: -*jradiale und halbaxiale Pumpen,

- Wasserturbinen von System Francis und Diagonalwasserturbinen,

-hydraulische Momentwändler,

- Ventilatoren"" Bläser, Kompressoren,

- Dampf- und Gasturbinen.

Die Verwendung der Erfindung bietet einen bedeutenden Vorteil in solchen Fällen, wo" an eine Erhöhung des Wirkungsgrads wichtige Interesse geknüft sind.

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Claims (3)

1. —. _: ' PATENTANSPRÜCHE

   ^₅/ Rotierende Strömungsmaschine, welche, wie bekannt, einen Stator und einen -Rotor enthält, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Qtator und dem Eotor eine Ifreilaufscheibe eingebaut ist.
2. 2. Die Ausführungsform der nach dem Patentanspruch H ausgeführten rotierenden Strömungsmaschine, dadurch gekennzeichnet , daß die Freilaufscheibe oder Freilaufscheiben (6 und/oder 7) mit einem den Durchmesser des den Rotor bildenden Laufrads (1) nicht überschreitenden Durchmesser zwischen dem Stator und der Vorder— und/oder Rückplatte des Rotors eingebaut ist (sind) (Bild 1).
3. 3. Sine Ausführungsform der rotierenden Strömungsmaschine nach Patentanspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufscheiben (6, 7), deren Durchmesser größer als der des den Rotor bildenden Laufrads (1) ist, den Rotor umgebend, einen Radialdiffusor bilden (Bild 2).

   M-. Eine Ausführungsform der nach einem der Patentansprüche 1 und 2 ausgeführten rotierenden Strömungsmaschine, dadurch gekennzeichnet , daß am Außendurchmesser der Freilaufscheibe(n) (6 und/oder 7), an der Drehteilseite (1), am Innendurchmesser an der Statorseite (3 und/oder ²J-) axiale Spalte (A, B) ausgestaltet sind (Bild -1).