DE193313C - - Google Patents

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

-M 193313 KLASSE 59 b. GRUPPE -M 193313 CLASS 59 b. GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. Mai 1904 ab. Patented in the German Empire on May 3 , 1904.

Bei Schleuderpumpen, bei denen das Laufrad der Pumpe unmittelbar in das anschließende zum Druckrohre führende Gehäuse der Pumpe ausgießt, geht die absolute Austrittsgeschwindigkeit der Druckflüssigkeit zum größten Teil durch Stoß- und Wirbelbildung verloren. Sie ist bei nicht sehr kleinen Förderhöhen anfangs groß, während die Geschwindigkeit in den LeitungsröhrenWith centrifugal pumps, in which the impeller of the pump directly into the subsequent Pouring the housing of the pump leading to the pressure pipes, the absolute exit speed of the hydraulic fluid goes mostly lost due to shock and vortex formation. She is at not very small heads initially great, while the speed in the conduits

ίο auch bei großen Förderhöhen nur ι bis 2 m betragen soll.ίο only ι up to 2 m even with high delivery heights should be.

Dieser Geschwindigkeitsverlust kann unter Umständen vermindert werden durch ein festes Leitrad, das hinter dem Laufrade der Pumpe in bekannter Weise angeordnet wird. Dabei ist aber Bedingung, daß das Laufrad der Pumpe nur mit einer bestimmten günstigsten Umdrehzahl, d. h. mit einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit betrieben wird, damit der Stoß des Druckwassers gegen die festen Leitschaufeln vermieden wird.This loss of speed can be reduced by a Fixed stator, which is arranged behind the impeller of the pump in a known manner. However, it is a condition that the impeller of the pump is only favorable with a certain one Speed, d. H. is operated with a certain peripheral speed, so that the shock of the pressurized water against the fixed guide vanes is avoided.

Durch das Leitrad soll die Geschwindigkeitshöhe The speed level should be determined by the guide wheel

des Austrittswassers aus demof the outlet water from the

Laufrade innerhalb der Zellen des"Leitrades infolge allmählicher Querschnittsänderung in Druckhöhe (Pressung) des Wassers übergeführt werden, indem die Pressung des Wassers in den Leitzellen des Leitrades im Verhältnisse der Geschwindigkeitsabnahme allmählich zunehmen soll.Impellers within the cells of the "stator as a result of a gradual change in cross-section in Pressure head (pressure) of the water can be transferred by the pressure of the water in the guide cells of the stator in the The rate of decrease in speed should gradually increase.

Diese Annahme hat aber, wie Versuche ergeben haben, nur sehr bedingte Gültigkeit, denn auch bei sorgfältigster Wahl der Überführungsquerschnitte entstehen meist ebenso große Verluste, wie bei einer plötzlichen QuerHowever, as tests have shown, this assumption has only very limited validity, because even with the most careful selection of the cross-sections, the cross-sections usually result in the same way great losses, such as a sudden cross

schnittsänderung (vgl. Zivilingenieur 1878, S. 98. — Schweizerische Bauzeitung, Bd. 42 Nr. 8, Fliegner »Ein neuer Weg zur Berechnung der Staukurve«. ■— Zeitschrift für das gesamte Turbinenwesen 1906, S. 12 bis 14). Bei dem vorliegenden Erfindungsgegenstand sollen nun solche Energieverluste vollständig vermieden werden dadurch, daß hinter dem Leitrade der Pumpe eine Hilfsturbine eingeschaltet ist, welche als Kraftmaschinechange of section (see civil engineer 1878, p. 98 - Schweizerische Bauzeitung, vol. 42 No. 8, Fliegner "A new way of calculating the stagnation curve". ■ - magazine for the entire turbine system 1906, pp. 12 to 14). In the present subject matter of the invention, such energy losses should now be complete can be avoided in that an auxiliary turbine is switched on behind the stator of the pump, which acts as a prime mover

wirkt und die Geschwindigkeitshöhe" inacts and the speed level "in

mechanische Arbeit (Raddreharbeit) umwandelt. Diese Raddreharbeit wird der Pumpenwelle wieder zugeführt, so daß die zum Betriebe der Pumpe, also zum Heben der Flüssigkeit auf bestimmte Förderhöhe, von außen zuzuführende Dreharbeit entsprechend vermindert wird. ■converts mechanical work (wheel turning work). This wheel turning work becomes the pump shaft fed back, so that the operation of the pump, so to lift the liquid to a certain head, of externally supplied turning work is reduced accordingly. ■

Von den in der Zeichnung beispielsweise dargestellten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes zeigt Fig. ι einen Vertikalschnitt einer Anordnung, bei welcher ein Pumpenlaufkranz P mit einem Turbinenlaufkränz T verbunden ist, wobei zwischen diesen beiden Laufkränzen P und T das feststehende Leitrad L liegt. Hier sind P und T durch gemeinsame Radnaben zu einem einzigen Radkörper verbunden. Jedoch können auch das Laufrad der Pumpe und das Laufrad' der Hilfsturbine als gesonderte Radkörper ausgeführt werden. Durch das zwischen Pumpenlaufradkranz P und Turbinenlaufradkranz T eingeschaltete und an jeder dieser beiden Räder unmittelbar anschließende Leitrad L wird die aus P mit der Geschwindig-From the example shown in the drawing embodiments of the subject invention, FIG. Ι a vertical section of an arrangement in which a pump running ring P is connected to a Turbinenlaufkränz T, wherein the fixed stator L lies between these two running rings P and T. Here P and T are connected to a single wheel body by common wheel hubs. However, the impeller of the pump and the impeller of the auxiliary turbine can also be designed as separate wheel bodies. By the turned-on between the pump impeller shroud P and turbine rotor ring T and at each of these two wheels directly adjacent stator L consisting of P with the velocity

keit c_a austretende Druckflüssigkeit (Fig. 2) als Aufschlagflüssigkeit zur Turbine geführt und tritt am Ende des Leitrades (Fig. 3) mit der absoluten Geschwindigkeit el in das Turbinenlaufrad, um hier Raddreharbeit zu leisten. Nachdem die Aufschlagflüssigkeit der Hilfsturbine an diese ihre Geschwindigkeitsenergiespeed c _a escaping hydraulic fluid (Fig. 2) as impact fluid to the turbine and occurs at the end of the stator (Fig. 3) with the absolute speed el in the turbine wheel to perform wheel turning work here. After the impact liquid of the auxiliary turbine to this its speed energy

zum größten Teile abgegeben hat, wirdhas given up for the most part, is

sie mit der Geschwindigkeit c^l _a die Turbine verlassend, unmittelbar in das Steigrohr der Pumpe übergeführt.leaving the turbine at the speed c ^l _a , it is transferred directly into the riser pipe of the pump.

Die Bauart der Hilfsturbine ist demnach so zu wählen, daß dieselbe tatsächlich nur Turbine, d. h. Kraftmaschine ist und nicht etwa noch als Pumpe wirkt und dabei die Pressung vermehrt.The design of the auxiliary turbine is therefore to be selected so that the same actually only Turbine, d. H. Is a power machine and does not act as a pump and thereby the Pressing increased.

Wenn die Wasserpressungen vor und hinter dem Turbinenlaufrade gleich bleiben sollen, muß die Hilfsturbine als sogenannte Gleichpressungsturbine (Grenzturbine, Aktionsturbine) ausgeführt werden, welche lediglich als absolutes Aufschlagsgefälle die Geschwindig-If the water pressures in front of and behind the turbine impeller are to remain the same, the auxiliary turbine must be used as a so-called equal pressure turbine (Limit turbine, action turbine), which only show the speed as an absolute impact gradient

keitshöheheight

in Raddreharbeit umzusetzento implement in wheel turning work

hat. Auch innerhalb der Leitkanäle des Leitrades ist eine Veränderung in der Pressung des durchfließenden Wassers zu vermeiden. Das zwischengeschaltete Leitrad ist also im Gegensatze zu der bekannten Bauart der hinter dem Pumpenlaufrade angeordneten Leiträder mit Erweiterung der durchlaufenden Leitquerschnitte so zu bauen, daß c_a = el wird. Abgesehen von unvermeidlichen Leit- oder Reibungswiderständen wird dann auch die Pressung am Austritte des Pumpenlaufrades am Radius r_a dieselbe sein wie vor dem Turbinenlaufrade am Radius r\ und hinter dem Turbinenlaufrade am Radius r\. Has. A change in the pressure of the water flowing through must also be avoided within the guide channels of the diffuser. In contrast to the known design of the guide wheels arranged behind the pump impeller with expansion of the continuous guide cross-sections, the intermediate stator is to be built in such a way that c _a = el . Apart from unavoidable conductive or frictional resistances, the pressure at the outlet of the pump impeller at radius r _{a will be the} same as in front of the turbine impeller at radius r and behind the turbine impeller at radius r.

Die Pumpe ist mithin ebenso zu berechnen wie bei der älteren Pumpenbauart ohne Hinterleitrad, als wenn die Geschwindigkeitshöhe durch Stoß gegen die Gehäusewand The pump must therefore be calculated in the same way as with the older type of pump without Rear idler, as if the speed level by impact against the housing wall

igig

fast vollständig verloren ginge. Dieser anscheinende Verlust wird durch die Hilfsturbine um so mehr wieder eingebracht, je höher der Wirkungsgrad der Hilfsturbine ausfällt.would be almost completely lost. This apparent loss is caused by the auxiliary turbine the more it is reintroduced, the higher the efficiency of the auxiliary turbine fails.

Um dies zu erreichen, ist der Eintrittsradius r\ der Hilfsturbine kleiner gewählt als In order to achieve this, the entry radius r \ of the auxiliary turbine is chosen to be smaller than

' der Austrittsradius r_a des Pumpenrades. Das dies von Vorteil ist, ergibt sich aus folgendem: Die Aufschlaggeschwindigkeit c\ entspricht bei stoßlosem Gange der Turbine einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit v\ des Turbinenlaufrades. Sonach ist y\ abhängig von der für die Pumpe bereits bestimmten besten Umfangsgeschwindigkeit v_a. 'the outlet radius r _{a of} the impeller. That this is advantageous results from the following: The impact speed c \ corresponds to a certain circumferential speed v \ of the turbine impeller when the turbine runs smoothly. So y \ depends on the best circumferential speed v _a that has already been determined for the pump .

Aus der Anordnung der Laufkränze P und T auf gemeinsamer Welle folgt auch gemeinsame Umdrehzahl für beide Lauf räder, so daß v\ v_a = rl r_a werden muß. Nach den bekannten Regeln des Turbinenbaues ist es für die Erlangung eines guten Wirkungsgrades günstig, wenn die Umfangsgeschwindigkeit vl /_ el, und zwar etwa nur halb so groß gewählt wird. Da aber c\ = c_a bestimmt worden ist, so gilt auch v\ /_ c_a. The arrangement of the running rings P and T on a common shaft also results in a common speed of rotation for both running wheels, so that v \ v _a = rl r _a . According to the well-known rules of turbine construction, it is favorable for achieving a good degree of efficiency if the peripheral speed vl / _ el is chosen to be about half as large. But since c \ = c _{a has been} determined, then v \ / _ c _a also holds.

Bei dem Pumpenrade ist je nach Wahl der Schaufelwinkel und der Umdrehzahl der Pumpe die absolute Austrittsgeschwindigkeit c_a des Druckwassers abhängig von der gewählten Umfangsgeschwindigkeit des Pumpenrades v_a. In the case of the impeller, depending on the choice of the blade angle and the number of revolutions of the pump, the absolute outlet speed c _{a of} the pressurized water is dependent on the selected peripheral speed of the impeller v _a .

Um die Reibungsverluste für Wasserführung im Leitrad bei großem c_a klein zu halten, wird vorteilhaft c_a /_v_a genommen, was durch passende Wahl der Schaufelwinkel an der Pumpe zu erreichen ist.In order to keep the friction losses for water guidance in the stator small with a large c _a , it is advantageous to take c _a / _v _a , which can be achieved by a suitable choice of the blade angle on the pump.

Mit vl /_ c_a und c_a Z. v_a ergibt sich vl /_ v_a. Der Bedingung vl Z. v_a entspricht aber r\ /_r_a. With vl / _ c _a and c _a Z. v _a we get vl / _ v _a . However, the condition vl Z. v _a corresponds to r \ / _r _a .

Diese Bedingung, die den Einlauf- und Auslaufradius des zwischengeschalteten Leitrades in seinen Abmessungsverhältnissen bestimmt, ist also ein wesentliches Kennzeichen des Erfindungsgegenstandes. Demgemäß ist auch bei den Ausführungsformen nach Fig. 1, 4, 5 und 6 der Eintrittsradius rl der Hilfsturbine kleiner als der Austrittsradius r_a des Pumpenrades.This condition, which determines the inlet and outlet radius of the intermediate guide wheel in terms of its dimensions, is therefore an essential characteristic of the subject matter of the invention. Accordingly, in the embodiments according to FIGS. 1, 4, 5 and 6 too, the inlet radius rl of the auxiliary turbine is smaller than the outlet radius r _{a of} the pump wheel.

Wie Fig. ι zeigt, können das Leitrad und der Turbinenlaufradkranz der Hilfsturbine so geschaltet und angeordnet werden, daß das austretende Wasser in axialer Richtung unmittelbar zum Steigrohr abgeführt wird. Diese Anordnung wird auch dadurch erleichtert, daß rl l_r_a gewählt werden muß, und sonach der Austrittsradius r\ des Turbinenlaufrades auch so klein ausfallen kann, daß ein unmittelbarer Anschluß ah die Radwelle entsteht.As Fig. Ι shows, the stator and the turbine wheel rim of the auxiliary turbine can be switched and arranged so that the exiting water is carried away in the axial direction directly to the riser pipe. This arrangement is also facilitated by the fact that rl l_r _a must be selected, and accordingly the exit radius r \ of the turbine runner can also be so small that a direct connection ah the wheel shaft is created.

Bei solcher axialer Abführung der die Turbine verlassenden Flüssigkeit wird das neue System auch zur Anwendung bei Vereinigung mehrerer Pumpen in der Form einer Verbundpumpe (Fig. 4) geeignet, da hier das aus der Hilfsturbine axial austretende Förderwasser unmittelbar auf kürzestem Wege dem nächstfolgenden Pumpenlaufradkränze ϊιο zugeführt werden kann.With such an axial discharge of the liquid leaving the turbine, this becomes The new system is also suitable for use when several pumps are combined in the form of a compound pump (Fig. 4), since here the conveyed water exiting axially from the auxiliary turbine directly by the shortest route the next following pump impeller rings ϊιο can be fed.

Wird die Hilfsturbine mit Pressungsgleichheit des Ein- und Austrittswassers, also als Grenzturbine ausgeführt, so kann sie im übrigen nach den für Grenzturbinen üblichen Bauformen als Axial- oder Radialturbine ausgebildet werden. Wird die innenschlächtige Radialturbine gewählt, so kann (Fig. 5 und 6) das aus der Turbine austretende Förderwasser in einem umschließenden Sammelgefäß zu dem Steigrohr der Pumpe geführt werden, das dann seitlich zu diesem Gefäße an-If the auxiliary turbine with equal pressure of the inlet and outlet water, so as When running limit turbines, it can moreover according to the usual for limit turbines Structures are designed as an axial or radial turbine. Becomes the inner slaying one Radial turbine selected, so can (Fig. 5 and 6) the conveyed water emerging from the turbine in an enclosing collecting vessel to the riser pipe of the pump, which is then attached to the side of this vessel.

geordnet wird. Um solche Anordnung zu ermöglichen, muß das Leitrad gekrümmt werden, wie Fig. .5 und 6 zeigen.is sorted. To enable such an arrangement, the stator must be curved as Fig. 5 and 6 show.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:Patent Claims: i. Schleuderpumpe mit einer als Kraftmaschine gebauten Hilfsturbine mit gleicher Umdrehzahl auf gemeinsamer Welle, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pumpenlaufrad (P) und Turbinenlaufrad (T) ein an beide mit je einem Spalt anschließendes festes Leitrad (L) eingeschaltet ist, dessen Eintrittsradius größer ist als der Äustrittsradius, während die hindurchgeleitete Flüssigkeit am Austritt des Leitrades dieselbe Pressung wie am Eintritt behält.i. Centrifugal pump with an auxiliary turbine built as a prime mover with the same number of revolutions on a common shaft, characterized in that between the pump impeller (P) and the turbine impeller (T) there is a fixed stator (L) connected to each of the two with a gap, the inlet radius of which is greater than the Outlet radius, while the liquid passed through retains the same pressure at the outlet of the diffuser as at the inlet. 2. Ausführungsform der Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung des Turbinenlaufrades, daß die aus diesem austretende Flüssigkeit in axialer Richtung abgeführt wird, zum Zwecke, bei Hintereinanderschaltung mehrerer Pumpen mit je einer Hilfsturbine als Verbundpumpe die Austrittsflüssigkeit jeder Hilfsturbine unmittelbar in das nächstfolgende Pumpenlaufrad überzuführen.2. Embodiment of the pump according to claim 1, characterized by a Such an arrangement of the turbine impeller that the liquid emerging from this is carried away in the axial direction is, for the purpose, when connecting several pumps in series, each with one Auxiliary turbine as a compound pump, the exit liquid of each auxiliary turbine directly to be transferred to the next following pump impeller. 3. Ausführungsform der Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein doppelt gekrümmtes Leitrad und einen die Flüssigkeit in radialer Richtung in ein umschließendes Sammelgehäuse ausgießenden Turbinenradkranz.3. Embodiment of the pump according to claim 1, characterized by a double curved stator and a pouring the liquid in the radial direction into an enclosing collecting housing Turbine wheel rim. Hierzu ι Blatt Zeichnungen.For this purpose ι sheet of drawings.