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WO2008086987A1 - Turbomachine comprising a driven rotor - Google Patents

Turbomachine comprising a driven rotor Download PDF

Info

Publication number
WO2008086987A1
WO2008086987A1 PCT/EP2008/000211 EP2008000211W WO2008086987A1 WO 2008086987 A1 WO2008086987 A1 WO 2008086987A1 EP 2008000211 W EP2008000211 W EP 2008000211W WO 2008086987 A1 WO2008086987 A1 WO 2008086987A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
longitudinal elements
turbomachine
longitudinal
chamber
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/000211
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Zeki Akbayir
Original Assignee
Zeki Akbayir
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102007003088A external-priority patent/DE102007003088B3/en
Application filed by Zeki Akbayir filed Critical Zeki Akbayir
Publication of WO2008086987A1 publication Critical patent/WO2008086987A1/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2238—Special flow patterns
    • F04D29/225—Channel wheels, e.g. one blade or one flow channel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine with a driven rotor, which rotates in a gaseous or liquid medium and at least on one of its lateral surfaces has a wing profile with at least one convex elevation, wherein the rotor contains an axial cavity inside and the rotor with at least one chamber to - Is connected or discharge of the medium, wherein between the cavity and the outer lateral surface in the region of the airfoil at least one passage opening is provided according to the main patent DE 10 2005 049 938 C2.
  • Turbomachines are characterized in that they generate a pressure difference in a gaseous or liquid medium or are driven by a pressure difference in such a medium.
  • flow machines usually have a rotor which is rotatably mounted in the gaseous or liquid medium relative to a stator and generates a pressure difference by its shape or arrangement.
  • Such turbomachines include primarily most types of pumps, compressors, turbomachines, turbines or wind energy converters, which have rotors in various designs and are usually rotatably mounted in a housing as a stator. By the rotation of a driven rotor and the pressure differences generated thereby occur within the rotor housing flows of the medium, which influence the effect of the rotor or the turbomachine.
  • the invention is therefore based on the object to provide a turbomachine, which has a high efficiency and at the same time generates a high flow rate.
  • the invention has the advantage that the flow medium is largely prevented by the longitudinal elements transversely to the direction of rotation within the housing shell to an outer rotational movement, so that the rotor basically rotates in a medium flowing only slowly and thus produces a maximum pressure difference.
  • the entire rotational energy for generating the pressure difference can be used, resulting in advantageous manner not only a large flow rate, but also a high efficiency.
  • the invention also has the advantage that even with simple longitudinal elements between the rotor surface and the inner surface of the rotor housing, the flow of the medium above the rotor can be prevented in a simple manner at a circumferential acceleration, which can be increased with little effort, the flow rate.
  • the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment which is illustrated in the drawing. Show it:
  • FIG. 1 shows a perspective view of a pump with a single-stage pump rotor
  • Fig. 2 a front view of the pump with the
  • FIG. 4 shows a perspective view of a
  • Housing part with slightly coiled arranged longitudinal elements.
  • a pump 1 is shown in perspective, which includes a single-stage hollow rotor 2 as a pump rotor having four wing profile elements 3 on an outer circumferential surface 4, between which passage openings 5 are arranged to the inner cavity 6.
  • Embodiment which is preferably operated with water as the liquid medium.
  • the pump 2 consists essentially of a stationary housing 7 as a stator in which the pump rotor 2 is arranged.
  • the rotor is rotatably mounted in the housing 7 in two bearings 8 and has in its center a shaft 9 which is connected to a drive motor, not shown.
  • the housing 7 is formed substantially cylindrical and includes on its outer circumferential surface an outlet opening 11 for discharging the water to be pumped.
  • On the left end or lateral surface of the housing 7, an inlet opening 10 is provided for the inlet of the water to be pumped to the cavity 6, which is connectable to a feed line, not shown.
  • the inlet opening 10 is connected to the cavity 6 of the rotor 2 and forms with this an inlet chamber 12.
  • With such a pump 1 can in Basically all liquid media such. As water, oil and the like, as well as all liquids that are mixed with solids, such. As dispersions are transported.
  • the pump 1 described above is shown in front view, from which in detail the arrangement and design of the rotor 2 can be seen.
  • the rotor 2 essentially consists of a cylindrical impeller 20, which has a cylindrical cavity 6 inside, which forms an inlet chamber 12 in the illustrated pump 1.
  • nine convex elevations 3 are arranged distributed in equal angular portions, which form an axially extending airfoil on the outer tangential lateral surface 4 of the rotor 2.
  • the rotor 2 Since the rotor 2 has on its outer tangential lateral surface 4 a plurality of airfoil elements 3, which also form a negative pressure region in a rotation according to the Bernoulli effect in gaseous media such as air, thus all gaseous media as well as gaseous media permeated with bulk materials can be transported, compressed or sucked in.
  • gaseous media such as air
  • passages 5 are provided to the inner cavity 6 or to the inlet chamber 12 of the pump 1, in which there is the medium to be pumped, such as water.
  • the rotor 2 is driven at a predetermined rotational speed and direction 18, so that on the outer circumferential surface 4 in the direction of rotation 18 behind the convex elevation 19 after the Bernoulli effect, a negative pressure or a pressure difference to the surrounding gaseous or liquid Medium forms, so that from the pressure higher interior space 6, the medium is sucked to the outside.
  • the pressure difference depends essentially on the speed or the peripheral speed of the impeller 20.
  • the Pressure difference increases approximately linearly until the vortex formation at the tear-off edge 13 of the airfoil 3 or other turbulence elements becomes so great that a significant backpressure results therefrom. But this can be achieved by an advantageous embodiment of the particular
  • Tear-off edge 13 and by forming circular inlet 12 and outlet 21 can be reduced, so that at speeds of at least 10,000 rev / min, a linear pressure increase occurs.
  • the flow rate per unit of time can also be increased at the same time, but this is limited by the cross-sectional areas of the passage openings 5.
  • the medium located therein is also accelerated to a circular path around the rotor 2. Although this is decelerated by a certain vortex formation during the suction, so that it can not be accelerated to the peripheral speed of the rotor 2.
  • the differential pressure between the peripheral speed of the airfoil and the medium flowing past, which is necessary for generating negative pressure is reduced, as a result of which the negative pressure and thus also the flow rate are reduced.
  • a plurality of longitudinal elements 25 are provided within the outlet chamber 21 transversely to the direction of rotation 18 of the rotor 2.
  • the arrangement of the longitudinal elements 25 in the outlet chamber 21 is shown in detail in Fig. 3 of the drawing. 3 of the drawing shows an open housing part 7, in which a driven pump rotor 2 is arranged, around which are provided coaxially as longitudinal elements eight longitudinal ribs 25.
  • the rotor 2 corresponds to the rotor according to FIGS. 1 and 2 of the drawing, except that this is shown in FIG. 3 of the drawing has only eight airfoil elements 3.
  • This rotor 2 is rotatably mounted in a bearing ring 23.
  • annular housing flange 24 is connected, which is at the same time a part of the pump housing 7 or rotor housing 7.
  • recesses 29 are provided, are inserted into the radial fits 26 of the longitudinal ribs 25 in order to fix them between the other, not shown, housing flange on the axially opposite rotor side.
  • the eight longitudinal ribs 25 are arranged radially and symmetrically to the axis of rotation.
  • the longitudinal ribs 25 are preferably formed as a linear flat rectangular bars whose edges are rounded aerodynamically, with the direction of rotation 18 facing radial surfaces 27 are formed slightly concave.
  • a longitudinal rib 25 is already sufficient to improve the flow rate compared to a free outlet chamber 21.
  • an arrangement of a plurality of longitudinal ribs 25 has been found to be advantageous, wherein these are preferably arranged at an angular distance of the convex elevations 19.
  • the longitudinal ribs 25 are preferably arranged so that between the convex elevations 19 and the radially inner longitudinal rib surfaces only a small distance of about 0.5 - 1.0 mm is provided. This will be in This rotor position reaches a certain sealing effect at maximum negative pressure build-up, through which the medium water is sucked through the passage openings 5 into the outlet chamber 21 with maximum flow rate.
  • the longitudinal ribs 25 could also be formed on the inner circumferential surface 22 of the housing 7 in order to prevent the circulating acceleration of the medium in the outlet chamber 21.
  • the longitudinal ribs 25 could also be formed on the inner circumferential surface 22 of the housing 7 in order to prevent the circulating acceleration of the medium in the outlet chamber 21.
  • it must be ensured that the medium to be pumped from the separate
  • Partial areas of the outlet chamber 21 can be discharged either laterally or radially to the outflow opening 11.
  • FIG. 4 of the drawing A particular embodiment of the rotor housing 7 with longitudinal elements 26 is shown in Fig. 4 of the drawing, which is preferably provided for a pressure turbine.
  • This rotor housing part 7 consists of a closed cylindrical tube part 30, on the inner circumferential surface 22 slightly coiled longitudinal elements 25 are arranged.
  • this rotor housing part 7 coaxially surrounds the rotor 2, not shown, and forms the outlet chamber 21 with the outer jacket surface 4 of the rotor 2.
  • Twelve longitudinal ribs 25, which are provided for a rotor 2 with twelve airfoil profile elements 3, are symmetrically distributed on the inner jacket surface 22 ,
  • the individual longitudinal ribs 25 are preferably concave on both radial surfaces 27 in order to prevent a radial flow and a strong turbulence.
  • an axially offset negative pressure build-up which causes an axial acceleration of the medium by the coiled longitudinal ribs 25. Therefore, one side of the rotor housing 7 is to be formed as an outlet opening 11, which allows a turbine-like discharge of the medium.
  • the formation of the housing part 7 with the slightly coiled longitudinal ribs 25 is particularly suitable for turbine drive of watercraft.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

The invention relates to a turbomachine comprising a rotor (2) which revolves in a gaseous or liquid medium and is equipped, at least on one of the external surfaces (4) thereof, with a profiled mounting surface (3) that has a convex elevation (19). The inside of the rotor (2) encompasses an axial hollow space (6) that is connected to at least one chamber (12, 21) for delivering or discharging the medium. At least one through-hole (5) is provided between the hollow space (6) and the external surface (4), in the area of the profiled mounting surface (3). The invention is characterized in that the rotor (2) is mounted in a stationary housing (7), while longitudinal elements (25) are disposed coaxially around the rotor (2) and transversal to the direction of rotation (18).

Description

Strömungsmaschine mit einem angetriebenen RotorTurbomachine with a driven rotor
Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einem angetriebenen Rotor, der in einem gasförmigen oder flüssigen Medium umläuft und mindestens auf einer seiner Mantelflächen ein Tragflächenprofil mit mindestens einer konvexen Erhebung aufweist, wobei der Rotor innen einen axialen Hohlraum enthält und der Rotor mit mindestens einer Kammer zur Zu- oder Abführung des Mediums verbunden ist, wobei zwischen dem Hohlraum und der äußeren Mantelfläche im Bereich des Tragflächenprofils mindestens eine Durchtrittsöffnung vorgesehen ist nach dem Hauptpatent DE 10 2005 049 938 C2.The invention relates to a turbomachine with a driven rotor, which rotates in a gaseous or liquid medium and at least on one of its lateral surfaces has a wing profile with at least one convex elevation, wherein the rotor contains an axial cavity inside and the rotor with at least one chamber to - Is connected or discharge of the medium, wherein between the cavity and the outer lateral surface in the region of the airfoil at least one passage opening is provided according to the main patent DE 10 2005 049 938 C2.
Strömungsmaschinen zeichnen sich dadurch aus, dass sie in einem gasförmigen oder flüssigen Medium einen Druckunterschied erzeugen oder durch einen Druckunterschied in einem derartigen Medium angetrieben werden. Dazu weisen derartige Strömungsmaschinen in der Regel einen Rotor auf, der in dem gasförmigen oder flüssigen Medium gegenüber einem Stator drehbar gelagert ist und durch seine Form oder Anordnung einen Druckunterschied erzeugt. Zu derartigen Strömungsmaschinen gehören in erster Linie die meisten Pumpenarten, Kompressoren, Turbomaschinen, Turbinen oder Windenergiekonverter, die über Rotoren in unterschiedlichsten Ausführungen verfügen und meist drehbar in einem Gehäuse als Stator gelagert sind. Durch die Drehung eines angetriebenen Rotors und die dadurch erzeugten Druckunterschiede treten innerhalb des Rotorgehäuses Strömungen des Mediums auf, die die Wirkung des Rotors bzw. der Strömungsmaschine beeinflussen. So führen glattwandige und strömungsgünstige Gehäuseteile nur zur geringen Verwirbelungen des Mediums im Gehäuseteil, wodurch ein guter Wirkungsgrad erzielbar ist. Allerdings muss dies nicht gleichzeitig zu einer hohen Durchflussmenge pro Zeiteinheit führen, da diese auch vom erzeugbaren Druckunterschied im Durchflussmedium abhängig ist .Turbomachines are characterized in that they generate a pressure difference in a gaseous or liquid medium or are driven by a pressure difference in such a medium. For this purpose, such flow machines usually have a rotor which is rotatably mounted in the gaseous or liquid medium relative to a stator and generates a pressure difference by its shape or arrangement. Such turbomachines include primarily most types of pumps, compressors, turbomachines, turbines or wind energy converters, which have rotors in various designs and are usually rotatably mounted in a housing as a stator. By the rotation of a driven rotor and the pressure differences generated thereby occur within the rotor housing flows of the medium, which influence the effect of the rotor or the turbomachine. So lead smooth-walled and flow-favorable housing parts only for low turbulence of the medium in the housing part, whereby a good efficiency can be achieved. However, this does not have to lead to a high flow rate per unit of time at the same time as this also depends on the producible pressure difference in the flow medium.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsmaschine zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist und gleichzeitig eine hohe Durchflussleistung erzeugt .The invention is therefore based on the object to provide a turbomachine, which has a high efficiency and at the same time generates a high flow rate.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, dass der Rotor in einem stationären Gehäuse gelagert ist, wobei koaxial um den Rotor und quer zur Drehrichtung Längselemente angeordnet sind. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .This object is achieved by the invention in that the rotor is mounted in a stationary housing, wherein coaxially around the rotor and transversely to the direction of rotation longitudinal members are arranged. Further developments and advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die Längselemente quer zur Drehrichtung innerhalb des Gehäusemantels das Strömungsmedium weitgehend an einer äußeren Drehbewegung gehindert wird, so dass der Rotor im Grunde in einem nur langsam fließenden Medium rotiert und somit einen maximalen Druckunterschied erzeugt . Dadurch wird auch nur eine geringe Verwirbelung an der inneren Mantelfläche des Gehäuses erzeugt, so dass die gesamte Rotationsenergie zur Erzeugung des Drucksunterschieds nutzbar ist, wodurch sich vorteilhafte Weise nicht nur eine große Durchflussmenge, sondern auch gleichzeitig ein hoher Wirkungsgrad ergibt.The invention has the advantage that the flow medium is largely prevented by the longitudinal elements transversely to the direction of rotation within the housing shell to an outer rotational movement, so that the rotor basically rotates in a medium flowing only slowly and thus produces a maximum pressure difference. As a result, only a slight turbulence is generated on the inner circumferential surface of the housing, so that the entire rotational energy for generating the pressure difference can be used, resulting in advantageous manner not only a large flow rate, but also a high efficiency.
Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, dass bereits mit einfachen Längselementen zwischen der Rotoroberfläche und der inneren Mantelfläche des Rotorgehäuses die Strömung des Mediums oberhalb des Rotors auf einfache Weise an einer Umfangsbeschleunigung gehindert werden kann, wodurch sich mit geringem Aufwand die Durchflussmenge steigern lässt . Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:The invention also has the advantage that even with simple longitudinal elements between the rotor surface and the inner surface of the rotor housing, the flow of the medium above the rotor can be prevented in a simple manner at a circumferential acceleration, which can be increased with little effort, the flow rate. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment which is illustrated in the drawing. Show it:
Fig. 1: eine perspektivische Darstellung einer Pumpe mit einem einstufigen Pumpenrotor;1 shows a perspective view of a pump with a single-stage pump rotor;
Fig. 2: eine Vorderansicht der Pumpe mit demFig. 2: a front view of the pump with the
Pumpenrotor; Fig. 3: eine perspektivische Darstellung eines Rotors mit ihm umgebenden linearen Längselementen, und Fig. 4: eine perspektivische Darstellung einesPump rotor; 3 shows a perspective view of a rotor with linear longitudinal elements surrounding it, and FIG. 4 shows a perspective view of a
Gehäuseteils mit leicht gewendelt angeordneten Längselementen .Housing part with slightly coiled arranged longitudinal elements.
In Fig. 1 der Zeichnung ist als Strömungsmaschine eine Pumpe 1 perspektivisch dargestellt, die einen einstufigen hohlen Rotor 2 als Pumpenrotor enthält, der auf einer äußeren Mantelfläche 4 neun Tragflächenprofilelemente 3 aufweist, zwischen denen Durchtrittsöffnungen 5 zum inneren Hohlraum 6 angeordnet sind.In Fig. 1 of the drawing as a turbomachine, a pump 1 is shown in perspective, which includes a single-stage hollow rotor 2 as a pump rotor having four wing profile elements 3 on an outer circumferential surface 4, between which passage openings 5 are arranged to the inner cavity 6.
Bei der dargestellten Pumpe 2 handelt es sich um eineIn the illustrated pump 2 is a
Ausführung, die vorzugsweise mit Wasser als flüssigem Medium betrieben wird. Die Pumpe 2 besteht im wesentlichen aus einem stationären Gehäuse 7 als Stator, in dem der Pumpenrotor 2 angeordnet ist. Der Rotor ist im Gehäuse 7 in zwei Lagern 8 drehbar gelagert und besitzt in seinem Zentrum eine Welle 9, die mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden ist. Das Gehäuse 7 ist im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und enthält an seiner äußeren Mantelfläche eine Auslassöffnung 11 zur Abführung des zu pumpenden Wassers. An der linken Stirn- oder Mantelfläche des Gehäuses 7 ist zum Einlass des zu pumpenden Wassers zum Hohlraum 6 eine Einlassöffnung 10 vorgesehen, die mit einer nicht dargestellten Zuführleitung verbindbar ist. Die Einlassöffnung 10 ist mit dem Hohlraum 6 des Rotors 2 verbunden und bildet mit diesem eine Einlasskammer 12. Mit einer derartigen Pumpe 1 können im Grunde alle flüssigen Medien wie z. B. Wasser, Öl und dergleichen als auch alle Flüssigkeiten, die mit Feststoffen vermischt sind, wie z. B. Dispersionen befördert werden.Embodiment, which is preferably operated with water as the liquid medium. The pump 2 consists essentially of a stationary housing 7 as a stator in which the pump rotor 2 is arranged. The rotor is rotatably mounted in the housing 7 in two bearings 8 and has in its center a shaft 9 which is connected to a drive motor, not shown. The housing 7 is formed substantially cylindrical and includes on its outer circumferential surface an outlet opening 11 for discharging the water to be pumped. On the left end or lateral surface of the housing 7, an inlet opening 10 is provided for the inlet of the water to be pumped to the cavity 6, which is connectable to a feed line, not shown. The inlet opening 10 is connected to the cavity 6 of the rotor 2 and forms with this an inlet chamber 12. With such a pump 1 can in Basically all liquid media such. As water, oil and the like, as well as all liquids that are mixed with solids, such. As dispersions are transported.
In Fig. 2 der Zeichnung ist die vorstehend beschriebene Pumpe 1 in Vorderansicht dargestellt, aus der im einzelnen auch die Anordnung und Ausbildung des Rotors 2 ersichtlich ist. Dabei besteht der Rotor 2 im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Flügelrad 20, das innen einen zylinderförmigen Hohlraum 6 aufweist, der bei der dargestellten Pumpe 1 eine Einlasskammer 12 bildet. Auf der äußeren Mantelfläche 4 des Rotors 2 sind in gleichen Winkelabschnitten verteilt neun konvexe Erhebungen 3 angeordnet, die ein axial verlaufendes Tragflächenprofil auf der äußeren tangentialen Mantelfläche 4 des Rotors 2 bilden. Da der Rotor 2 auf seiner äußeren tangentialen Mantelfläche 4 mehrere Tragflächenprofilelemente 3 aufweist, die bei einer Rotation nach dem Bernoulli-Effekt auch in gasförmigen Medien wie beispielsweise Luft einen Unterdruckbereich bilden, können damit auch alle gasförmigen Medien sowie mit Schüttgütern durchsetzte gasförmige Medien transportiert, verdichtet oder angesaugt werden.In Fig. 2 of the drawing, the pump 1 described above is shown in front view, from which in detail the arrangement and design of the rotor 2 can be seen. In this case, the rotor 2 essentially consists of a cylindrical impeller 20, which has a cylindrical cavity 6 inside, which forms an inlet chamber 12 in the illustrated pump 1. On the outer circumferential surface 4 of the rotor 2, nine convex elevations 3 are arranged distributed in equal angular portions, which form an axially extending airfoil on the outer tangential lateral surface 4 of the rotor 2. Since the rotor 2 has on its outer tangential lateral surface 4 a plurality of airfoil elements 3, which also form a negative pressure region in a rotation according to the Bernoulli effect in gaseous media such as air, thus all gaseous media as well as gaseous media permeated with bulk materials can be transported, compressed or sucked in.
Im Endbereich des Tragflächenprofils 3 sind Durchtrittsöffnungen 5 zum innen liegenden Hohlraum 6 oder zur Einlasskammer 12 der Pumpe 1 vorgesehen, in der sich das zu pumpende Medium wie beispielsweise Wasser befindet . Zum Betrieb der Pumpe 1 wird der Rotor 2 mit einer vorgegebenen Drehzahl und Drehrichtung 18 angetrieben, so dass an der äußeren Mantelfläche 4 in Drehrichtung 18 hinter der konvexen Erhebung 19 sich nach dem Bernoulli-Effekt ein Unterdruck bzw. eine Druckdifferenz zum umgebenden gasförmigen oder flüssigen Medium bildet, so dass aus dem druckhöheren Innenraum 6 das Medium nach außen gesaugt wird. Dabei hängt die Druckdifferenz im wesentlichen von der Drehzahl bzw. der Umfangsgeschwindigkeit des Flügelrades 20 ab. Die Druckdifferenz steigt etwa linear so weit an, bis die Wirbelbildung an der Abreißkante 13 des Tragflächenprofils 3 oder anderen Verwirbelungselementen so groß wird, dass sich daraus ein nennenswerter Gegendruck ergibt . Dies kann aber durch eine vorteilhafte Ausbildung insbesondere derIn the end region of the airfoil 3 passages 5 are provided to the inner cavity 6 or to the inlet chamber 12 of the pump 1, in which there is the medium to be pumped, such as water. To operate the pump 1, the rotor 2 is driven at a predetermined rotational speed and direction 18, so that on the outer circumferential surface 4 in the direction of rotation 18 behind the convex elevation 19 after the Bernoulli effect, a negative pressure or a pressure difference to the surrounding gaseous or liquid Medium forms, so that from the pressure higher interior space 6, the medium is sucked to the outside. The pressure difference depends essentially on the speed or the peripheral speed of the impeller 20. The Pressure difference increases approximately linearly until the vortex formation at the tear-off edge 13 of the airfoil 3 or other turbulence elements becomes so great that a significant backpressure results therefrom. But this can be achieved by an advantageous embodiment of the particular
Abreißkante 13 und durch Bildung kreisförmiger Einlass- 12 und Auslasskammern 21 verringert werden, so dass bei Drehzahlen von mindestens 10.000 U/min ein linearer Druckanstieg erfolgt.Tear-off edge 13 and by forming circular inlet 12 and outlet 21 can be reduced, so that at speeds of at least 10,000 rev / min, a linear pressure increase occurs.
Durch einen hohen Differenzdruck kann auch gleichzeitig die Durchflussmenge pro Zeiteinheit vergrößert werden, die aber durch die Querschnittsflächen der Durchtrittsöffnungen 5 begrenzt ist. Allerdings wird bei einer kreisförmigen Auslasskammer 21 mit einer glattwandigen inneren Mantelfläche 22 auch das darin befindliche Medium auf eine Kreisbahn um den Rotor 2 beschleunigt. Dies wird zwar durch eine gewisse Wirbelbildung während des Ansaugens abgebremst, so dass es nicht auf die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors 2 beschleunigt werden kann. Aber durch die Beschleunigung in der Auslasskammer 21 verringert sich der zur Unterdruckerzeugung notwendige Differenzdruck zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Tragflächenprofils und dem vorbei strömenden Medium, wodurch sich der Unterdruck und damit auch die Durchflussmenge verringern.Due to a high differential pressure, the flow rate per unit of time can also be increased at the same time, but this is limited by the cross-sectional areas of the passage openings 5. However, in the case of a circular outlet chamber 21 with a smooth-walled inner lateral surface 22, the medium located therein is also accelerated to a circular path around the rotor 2. Although this is decelerated by a certain vortex formation during the suction, so that it can not be accelerated to the peripheral speed of the rotor 2. But due to the acceleration in the outlet chamber 21, the differential pressure between the peripheral speed of the airfoil and the medium flowing past, which is necessary for generating negative pressure, is reduced, as a result of which the negative pressure and thus also the flow rate are reduced.
Um die Durchflussmenge bei jeder Drehzahl relativ konstant zu halten, sind deshalb innerhalb der Auslasskammer 21 quer zur Drehrichtung 18 des Rotors 2 mehrere Längselemente 25 vorgesehen. Die Anordnung der Längselemente 25 in der Auslasskammer 21 ist im einzelnen in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt. Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt ein offenes Gehäuseteil 7, in dem ein angetriebener Pumpenrotor 2 angeordnet ist, um den koaxial als Längselemente acht Längsrippen 25 vorgesehen sind. Der Rotor 2 entspricht dem Rotor nach Fig. 1 und 2 der Zeichnung, nur dass dieser in Fig. 3 der Zeichnung lediglich acht Tragflächenprofilelemente 3 aufweist. Dieser Rotor 2 ist in einem Lagerring 23 drehbar gelagert. Mit diesem stationären Lagerring 23 ist ein ringförmiger Gehäuseflansch 24 verbunden, der gleichzeitig einen Teil des Pumpengehäuses 7 bzw. Rotorgehäuses 7 darstellt. An diesem Gehäuseflansch 24 sind Aussparungen 29 vorgesehen, in die Radialpassungen 26 der Längsrippen 25 eingesetzt sind, um diese zwischen den weiteren, nicht dargestellten, Gehäuseflansch auf der axial gegenüber liegenden Rotorseite zu fixieren.In order to keep the flow rate at each speed relatively constant, therefore, a plurality of longitudinal elements 25 are provided within the outlet chamber 21 transversely to the direction of rotation 18 of the rotor 2. The arrangement of the longitudinal elements 25 in the outlet chamber 21 is shown in detail in Fig. 3 of the drawing. 3 of the drawing shows an open housing part 7, in which a driven pump rotor 2 is arranged, around which are provided coaxially as longitudinal elements eight longitudinal ribs 25. The rotor 2 corresponds to the rotor according to FIGS. 1 and 2 of the drawing, except that this is shown in FIG. 3 of the drawing has only eight airfoil elements 3. This rotor 2 is rotatably mounted in a bearing ring 23. With this stationary bearing ring 23, an annular housing flange 24 is connected, which is at the same time a part of the pump housing 7 or rotor housing 7. On this housing flange 24 recesses 29 are provided, are inserted into the radial fits 26 of the longitudinal ribs 25 in order to fix them between the other, not shown, housing flange on the axially opposite rotor side.
An diesen Gehäuseflanschen 24 ist noch ein nicht dargestelltes abdeckendes zylinderförmiges Gehäuseteil 7 angeordnet, dass mit seiner inneren Mantelfläche 22 die Auslasskammer 21 der Pumpe 1 bildet. In dieser Auslasskammer 21 sind die acht Längsrippen 25 radial und symmetrisch zur Drehachse angeordnet. Die Längsrippen 25 sind vorzugsweise als lineare flache Rechteckstäbe ausgebildet, dessen Kanten strömungsgünstig abgerundet sind, wobei die zur Drehrichtung 18 zeigenden Radialflächen 27 leicht konkav ausgeformt sind. Dadurch wird eine Beschleunigung des Pumpmediums Wasser zwischen den Längsrippen 25 wirkungsvoll verhindert und gleichzeitig durch die Abrisskanten 28 an der konkav ausgebildeten Radialfläche 27 eine zu starke Verwirbelung verhindert, durch die der Wirkungsgrad verschlechtert würde.At this housing flanges 24 is still an unillustrated covering cylindrical housing part 7 is arranged that forms with its inner circumferential surface 22, the outlet chamber 21 of the pump 1. In this outlet chamber 21, the eight longitudinal ribs 25 are arranged radially and symmetrically to the axis of rotation. The longitudinal ribs 25 are preferably formed as a linear flat rectangular bars whose edges are rounded aerodynamically, with the direction of rotation 18 facing radial surfaces 27 are formed slightly concave. As a result, an acceleration of the pumping medium water between the longitudinal ribs 25 is effectively prevented and at the same time prevented by the demolition edges 28 on the concave radial surface 27 excessive turbulence, by which the efficiency would be degraded.
Im Grunde ist bereits eine Längsrippe 25 ausreichend, um die Durchflussmenge gegenüber einer freien Auslasskammer 21 zu verbessern. Allerdings hat sich eine Anordnung von mehreren Längsrippen 25 als vorteilhaft herausgestellt, wobei diese vorzugsweise im Winkelabstand der konvexen Erhebungen 19 angeordnet sind. Dabei werden die Längsrippen 25 vorzugsweise so angeordnet, dass zwischen den konvexen Erhebungen 19 und den radial innen liegenden Längsrippenflächen nur ein geringer Abstand von ca. 0,5 - 1,0 mm vorgesehen ist. Dadurch wird in dieser Rotorstellung eine gewisse Abdichtwirkung bei maximalen Unterdruckaufbau erreicht, durch den das Medium Wasser mit maximaler Durchflussmenge durch die Durchtrittsöffnungen 5 in die Auslasskammer 21 gesogen wird.Basically, a longitudinal rib 25 is already sufficient to improve the flow rate compared to a free outlet chamber 21. However, an arrangement of a plurality of longitudinal ribs 25 has been found to be advantageous, wherein these are preferably arranged at an angular distance of the convex elevations 19. In this case, the longitudinal ribs 25 are preferably arranged so that between the convex elevations 19 and the radially inner longitudinal rib surfaces only a small distance of about 0.5 - 1.0 mm is provided. This will be in This rotor position reaches a certain sealing effect at maximum negative pressure build-up, through which the medium water is sucked through the passage openings 5 into the outlet chamber 21 with maximum flow rate.
Die Längsrippen 25 könnten aber auch an der inneren Mantelfläche 22 des Gehäuses 7 angeformt sein, um die umlaufende Beschleunigung des Mediums in der Auslasskammer 21 zu verhindern. Allerdings muss in jedem Fall gewährleistet sein, dass das zu pumpende Medium aus den getrenntenHowever, the longitudinal ribs 25 could also be formed on the inner circumferential surface 22 of the housing 7 in order to prevent the circulating acceleration of the medium in the outlet chamber 21. However, in any case it must be ensured that the medium to be pumped from the separate
Teilbereichen der Auslasskammer 21 entweder seitlich oder radial zur Ausflussöffnung 11 abführbar ist.Partial areas of the outlet chamber 21 can be discharged either laterally or radially to the outflow opening 11.
Eine besondere Ausbildung des Rotorgehäuses 7 mit Längselementen 26 ist in Fig. 4 der Zeichnung dargestellt, das vorzugsweise für eine Druckturbine vorgesehen ist. Dieses Rotorgehäuseteil 7 besteht aus einem geschlossenen zylinderförmigen Rohrteil 30, an dessen innerer Mantelfläche 22 leicht gewendelte Längselemente 25 angeordnet sind. Dabei umschließt dieses Rotorgehäuseteil 7 den nicht dargestellten Rotor 2 koaxial und bildet mit der äußeren Mantelfläche 4 des Rotors 2 die Auslasskammer 21. An der inneren Mantelfläche 22 sind symmetrisch verteilt vorzugsweise zwölf Längsrippen 25 befestigt, die für einen Rotor 2 mit zwölf Tragflächenprofilelementen 3 vorgesehen sind.A particular embodiment of the rotor housing 7 with longitudinal elements 26 is shown in Fig. 4 of the drawing, which is preferably provided for a pressure turbine. This rotor housing part 7 consists of a closed cylindrical tube part 30, on the inner circumferential surface 22 slightly coiled longitudinal elements 25 are arranged. In this case, this rotor housing part 7 coaxially surrounds the rotor 2, not shown, and forms the outlet chamber 21 with the outer jacket surface 4 of the rotor 2. Twelve longitudinal ribs 25, which are provided for a rotor 2 with twelve airfoil profile elements 3, are symmetrically distributed on the inner jacket surface 22 ,
Die einzelnen Längsrippen 25 sind vorzugsweise an beiden Radialflächen 27 konkav ausgebildet, um einen radialen Durchfluss und eine starke Verwirbelung zu verhindern. Durch die gewendelten Längsrippen 25 entsteht bei umlaufenden Rotor 2 ein axial versetzter Unterdruckaufbau, der durch die gewendelten Längsrippen 25 eine axiale Beschleunigung des Mediums bewirkt. Deshalb ist eine Seite des Rotorgehäuses 7 als AuslaufÖffnung 11 auszubilden, die einen turbinenartigen Austritt des Mediums zulässt . Die Ausbildung des Gehäuseteils 7 mit den leicht gewendelten Längsrippen 25 ist dabei besonders zum Turbinenantrieb von Wasserfahrzeugen geeignet . The individual longitudinal ribs 25 are preferably concave on both radial surfaces 27 in order to prevent a radial flow and a strong turbulence. By the coiled longitudinal ribs 25 is formed in rotating rotor 2, an axially offset negative pressure build-up, which causes an axial acceleration of the medium by the coiled longitudinal ribs 25. Therefore, one side of the rotor housing 7 is to be formed as an outlet opening 11, which allows a turbine-like discharge of the medium. The formation of the housing part 7 with the slightly coiled longitudinal ribs 25 is particularly suitable for turbine drive of watercraft.

Claims

Strömungsmaschine mit einem angetriebenen RotorPatentansprüche Turbomachine with a powered rotor patent claims
1. Strömungsmaschine mit einem Rotor (2), der in einem gasförmigen oder flüssigen Medium umläuft und mindestens auf einer seiner Mantelflächen (4) ein Tragflächenprofil (3) mit mindestens einer konvexen Erhebung (19) aufweist, wobei der Rotor (2) innen einen axialen Hohlraum (6) enthält und der Rotor (2) mit mindestens einer Kammer (12,21) zur Zu- oder Abführung des Mediums verbunden ist, wobei zwischen dem Hohlraum (6) und der äußeren Mantelfläche (4) im Bereich des Tragflächenprofils (3) mindestens eine Durchtrittsöffnung (5) vorgesehen ist nach dem1. Turbomachine with a rotor (2) which rotates in a gaseous or liquid medium and at least on one of its lateral surfaces (4) has a wing profile (3) with at least one convex elevation (19), wherein the rotor (2) inside a axial cavity (6) and the rotor (2) with at least one chamber (12,21) is connected to the supply or discharge of the medium, wherein between the cavity (6) and the outer lateral surface (4) in the region of the airfoil ( 3) at least one passage opening (5) is provided after the
Patent DE 10 2005 049 938 C2 , dadurch gekennzeichnet , dass der Rotor in einem stationären Gehäuse (7) gelagert ist, wobei koaxial um den Rotor (2) und quer zur Drehrichtung (18) Längselemente (25) angeordnet sind.Patent DE 10 2005 049 938 C2, characterized in that the rotor is mounted in a stationary housing (7), wherein coaxially around the rotor (2) and transversely to the direction of rotation (18) longitudinal elements (25) are arranged.
2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Längselemente (25) als lineare oder leicht gewendelte flache Rechteckstäbe ausgebildet sind, die mit einem stationären2. Turbomachine according to claim 1, characterized in that the longitudinal elements (25) are formed as a linear or slightly coiled flat rectangular bars, with a stationary
Gehäuseteil (7) verbunden sind.Housing part (7) are connected.
3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Längselemente (25) zwischen der äußeren Mantelfläche (4) des Rotors (2) und der inneren Mantelfläche (22) den Rotor (2) umgebenden Gehäuseteil (7) innerhalb der Auslasskammer (21) angeordnet sind. 3. Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the longitudinal elements (25) between the outer circumferential surface (4) of the rotor (2) and the inner circumferential surface (22) surrounding the rotor (2) housing part (7) within the outlet chamber (21) are arranged.
4. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längselemente (25) als Längsrippen ausgebildet sind, wobei mindestens eine der Radialflächen (27) konkav ausgebildet ist .4. Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal elements (25) are designed as longitudinal ribs, wherein at least one of the radial surfaces (27) is concave.
5. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gewendelten Längsrippen (25) dicht mit der inneren Mantelfläche (22) des die Auslasskammer (21) bildenden Gehäuseteils (7) verbunden sind und an einer axialen Seite des Gehäuseteils (7) mindestens eine Auslassöffnung vorgesehen ist.5. Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that the coiled longitudinal ribs (25) are sealed to the inner circumferential surface (22) of the outlet chamber (21) housing part (7) are connected and on one axial side of the housing part (7) at least one outlet opening is provided.
6. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längselemente (25) eine radiale Erstreckung in der Auslasskammer (21) aufweisen, durch die die Auslasskammer (21) in tangential abgetrennte symmetrische Kammerbereiche getrennt ist, wobei die6. Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal elements (25) have a radial extension in the outlet chamber (21) through which the outlet chamber (21) is separated into tangentially separated symmetrical chamber areas, wherein the
Anzahl der Kammerbereiche der Anzahl der Tragflügelprofilelemente (3) des Rotors (2) entspricht .Number of chamber areas the number of airfoil elements (3) of the rotor (2) corresponds.
7. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden7. Turbomachine according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Erstreckung der Längselemente (25) so ausgebildet ist, dass zwischen den konvexen Erhebungen (19) des Tragflächenprofilelements (3) und der radialen Begrenzungsfläche der Längselemente (25) nur ein geringer Durchtrittsabstand vorgesehen ist. Claims, characterized in that the radial extent of the longitudinal elements (25) is formed so that only a small passage distance is provided between the convex elevations (19) of the airfoil (3) and the radial boundary surface of the longitudinal elements (25).
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