Beschaufelung für axial durchströmte Kreiselradmaschinen Die Erfindun- betrifft eine Besehaufelung für axial durchströmte Kreiselradmaschinen, deren Sehaufelgitter kein Deekband aufweist, und befasst sich mit Massnahmen, um die in wandnahen, strömungstechnisch durch den Spalt, oder Randeinfluss gefährdeten Zonen der Sehauf elblätter auftretenden Verluste her abzusetzen.
Diese Verluste stellen bekanntlich einen wesentlichen Anteil der Gesamtströ- inun-Sverluste einer einzelnen Strömungsstufe <B>C</B> dar. Abge.Sehen vom Auslassverlust und -vom Spaltverlust bei deakba.ndloser Ausführung eines Sehaufelgitters, welche beide<B>je</B> nach der Gefälleverteilung auf Lauf- und Leitrad jeweils verschieden hoch sind und in der Summe einigermassen gleich bleiben, kann inan sagen,
dass der eigentliche Profilwider stand des Gitters an sieh eine untergeordnete Rolle spielt und dass daher auch Unterschiede in der jeweiligen Profilgestaltung in den Hintergrund treten. Vielmehr wirken sich die Sekundärströmungen innerhalb des Schaufel kanals beim Umlauf der Schaufel und infolge der Umlenkung des Treibmittels, insbesondere ini äussern, wandnahen Bereich der Schaufel massgeblich in der Verlusthöhe der Schaufe- luno- aus.
Dieser Sachverhalt fand z. B. seine Be- stätiguno, durch verschiedene Messungen der Strömun,- hinter den Leit- und Laufsehaufel- kränzen von ausgeführten Axialverdichtern. Es konnte dabei festgestellt werden, dass die Strömung in der Nähe der Nabe und der Ge- häuse-wand, das heisst also in wandnahen Zonen des Schaufelblattes durch die dort auftretende Wandreibung sehr stark gestört wird.
Durch die geringere Zuströmungsge- schwindigkeit, zum Leit- oder Laufrad, er- zwunigen durch jene Brems- oder Verzöge rungswirkung der innern bzw. äussern Kanal begrenzung tritt dort eine wesentlich grössere Umlenkung des Arbeitsmittels, aber keine Druekenergiesteigerung mehr ein, wodurch die ,erwähnten Sekundärströmungen gegenüber der Strömung am Ort der mittleren Schaufel höhe entstehen.
Dabei sind die Teilung oder die Grösse der gewäAlten, Umlenkung des Sehaufelgitters wohl ebenso von Einfluss wie die spezifische Fliehkraftwirkung auf die entstehenden Grenzschiellten an den Schau felwänden. Bei den gegebenen Auslegungen (Drehzahl, Durchsatz, Gefälle) lässt sich in dessen aus baulichen, mechanischen und ther- modynam-ischen Gründen meistens wenig an den Hauptdaten des Gitters ändern, selbst wenn die iSchnellaufzahl und die spezifische Drehzahl günstig gewählt werden können.
Es ist einleuchtend, dass sich die genannten iSe- kundärströmungen und demzufolge die Rand verluste, im Gesanitwirkungsgrad besonders sta-rk bei solchen Sehaufeln# auswirken wer den, welche eine im Vergleich zur Schaufel- tiefe geringe Sehaufelhöhe aufweisen; aber auch Stufen mit verhältnismässig grossen Schaufelhöhen werden noch merkliche Ein bussen in der Energieamset--ung in mechani- sehe Arbeit haben.
Bei Strömungsmasehinen, welche mit tropf baren Flüssigkeiten betrieben werden, wie z. B. Zentrifugalpumpen oder Schiffspropel lern, wurde schon vorgeschlagen, zur Bekämp- Tun", der Kavitationserschein[ungen die jewei ligen Propellerflügel mit Öffnungen zu ver sehen, dure;h welche der von Kavitation be troffene Raum sich wieder mit Flüssigkeit auffüllen kann.
Ausserdem ist bei Strömungs maschinen mit gasförinigem Arbeitsmittel be reits bekannt, mittels Schlitzen, welche sieh über die ganze Schaufelhöhe erstrecken, zwi schen Teilen der auf diese Weise nach der Breite unterteilt-en Schaufel eine N#ebenst.rö- mung, zu erzeugen, welche die Hauptströ- muno, mitreisst und deren Ablösung von der Sehauf-elprofilwand verhindert.
Diese be kannte Massnahme bedeutet aber eine be- träehtliehe Herabminderung der mechani- sehen Festigkeit und hat eine Erhöhung der Sehwingungsanfälligk.eit der Einzelsehaufel zur Folge. Bei Strömungsmasehinen, welche <B>b</B> mit hohen Umdrehungszahlen betrieben wer den, ist diese bekannte Lösung daher nicht durchführbar.
Um die vorgenannten Sekundärströmun gen und damit die Rand- und Spaltverhiste bei einer Besehaufelun- axialdurchströmter Krei- selradmaschinen wirksam bekämpfen zu kön nen, wird gemäss der Erfindung das Blatt der Einzelschaufel in mindestens der einen ,der beiden wanidnahen, strömungsteehniseh durch die genannten Verluste besonders ge fährdeten Zonen mit einer Öffnung versehen, durch welche ein Teil des Arbeitsmittels von der ener-iereicheren Seite des Sehaufelblattes <B>C</B> zur energieärmeren Seite geleitet wird.
Diese Öffnuncen können beispielsweise in Form von <B>C</B> einfachen Schlitzen oder schrägverlaufenden Bohrungen a ge <B>g</B> us- führt werden. Die Tiefe der Schlitze am Aussenrand beträgt dabei etwa <B>1/5</B> der Gesamthöhe des Schaafelblattes, wäh rend die Wände des jeweiligen Schlitzes ent- weder parallel zueinander verlaufen oder sieh düsenartig verengen können. Sie können weiters entweder die gleiehe Richtung wie die Sehaufelaehse selbst haben oder auch zu dieser von innen nach aussen in der Bewe- gungsricht-ung des Rotors<B>_</B> geneigt sein.
Die Lage der Profilnase, die Breite und Richtung des Schlitzes richtet sieh dabei nach den<B>je-</B> weils gegebenen Verhältnissen des Schaufel gitters und ist durch Versuche auf die gün stigste Auswirkung hin abzustimmen. Durch das Anbringen der erfindungsgemässen öff- nungen am Rande eines Sehaufelblattes ent- r' steht zwar eine gerin-fü,i,e, Einbusse an <B>s C - -</B> Auftrieb des Jeweiligen Profils;
durch die Verbesserung der Gesamtströmungsverhält- nisse, insbesondere auf der Unterdruekseite des Sehaufelblattes, wird dieser geringe Ver lust aber weitgehend wieder aufgehoben.
Durch die Zufuhr von energiereieherer Strö- inungsünergie von der Druekse-ite der Schau fel her wird auch die Pliehkraftwirkung,# des Arbeitsmitteils auf die Grenzsehieht unter- stätzt. Die genannten vorteilhaften Au,swir- kungen sind aueli dann von Einfluss,
wenn ini äussern Gitterbereieh dureh die Ausle-unc die Reaktion der Stufe verhältnismässig hoch ist; ein Anstie- des Gefälles län--s der Schaufel höhe ist sowieso durch die Dra-11,-esetzmässio,- h.eiten gegeben, so dass im Sehaufelkanal zu- sätz-liehe Strömungsenergie in ausreichendem Masse zür Verfügung steht.
<B>In</B> vielen Fällen kann es genügen, die Öff- nun-en im Schaufelblatt naeb. der Erfindun- lediglich als s#ehrä"#-verla-Lifende Bohrungen auszubilden.
Diese nehmen dann von der Drii#.ek,seite der Schaufel aus ihren Ausgang, 'Lind zwar in einem solehen Abstand vom Rand des betreffenden Sehaufelblattes (Nabe bzw. äussere Kanalwand), dass von dem Abzwei,- vor-an-,
eines Teils der Strömung nur ge n zn <I>n</I> sunde energiereielie Strömungsabsehnitte er- lasst wer-den. Die Austrittsöffnungen befin den sieh auf der Saugseite des Profils in der Nähe der Läufernabe oder der Gehä,-Lisewand.
Das Auffüllen bzw. Anreichern der Schau- felblattoberseite mit gesunder Strömun- i st auch deshalb erwünseht, weil durch die erfor- derliehe, schwächere Umlenkung des Arbeits mittels in den äussern Abschnitten des Schau felgitters ein grösseres Verhältnis von Schau felteilung zür Se-Uaufellänge zulässig ist.
Da- C <B>C</B> her kann auch die Schaufelblattsehne kleiner 0- gehalten werden, was im Sinne einer Quer- sehnittsverjüngung,des Sehaufelprofils durch aus erwünscht ist, weil Ahlösungserseheinun- -gen bei veränderter Anströmung leichter ver- iiindert, werden können.
Weiterhin ist es zwec-kmässig, den Austritt <B>C</B> der erfindun,-,s,-,emässen Öffnungen an der Profiloberseite des Schaufelblattes mindestens angenähert an das eine Ende des von den Wänden zweier benachbarter Schaufeln be- Olrennen Strömungskanalstüekeszule,-en. Der Vorteil des für eine Besehleunigung des Ar- C beitsmittels im Schaufelgitter noch verfüg <B>)</B> )aren Gefälles verliert sieh nämlieb. im sog.
\ehrän -absehnitt des Sehaufelkanals immer mehr. In der Zeichnun-, sind Ausführun"sbei- in <B>C</B> spiele der Besehauf(4ung nach der Erfindung C, in dargestellt, und zwar zeigt:
Fi#- <B>1</B> ein Laufsehaufelpaar einer axial durebströmten Kreiselradmasehine in per- spektiviseher Ansieht mit,<B>je</B> einem Schlitz am obern Rand des Sehaufelblattes, Fi-. 2 in etwag urösse-rem Massstab den <B>C C</B> obern Abschnitt einer Einzelschaufel mit einem zur Sehaufelaehse geneigten Sehlitz,
Fig. <B>3</B> eine Draufsicht auf zwei benaeh- barte Schaufeln-, welche jeeinen parallelwan- di,-en Schlitz aufweisen, Fic-. 4 eine Draufsieht auf zwei benaeh- harte- Schaufeln, welche<B>je</B> einen Sehlitz mit sieh düsenartig verengenden Wänden auf weisen, Fig. <B>5</B> eine Einzelsehaufel in perspektivi- seh#r Ansieht,
welche mit schrägen Bohrun- gen ver sehen ist.
Die beiden Schaufeln des in der Fig. <B>1</B> dargestellten Laufsehaufelpaares sind mit ihrem Sehaufelluss in bekannter Weise in der Läufernabe<B>1</B> befestigt. Das Schaufelblatt 2 ist strömungsgünstig profiliert. und in sich verwunden. Am äussern, dem Gehäuse der be- treffenden Strömungsmaschine zugekehrten Ende ist das Schaufelblatt 2 mit einem Schlitz <B>3</B> versehen. Die Wände 4 dieses Schlitzes<B>3</B> -verlaufen sowohl zueinander als au-eh zur Sehaufelachse selbst parallel.
Der Schlitz be,- findet sieh in der äussern der beiden wand nahen, strömungstechnisch durch den Spalt- einfluss besonders gefährdeten Zonen. Seine Tiefe, beträgt mindestens angenällert <B>115</B> der Gesamthöhe des Sehaufelblattes. Fig. 2 zeigt in etwas grösserem Massstab eine Anordnung, bei welcher der wiederum am äussern Ende des Scha-ufelblattes <B>5</B> an#,eordnete Schlitz<B>6</B> .zwar parallele Sehlitzwände <B>7, 8</B> aufweist;
der Schlitz<B>6</B> selbst ist aber zur Schaufelachse von innen nach aussen in Bewegungsrichtung der betreffen-den Schaufel, (Pfeil<B>A),</B> das heisst des Rotors der Kreiselradmaschine hin ge neigt.
In den Fig. <B>3</B> und 4 ist<B>je</B> eine Draufsicht auf zwei benachbarte Schaufeln dargestellt, wel,ehe gleichfalls mit<B>je</B> einem Schlitz ver sehen sind. Die Wände des Schlitzes<B>10</B> der Seha-Ldeln <B>11</B> nach Fig. <B>3</B> verlaufen dabei zu einander parallel entsprechend den Ausfüh- rungsbeispielen der Fig. <B>1</B> und 2.
In Fig. 4 dage,-en verengen sieh die Wände des Schlit zes<B>13</B> der Sehaufeln 14 in Richtung zur Saugseite<B>15</B> des Schaufelblattes hin düsen- förmig. In den beiden Fig. <B>3</B> und 4 erkennt man auch das dureh die Buchstaben a-d, gekennzeichnete Stüek des Strömungskanals, welches jeweils von den Wänden der zwei be- naehbarten Schaufeln<B>11</B> bzw. 14 begrenzt ist.
Der Austritt der Schlitze<B>10</B> bzw. <B>13</B> an der Profiloberseite 12 bzw. <B>15</B> des Schaufel blattes ist so gewählt, dass er mindestens an genähert am einen Ende c-cl des Strömungs kanals zu liegen kommt.
Fig. <B>5</B> zeigt schliesslich in perspektivischer Ansieht eine Einzelsehaufel 20 ohne Deck band, welche anstatt der obengenannten Schlitze in den beiden wandnahen Zonen (Nabe 21 bzw. Gehäuse) mit schrägen Boh rungen 22 versehen ist, Diese Bohrungen 22 nähern sieh von der Druckseite nach der Saugs#eite der betreffenden Wand. Man er kennt dabei auch die düsenförmige Veren- gung des Kanalquerschnittes der Bohrungen 22 in Richtung zur Schaufelsaugseite, hin.
Die erfindungsgemüssen Öffnungen in der Beschaufelun- können bei jeder axialdurch- strömten Kreiselradmasehine (Turbinen und Verdichter) zur Anwendung gelangen, wobei es gleichgültig ist, mit welchem Arbeitsmittel die Kreiselradmaschinen arbeiten.