CH143800A - Turbinenlaufrad mit becherförmigen, strahlbeaufschlagten Schaufeln. - Google Patents

Turbinenlaufrad mit becherförmigen, strahlbeaufschlagten Schaufeln.

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CH143800A
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CH
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blades
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Aktiengesellschaft Der Mas Cie
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Theodor Bell & Cie Ag
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B1/00—Engines of impulse type, i.e. turbines with jets of high-velocity liquid impinging on blades or like rotors, e.g. Pelton wheels; Parts or details peculiar thereto
    • F03B1/02—Buckets; Bucket-carrying rotors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description


  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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Turbinenlaufrad mit becherförmigen strahlbeaufschlagten Schaufeln, -dadurch ge kennzeichnet, dass die einzelnen Schaufeln am Radumfange gegeneinander abgestützt sind. UNTERANSPRüCHE 1. Laufrad nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung durch einen oder mehrere am Radumfange an gebrachten Ringe bewerkstelligt ist. \?. Laufrad nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung durch am Radumfange angebrachte Stützleisten bewerkstelligt ist.
CH143800D 1929-11-06 1929-11-06 Turbinenlaufrad mit becherförmigen, strahlbeaufschlagten Schaufeln. CH143800A (de)

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