Schnelläufer-Wasserturbine. Beim Ausbau der Wasserkräfte mit klei nen und mittleren Gefällen und verhältnis mässig grossen Leistungen für die Turbinen einheit ist es schwierig, eine für die unmittel bare Kupplung mit dem Stromerzeuger ge nügend hohe Drehzahl zu erzielen.
Da die Kosten eines Stromerzeugers von sich gleichbleibender Leistung bei kleiner werdender Drehzahl sehr stark zunehmen, so herrschte von jeher das Streben, zwecks Kostenverminderung, die Schnelläufigkeit der Turbine möglichst zu steigern.. Diese Be strebungen haben zu Bauarten geführt, die in durchaus wirtschaftlicher Weise die un mittelbare Kupplung mit den Stromerzeugern auch für solche Gefälle und Leistungen ge statten,
für welche früher Übersetzungs getriebe eingeschaltet werden muss-ten. Dies wird bei einer dieser Bauarten mit Hilfe von im Verhältnis zur Teilung sehr kurzen Laufradschaufeln in Verbindung mit ihrer Drehbarkeit in der Laufradnabe erreicht. Diese Bauart ermöglicht auch bei Einhaltung von sehr grossen spezifischen Drehzahlen, den Wirkungsgrad der Turbine bei stark wech- selnder Belastung beinahe unverändert zu halten. Es führt dies allerdings zu ziemlich verwickelten Laufradausführungen.
Bei einer andern Schnelläuferbauart wer den feststehende und schräg zur Turbinen achse angeordnete Laufradschaufeln mit ver hältnismässig kleinen Schaufelflächen ver wendet. Diese bekannten Bauarten sind in folge der spezifisch starken Schaufelbelas tungen nur bis zu ei nein gewissen -Gefälle anwendbar, da sonst bei Vergrösserung der absoluten Geschwindigkeit im Laufrade Ka- vitationen (das heisst Loslösung des Wassers vom Schaufelrücken) auftreten, welche nicht nur einen starken Wirkungsgradabfall zur Folge haben, sondern .auch zu Korrosions erscheinungen im Laufrad führen.
Man kann nun allerdings bis zu einem gewissen Grade das Auftreten dieser .Erscheinungen durch Verkleinerung des Sauggefälles hinausschie ben, doch nur so weit, als eine Tiefstellung der Turbine aus betriebstechnischen Gründen möglich ist. Die spezifisch starken Schaufel belastungen, welche bei Anwendung von ver hältnismässig kleinen Schaufelflächen auf- treten, können ausserdem zu Labilitäts- er:cheinungen führen, welche nicht nur die Regulierung der Turbine sehr erschweren, sondern auch betriebsstörend wirken.
Aus der Erkenntnis dieser Vorgänge her aus ist nun die Gegenstand vorliegender Er findung bildende Schnelläufer-Wasserturbine hervorgegangen. B,-.i dieser Turbine mit, hauptsächlich achsial durchströmtem Lauf rad, das mindestens vier als allgemeine Schraubungsflächen ausgebildete Schaufeln ohne Aussenkranz besitzt, weist erfindungs gemäss die auf dem äussersten Zylinderschnitt der Schaufeln liegende Leitkurve der Schrau- bungsfläche eine schwache Krümmung auf, und es ist die wahre Schaufellänge, auf die sem Zylinderschnitt gemessen,
kleiner als die in diesem Schnitte liegende Schaufelteilung.
Auf den beiliegenden Zeichnungen, die beispielsweise Ausführungsformen zeigen, ist der Erfindungsgegenstand für verschie dene Einbauarten abgebildet, und zwar in: Fig. 1 in Verbindung mit einer Leitvor- richtung mit radialer Wasserzuströmung, in Fit'-. ? mit einer Leitvorrichtung mit achsialer Wasserzuströmung, und in Fig. 3 mit einer Leitvorrichtung, welche eine diagonale Wasserzuströmung aufweist;
Fig. 4 zeigt abgewickelte Zylinderschnitte des Laufrades nach der Linie x-x: bezw. ,y-y der Fig. 1.
In Fig. 1 sind a. drehbare Leitschaufeln einer Leitvorrichtung, welche eine radiale Zuströmung aufweist und mit welcher die zufliessende Wassermenge geregelt wird. b ist ein zwischen den Leitschaufeln ca und einem Laufrad c vorgesehener Sebaufelspalt, der sehr grosse Abmessungen aufweist und in welchem das Wasser von der radialen in die achsiale Richtung umgelenkt wird.
Das Laufrad c weist mindestens vier Schaufeln auf, die an einer Nabe d befestigt sind, wel che ihrerseits von der Welle e der Turbine getragen wird. Die Eintrittskante 1-1 der Laufradschaufel steht senkrecht auf der Laufradachse, und ebenso die Austritts kante 3--3. Das Laufrad c weist aussen kei nen Kranz auf, das heisst die Schaufeln sind wie bei einem Schiffspropeller aussen unter einander nicht verbunden. An das Lauf rad c schliesst sich ein Saugrohr f an, welches als gerades,
rundes und nach un ten konisch sich erweiterndes Saugrohr oder als Krümmer ausgebildet sein kann und in einen nicht gezeigten Unterwasserkanal aus giesst.
Die Schaufeln des Laufrades c weisen eine schwache Krümmung auf und ihre wahre Länge i, (Fig. 4) am äussersten Zylinderschnitt ist kleiner als die im glei chen Schnitt liegende Schaufelteilung t, Dieser Schaufelschnitt bildet die Leitkurve der Schraubungsflä ehe, welch letztere die Schaufelfläche ist. Diese Schaufelfläche wird dadurch erzeugt, dass eine schwach ge krümmte Linie längs der Leitkurve so gleitet, dass sie die Laufradachse stets schneidet und immer parallel zu einer Ebene bleibt, welche senkrecht oder beinahe senkrecht zu jener Drehachse des Laufrades steht.
Im Schnitt weisen die Laufschaufeln, wie im untern Teil der Fig. 4 gezeigt, eine stärkere Krümmung auf, wobei ihre wahre Länge iy grösser als die im gleichen Schnitte liegende Schaufelteilung ty ist.
Wie in Fi-. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, kann die Ebene, zu welcher die Erzeugende parallel bleiben soll, auch schräg zur Laufradachse sein, in welchem Falle dann auulr die Eintrittskante 1-2 und die Austrittskante 3-4 schräg zur Laufrad achse sind.
In Fig. 2 ist der Einbau eines Lauf rades der beschriebenen Bauart in eine rein achsial angeordnete Turbine dargestellt. Das Wasser fliesst in diesem Falle in der Rich tung der Drehachse auf die Leitschaufeln a, durchströmt diese ebenfalls in achsialer Rich tung und gelangt durch den in diesem Falle kleinen Schaufelspalt b ohne Umlenkung in das mindestens vier Schaufeln aufweisende Laufrad c. Durch das Saugrohr f wird das Wasser schliesslich in den nicht gezeigten Unterwasserkanal übergeführt.
Fig. 3 zeigt schliesslich eine Bauart mit diagonaler Zuströmung des Wassers zu den Leitschaufeln a.. Es bezeichnet hier wieder um b den Schaufelspalt, c das Laufrad und f das Saugrohr. Das Laufrad, welches eben falls mindestens vier Schaufeln aufweist, ist in gleicher Weise geformt, wie mit Bezug auf Fig. 1 und 4 beschrieben wurde.
Die Laufschaufeln der beschriebenen Bau art sind relativ bedeutend grösser als die jenigen der eingangs erwähnten Bauarten, so dass die spezifische Schaufelbelastung be deutend kleiner wird. Die Arbeitsfläche der Schaufel ist ferner gesetzmässig geformt, in dem sie als allgemeine Schraubungsfläche ausgebildet ist. Infolge dieser gesetzmässigen Gestaltung dieser Flächen ist es in Verbin dung mit der zweckmässig gewählten Schau fellänge nicht nur möglich, einen hohen Grad von Schnelläufigkeit zu erreichen, sondern auch Wirkungsgrade zu erzielen, welche höher liegen als 'die mit a11 den bis heute bekannten Bauarten erreichten.
Die gesetz- m 'issige Gestaltung der Schaufelfläche ge stattet auch eine leichtere rechnerische Ver folgung der Strömungsvorgänge. Da das Laufrad immer in der Hauptsache achsial durchströmt wird, so erfolgt die Bewegung des Wassers durch dasselbe auf Zylinder- oder Kegelflächen, und es ist infolgedessen ciie Berechnung der Strömungsvorgänge mit Hilfe der zweidimensionalen Turbinentheorie möglich.
Die beschriebene Gestaltung des Laufrades gestattet also eine sichere Voraus berechnung der durch dieses fliessenden Wassermenge, sowie eine rechnerisch einiger- massen voraus bestimmbare Ermittlung des Wirkungsgrades.
Da die Arbeitsfläche der Laufradschau- feln eine gesetzmässig x erlaufeii(.lc Sclirau- bungsfläche ist, so bietet die Herstellung des Schaufelmodelles fabrikationstechnisch ge genüber den bisherigen Schaufelformen sehr grosse Vorteile, da nur die auf dem äusser sten Zylinderschnitt liegende Schaufelkurve konstruiert werden muss.
Die Schaufelfläche wird dann gebildet durch Gleiten einer schwach gekrümmten Erzeugenden längs der auf dem äussersten Zylinderschnitt liegenden Schaufelkurve, wobei diese Erzeugende auch stets die Drehachse schneidet und während des Gleitens stets parallel zu einer senkrecht oder annähernd senkrecht zu der Drehachse stehenden Ebene bleibt.