DE443163C

DE443163C - Schaufelung fuer Turbomaschinen u. dgl.

Info

Publication number: DE443163C
Application number: DEK79391D
Authority: DE
Original assignee: KARL FROMMN DIPL ING; THEODOR VON KARMAN DIPL ING DR
Current assignee: KARL FROMMN DIPL ING; THEODOR VON KARMAN DIPL ING DR
Publication date: 1927-04-22

Description

Die Erfindung bezweckt, bei Turbomaschinen aller Art durch Verminderung der Stoßverluste und günstigere Gestaltung der Strömungsverhältnisse den Nutzeffekt zu vergrößern. Unter Turbomaschinen sind dabei sowohl die Turboarbeitsmaschinen verstanden, die ein !Medium fördern und dabei dessen Zustand ändern können wie \^rentilatoren, Kompressoren, Pumpen, Propeller,

ίο Schrauben usw.. als auch Turbomotoren, welche die einem Medium innewohnende Energie in mechanische Energie umwandeln, wie Wasserturbinen, Dampfturbinen, Luftmotoren usw.

Bei Turbomaschinen treten aus verschiedenen Gründen anormale Strömungsverhältnisse auf, welche den Wirkungsgrad beeinträchtigen und auch den ruhigen Gang des Betriebes unter Umständen unmöglich machen. Bei Maschinen, die mit tropfbaren Flüssigkeiten arbeiten (z. B. Zentrifugalpumpen, Wasserpropeller), treten solche Störungen durch die sogenannte Kavitation auf, die darin besteht, daß der örtliche Druck

as unter den Dampfdruck der betreffenden Flüssigkeit sinkt und so die Flüssigkeit nicht den ganzen Raum erfüllt, sondern ein mit Luft und Dampfblasen erfüllter Bereich entsteht. Es ist bekannt, der Kavitation dadurch abzuhelfen, daß man die Propellerflügcl mit öffnungen versieht, durch welche der genannte Raum sich wieder mit Flüssigkeit auffüllen kann. Wesentlich verschieden von der Kavitation ist die Ablösung der Strömung durch den Einfluß der durch Reibung abgebremsten Grenzschicht. Diese Erscheinung ist viel allgemeiner und tritt auch bei Turbomaschinen mit gasförmigem Betriebsstoff genau so wie bei tropfbaren Flüssigkeiten auf. Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Beseitigung dieser Erscheinung.

Die Erfindung besteht darin, daß durch Schlitze zwischen Teilen der der Breite nach unterteilten Schaufeln des Laufrades oder Leitrades oder beider eine Nebenströmung herbeigeführt wird, die die Hauptströmung mitreißt und deren Ablösung von der Schaufelwand verhindert. Die Teilschaufeln können dabei in einzelnen gegeneinander verstellbaren Kränzen zusammengefaßt sein. Die Teilschaufeln sind so ausgebildet, daß sie bei geschlossenen Schlitzen auf der Unter- "und Überdruckseite ein ununterbrochenes einheitliches Schaufel profil ausfüllen. Die Regulierung der Zwischenräume kann dabei durch Zudecken, Klappen, ■ Schieber oder Verdrehung der einzelnen Teilschaufeln erfolgen.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar in

Abb. ι einen Schnitt durch zwei benachbarte Schaufeln des Laufrades eines Kreisclkompressors, während

Abb. la dasselbe Laufrad im Radialschnitt darstellt. .

In Abb. 2 ist ein Schnitt gemäß Abb. 1 dargestellt, jedoch mit mehrfacher Unterteilung der Schaufeln.

Abb. 3 zeigt bei der Anordnung nach Abb. ι das Geschwindigkeitsdiagramm.

Abb. 4 zeigt eine Anordnung, bei der die Teilschaufeln in Kränzen zusammengefaßt sind, während

Abb. 4a dieselbe Anordnung mit verschobenen Kränzen zeigt.

Abb. 5 zeigt die Schaufelung einer Achsialturbine in Abwicklung.

Bei der Ausführungsform nach Abb. ι und ra werden die Schaufeln im allgemeinen so konstruiert, daß bei einer bestimmten Betriebsdrehzahl und bei einer bestimmten Fördermenge der Eintritt der Luft bzw. der Betriebsflüssigkeit in das Laufrad stoßfrei erfolgt, wie clics in Abb. 3 dargestellt ist, wo-

bei die Geschwindigkeit ze, als Resultierende der radialen Durchströmuugsgeschwindigkeit C₁ und der Umlaufgeschwindigkeit U₁ die Relativgeschwindigkeit gegen das Laufrad bedeutet. Falls jedoch die Fördermenge {■/.. B. durch Drosselung) vermindert wird, so bildet die relative Geschwindigkeit ze, gegen die ladiale Richtung einen größeren Winkeln«, was einen Stoßverlust verursacht. Die Folge

ίο ist eine Verminderung des Druckes, welcher durch den Kompressor ohne diesen Verlust zu erzielen wäre. Bei weiterer Zunahme des Winkels α erfolgt sogar ein Abreißen der Strömung von der Schaufel, was im Betriebe durch plötzlichen Abfall der Druckhöhe sich kundgibt. Diesen Übelständen wird nach der Erfindung dadurch abgeholfen, daß die Schaufeln a_% c in Abb. ι in mehrere ^Abschnitte a b, b' c unterteilt werden. Falls der Winkel a wächst, strömt ein Teil der Luft oder der Betriebsflüssigkeit durch die Zwischenräume /) b', verhindert den Stoß und reißt den ganzen Flüssigkeitsstrom derart mit, daß derselbe der Schaufelform sich bis zum Punkt c anschmiegt. Dadurch wird insbesondere bei geringerer Fördermenge eine stärkere Drucksteigerung erzielt. Ein weiterer Vorteil der Einrichtung besteht darin, daß, indem sie bei verschiedenen Betriebszuständen das Anschmiegen der Strömung an die Schaufeln sichert, die Anzahl der Schaufeln reduziert werden kann, was !Materialersparnis und Verminderung der Reibungsverluste bedeutet. Durch Erhöhung des Druckes bei Kreiselkompressoren kann auch die Anzahl der nötigen Stufen reduziert werden.

Die Schaufeln können auch gemäß Abb. 2 in mehrere Abschnitte α b, b' c, c' d, d' c

. unterteilt werden, wobei die Zwischenräume h b', c c', d d' entstehen.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 4 und 4a sind die Teilschaufeln in Kränze I und II zusammengefaßt. Die Kränze I und II könne'n fest gegeneinander angeordnet sein oder aber so, daß sie während des Betriebes gegeneinander verstellt werden können (Abb. 4a), wodurch eine Regulierung erzielt werden kann. Vielfach wird es vorteilhaft sein, die Teilschaufeln so anzuordnen, daß bei gewisser Stellung der Laufkränze die Zwischenräume b b' usw. sich vollkommen schließen und die Schaufelabschnitte sich zu einer einzigen glatten Schaufel vereinigen (Abb. 4). Als zweites Beispiel ist die Einrichtung an einer Achsialturbine mit relativ weit auseinander gelegten Schaufeln, nach Art der modernen Schnelläufer, dargelegt. Abb. S stellt das Schaufelsystem der Achsialturbine in der Abwicklung dar, wobei die Geschwindigkeit rclath· gegen das ruhend gedachte Laufrad eingezeichnet sind. Ist bei der Betriebsdrehzahl der Eintritt stoßfrei, so bildet die Zusti ömung bei verminderter Drehzahl mit der Anfangstangente der Schaufel einen stumpfen Winkel γ, so daß an der konvexen Seite der Schaufel die Flüssigkit abzureißen trachtet, was zur Verminderung der Leistung bzw. des Wirkungsgrades führt. Gemäß der Erfindung wird das Schaufelsystem derart unterteilt, daß die in den Zwischenräumen b V durchströmende Flüssigkeit die gesamte Strömung derart regelt, daß auch bei größerer Winkelabweichung von dem stoßfreien Eintritt ein Anschmiegen stattfindet, derart, daß der zweite bzw. dritte Abschnitt b' c. c' d wirksam werden, welche beim Abreißen des Stromes unwirksam wären. Durch Versteh hing der einzelnen Schaufelsysteme I, II, III kann man eine Regelung erreichen, welche der konstruktiv weitaus komplizierteren Verdrehung der Einzelschaufeln gleichwertig sind.

Die Regelung der "Zwischenräume b b', c c' usw. kann statt durch Verdrehung der Kränze auch durch Zudecken, durch Anordnung von Klappen u. dgl. oder durch irgendwelche andere Konstruktion erfolgen. Auch können in bekannter Weise die Teilschaufeln selbst verdreht werden.

Die Einrichtung kann in ähnlicher Weise an Schleuderpumpen, Schraubenventilatoren, go Windrädern, Dampfturbinen usw. angebracht werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaufelung für Turbomaschinen u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß durch Schlitze zwischen Teilen der nach der Breite unterteilten Schaufeln des Laufrades oder Leitrades oder auch bei beiden eine Xebenströmung herbeigeführt wird, die die Hauptströmung mitreißt und deren Ablösung von der Schaufelwand verhindert.

2. Schaufelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmöffnung der Schaufelschlitze verstellbar ist.

3. Schaufelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilschaufein bei geschlossenen Schlitzen auf der Unter- und Überdruckseite ein ununterbrochenes einheitliches Schaufelprofil ausfüllen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.