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DE102011012147B4 - turbine - Google Patents

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Abstract

Turbine, bestehend aus einem in einem Rohr drehbar angeordneten, mit Schaufeln besetzten Rotor, wobei langgestreckte Schaufeln mit einer gekrümmten Außenseite und einer gradlinigen Innenseite sich unmittelbar von der geometrischen Achse bis vor die Innenseite des Rohres erstrecken und sich in einem Punkt der geometrischen Achse kreuzend berühren, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der gradlinigen Innenseite jeder Schaufel und der geometrischen Achse Einbauten befinden, die sich in der geometrischen Achse berühren und die Innenseiten der Schaufeln gegen einander abstützen.Turbine, consisting of a rotor fitted with blades and rotatably arranged in a tube, elongated blades with a curved outer side and a straight inner side extending directly from the geometric axis to the inner side of the tube and touching each other in a crossing point on the geometric axis , characterized in that there are internals between the straight inside of each blade and the geometrical axis which touch in the geometrical axis and support the inside of the blades against each other.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbine, bestehend aus einem in einem Rohr drehbar angeordnetem, mit Schaufeln besetzten Rotor, der in Rohrleitungen eingebaut werden kann.The invention relates to a turbine, consisting of a rotor which is rotatably arranged in a pipe and has blades and can be installed in pipelines.

Bekannte Turbinen nutzen die Strömungskraft fließender Medien durch meist mehrmalige Umlenkung der Strömungsrichtung. Jede Umlenkung der Strömungsrichtung ist energetisch unvorteilhaft, gleichgültig ob sie vor oder hinter dem Rotor erfolgt. Bekannte Turbinen weisen am Umfang ihrer Rotoren möglichst viele meist kurz gebaute Schaufeln auf, die an ihren Schaufeln eine durch deren geknickte Bauform verursachte Änderung der Strömungsrichtung bewirken. Viele kurz gebaute Schaufeln erfordern meist einen großen Durchmesser des in der Mitte des Rotors angeordneten Trägers der Schaufeln. Dieser Träger der Turbinenschaufeln ist durch seine mittige Anordnung gerade an einem Ort angeordnet, wo die Strömung am stärksten ist. Die Strömung bekannter Turbinen muß somit über einen einen quer zur bisherigen Strömungsrichtung vor dem axialen Träger der Turbinenschaufeln liegenden Weg zu den Turbinenschaufeln umgeleitet werden, was weitere Energieverluste mit sich bringt.Known turbines use the flow force of flowing media by mostly multiple diversions of the flow direction. Any deflection of the flow direction is energetically disadvantageous, regardless of whether it takes place in front of or behind the rotor. Known turbines have on the circumference of their rotors as many mostly short blades as possible, which cause a change in the direction of flow on their blades caused by their bent design. Many short blades usually require a large diameter for the blade carrier, which is arranged in the center of the rotor. Due to its central arrangement, this carrier of the turbine blades is arranged precisely at a location where the flow is strongest. The flow of known turbines must therefore be diverted to the turbine blades via a path lying transversely to the previous direction of flow in front of the axial support of the turbine blades, which entails further energy losses.

Die Erfindung behebt die aufgezeigten Mängel bekannter Turbinen und schafft eine Turbine, die einfach aufgebaut ist, bei geringen Abmessungen einen hohen Wirkungsgrad aufweist und u. a. gut geeignet ist, in Rohrleitungssträngen ohne großen Platzbedarf eingebaut zu werden und dort ohne wesentliche Änderung der Strömungsrichtung mechanische Energie aus der Strömung zu ziehen.The invention overcomes the identified shortcomings of known turbines and provides a turbine which is simple in construction, has a high degree of efficiency with small dimensions and, inter alia. is well suited to be installed in pipelines without taking up a lot of space and to draw mechanical energy from the flow there without significantly changing the direction of flow.

Die Erfindung besteht darin, daß langgestreckte Schaufeln mit einer gekrümmten Außenseite und einer gradlinigen Innenseite sich in geringer Anzahl unmittelbar von der geometrischen Achse bis vor die Innenseite des Rohres erstrecken und sich in einem Punkt der geometrischen Achse kreuzend berühren und daß sich zwischen der gradlinigen Innenseite jeder Schaufel und der geometrischen Achse flächige ebene Einbauten befinden, die sich in der geometrischen Achse berühren und die Innenseiten der Schaufeln gegen einander abstützen.The invention consists in that elongated blades with a curved outer side and a straight inner side extend in small numbers directly from the geometrical axis to the inside of the pipe and touch each other in a crossing point on the geometrical axis and that between the straight inner side each Blade and the geometrical axis are flat, flat internals which touch in the geometrical axis and support the insides of the blades against each other.

In dieser Turbine fließt das strömende Medium über den ganzen Querschnitt der Rohrleitung fast gleichmäßig verteilt und fast ohne Richtungsänderung. Es werden also auch zentral fließende Strömungen ohne Energieverluste durch Umleitungen und Verwirbelungen bei der Erzeugung mechanischer Energie genutzt. Das erbringt eine Wirkungsgraderhöhung durch Nutzung der zentralen Strömung.In this turbine, the flowing medium flows almost evenly over the entire cross-section of the pipeline and almost without changing direction. Centrally flowing currents are also used to generate mechanical energy without any loss of energy through diversions and turbulence. This brings about an increase in efficiency by using the central flow.

Bei dieser Turbine ist es von Vorteil, wenn die Schaufeln als ebene Flächen gestaltet sind und in windschiefer Anordnung gleichgerichtet im Rotor stehen. So kann die achsparallele Strömung gegen die Schaufeln drücken und mechanische Kraft auf die Schaufeln ausüben, die dazu führt, daß der Rotor sich dreht.In this turbine it is advantageous if the blades are designed as flat surfaces and are aligned in the rotor in a skewed arrangement. The axially parallel flow can thus press against the blades and exert mechanical force on the blades, which causes the rotor to rotate.

Bei dem Rotor dieser Turbine können die Schaufeln auch in einem auf seinem Umfang gelagerten Hohlzylinderrotor angebracht sein, von dem die erzeugte Kraft abgeleitet wird. In diesem Fall ist das die mechanische Kraft z. B. auf einen Stromerzeuger weiterleitende Zahnrad (oder ein sonstiges Antriebsrad) auf dem Umfang des Hohlzylinderrotors angebracht.In the rotor of this turbine, the blades can also be mounted in a hollow cylinder rotor mounted on its circumference, from which the force generated is derived. In this case it is the mechanical force e.g. B. on a power generator relaying gear (or other drive wheel) mounted on the circumference of the hollow cylinder rotor.

Es ist aber bei einer Turbine dieser Art auch möglich, daß die Schaufeln auf einer in der geometrischen Achse gelagerten Welle angebracht sind, von der die Kraft abgeleitet wird.In the case of a turbine of this type, however, it is also possible for the blades to be mounted on a shaft which is mounted in the geometric axis and from which the force is derived.

Bei dieser Turbine tritt das strömende Medium an der einen Stirnseite in den Hohlzylinderrotor ein und aus der anderen Stirnseite wieder aus. Diese Turbine kann somit mit den Abmessungen des das Medium zu- und auch wieder ab- oder weiterführenden Rohres gebaut werden, was zu sehr kleinen, insbesondere schmalen Baudimensionen führt.In this turbine, the flowing medium enters the hollow cylinder rotor at one end and exits the other end. This turbine can thus be built with the dimensions of the pipe that carries the medium in and out again or continues, which leads to very small, in particular narrow, structural dimensions.

Die erfindungsgemäße Turbine kann mit ihren windschief gewundenen Flächen mitsamt den diese verbindenden Formstücken in den Hohlzylinderrotor fest eingebaut sein. Der Hohlzylinderrotor trägt dann auf seiner Außenseite Mittel zur mechanischen Übertragung der erhaltenen Energie, beispielsweise einen an der Außenseite des Hohlzylinderrotors angebrachten und diesen umgebenden Zahnkranz, in den dann ein Ritzel z. B. einer Dynamomaschine eingreift.The turbine according to the invention can be permanently installed in the hollow cylinder rotor with its skewed surfaces together with the fittings connecting them. The hollow cylinder rotor then carries on its outside means for the mechanical transmission of the energy obtained, for example a ring gear attached to the outside of the hollow cylinder rotor and surrounding it, in which a pinion z. B. a dynamo engages.

Eine andere Baumöglichkeit dieser Turbine besteht darin, daß die windschief gewundenen Flächen mitsamt den sie verbindenden Formstücken eine fest zusammengebaute Einheit bilden, die in das das strömende Medium führende Rohr drehbar ohne Berührung von dessen Innenwand eingebaut ist. Bei dieser Baumöglichkeit müssen die Einbauten gegenüber dem Rohr beweglich sein und in der Achse eine Welle oder Wellenabschnitte für die Lagerung des Rotors in dem Rohr und die Abführung erzeugter mechanischer Energie besitzen.Another possible construction of this turbine is that the skewed surfaces together with the connecting fittings form a firmly assembled unit which is rotatably installed in the pipe carrying the flowing medium without touching its inner wall. With this construction option, the internals must be movable with respect to the pipe and have a shaft or shaft sections in the axis for mounting the rotor in the pipe and for dissipating generated mechanical energy.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.The essence of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigen:

  • 1 die Anordnung von vier Schaufeln in einem Hohlzylinderrotor.
  • 2 ein aus der Anordnung der 1 und dem Formstück der 3 gebildetes Schaufelrad einer Turbine.
  • 3 ein aus zwei sich kreuzenden Dreiecken gebildetes Formstück.
  • 4 ein aus zwei hohlen Pyramiden gebildetes Formstück.
  • 5 eine Schaufel.
  • 6 eine mit Leitblechen bestückte Schaufel.
  • 7 ein im oberen Teil mit einem aus zwei sich kreuzenden Dreiecken und im unteren Teil mit Leitblechen bestückten Schaufelrad.
  • 8 die Formstückanordnung der 7.
  • 9 ein im Schaufelrad der 7 anwendbare Schaufel.
  • 10 den Einsatz eines Schaufelrades in einem Rohr.
  • 11 eine in ein Rohr einsetzbare Schaufelradkombination.
Show it:
  • 1 the arrangement of four blades in a hollow cylinder rotor.
  • 2 one from the arrangement of the 1 and the fitting of the 3 formed impeller of a turbine.
  • 3 a shaped piece formed from two intersecting triangles.
  • 4th a shaped piece formed from two hollow pyramids.
  • 5 a shovel.
  • 6th a shovel equipped with baffles.
  • 7th a paddle wheel equipped with two intersecting triangles in the upper part and with guide plates in the lower part.
  • 8th the fitting arrangement of the 7th .
  • 9 one in the paddle wheel of the 7th applicable shovel.
  • 10 the use of a paddle wheel in a pipe.
  • 11 a paddle wheel combination that can be inserted into a tube.

In dem (hier durchsichtig gezeichneten) Hohlzylinderrotor 1 der 1 sind vier in 5 dargestellte Schaufeln 2 eingebaut, die windschief zur gedachten oder realen Achse 3 stehen. Die Schaufeln 2 haben eine gekrümmte Aussenseite 4 und eine gerade Innenkante 5 . Die gerade Innenkante 5 macht den Einsatz von Formstücken 6 (3 oder 4) erforderlich. Diese Formstücke 6 sind in Gebilde aus zwei sich kreuzenden
Dreiecken 7 (3), die mit ihren Kanten an der geraden Innenkante 5 der Schaufeln 2 anliegen und dichtend befestigt sind. Diese Formstücke können auch die Form von hohlen Pyramiden haben (4).In the hollow cylinder rotor (shown here as transparent) 1 the 1 are four in 5 Shovels shown 2 built-in, which is skewed to the imaginary or real axis 3 stand. The shovels 2 have a curved outside 4th and a straight inside edge 5 . The straight inside edge 5 makes the use of fittings 6th ( 3 or 4th ) required. These fittings 6th are made up of two intersecting
Triangles 7th ( 3 ) with their edges on the straight inner edge 5 of the shovels 2 and are tightly attached. These fittings can also be in the shape of hollow pyramids ( 4th ).

Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in den 7 und 8 gezeigt. Hier ist im oberen Teil des Schaufelrades das eingebaute Formstück wie im vorhergehenden Absatz beschrieben aus zwei sich kreuzenden Dreiecken gebaut, während im unteren Teil vier Leitbleche 13 den Übertritt von strömendem Medium von einem zwischen zwei Schaufeln gebildeten Kanal in den benachbarten Kanal verhindern.Another embodiment is shown in FIGS 7th and 8th shown. Here, in the upper part of the paddle wheel, the built-in shaped piece is built from two intersecting triangles as described in the previous paragraph, while in the lower part four guide plates 13th prevent the passage of flowing medium from a channel formed between two blades into the adjacent channel.

Die Gestaltung eines Schaufelrades dieser Art kann auch ohne die gesondert hergestellten Einbauten 6 verwirklicht werden, wenn an jeder Schaufel 2 durch Abkantung eine dreieckförmige Fläche 7 und eine weitere als Leitblech dienende Fläche 13 geschaffen wird (9).A paddle wheel of this type can also be designed without the separately manufactured internals 6th be realized when at every shovel 2 by folding a triangular surface 7th and another surface serving as a baffle 13th is created ( 9 ).

Ein solches mit Schaufeln 2 bestücktes Schaufelrad 12 kann in ein Gas oder eine Flüssigkeit führendes Rohr 9 eingebaut sein (10), mit außen am Schaufelrad 12 angeordneten Kugellagern 8 gelagert sein und mit einem am Schaufelrad 12 angebauten Zahnrad 10 versehen sein, das die aus dem Schaufelrad 12 entnommene mechanische Energie an einen Energieverbraucher oder einen Energiewandler 11 (z. B. einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie) weiterleitet.One with shovels 2 equipped paddle wheel 12th can be in a gas or a liquid pipe 9 be built in ( 10 ), with the outside of the paddle wheel 12th arranged ball bearings 8th be stored and with one on the paddle wheel 12th attached gear 10 be provided that the from the paddle wheel 12th extracted mechanical energy to an energy consumer or an energy converter 11 (e.g. a generator for generating electrical energy).

Solche Schaufelräder 12 können bei Bedarf auch in Reihe geschaltet werden. (Fig. 11)Such paddle wheels 12th can also be connected in series if required. (Fig. 11)

Durch die geringe Anzahl (gegenüber herkömmlichen Turbinen) der Schaufeln bei dieser Bauart wird erreicht, daß die Strömung in der Mitte des Strömungskanales, die am schnellsten und kraftvollsten fließt, besser genutzt werden kann.The small number of blades (compared to conventional turbines) in this design means that the flow in the middle of the flow channel, which flows fastest and most powerfully, can be better used.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
HohlzylinderrotorHollow cylinder rotor
22
Schaufelshovel
33
Achseaxis
44th
gekrümmte Außenseitecurved outside
55
InnenkanteInside edge
66th
FormstückFitting
77th
Dreiecktriangle
88th
Kugellagerball-bearing
99
Rohrpipe
1010
Zahnradgear
1111
EnergiewandlerEnergy converter
1212th
SchaufelradPaddle wheel
1313th
LeitblechBaffle

Claims (10)

Turbine, bestehend aus einem in einem Rohr drehbar angeordneten, mit Schaufeln besetzten Rotor, wobei langgestreckte Schaufeln mit einer gekrümmten Außenseite und einer gradlinigen Innenseite sich unmittelbar von der geometrischen Achse bis vor die Innenseite des Rohres erstrecken und sich in einem Punkt der geometrischen Achse kreuzend berühren, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der gradlinigen Innenseite jeder Schaufel und der geometrischen Achse Einbauten befinden, die sich in der geometrischen Achse berühren und die Innenseiten der Schaufeln gegen einander abstützen.Turbine, consisting of a rotor fitted with blades and rotatably arranged in a tube, elongated blades with a curved outer side and a straight inner side extending directly from the geometric axis to the inner side of the tube and touching each other in a crossing point on the geometric axis , characterized in that there are internals between the straight inside of each blade and the geometrical axis which touch in the geometrical axis and support the inside of the blades against each other. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln als ebene Flächen gestaltet sind und in windschiefer Anordnung im Rotor stehen.Turbine after Claim 1 , characterized in that the blades are designed as flat surfaces and are in a skewed arrangement in the rotor. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln in einem auf seinem Umfang gelagerten Hohlzylinderrotor angebracht sind, von dem die erzeugte Kraft abgeleitet wird.Turbine after Claim 1 , characterized in that the blades are mounted in a hollow cylinder rotor mounted on its circumference, from which the force generated is derived. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln in Form von weitgehend ebenen Flächen mitsamt den sie verbindenden Formstücken in den Hohlzylinderrotor fest eingebaut sind; wobei dieser in einem Rohr drehbar angeordnet ist, das in einem Strömungskanal gelagert ist.Turbine after Claim 3 , characterized in that the blades in the form of largely flat surfaces together with the fittings connecting them are permanently installed in the hollow cylinder rotor; this being rotatably arranged in a tube which is mounted in a flow channel. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln auf einer in der geometrischen Achse gelagerten Welle angebracht sind, von der die Kraft abgeleitet wird.Turbine after Claim 1 , characterized in that the blades are mounted on a shaft mounted in the geometric axis, from which the force is derived. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Lage der Schaufeln einstellbar ist.Turbine after Claim 1 , characterized in that the geometric position of the blades is adjustable. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Einbauten als den Strom des Kraft erzeugenden Mediums leitende Leitapparate vor und hinter dem geometrischen Berührungspunkt der geradlinigen Innenkanten in unterschiedlicher Weise gestaltet sind.Turbine after Claim 1 , characterized in that the axial internals are designed in different ways as guide apparatuses conducting the flow of the force-generating medium in front of and behind the geometric contact point of the straight inner edges. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die axialen Einbauten die Form zweier oder mehr sich kreuzender Dreiecke oder die Form einer Pyramide oder (im unteren Bereich) die Form von ebenen Leitblechen oder von an den Schaufeln angebrachten Leitblechen haben.Turbine after Claim 1 , characterized in that the axial internals have the shape of two or more intersecting triangles or the shape of a pyramid or (in the lower area) the shape of flat guide plates or of guide plates attached to the blades. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihr die Schaufeln aufnehmender Hohlzylinderrotor in jeder Achslage in ein strömendes Medium stellbar ist.Turbine after Claim 3 , characterized in that its hollow cylinder rotor receiving the blades is adjustable in each axial position in a flowing medium. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hohlzylinderrotoren in Reihenschaltung hinter einander angeordnet oder aneiander angeflanscht oder sonstwie an einander angebaut sind.Turbine after Claim 3 , characterized in that several hollow cylinder rotors are arranged in series one behind the other or are flanged to one another or are otherwise attached to one another.
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