Kreiselmaschine. Bei Kreiselmaschinen, wie z. B. Axial gebläsen, Kaplan- oder Propellerturbinen, Axialpumpen und dergl., wird heute viel fach aus Gründender Wirtschaftlichkeit und des kleinen Raumbedarfes eine möglichst hohe spezifische Drehzahl angestrebt. Solche Maschinen mit spezifisch hohen Drehzahlen - beispielsweise Kaplan- und Propellertur binen, oder sogenannte Axialgebläse - sind a a lle durch eine mehr oder weniger vollstän dige rein axiale Strömung durch das Laufrad gekennzeichnet, wobei in letzterem dem Strö mungsmittel (Wasser bezw. Gas) sowohl bei Turbinen, als auch bei Pumpen und Gebläsen eine drehende Bewegung in jedem Radius mitgeteilt wird.
Die Ablenkung des Strö mungsmittels im Laufrad, und damit die Grösse dieser Drehbewegung, nimmt mit der Drehzahl des Laufrades unter sonst gleichen Umständen ab. Besitzt das Strömungsmittel vor dem Laufrad - beispielsweise infolge der Einwirkung eines entsprechend ausgebil deten Leitapparates - bereits eine drehende Bewegung, so wird diese bei der Strömung durch das Laufrad wieder ganz oder teil weise zu einer axialen Strömung gemacht.
Da, wie vorstehend erwähnt, die Drehbe wegung des Strömungsmittels, welche durch das Laufrad einer im wesentlichen axial durchströmten Maschine erzeugt wird, mit Abnahme .der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades unter sonst gleichen Verhältnissen zunimmt, so ist jene Drehbewegung an der Stelle kleinster Radumfangsgeschwindigkeit, also an der Nabe des Laufrades am grössten.
Für den Betriebspunkt, für welchen die Ma schine normal berechnet ist, wird durch ent sprechende Anordnung von Leitschaufeln, meist vor dem Laufrad, dafür gesorgt, dass das .Strömungsmittel die Maschine ohne we sentliche Drehbewegung verlässt.
Die noch in einer Drehbewegung steckende kinetische Energie bildet nämlich einen Verlust, der gerade bei spezifisch raschlaufenden Maschi nen grosser ,Schluckfähigkeit nicht mehr ver- nachlä.ssigbar ist. Bei Pumpen und Gebläsen wird daher, um die Drehbewegung nach dem Laufrad aufzuheben, .dem Laufrad oft ein über den gesamten Durchströmquerschnitt sich erstreckender Leitapparat vor- oder nach geschaltet.
Wenn jedoch nicht besondere Regelungs und Verstellvorrichtungen für die Leit- und Laufschaufeln vorgesehen werden, so wird die Forderung möglichst axialen Austrittes des Strömungsmittels aus dem Laufrad nur für wenige Betriebsverhältnisse der Maschine erfüllt sein; in allen übrigen Fällen ist mit einer Drehbewegung des Strömungsmittels am Eintritt in die Einrichtung zu rechnen, in welcher noch Geschwindigkeit in Druck umzusetzen ist, d. h. am Eintritt in den Dif fusor bezw. ins Saugrohr.
Diese Drehbewe gung erfährt nach dem Drallsatz beim Zu sammenlaufen über und länge der Radnabe noch eine bedeutende Verstärkung der Um fangskomponente, und da der für die Ener gieausnutzung praktisch verlorene kinetische Energieinhalt der Drehbewegung mit dem Quadrat der Umfangsgeschwindigkeit wächst, werden solche Verluste unter Umständen sehr bedeutend. Sie sind unter anderem auch der Grund dafür, dass die Wirkungsgrad- und Leistungskurve beispielsweise einer Pro peller-Wasserturbine mit festem Leit- und Laufrad zu beiden Seiten des Höchstwertes sehr rasch abfallen.
Auf Grund von Versuchen an Modell rädern von Wasserturbinen, Gebläsen und Saugrohren ergab sich die Erkenntnis, dass nun nicht nur die vorstehend beschriebenen, durch die Drehbewegungen des Strömungs mittels bedingten Verluste an sich auftreten, sondern dass diesen Bewegungen auch aus schlaggebende Bedeutung für das Arbeiten des nachfolgenden Diffusors bezw. Saugroh res zukommt. In diesen Teilen der Kreisel maschinen soll bekanntlich ein Grossteil der Durchtrittsenergie in Form von Druckan stieg wieder zurückgewonnen werden. Es hat sich nun gezeigt, dass der Druckrückgewinn in hohem Masse vom Strömungszustand am Eintritt in den Diffusor bezw. in das Saug rohr abhängt.
Insbesondere bei starken Stö rungen und vor allem bei Drehbewegungen im Kern des Strömungsmittels wird die Energieumsetzung von Geschwindigkeit in Druck stark beeinträchtigt, so dass dann der Wirkungsgrad dieses Vorganges erheblich einkt. Die Störungen, welche vor allem am Eintritt in den druckumsetzenden Teil Diffusor bezw. Saugrohr - durch die oben geschilderten Vorgänge entstehen können, werden dann durch die Hauptströmung im Diffusor bezw. Saugrohr mitgerissen und bil den so den Ausgangspunkt und den Anstoss zu neuen Strömungsstörungen in jenen Tei len und damit zu weiteren Verlusten.
Mit der Verschlechterung des Saugrohr- oder Diffusorwirkungsgrades ist natürlich auch eine Verschlechterung des Gesamtwir- kungsgrades der Maschine verbunden.
Um nun bei Kreiselmaschinen, wie Axial gebläsen, Kaplan- oder Propellerturbinen, Axialpumpen und dergl., mit einem hinter dem Laufrad angebrachten Diffusor bezw. Saugrohr, Störungen der erwähnten Art zu unterbinden, sind gemäss vorliegender Erfin dung hinter dem Laufrad um einen Naben kern nicht umlaufende, sternförmig angeord nete Rippen vorgesehen,
die sich vom Naben- kern aus in radialer Richtung nur über einen Teil dee an der betreffenden (Stelle vorhan denen freien Dürchströmquerschnittes er strecken.
Solche um die Abströmnabe des Lauf rades angeordnete Rippen verhindern Wir belbildungen im Kern der im Diffusor bezw Saugrohr vorhandenen Strömungen, beein flussen .dagegen nicht unmittelbar die äussern Teile dieser Strömungen, wie dies bei bekann ten Leitapparaten mit sich über den ganzen Strömungsquerschnitt erstreckenden Leit- schaufeln der Fall ist.
Dabei kann der Nabenkern mit dem Laufrad ein Ganzes bilden. In diesem Falle können die nicht umlaufenden Rippen am Gehäuse des Diffusors bezw. Saugrohres ab gestützt und dicht an den Kern angeschlossen werden, ohne dass sie aber den letzteren be rühren.
Der Nabenkern kann auch als ein vom Laufrad getrennter, unmittelbar hinter die sem gleichaxig damit angeordneter Körper ausgebildet sein, an dem dann die Rippen fest angebracht sein können.
Da sich bei Anordnung der beschriebenen Rippen im Saugrohr- bezw. Diffusorkern kein Wirbel ausbilden kann, fällt die Ur sache der schlechten Energieumsetzung in folge Drehbewegung des Strömungsmittels weg. Zugleich werden die Radleistung und Durchflussmenge, vor allem bei höheren Dreh zahlen, erhöht und die Radcharakteristik in Wirkungsgrad - Leistungsdiagrammen wird stabiler und gleichmässiger. Da durch die Rippen, im Gegensatz zu bekannten Leitap- paraten, nur ein kleiner Teil des Strömungs mittels erfasst und beeinflusst wird, sind die an diesen Teilen entstehenden Verluste durch Reibung und allfällige Ablösungen auf den Gesamtdurchfluss gerechnet, klein.
Da der von den Rippen gebildete Stern für alle Be lastungen des Laufrades die Eintrittsverhält nisse in das Saugrohr bezw. den Diffusor stabilisiert, wird als weiterer, wesentlicher Vorteil erreicht, dass sich die Bauhöhe, bei spielsweise einer Propellerturbinenanlage, vermindern lässt, da die Umlenkung der Strö mung im Saugrohr jetzt eine schärfere sein kann, als wenn Einlaufstörungen im Wasser vorhanden sind. Durch eine Erniedrigung des Saugrohres kann jedoch wesentlich an Baukosten für den Erdaushub bei Wasser kraftanlagen gespart werden. Bei Gebläsean lagen bietet die Erniedrigung eines Umlenk- diffusors oft willkommene Möglichkeiten zur Raumersparnis.
Ist auch die Erfindung in erster Linie für Kreiselmaschinen bestimmt, deren Laufräder eine hohe spezifische Drehzahl aufweisen, lässt sie sich doch auch bei langsamlaufen den Maschinen mit Vorteil anwenden.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind bei spielsweise Ausführungsformen des Erfin dungsgegenstandes in vereinfachter Darstel lungsweise veranschaulicht. Es ist: Fig. 1 ein Längsschnitt durch ein Axial gebläse, Fig. 2 ein senkrechter Schnitt durch eine Kaplanturbine, und Fig. 3 und 4 zeigen eine Vorder- bezw. Stirnansicht einer zweiteiligen, schaufelför migen Rippe.
In Fig. 1 bezeichnet 1 das spezifisch schnellaufende Laufrad eines Axialgebläses. Dieses Laufrad 1 erhält seinen Antrieb von einem elektrischen Motor 2. Dem Laufrad 1 ist ein Leitapparat 3 vorgeschaltet, während hinter demselben ein gleichachsig zum Lauf rad angeordneter, als besonderer Körper aus gebildeten Nabenkern 4 vorgesehen ist, der sich dicht ans Laufrad 1 anschliesst. Dieser Nabenkern 4 erstreckt sich über die ganze Länge des Diffusors 5, in bezug auf den er ebenfalls gleichaxig angeordnet ist. Am Na benkern 4 sind sternförmig angeordnete Rip pen 6 vorgesehen, die schaufelförmig ausge bildet sind und sich nur über eine kurze Länge des Kernes 4 erstrecken.
Auch in radialer Richtung erstrecken sich die Rippen 6 vom Nabenkern aus nur über einen Teil des an der betreffenden Stelle vorhandenen freien Durchströmquerschnittes 7.
Fig. 2 zeigt eine Kaplanturbine, dessen spezifisch schnellaufendes Laufrad mit 8 be zeichnet ist. 9 ist der Leitapparat und 10 das Saugrohr dieser Turbine. Unmittelbar hinter dem Laufrad,8, jedoch so, dass. keine unmittelbare Berührung besteht, ist altgleich damit ein nicht umlaufender Nabenkern 11 vorgesehen, der an den - Wandungen des Saugrohres 10 abgestützt ist.
An diesem Nabenkern 11 sind wiederum schaufelför mige Rippen 12 sternförmig angeordnet, wo bei sich diese Rippen in radialer Richtung vom Nabenkern 11 aus wiederum nur über einen Teil des an,der betreffenden Stelle vor handenen freien Durchströmquerschnittes 13 erstrecken. Die Rippen 1'2 sind drehbar um zur Laufradaxe senkrechte, feststehende Alten angeordnet und sie lassen sich mittels einer Vorrichtung 14, welche einen um eine feste Achse 15 schwenkbaren Hebel 16 auf weist, verdrehen.
Diese Verdrehung kann zum Beispiel selbsttätig in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung erfolgen.
Wie in Fig. 3 und ,4 gezeigt, können die am Nabenkörper 19 vorgesehenen Rippen auch zweiteilig ausgebildet sein. Diese Teile sind mit den Bezugszeichen 17, 18 belegt. Es ist dabei nur der dem nicht gezeichneten Laufrad zunächst gelegene Teil 17 drehbar angeordnet.
Die am Nabenkern vorzusehenden Rippen erstrecken sich zweckmässig höchstens bis zum mittleren Durchmesser des an der be treffenden Stelle vorhandenen freien Durch- strömquerschnittes.
Die Rippen können ferner derart gewölbt und in solcher Zahl vorhanden sein, dass sich selbst bei grossen Belastungsschwankungen in den zentralen Gebieten am Eintritt in den Diffusor bezw. das Saugrohr keine wesent liche Drehbewegung ausbilden kann.
Der Nabenkern kann mit dem Laufrad auch ein Ganzes bilden. In diesem Falle sind dann die sternförmig um denselben anzuord nenden Rippen, die dicht an diesen Kern an schliessen ohne ihn aber zu berühren, mittels besonderer Einrichtungen, beispielsweise Stege, an den Wandungen des Diffusors bezw. Saugrohres abzustützen.