Kreiselmaschine. Durch Verdrehung der Laufradschaufeln geregelte Wasserturbinen einfacher und bil liger Bauart mit feststehenden Leitschaufeln oder auch solche ohne Leitapparat, bei denen im wesentlichen das Spiralgehäuse selbst und insbesondere dessen Sporn auf den Eintritts winkel in das Laufrad bestimmend wirkt, bedürfen schwerer Schwungmassen, weil sonst während des Regelvorganges grössere Dreh zahländerungen auftreten als bei doppelt ge regelten Turbinen.
Der Erfindung liegt nun der Gedanke zu Grunde, diesen Nachteil dadurch zu beheben, dass dem Wasser die Möglichkeit gegeben wird, zwischen mindestens einemfeststehenden, auf die Strömungsrichtung Einfluss nehmenden Organ, also z. B. zwischen den Leitschaufeln oder einem Sporn eines Spiralgehäuses und den Laufschaufeleintrittskanten eine ring- förrnige, ungehindert kreisende Wassermasse von solcher Grösse zu bilden, dass keine er heblichen Drehzahlschwankungen auftreten.
Die Erfindung betrifft eine Kreiselmaschine mit verstellbaren Laufradschaufeln und mit mindestens einem feststehenden Leitelement, z. B. einem Leitapparat oder einem Spiral- gehäuse, mit einem als Leitelement dienenden Sporn.
Diese Kreiselmaschine kennzeichnet sich dadurch, dass zwischen der Leitelement- kante, an der das Wasser zum Laufrad aus tritt, den Eintrittskanten der Laufradschaufeln und den dazwischen liegenden Wandteilen des Turbinengehäuses ein freier Raum ist, dessen in der lieridianebene gemessener Querschnitt den Wert überschreitet, wobei Q die grösste Schluckung
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der Turbine in m3Isek, g die Schwerbeschleunigung in m/sekl und H das Gefälle in in bedeuten.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die Fig.1 und 2 dienen zur Erläuterung des Grundsatzes der Erfindung und die Fig. 3 bis 7 zeigen schematisch drei Ausführungs beispiele von Turbinen gemäss der Erfindung.
In Fig. 1 sei bei der dargestellten Stel lung der in der Richtung u umlaufenden Lauf schaufel im Beharrungszustand c" die taDgen- tiale und c, die axiale, demnach<B>ei</B> die tat sächliche Wassergeschwindigkeit und -u die Laufradgeschwindigkeit; so dass mit der Re lativgeschwindigkeit rc die Bedingung des stossfreien Eintrittes erfüllt ist.
Wird nun wie in Fig. 2 dargestellt, die Laufschaufel auf kleinere Schluckung gestellt, so nimmt die Axialkomponente augenblicklich den kleineren Wert cs an. Ist nun Vorsorge getroffen, dass vor dem Laufrad eine genügend grosse Wassermasse vorhanden ist, die durch kein Leitorgan gehemmt, frei kreisen kann, so wird diese infolge der ihr innewohnenden grossen Trägheit die ursprüngliche Tangential- geschwindigkeit c" beizubehalten bestrebt sein.
Es bleibt also für eine genügend lange Zeit c" ungeändert, wodurch sich, wie Fig. 2 zeigt, das neue c', und damit w' ergibt, dessen Richtung der geänderten Schaufelstellung an gepasst ist. Ist die der kreisenden Wasser masse innewohnende Energie aufgebraucht, so nimmt auch die Tangentialkomponente einen der Turbinenbauart entsprechenden ver kleinerten, in Fig. 2 gestrichelt gezeichneten Wert c"" an.
Während sich im Beharrungszustand die Strömungsverhältnisse denjenigen einer Tur bine mit festem, dicht vor dem Laufrad stehenden Leitapparat nähern, kommen sie während des Regelvorganges denjenigen einer Turbine mit verstellbaren Leitschaufeln nahe. Es ist nun bekannt, dass letztere wesentlich besser regelbar sind als bekannte Turbinen mit festem Leitapparat.
Wie leicht ersichtlich, kommt es darauf an, die Zeitdauer, während der das Verhalten einer Turbine mit Leitradverstellung in das einer Turbine mit festem Leitapparat oder ohne Leitapparat übergeht, entsprechend lang, d. h. den Einfluss der vor dein Laufrad krei senden Wassermasse, der auch auf das nach strömende Wasser zum Teil zurückwirkt, entsprechend gross zu machen.
Wie Versuche ergeben haben, wird eben diese Wirkung er zielt, wenn der in der Meridianebene ge messene Querschnitt F der Wassermasse, die zwischen den dem Laufrad zunächst gelegenen Leitschaufelkanten bezw. der Spornkante des Spiralgebäuses und dem Laufradeintritt kreist so gross gemacht wird, dass der oben ange gebene Mindestwert überschritten wird.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Ausführungs beispiel mit festem Leitapparat im Achs schnitt bezw. im Horizontalschnitt. Die Leit schaufeln 2 sind von den Laufschaufeln 1 soweit abgerückt, dass der durch die Innen kanten der Leitschaufeln 2 die Eintrittskanten der Laufschaufeln 1 und die dazwischenlie genden Wandungen des Gehäuses begrenzte in der Meridianebene gemessene Ringquer schnitt F grösser ist als der Wert
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Die erforderliche Grösse des Querschnittes F ist in diesem Fall, in dem der Abstand der inneren Leitschaufelkanten den Laufrad halbmesser nicht wesentlich überschreitet,
durch genügend hohe Ausbildung der Leit- schaufeln erreicht werden.
Fig. 5 zeigt den Achaschnitt durch eine Turbine mit festem Konusleitapparat, bei dem die Leitschaufelkanten, an denen das Wasser zum Laufrad austritt, geneigt zur Laufrad achse angeordnet sind. Hier ist die erforder liche Grösse des Querschnittes F durch Ab- rückung der Leitschaufeln vom Laufrad in acheialer Richtung erhalten worden.
Die Fig. 6 und 7 zeigen Achsschnitt und Grundriss einer leitapparatlosen Turbine mit Spiralgebäuse. In diesem Fall wird der Quer schnitt der freikreisenden Wassermasse W durch die Spornkante 3 des Spiralgehäuses begrenzt, so dass die Querschnittsfläche F in der Meridianebene zwischen dieser Spornkante und der Eintrittskante des Laufrades 1 zu messen ist.
Sind im Einlauf, wie in den Fig. 6 und 7 strichpunktiert eingezeichnet, feste Leitwände 4 eingebaut, deren Endkante 5 der Turbinenwelle näher liegt, als die Sporn kante 3, so ist die Querschnittsfläche in der Meridianebene zwischen dieser Kante und der Laufradeintrittskante zu messen.
Die Erfindung kann sinngemäss auch bei Turbopumpen angewendet werden, wobei sodann unter Q die grösste Fördermenge und unter H die Förderhöhe zu verstehen ist.
Gyroscope. By rotating the impeller blades controlled water turbines simple and biliger design with fixed guide vanes or those without a guide apparatus, in which essentially the spiral housing itself and in particular its spur has a determining influence on the entry angle into the impeller, require heavy flywheels, because otherwise during the control process larger changes in speed occur than with double-regulated turbines.
The invention is based on the idea of eliminating this disadvantage in that the water is given the opportunity to move between at least one fixed organ that influences the direction of flow, e.g. B. between the guide vanes or a spur of a spiral casing and the blade leading edge to form an annular, unimpeded circulating water mass of such a size that no significant speed fluctuations occur.
The invention relates to a centrifugal machine with adjustable impeller blades and with at least one fixed guide element, for. B. a diffuser or a spiral housing, with a spur serving as a guide element.
This gyroscope is characterized by the fact that between the edge of the guide element, where the water exits to the impeller, the leading edges of the impeller blades and the wall parts of the turbine housing lying between them, there is a free space whose cross-section measured in the lieridian plane exceeds the value where Q the biggest swallow
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of the turbine in m3Isec, g is the gravity acceleration in m / sec and H is the gradient in in.
In the drawing, Ausführungsbei are shown games of the subject invention. FIGS. 1 and 2 serve to explain the principle of the invention and FIGS. 3 to 7 schematically show three execution examples of turbines according to the invention.
In Fig. 1, in the illustrated position of the rotor blade rotating in the direction u, let c ″ be the tangential and c, the axial, hence the actual water speed and -u the impeller speed ; so that the condition of bumpless entry is fulfilled with the relative speed rc.
If now, as shown in FIG. 2, the rotor blade is set to a smaller absorption, the axial component immediately assumes the smaller value cs. If precautions are taken to ensure that there is a sufficiently large mass of water in front of the impeller that is not inhibited by any guide organ and cannot circulate freely, it will strive to maintain the original tangential speed c "due to its inherent great inertia.
It therefore remains unchanged for a sufficiently long time c ", which, as FIG. 2 shows, results in the new c ', and thus w', the direction of which is adapted to the changed blade position. The energy inherent in the circulating water is used up , so also the tangential component assumes a ver smaller corresponding to the turbine type, shown in Fig. 2 with dashed lines c "".
While in the steady state the flow conditions approach those of a turbine with a fixed diffuser located close to the impeller, they come close to those of a turbine with adjustable guide vanes during the control process. It is now known that the latter can be regulated much better than known turbines with a fixed diffuser.
As can be easily seen, it depends on the length of time during which the behavior of a turbine with stator adjustment changes into that of a turbine with a fixed nozzle or without a nozzle, that is, correspondingly long. H. To make the influence of the water mass circling in front of your impeller, which also partly affects the flowing water, correspondingly large.
As tests have shown, this effect will be achieved when the ge in the meridian plane measured cross-section F of the water mass, BEZW between the guide vane edges located at first. the spur edge of the spiral casing and the impeller inlet are made so large that the minimum value given above is exceeded.
3 and 4 show an embodiment example with a fixed diffuser in the axis section BEZW. in horizontal section. The guide vanes 2 are moved away from the rotor blades 1 so far that the ring cross-section F measured in the meridional plane, limited by the inner edges of the guide vanes 2, the leading edges of the rotor blades 1 and the intermediate walls of the housing, is greater than the value
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The required size of the cross-section F is in this case, in which the distance between the inner guide vane edges does not significantly exceed the impeller radius,
can be achieved by a sufficiently high design of the guide vanes.
Fig. 5 shows the Acha section through a turbine with a fixed conical guide apparatus, in which the guide vane edges, at which the water exits to the impeller, are arranged inclined to the impeller axis. Here, the required size of the cross section F has been obtained by moving the guide vanes away from the impeller in the axial direction.
FIGS. 6 and 7 show an axial section and floor plan of a turbine without a diffuser with a spiral housing. In this case, the cross-section of the freely circulating water mass W is limited by the spur edge 3 of the spiral casing, so that the cross-sectional area F in the meridian plane between this spur edge and the leading edge of the impeller 1 is to be measured.
If, as shown in phantom in FIGS. 6 and 7, fixed guide walls 4 are installed in the inlet, the end edge 5 of which is closer to the turbine shaft than the spur edge 3, then the cross-sectional area in the meridian plane between this edge and the impeller inlet edge is to be measured.
The invention can analogously also be applied to turbo pumps, in which case Q is the greatest delivery rate and H is the delivery head.