Turbinenlaufrad mit beclierförmigen, strahlbeaufschlagten Schaufeln. Bei Laufrädern mit. becherförmigen, strahlbeaufschlagten Schaufeln ergibt die vom Strahl herrührende, periodisch auf tretende Umfangskraft infolge der fliegen den, das heisst einseitig eingespannten An ordnung der Schaufeln sehr ungünstige Be anspruchungen, insbesondere an der Ein spannstelle, das heisst an der Schaufel wurzel.
Diese Beanspruchungen haben ihrer seits elastische Durchbiegungen und damit Vibrationen der Schaufel zur Folge und führen erfahrungsgemäss leicht zu vorzei tigen Materialermüdungen und damit zu ge fährlichen Rissbildungen und vorzeitigem Unbrauchbarwerden des Rades bezw. der Schaufeln.
Ganz besonders unangenehm wir ken sich die vorgenannten Beanspruchungen und Vibrationen bei in einem Stück gegos senen Rädern oder Radkränzen aus, da das Material derselben infolge der grossen Kom pliziertheit eines solchen Gussstückes sehr leicht äusserlich nicht feststellbare Haarrisse und örtliche Inhomogenitäten und damit ört- liehe Schwächen in sich birgt, die natur gemäss, je nach ihrer Lage und Ausdehnung den Ermüdungsprozess ganz wesentlich be schleunigen.
Die oben dargelegten Verhältnisse seien nachstehend noch näher beleuchtet durch eine Zergliederung der Vorgänge, die sich hinsichtlich der vorgenannten Beanspru chungen in einem Laufrade mit becherförmi- gen Schaufeln abspielen.
Im Momente des Strahlauftreffens auf der Schaufel werden die dem Strahl zuge kehrten Schaufelfasern in der Hauptsache auf Zug, jene am Schaufelrücken in der Hauptsache auf Druck beansprucht und wird die Schaufel in Richtung des Strahldruckes elastisch ausbiegen. Im nächsten Augen blicke, das heisst wenn die Spannkraft der Schaufel gegenüber dem abnehmenden Strahldruck überwiegt, was noch vor dem vollen Austritt des Strahles aus der Schau fel der Fall sein wird, schwingt die Schaufel um ihre Wurzel zurück, und zwar über die Ruhelage hinaus. Damit ist ein Richtungs wechsel der Beanspruchungen in den Schau felfasern verbunden.
Dieses Hin- und Her Schwingen der Schaufel, wobei @ die Ampli tuden natürlich ausserordentlich klein sind, wiederholt sich so lange bis die Schaufel zur Ruhe kommt. Wir haben es hier offenkundig mit dem an sich ungünstigen Falle der dauernd wechselnden Belastung zu tun, für welchen die Festigkeitslehre, speziell die Wöhlerschen Dauerversuche, die Notwen digkeit einer wesentlichen Verminderung der zulässigen Spannungen lehrt. Was aber beim Laufrad mit den üblichen, fliegend an geordneten Becherschaufeln die Beanspru chung noch ganz wesentlich ungünstiger ge staltet, ist die sich ständig sehr rasch wieder holende, hämmernde Beanspruchung, die die Schaufel im Betriebe überhaupt nie zur Ruhe kommen lässt.
Bei einer zweidüsigen Pel- tonturbine mit 500 Touren pro Minute wird beispielsweise jede Radschaufel 16,6 mal pro Sekunde vom Strahl getroffen oder 1,444,000 mal in 24 Stunden. Dass dies bei Dauer betrieb zu vorzeitigen Materialermüdungen führen muss, liegt auf der Hand.
Man könnte diese Schwingungen und die daraus resultierenden Materialbeanspruchun gen und Materialermüdungen durch eine ent sprechende Verstärkung des Schaufelquer schnittes reduzieren. Dies ist aber in dem wünschenswerten Masse nicht möglich, ohne eine Schmälerung des Wirkungsgrades, wie dies durch Fig. 1 veranschaulicht sei.
In Fig. 1 ist ein Cylinderschnitt durch die Schaufeln eines Peltonrades dargestellt. Der Schaufelaustrittswinkel sei mit a die für das austretende Wasser verfügbare lichte Breite mit<I>b</I> bezeichnet, wobei a und b versuchsmässig festgestellten, günstigen üblichen Werten entsprechen mögen, gemäss welchen die in Fig. 1 abgebildeten rechten Schaufelhälften dargestellt sind.
Um die Ermüdungsgefahr auch nur einigermassen zu reduzieren, müsste der übliche Schaufelquer schnitt ungefähr um den bei den linken Schaufelhälften in Fig. 1 schraffierten Be trag verstärkt werden. Dadurch würde aber die für das austretende Wasser verfügbare lichte Breite verringert, so dass ein Teil des selben auf den Rücken der 'Naehbarscha.ufel aufprallen und zu einer starken Wirkungs schmälerung führen würde.
Um diese Schmälerung zu verringern bleibt dann nichts anderes übrig, als die Schaufelaustritts winkel, wie dies bei den linken Schaufel hälften in I ig. 1 durch ci dargestellt ist, so weit zu vergrössern, bis die lichte Weite b' wieder der ursprünglichen entspricht. Dies Vergrösserung des Austrittswinkels bedingt aber ebenfalls eine Vergrösserung des Aus trittsverlustes und damit eine Wirkungs gradverminderung. Eine Verstärkung der Schaufelrippen im gefährlichen Querschnitt das heisst bei der Schaufelwurzel über das heute übliche Mass hinaus, ist infolge der Schaufelteilung mit Erfolg nicht durchführ bar.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbinenlaufrad mit becherförmigen strahl- beaufschlagten Schaufeln, bei dem die vor genannten schädlichen Beanspruchungen, Vibrationen und Materialermüdungen und die daraus sich ergebenden Nachteile dadurch vermieden sind, dass die einzelnen Schaufeln gegeneinander abgestützt sind, wobei diese Abstützung dergestalt durchgeführt sein kann, dass die üblichen, günstigen Schaufel winkel und Formen beibehalten werden kön nen, so dass weder der Wirkungsgrad des Strahles noch jener der Schaufeln durch die Abstützung beeinträchtigt wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt.
Fig. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbei spiel, bei welchem die Schaufeln a eines in einem Stück gegossenen Rades am Umfan; durch zwei beidseits der Schaufelmäuler warm aufgezogene Ringe b gegeneinan der abgestützt sind; um eine möglichst grosse Stützfläche zu erzielen sind die Schaufelrippen c supportartig ausgebildet.
Statt die Ringe warm aufzuziehen, können dieselben auch mit dem Rade aus einem Stück gegossen sein; hierbei ergibt sich aber speziell bei kleinen Schaufeldimensionen der Nachteil, dass das Schaufelinnere nicht mehr gut bearbeitet werden kann; Fig. 4 zeigt ein analoges Ausführungs beispiel wie Fig. ? und 3 nur, nur sind die beiden Ringe b hier aufgeschweisst;
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei denn einzeln gegossene Schaufeln d eines Rades mit zwei am Radumfang beidseits der Schattfelmä.uler angebrachten Abstützleisten b verschweisst oder verschraubt oder in einem Stück gegossen sind. Die einzelnen Leisten b sind an ihren Stirnseiten e gegeneinander ab gestützt durch Verschweissen oder durch ein gepasste Keile und dergleichen.
Fig. 6 zeigt ein analoges Ausführungs beispiel bei dem aber in einem Stück gegos sene Doppelschaufeln d eines Rades mit zwei am Radumfang angebrachten Abstützleisten 1) verschweisst oder verschraubt oder in einem Stück gegossen sind.
Die Stirnseiten e der Abstützleisten b können, wie oben dargelegt, gegeneinander abgestützt sein; Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Schaufeln durch zwei Ringe b ana log, wie bei dem in Fig. 3 dargestellten Rad, gegenseitig abgestützt sind, wobei aber Ein Izerbungen<I>f</I> in den Ringen<I>b</I> vorgesehen sind, die über entsprechende genau passende, auf den Schaufelrippen sitzende Ansätze f' warm aufgezogen sind oder kalt aufgeschoben und dann verschweisst oder verschraubt werden;
Fig. 8 zeigt ein analoges Ausführungs beispiel; statt des genauen Passens der Ein kerbungen und Ansätze f' sind aber die Ein kerbungen mit reichlichem Spiel ausgeführt und findet die Übertragung der Abstützung durch genau eingepasste Keile 7c statt.
Die Abstützung würde sich naturgemäss <B>i</B> -mell dergestalt durchführen lassen, dass statt zweier Ringe oder zweier Stützenleisten jeweils nur einer bezw. eine verwendet wird, wobei aber die Abstützung infolge ihrer Un- symmetrie nicht so günstig ausfällt, wie bei symmetrischer Abstützung durch zwei Ringe oder zwei Stützleisten.
Selbstverständlich können die in den Fig. 2, 3. 4, 7 und 8 dargestellten Abstützun gen, die also bei Rädern vorgesehen sind, bei denen der Radkörper mit den Becher schaufeln zusammen aus einem Cxussstück be steht. ohne weiteres auch auf Räder mit ein teilig oder mehrteilig gegossenen Becher schaufelkränzen ange@vendet werden;
ebenso lassen sich die in den Fig. 5 und 6 daigestell- ten Abstützungen, die also bei Rädern mit mehrteilig gegossenen Becberschaufelkränzen vorgesehen sind, auch sinngemäss auf ein teilig gegossene Räder mit Becherschaufeln oder einteilig gegossene Becherschaufel- kränze anwenden.