DE1187559B

DE1187559B - Laufrad einer Propellerturbine mit einer den zwischen den Schaufeln gelegenen Stroemungsraum umgehenden hydraulischen Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung

Info

Publication number: DE1187559B
Application number: DEE22199A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Lecher
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1961-11-23
Filing date: 1962-01-04
Publication date: 1965-02-18

Description

Laufrad einer Propellerturbine mit einer den zwischen den Schaufeln gelegenen Strömungsraum umgehenden hydraulischen Verbindung zwischen bruckseite und Saugseite der Schaufelung Die Erfindung betrifft ein Laufrad einer Propellerturbine mit einer den zwischen den Schaufeln gelegenen Strömungsraum umgehenden hydraulischen Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung.
Die Laufradschaufeln einer Propellerturbine sind in der Regel auf der ganzen Länge des innersten Profilschnittes mit der Nabe fest verbunden. In Sonderfällen sind die Schaufeln mit einem Zapfen in der Nabe befestigt. Es ist dann üblich, die Schaufeln so an das Nabenprofil anzupassen, daß nach Möglichkeit kein Spalt zwischen Nabe und Schaufel frei bleibt.
Um die Austrittsverluste der Turbine klein zu halten, wird die Strömung üblicherweise nach dem Laufrad in einem Saugrohr verzögert. An der Laufradnabe bzw. an der Haube ergeben sich infolge der Durchmesserverringerung gegen die Spitze der Haube zu zusätzlich sehr starke Verzögerungen, die ein Abreißen der Strömung an diesen Stellen zur Folge haben können. Hat die Strömung am Laufradaustritt außerdem einen Drall, wie er insbesondere bei Propellerturbinen in den meisten Betriebspunkten auftritt, so werden Ablösungen an Nabe und Haube noch begünstigt. Diese vermindern den Wirkungsgrad der Turbine.
Es ist ein Laufrad einer Propellerturbine bekannt, bei welchem ein durch die Laufradnabe hindurchgehender Kanal eine den zwischen den Schaufeln gelegenen Strömungsraum umgehende Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung herstellt. Dieser Kanal hat eine koaxial zum Laufrad gelegene, gegen das Saugrohr der Turbine gerichtete Mündung. Er leitet einen Teil des dem Laufrad zuströmenden Betriebswassers unmittelbar in den Austrittsraum, um so eine Erhöhung der Geschwindigkeit des von der Schaufelung abströmenden Wassers zu erreichen. Mit dieser Maßnahme kann sich wohl eine geringere Verzögerung des Betriebswassers im Nabenbereich und damit auch eine Verbesserung der Strömung des von der Schaufelung abströmenden Wassers ergeben. Diese Verbesserung wird aber dadurch erkauft, daß ein verhältnismäßig großer Teil des Betriebswassers ohne Arbeitsleistung in das Saugrohr abgelassen wird.
Im weiteren ist auch die Maßnahme bekannt, die Flügel einer Propellerturbine zwecks Vermeidung von Kavitationserscheinungen mit einem oder mehreren Kanälen zu versehen, welche Flüssigkeit von der Druckseite des Flügels zu dessen Saugseite leiten. Die so der Saugseite zugeführte Flüssigkeitsmenge soll dabei den gefährdeten, in der Nachbarschaft der Flügelfläche strömenden Teil des Mittels ersetzen können, bevor der Druck innerhalb des gefährdeten Strömungsgebietes auf die Dampfspannung abgesunken ist.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Druckumsetzung in Turbinensaugrohren, Diffusoren und Schaufelkanälen von Pumpen ist ferner ein Verfahren bekannt, bei welchem die abgebremsten Wandschichten der Strömung durch öffnungen an der Wand, wo die Strömung sich ablöst, abgesaugt und einer Stelle niedrigeren Druckes der Strömung an der gegenüberliegenden Wand zugeführt werden.
Die vorliegende Erfindung geht demgegenüber von der Erkenntnis aus, daß die Strömung an der Nabenoberfläche im Austrittsbereich der Schaufelung zur Ablösung neigt, wobei besonders die gekrümmte Stelle der Nabenoberfläche im Bereich der Schaufelaustrittskanten gefährdet ist. Bei einem Laufrad einer Propellerturbine mit einer den zv@ischen den Schaufeln gelegenen Strömungsraum umgehenden Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung sind gemäß der Erfindung als hydraulische Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung in deren Austrittsbereich im Laufkörper tangential an die Nabenoberlläche ausmündende öffnungen vorgesehen. Durch diese Maßnahme kann die Ablösung der Strömung an der Nabe oder der Haube verhindert werden, oder es kann zumindest die Ablösungsstelle gegen die Spitze hin verlagert werden, wobei die Ablösungsverluste verkleinert werden. Die erwähnte hydraulische Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung bewirkt die Zufuhr von energiereichem Strömungsmedium der Druckseite der Schaufelung zur Grenzschicht der Strömung an den bezüglich Ablösung gefährdeten Stellen der Saugseite. Damit sollen die wandnahen Teile der Strömung befähigt werden, der Krümmung der Nabenoberfläche zu folgen und den Druckanstieg in der verzögerten Strömung zu überwinden. Da keine allgemeine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Austrittsraum bezweckt wird, sondern nur eine auf die ablösungsgefährdeten Stellen beschränkte Energiezufuhr zu den abgebremsten wandnahen Teilen der,Strömung, ist die für das Erreichen der erstrebten- Wirkürtg erforderliche, durch die erwähnte hydraulische Verbindung durchzulassende Flüssigkeitsmenge verhältnismäßig gering, so daß die durch die Verbesserung der Strömung erzielte Steigerung des Wirkungsgrades durch die Abzweigung dieser Flüssigkeitsmenge von der Druckseite der Schaufelung nur wenig beeinträchtigt wird.
In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es zeigen F i g. 1 und 2 je eine Ausführungsform des Laufrades einer Propellerturbine, bei welcher die hydraulische Verbindung in einem bzw. zwei je zwischen Laufschaufel und Nabe vorgesehenen Spalten besteht, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-11I der F i g. 1, F i g. 4 eine Ausführungsform mit durch die Schaufeln. hindurchgehenden Löchern, F i g. 5 eine Ausführungsform mit in der Nabe eingearbeiteten Kanälen, .
Fig.6 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie VI-VI der F i g. 5, F i g. 7 eine Ausführungsform mit durch das Nabeninnere hindurchgehender hydraulischer Verbindung, F i g. 8 einen vergrößerten Schnitt durch den vom Nabeninneru zur Saugseite der Schaufelung führend Kanal und F i g. 9 eine Variante für die Formgebung dieses Kanals.
Das in F i g. 1 und 3 dargestellte Laufrad einer Propellerturbine weist eine Nabe 1 mit Schaufeln 2 auf. Mit 3 sind die Eintrittskanten und mit 4 die Austrittskanten der Schaufeln bezeichnet. Oberhalb der Schaufeln 2 befindet sich die Druckseite, darunter die Saugseite der Schaufelung. Zwischen der Druckseite und der Saugseite ist im Bereich der Nabe 1 eine hydraulische Verbindung vorgesehen, welche in einem zwischen der Schaufel t und der Nabe 1 frei gelassenen Spalt 5 besteht. Dieser Spalt hat eine Weite s von mindestens 0,3% des Nabendurchm essers und erstreckt sich von der Austrittskante 4 der Schaufel über eine Strecke 1, die mehr als ein Sechstel der Profillänge L beträgt.
Gemäß F i g. 2 besteht die hydraulische Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung in aus zwei in Achsrichtung des Laufrades verlaufende;, voneinander getrennten Spalten 51 und 5''- zwischen Schaufel 2 und Nabe 1. Die Spalte 51 und 52 haben Längen L1 und L z, die zusammen wieder mehr als ein Sechstel der Profillänge der Schaufel an der Nabe ergeben. Statt zwei solcher Spalte können aber auch mehrere vorgesehen werden.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 besteht die hydraulische Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung aus einer Reihe von in der Nähe der Nabel etwa in Achsrichtung des Laufrades durch die Schaufeln hindurchgehenden Löchern 6.
Es besteht auch die Möglichkeit, die hydraulische Verbindung durch mindestens einen pro Schaufel in der Nabe etwa in Achsrichtung des Laufrades verlaufenden, die Druckseite mit der Saugseite des Schaufelprofils verbindenden Kanal herzustellen. In diesem Sinne sind gemäß den F i g. 5 und 6 in der Nabe 1 bei jeder Schaufel 2 zwei Kanäle 71, 72 mit einer Tiefe s eingearbeitet. Diese Kanäle stellen die Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung her und ihre Breiten bi bzw. bz nehmen zweckmäßig zusammen mehr als ein Sechstel der Schaufelprofillänge L ein.
Gemäß F i g. 7 wird die hydraulische Verbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite der Schaufelung durch einen von der Eintrittsseite der Schaufelung durch die hohle Nabe 1 hindurch zum Austrittsbereich der Schaufelung führenden Strömungsweg gebildet. Auf der Eintrittsseite, d. h. oberhalb der Eintrittskanten 3 der Schaufeln.2, sind öffnungen 8 vorgesehen, welche vom Strömungsraum in den Nabenhohlraum hineinführen. Die Verbindung zwischen der hohlen Nabe und dem Austrittsbereich der Schaufelung wird durch je zwei pro Schaufel etwa tangential an die Nabenoberfläche ausmündende Kanäle 9 hergestellt. Es kann aber beispielsweise auch nur ein einziger solcher Kanal pro Schaufel angebracht oder auch eine Reihe von drei oder mehr Kanälen pro Schaufel vorgesehen werden.
Die hydraulische Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung wird zweckmäßig düsenartig ausgebildet, wie dies mit Bezug auf den Spalt 5 in F i g. 3, mit Bezug auf die Öffnungen 6 in F i g. 4 und mit Bezug auf den Kanal 71 in F i g. 6 dargestellt ist. In F i g. 8 ist ferner die düsenartige Ausbildung der Kanäle 9 der F i g. 7 vergrößert dargestellt. F i g. 9 zeigt einen ebenfalls düsenartig ausgebildeten Kanal 91 mit etwas anderer Formgebung als Variante für den Kanal 9.

Claims

Patentansprüche: 1. Laufrad einer Propellerturbine mit einer den zwischen den Schaufeln gelegenen Strömungsraum umgehenden hydraulischen Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung, dadurch gekennzeichnet, daß als hydraulische Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite der Schaufelung in deren Austrittsbereich im Laufradkörper tangential an der Nabenoberfläche ausmündende Öffnungen vorgesehen sind.
2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindung in einem Spalt (5 bzw. 51, 5`-') mit einer Weite (s) von mindestens 0,3% des Nabendurchmessers zwischen Schaufel (2) und Nabe (1) besteht.
3. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltweite (s) zwischen 0,6 und 1,5'% des Nabendurchmessers beträgt.
4. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Spalt (5) von der Austrittskante (4) der Schaufel (2) durchgehend bis über ein Sechstel der Profillänge der Schaufel an der Nabe (1) erstreckt.
5. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindung aus mindestens zwei etwa in Achsrichtung des Laufrades verlaufenden, voneinander getrennten Spalten (51 und 52) zwischen Schaufel (2) und Nabe (1) besteht.
6. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindung aus einer Reihe von in der Nähe der Nabe, etwa in Achsrichtung des Laufrades durch die Schaufeln (2) hindurchgehenden Löchern (6) besteht.
7. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindung durch mindestens einen je Schaufel (2) in der Nabe (1) etwa in Achsrichtung des Laufrades verlaufenden, die Druckseite mit der Saugseite des Schaufelprofils verbindenden Kanal (71 bzw_ 7') gebildet ist. B.
Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindung durch einen von der Eintrittsseite der Schaufelung durch die hohle Nabe (1) hindurch zum Austrittsbereich der Schaufelung führenden Strömungsweg gebildet ist (F i g. 7).
9. Laufrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der hohlen Nabe (1) und dem Austrittsbereich der Schaufelung durch mindestens einen je Schaufel (2) tangential an die Nabenoberfläche ausmündenden Kanal (9 bzw. 91) gebildet ist (F i g. 7, 8 und 9).
10. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindung (5 bzw. 6 bzw. 71, 72 bzw. 9) düsenartig ausgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 834 680, 535 504; USA.-Patentschrift Nr. 1950 777.