KRALJEVINA SRBA, HRVATA 1 SLOVENACA
UPRAVA ZA ZAŠTITU
KLASA 88 (1)
INDUSTRIJSKE SVOJINE
IZDAN 15. OKTOBARA 1923.
PATENTNI SPIS BR. 1394.
Dr. techn. Victor Kaplan, Brno-
Cenlrifugalni stroj (vodena, parna ili plinska turbina, centrifugalna sisaljka ili duvaljka). Prijava od 30. marta 1921.	Važi od 1. februara 1923.
Pravo prvenstva od 16. septembra 1913. (Austrija).
U austrijskom patentu br. 74388 opisan je jedan centrifugalni stroj (vodena, parna ili plinska turbina, centrifugalna sisaljka ili duvaljka), kod kojega je provodni uredjaj takovoga oblika, da mu se radno srestvo odvodi u radialnom ili približno radialnem smjeru. Dočim je kretno kolo pretežno snabdjeveno sa aksialno prilaznim lopatnim prostorima. Treba li daklem centrifugalni stroj, da djeluje kao turbina, to iziskuje u bitnosti aksialni prilaz kretnog kola jedno skretanje radnog srestva u provodnom uredjaju, u koju svrhu pripadaju spomenuti prostori kretnih lopata ili su susedni pročelnim rubovima provodnih lopata. Sa ovakovim poredjajem provodnih i kretnih lopata skreće se već s toga u znatnoj mjeri, izmedju provodnih lopata vodjeno radno srestvo iz svojeg prvotnog ulaznog smjera, pošto može takodjer izlaziti najmanje uzduž jednog dela pročelnih bridova provodnih lopata. Treba li centrifugalni stroj, da djeluje kdo sisaljka, to je potrebno samo obrtanje strujnog smjera. Veći dio radnog srestva pro-tiče onda kretno kolo u aksialnom ili približno aksialnom pravcu; skreće se u provodnom uredjaju (difuzor) iz toga smjera i napušta prevodne uredjaje znatno radialnog smjera.
Izum ima u cilju, da umanji tami otpor takovih centrifugalnih strojeva, povisi dosada postignuti specifični broj okretaja i poveća nećutljivost djelatnog stepena naprama kolebanjima okretnog broja i opterećenja.
Ova poboljšanja postignu se time, da se izmedju provodnog kola i kretnog kola umetne jedan provodni prostor bez lopata, tako da se duljina vodnog puta mjerenog u meridio-nalnoj strujnoj sliki ovoga prostora od kretnog kola poveća prema vretenu kretnog kola, kroz što se bar veći dio radnog sredstva u ovome prostoru skrene za 90n.	j
Fig. 1, od crteža prikazuje rez leve polovice jedne vodne turbine, koja posjeduje jedan provodni uredjaj sa okretljivim provodnim lopatama S1 i jedno kretno kolo, koje proizlazi iz jedinjenja jedne francis-turbine sa jednom aksialnom turbinom.
Fig. 2. pokazuje tlocrt pri otkrivenom poklopcu od provodnog kola i turbine.
Fig. 3. predočuje levu polovicu jednog dvojnog kretnog kola, kod kojeg se takodjer izražava spomenuto jedinjenje obijuh vrsta turbina i rezano je kroz okomitu ravninu položenu kroz turbinsku os. Fig. 4. predstavlja jedinjenje jtdnog, — sa kretnim lopatama snabdevenog — provodnog uredjaja sa jednim u bitnosti aksialno prilaznim kretnim kolom i fig. 5. pokazuje dvojni poredjaj od kretnog kola jednakog oblika. Fig. 6. pokazuje — u ravninu slike razmotani rez jedne strujne plohe (z—z fig. 4.) sa dvema sosednim lopatnim plohama SJ jedne vodne turbine, sposobne za osobito [visoke brojeve okretaja.
Radi jednostavnog načina prikazivanja ograničuju se dalji podaci poglavito na vodne
Din. 4.—
turbine, ali se mogu primeniti na sve ostale vrste od centrifugalnih strojeva navedene vrste.
Pošto, kako je poznato vodeni tarni gubici ne samo da su ovisni od lopatne dužine, nego i od hidrauličkog polumjera od lopatnih kanala, to podaje svaki poredjaj tim veće gubitke od tečevinskog trenja, čim se bliže izlazni rubovi provodnih lopata premiču vretenu kretnog kola, pošto se svetle širine dvajuh susednih lopata takodjer umanjuju sa približenjem vretenu kretnog kola. S toga se može umanjenje tarnih otpora na stjenama postignuti, ako se jednom kretnom kolu, pro-vidjenom poglavito sa aksialno prilaznim lo-patnim prostorima, prilazi tečevima pomoću provodnog uredjaja, od kojeg pročelni rubovi od provodnih lopata u opće ne uviruju, ili samo u neznatnoj meri, u prostor sisne cevi dotično preko kretnog kola. Jedan takov provodni uredjaj prikazan je u fig. 1. do 5. Provodne lopate SJ smeštene su obično okretljivo oko ose M M i ova premestivost omogućuje željeno regulisanje množine vode.
Pošto pročelni rubovi od provodnih lopata nikako ne djeluju ili se samo u poredjenoj meri upotrebljavaju za provodjenje vode, to protiče voda jedan takov provodni uredjaj u bitno radialnom smeru. Tim se složno sa poglavito aksialno prilaznim oblikom kretnog kola polučuje, da se izmedju provodnog i kretnog kola stvara jedan prostor kretnog kola bez lopata Ro, koji je u vezi samo duž izlaznih rubova provodnog kola (ao ao) i ulaznih rubova kretnog kola (et ei et e>) sa lopatnim prostorima provodnog kola, ležečim izmedju provodnih lopata Si (fig 1. i 2.) i lopatnim prostorima kretnog kola (Ri R, R:l) ležečim izmedju lopata kretnog kola Ss. Na taj način su tri imenovana prostora duž pročelnih rubova provodnih lopata samo u pod-redjenoj mjeri ili u opće nisu u medjusob-noj vezi.
Toga je posledica, da se dužine meridi-janskih projekcija od tečevinske količine u ovom prostoru provodnog kola Ro povećavaju u smeru prema vretenu kretnog kola, kako je to pokazano u primerima izvedbe u fig 4. i 5, u kojima je sa 2 i 3 označeno nekoliko puteva vode. Ovakvi vodni putevi mogu se dobiti kako je poznato pomoću meridio-nalne strujne slike Čim se više tečevinske struja približuje vretenu kretnog kola, tim je manje uplivisana od provodnih stena i tim su usled toga manji gubici, koji nastanu pri pogrešnom kutnom položaju. Naprotiv toga imaju vanjski djelovi lopata prednost kraćih tečevinskih puteva, kako to odgovara njihovoj važnosti za željeno dobro prenašanje energije pri stanovitim brojevima okretaja,
Iz primera izvedbe razvidno je takodjer,
da pomoću opisane izrade od prostora provodnog kola bez lopata dobiva bar veći dio vode, koja protiče ovaj prostor, jedan skretaj od 90°, bez da bi na ovom putu bila izložena uplivu osobitih provodnih površina (lopata provodnog ili kretnog kola), koje troše energiju. Jedna takova skretnja, tečnosti odgovara posvema naravnom toku struje tečnosti prema jednoj cevi kroz koju u aksijal-nom smeru protiče voda ili s drugim rečima: jedan takav skretaj mora i onda nastati, ako bi voda bez ikakovih provodnih stijena, dak-lem na pr. po ostranjenju provodnog i kretnog kola pridolazila sisnoj cevi. Uzmu li se takodjer u obzir velike promjene brzine, koje moraju nastati kod svakog skretaja tečnosti iz njezinog pravocrtnog puta i veliki otporni gubici, koji obstoje kod svakog radijalno prilaznog lopatnog prostora već radi njegovog položaja prema vretenu turbine, tako je takodjer sa stanovišta novije strujne nauke lako razumljivo, da ovakova jedna turbina pro-vidjena sa takovim prostorom provodnog kola bez lopata dozvoljava postignuće zmtno većih brojeva okretaja, nego je to kod običajnih načina gradnje moguće. Kako se pak takodjer kod pristrujenja vode k jednoj cevi može, pomoću odgovarajućeg zaobljenja ulaz nog ušća, izbeći škodljiva stvaranja vrtloga, tako se ima pobrinuti, da se u prostoru provodnog kola bez lopata pomoću odgovarajućeg zaobljenja vanjskog ograničenja kretnog kola dotično od prirubnice sisne cijevi postigne po malo skretanje pravca vode u ovom prostoru. Strujni tok izvršava se na sledeči način: Pomoću privodnih lopata Si prisiljava se voda, da zapušta izlazne bridove provodnog kola a„ a0 pod željenim izlaznim kutom provodnog kola, te da sa jednom poglavito radijalno upravljenom meridi-alnom brzinom struji u prostor provodnog kola bez lopata R0 (fig. 1, 3, 4 i 5). U ovome prostoru se sada ili veći dio vode (fig. 1, 2 i 3) ili čitava količina vode (fig. 4 i 5) skreće iz radijalneg u aksijalni ili približno aksijalni smer, da se postigne željeni aksijalni prilaz ka kretnom kolu. U fig. 1 i 4, u kojima su prikazana jednostavna kretna kola, usledjuje opisani otklon u smeru strela 2, dočim u slučaju dvojnog kretnog kola (fig. 3 i 5) usledjuje otklon u smeru strela 2 i 3. Samo za slučaj, da je kretno kolo dobiveno jedinjenjem jednog kretnog kola od francis-turbine sa jednom aksijalnom turbinom (fig. 1 i 3) teče jedan mali dio količine vode, ulazeće radijalno u prostor provodnog kola, barem približno u tom pravcu k kretnom kolu. Pošto je voda svoju energiju odala kretnom kolu, teče kroz sisnu cev u donju vodu.
Samo se po sebi razumije, da takovi vi-
spki specifični brojevi okretaja uvjetuju tako-djer visoke takozvane izlazne gubitke, poradi čega se treba brinuti za dostatnu djelatnost sisne cijevi, kod koje se način djelovanja može poboljšati sa centrifugalnim djelovanjem vode.
Po ovome izumu upotrebljeno kolo pokazuje jednaki ili barem slični smeštaj lopatnih prostora kretnog kola, kako je taj opisan u patentu br. 74388. Ako je daklem predvidjeno jedno kretno kolo sastojeće iz aksijalnih i radijalnih lopatnih prostora Ri i Rs (fig. 1 i 3), to se raspada sa idealnim vencem kretnog kola L, koji je isprekidano nacrtan, u dva poznata oblika kretnog kola, od kojih onaj sa lopatnim prostorima R; providjeni dio sliči jednom kretnom kolu od francis-turbine, do-čin sa lopatnim prostorima R. providjeni dio odgovara od prilike aksijalnom kretnom kolu tipa Jonval. Pošto radijalni lopatni prostori nisu od osobite važnosti, to mogu isti posvema otpasti; ili barem biti nadomješteni sa lopatnim prostorima sa odgovarajuće priklonjenim ulaznim smjerom vode. Isto tako može kretno kolo posjedovati samo u bitnosti aksijalno prilazne lopatne prostore Rj, kako je to i primjerima izvedbe prikazano u fig. 4—5. Samo se od sebe razumije, da u tu svrhu, nikako nije potrebno, da je ulazni brid kretnog kola upravljen okomito na vreteno kretnog kola, pošto jedan zakrivljeni ili koso na ovu osovinu upravljeni ulazni brid (na pr. ej es u fig. 4) dozvoljava ne samo željeno udešenje bezlopatnog prostora provodnog kola, nego i predvidjeni otklon i raznoličnost putnih duljina vode u ovim. Bitnost izuma može se s toga naznačiti u kratko sa prilazom jednog aksijalnog kretnog kola pomoću jednog dosada za radijalne turbine upotrebljenog provodnog uredjaja sa posredovanjem jednog bezlopatnog prostora provodnog kola od osobitog oblika, Sa jednim ovakovim poredjajem provodnog i kretnog kola nemože se doduše prisiliti stanoviti strujni tok u prostoru provodnog kola pomoću osobitih provodnih ploha, pošto se voda više ne provadja sa provodnim lopatama naročito k onim lopatnim prostorima, koji su susjedni turbinskem vretenu, ali s tim pod okolnostima pojavljajući se opadaj stepena djelatnost nije od nikakove važnosti naprama drugim prednostima, postignutim sa opisanim otklonom vode u provodnom prostoru. Tako je na pr. poznato da kod mnogih turbinskih uredjaja ne stoji uvjek na raspolaganje ona voda. koja je bila pri preračunavanju turbine temeljnim uvjetom U ovakovim slučajevima biti će s toga jedna turbina, koja doduše ima manji maksimalni stepen djelatnosti, ali poseduje u većem prilaznom obsegu jedan viši prosječni stepen djelatnosti, bez dvoumnje premoćna dapače
nad jednom turbinom sa višim, ali kroz prilaz vrlo kolebavim stepenom djelatnosti.
Jedan ovakov viši prosečni stepen djelat nosti može postignutu po ovome izumu, pošto, sa opadajućim prilazom, potrebnim skretanjem provodnih lopata ne pripade više njihovim pročelnim bridovima osobita provodnja.
U novom skrenutom položaju provodnih lopata nemože s time više uplivisati na strujni tok razdjelba kutova provodnog kola, nala zećih se duž pročelnih bridova, koja je različna od teoretičkih zahtjeva.
Isto tako dozvoljava opisani poredjaj provodnog kola znatno skraćenje provodnih lo pata Si, i time se pojeftinjuje njihova izrada i lahka poslužba regulacionog prigona za skretanje lopata, pošto se položaj kretnog svornika ovakovih provodnih lopata može uvjek tako izabrati, da na ove lopate izvršeni tlak vode djeluje najmanje u blizini kretnog svornika, kako je to razvidno na pr. iz fig. 2. S time se može polučiti izvrnjenje provodnih lopatica sa malim silama za regulisanje, šteje osobito važno kod automatičkogregulisanja.
Kod jednog ovakovog centrifugalnog stroja može se postignuti povišanje specifičnog broja okretaja do granice mogućnosti, ako radno sredstvo, ne samo na svojem putu do kretnog kola, nego takodjer u lopatnim prostorima kretnog kola nadje samo one otpore, koji su kod — u praktičnom pogonu — neizbeživih kolebanja jediničnog broja okretaja bezuslovno potrebni za upotrebljivo provodjenje ovoga sredstva duž lopata. Običajno mnjenje, da je upotrebljivo provodjenje radnog sredstva samo moguće u kanalnim lopatnim prostoirma (stanicama kretnog kola), ne drži. U patentu br. 73820 (Austrija) pokazano je opširno, da u smjeru opsega mjerena lopatna dužina x (fig. 6) može biti umanjena naprama lopatom provodjenju bar za toliko, da trajektorije nt i nj, povučene od krajnih tačaka jednog lopatnog profile bs okomito na strujne linije, ne seku više susjedni profil b,. bez da bi štetile provodjenje radnog srestva. Pošto po ovome više ne opstoji svjetla širina (raspon) u smislu obi-čanog shvaćanja i takodjer spomenute trajektorije izmedju dvajuh susjednih lopatnih profila ne ome:;juju nikakov kanalni prostor, to su takova kretna kola na rečenom mjestu običajni oblik stanica i zauzela su oblik krila. Takova krilata kretna kola, koja se, — kako je pokazano, — mogu prednosno upotrebiti bez vanjskog omedjenja kretnog kola, daju u vezi sa opisanim peredjajem provodnog prostora najviše dosegljive specifičke brojeve okretaja. K tomu pridolazi ali još jedna dosada nepoznata jednoličnost stepena djelatnosti naprama koljebanjima pada, kojima se kod turbinskog pogona, kako je poznato ne može izbjeći. Pošto od turbine tjerani radni
Strojevi zahtjevaju jednolik broj okretaja, mora se kretno kolo često na duže vremena udarati sa nepravilnim lopatnim kutovima. Jedan takov prelaz spojen je kod običajnih načina gradbe sa velikim gubicima. Ovi nedostatci izbegavaju se, ako se, u jednom bezlopatnom provodnom prostoru shodno otklonjena voda dovodi kretnom kolu snabdevenom sa krilatim lopatama, pošto se voda u jednom ovakovom slučaju može sama izabrati onaj ulazni smjer u kretno kolo, koji najbolje odgovara momen-tanim pogonskim razmjerima. Ovo neprisiljeno ustrujenje vode u kretno kolo, koje je prouzročeno sa opisanim jedinjenjem rečnog po-redjaja provodnog prostora sa krilatim oblikom kretnog kola, osim toga izbegava svako suvišno provodjenje vode, poradi čega ova nailazi na dostatno bezotporan prolaz kroz turbinu i onda, ako kotovi kola ne odgovaraju momentanim pogonskim razmjerima.
Samo se od sebe razumije, da opisane prednosti od bezlopatnog prostora provodnog kola nisu vezane na usko ograničeni položaj izlaznih rubova provodnog kola ao ao- U primjeru izvedbe po fig. 1 sa crticama označeni položaj a a ispunjava po svema svrhu. Isto tako se može ova postignuti pomoću pritvr-djenih ili okretljivih provodnih lopata odgovarajuće visine, od kojih su izlazni rubovi ograničeni ili po pravcu (a0 a0 u fig. 1, 3, 4 i 5) ili po priklonjenim dotično po zakrivljenim linijama. Isto vrijedi takodjer za lopate kretnog kola i njihove ulazne rubove (e, ei u fig. 1 i e2 e, u fig. 1, 2, 4 i 5) u koliko veći dio kretnog kola dobiva želeni aksialni prilaz i da je osiguran predpisani oblik bezlopatnog prostora provodnog kola Samo se po sebi razumije, da se oblik ravna takodjer po izobrazbi poklopca od provodnog kola dotično nutarnog ograničenja od kretnog kola. U primjerima izvedbe po fig. 1 i 4 zamišljen je tako poklopac provodnog kola B, dočim bi mogao biti zakrivljen sa crticama označenoj po generatrici. Sa jednim ovakvim zakrivlje njem poklopca provodnog kola umanjuje se radijalni lopatni prostor R,, kod kretnog kola izobraženog po fig. 1, daklem povišava se brzina kola. Gornje ograničenje kretnog kola od pritajajućeg kretnog kola, jednom takvom zakrivljenju poklopca, označeno je sa iscrtanom generalricom E u fig, 1. U fig. 5 ucrtano je konačno sa crticama kolutno proširenje glavine kretnog kola, koje pospešuje svrsi-
shodno podjelu vode, koja otiče od lopatne pukline u oba kretna kola.
Poznato je, da se izgradnja vodenih sila u mnogim krajevima s toga razloga ne može izvesti, pošto je dosada dosegnuti broj okretaja od turbine premalen, a maleni brojevi okretaja iziskuju skupe strojeve i gradbe. Sa izradjenim načinom gradbe. po ovome izumu postizava se u svim ovakovim slučajevima pojeftinjenje prenašanja energije, koje je potrebno za ekonomičan pogon. Ali i u svim onim slučajevima, gdje se manje radi za ušte-denje pogonske vode, nego osobito za postignuće visokog broja okretaja, morati će se doći do uverenja, da se izgradnja niskotlač-nih strojeva dapače i kod najmanjeg pada i onda ekonomična, ako se dosada postignuti specifični brojevi okretajaodgovarajućipovišaju.
Jedan po ovome izumu izradjen centrifugalni stroj može se svuda ondje upotrebiti, gdje je osjeguran uredan tok struje u provodnom kolu. Jedno ovakovo strujno stanje ne nastaje samo kod svih turbina (vodenih, parnih ili plinskih turbina), nego takodjer kod centrifugalnih sisaljka i duvaljka.
Patentni zahtevi:
1)	. Centrifugalni stroj: (vodene, parne ili plinske turbine, centrifugalne sisaljke ili du-valjke), kod kojega je umetnut, izmedju jednog poglavito aksijalno prilaznog kretnog kola i jednog u bitnosti radijalno protečenog i sa nepomičnim ili okretljivim provodnim lopa' tama snabdevenog provodnog uredjaja, jedan bezlopatni prostor provodnog kola, naznačen time, da taj prostor (R0 u fig. 1, 3, 4 i 5) stoji poglavito u vezi sa lopatnim prostorima provodnog i kretnog kola, tako da su dužine vodenih putova mjerenih u meridio-nalnoj strujnoj sliki ovoga bezlopatnog prostora provodnog kola (R0), povećavaju prema osovini kretnog kola, sa čime se bar veći dio radnog srestva otkloni u ovome prostoru za približno 90°.
2)	. Centrifugalni stroj po zahtevu 1). naznačen time, da bar duž jednog djela lopatne površine kretnog kola ne opstoji nikakova stanica dotično da je razdjelba lopata (t u fig. 6) naprama dužini lopate P-) tako povećana, da od krtjnih te čaka lopatnih profila okomito na strujne linije povučene trajektorije (m i n,) ne sjeku više susedni profil.
Ad patent broj 7394-,




i
'


' ■




i




‘f’
..
'V








!














■■









■; .
, I .
■


’

Mpđfent broj 7394-.