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Für kompressible Medien bestimmte Strömungsmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine für kompressible Medien bestimmte Strömungsmaschine, deren
Läufer von geschlossenen, räumlich gekrümmten Kanälen durchsetzt ist, von denen die Ein- und Aus- trittsöffnungen in verschiedenen Radialebenen liegen. Solche rotierende Strömungsmaschinen dienen der Entspannung oder Verdichtung von gasförmigen Stoffen oder von Gemischen gasförmiger Medien mit
Flüssigkeiten, gegebenenfalls auch mit festen Teilchen in feiner Verteilung.
Es sind Radial-Strömungsmaschinen bekannt, bei denen das Arbeitsmittel im Bereich der Drehachse vorwiegend axial und im Bereich zunehmender Umfangsgeschwindigkeit vorwiegend radial geführt wird.
Im allgemeinen strömt bei Kraftmaschinen dieser Bauarten das Medium in zentripetaler und bei der- artigen Arbeitsmaschinen in zentrifugaler, in Sonderfällen aber auch in entgegengesetzter Richtung.
Bei den bekannten Strömungsmaschinen ist eine Geschwindigkeitsdifferenz des Umlaufes zwischen Leit- system und Laufsystem wirksam, wobei das Leitsystem langsamer umläuft als das Laufsystem, meist je- doch feststeht, in manchen Fällen aber auch in entgegengesetzter Drehrichtung umläuft. Einfachheitshalber werden die Teile, die das leitsystem enthalten, als ruhende oder feststehende Teile bezeichnet, während der mit dem Laufsystem ausgerüstete Teil Laufapparat genannt wird. Bei der Schilderung der
Erfindung wird nachfolgend stets vom feststehenden Teil der Maschine einerseits und vom umlaufenden
Teil anderseits gesprochen. Dementsprechend beziehen sich Leitelemente, wie Leitapparate, Leitschaufeln usw. auf den feststehenden Maschinenteil, während Laufapparate, Laufschaufeln usw. dem rotierenden Teil angehören.
Maschinen dieser Radial-Bauarten haben sich für bestimmte Kennzahlbereiche in der Praxis bewährt. Innerhalb bestimmter Drehzahlbereiche und für bestimmte Durchsatzmengen kann man damit hohe Wirkungsgrade erzielen. Diese Maschinen erfordern aber einen hohen Raum- und Materialaufwand bei hohem Stufengefälle, d. h. bei kleiner Schnelläufigkeit, je Stufe und erreichen nur begrenzte Wirkungsgrade. Aus diesem Grunde pflegt man Radial-Maschinen dieser Art bei Vorhandensein grosser Druckgefälle meist auch in radialer Richtung in mehrere Stufen zu unterteilen, wobei die Strömungsrichtung zentrifugal oder auch abwechselnd zentripetal und zentrifugal sein kann.
Im Gegensatz zu den bekannten Strömungsmaschinen, bei denen sowohl im feststehenden als auch im umlaufenden Teil Schaufeln zur Führung und Abstützung der Strömung verwendet sind, ist bereits eine Strömungsmaschine bekanntgeworden, bei der das gasförmige oder dampfförmige Medium im Maschinenläufer durch geschlossene Kanäle in demselben geführt wird. Bei einer derartigen bekannten Strömungsmaschine tritt das Medium in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit in geschlossenen Kanälen tangential in den Läufer ein und verlässt ebenfalls tangential in entgegengesetzter Richtung wieder den Läufer. Die Ein- und Austrittsstellen der Strömung am Läufer sind dabei durch einen geschlossenen, im Innern des Läuferkörpers angeordneten Kanal miteinander verbunden, der das Arbeitsmittel in der Projektion auf eine Tangentialebene an den Läufer um einen Winkel von etwa 1800 umlenkt.
Bei einer
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besonderen Strömungsmaschine dieser Art ist der Kanal zusätzlich zu dieser Krümmung in der Tangen- tialebene in der Projektion auf eine zur Drehachse senkrechte Ebene beim Eintritt in den Läufer in Rich- tung zur Drehachse hin, beim Austritt jedoch von der Drehachse weg stetig gekrümmt, so dass die Strö- mung eine stetige Raumkurve beschreibt, zu deren Darstellung mindestens zwei Krümmungshalbmesser in verschiedenen zueinander senkrechten Ebenen erforderlich sind, von denen mindestens ein Krüm- mungshalbmesser mindestens die doppelte Länge des mittleren Kanaldurchmessers besitzt.
Eine Wei- terbildung dieser bekannten Maschine besteht darin, dass der durch eine stetig gekrümmte Kurve be- grenzte Kanalquerschnitt im Leit- und Laufkörper vor der Mündung stetig in einen Querschnitt über- geht, der an der Mündungsstelle durch eine gekrümmte Kurve und eine Gerade von gleichbleibender
Länge begrenzt ist.
Derartige,"Tangentialmaschinen"benannte, Strömungsmaschinen lassen sich in weiten Drehzahl- grenzen und für unterschiedliche Belastungen betreiben. Die Tangentialmaschinen eignen sich be- sonders für hohe Stufengefälle und kleine Schnellaufzahlen. Sie erreichen jedoch im allgemeinen nicht den hohen Wirkungsgrad der bekannten eingangs geschilderten Radial- und Axial-Maschinen, weil die
Kanäle im Innern des Läufers Strecken aufweisen, in denen Strömungsverluste entstehen, ohne dass dort ein Beitrag zum Energieumsatz geleistet wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Tangentialmaschine, bei der jedoch Kanalstrecken, in denen kein Energieumsatz oder nur ein geringer Energieumsatz stattfindet, vermieden werden.
Die Erfindung besteht darin, dass bei einer Strömungsmaschine der oben beschriebenen Art jeder
Kanal in der Nähe der Welle in axialer Richtung in das Laufrad eintritt, danach mittels einer Krüm- mung in einen gekrümmten Abschnitt, der in einer normal zur Laufradwelle stehenden Ebene liegt, übergeht und schliesslich im Bereich des Laufradumfanges mittels einer weiteren Krümmung mit einem
Abschnitt, dessen Achse im Längsschnitt durch den Läufer gesehen parallel zur Läuferwelle verläuft, unter spitzem Winkel aus der Stirnfläche des Laufrades austritt.
An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen ein Aus- führungsbeispiel in seinen für die'Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter schematischer
Darstellung. Fig. l zeigt einen Längsschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2.
Wie die Zeichnungen erkennen lassen, handelt es sich hiebei um Strömungsmaschinen, die im Bereich der niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten das Radialprinzip ausnutzen, während sich das Tangen- tialprinzip auf den Bereich hoher Umfangsgeschwindigkeiten beschränkt. Im Gegensatz zu den bekannten Strömungsmaschinen mit Schaufelläufern ist bei der Maschine nach der Erfindung ein Läuferkörper vorgesehen, in dessen Kern sich Kanäle befinden. Ein derartiger, mit Kanälen versehener Läuferkörper unterscheidet sich vom Schaufelläufer vornehmlich durch eine relativ grosse Materialanhäufung im mittleren Umfangsbereich.
Wie die Zeichnungen veranschaulichen, tritt jeder Kanal in der Nähe der Welle in axialer Richtung gemäss dem Pfeil--21-- in das Laufrad ein. Es folgt hierauf ein Übergang mittels einer Krümmung-22- in einen gekrümmten Abschnitt --23--, der in einer normal zur Laufradwelle stehenden Ebene liegt. Schliesslich tritt jeder Kanal im Bereich des Laufradumfanges mittels einer weiteren Krümmung mit einem Abschnitt --24--, dessen Achse im Längsschnitt durch den Läufer gesehen parallel zur Läuferwelle verläuft, unter spitzem Winkel aus der Stirnfläche des Laufrades aus.
Bei mehrstufigen Maschinen kann sich an das Laufrad bei Eintritt in die erste bzw. bei Austritt aus der letzten Stufe in an sich bekannter Weise ein Spiralgehäuse anschliessen.