DE4418790A1

DE4418790A1 - Flüssigkeit-Durchströmturbine

Info

Publication number: DE4418790A1
Application number: DE4418790A
Authority: DE
Inventors: Heinz Noack
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 1995-11-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeit-Durchströmturbine mit einem zwischen einer Flüssigkeitseintrittsöffnung und einer Flüssigkeitsaus trittsöffnung senkrecht zur Durchflußrichtung der Flüssigkeit angeord neten walzenförmigen Laufrand, das voneinander beabstandete Laufschau feln aufweist, bei der die einströmende Flüssigkeit über Leitschaufeln geführt ist.

Derartige Turbinen sind vorwiegend Wasserturbinen und damit Bestand teile von Wasserkraftwerken. Ihre Aufgabe ist die Umwandlung der in Stau seen, Flüssen und dergleichen enthaltenen potentiellen Energie des Wassers in mechanische Leistung, meist zum Antrieb elektrischer Generatoren.

Im Stand der Technik, beispielsweise im "Dubbel-Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer-Verlag, 16. Auflage, 1987, Seiten R 32, R 33", sind solche Turbinen als Ossberger-Turbinen bekannt. Hierbei durchströmen Wasserstrahlen, geführt durch verstellbare Leitschaufeln, ein trommel förmiges Laufrad. Das Wasser fließt zunächst von außen in den Innenbereich der Turbine und danach wieder von innen nach außen. Dabei kann es aber zu bewegungshemmenden Verwirbelungen des Wassers im Bereich der Laufradwelle kommen. Auch können zum Antrieb des Laufrades diejenigen Laufschaufeln nicht herangezogen werden, die auf der der Wassereintrittsöffnung abgekehrte Seite liegen. Insgesamt wird dadurch der Wirkungsgrad der Turbinen beein trächtigt.

In der DE-OS 37 31 772 A1 ist eine Querstromturbine offenbart, bei der mittig in einem mit Laufschaufeln versehenen Trommelläufer eine verstell bare Leitschaufel angeordnet ist, mit der der Durchströmquerschnitt für das Strömungsmedium einstellbar ist.

Die DE-OS 29 08 689 beschreibt bei einer Durchströmturbine ebenfalls ein Innen-Leitsystem, nach dessen Durchströmen das Medium ein zweites Mal auf die Laufschaufeln geleitet wird.

Bei allen diesen Turbinen besitzen die Laufschaufeln in Durchström richtung des Mediums eine geringe Breite, und es wird ein konstruktiv und fertigungstechnologisch kompliziertes Leitsystem eingesetzt. Anderer seits wird keine Gestaltungsvorschrift hinsichtlich der Gehäusekonstruk tion an den von dem strömenden Medium nicht in erster Linie betroffenen Stellen gemacht.

Deshalb lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einfachen Aufbau für eine Flüssigkeitsturbine anzugeben, der einen hohen Wirkungsgrad er gibt, ohne inneres Leitsystem auskommt und dennoch das durchströmende Medium optimal ausnutzt.

Die Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Erfindungsmerkmalen gelöst.

Durch die spezielle Form und Anzahl der Laufschaufeln, die Ausrichtung von Leit- und Laufschaufel zueinander und die besonders Ausbildung der re levanten Gehäuseteile kommt es dazu, daß das einströmende Medium mit sei nem Strömungsdruck auf die relativ großflächigen Laufschaufeln trifft, die se bewegt, nach dem Durchströmen des Laufschaufelraumes den Mittelraum des Laufrades in solcher Richtung durchströmt, daß es auf der gegenüberliegen den Seite noch einmal voll wirksam auf die dort gerade befindlichen Lauf schaufeln trifft. Dabei tritt zusätzlich durch die sich nach innen ver engenden Räume zwischen den Laufschaufeln eine gewisse Düsenwirkung in Er scheinung, welche die Strömungsgeschwindigkeit erhöht.

Durch den kontinuierlichen Übergang der Kontur der Leitschaufeln in die Kontur der Laufschaufeln sind optimale Einströmverhältnisse geschaffen, die sich für die Druckverhältnisse an den Laufschaufeln günstig auswirken.

Die Turbine findet in fließenden Gewässern, d. h. unter Niederdruck-Bedin gungen, ihre Anwendung. Durch die Profilierung der Laufschaufeln bedarf es trotz großer Baubreite des Laufrades keiner durchgehenden Welle, um die Sta bilitätsanforderungen zu erfüllen.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch die Turbine,

Fig. 2 zwei verschiedene Arten der Lagerung des Laufrades der Turbine.

In Fig. 1 ist erkennbar, daß das strömende Medium durch eine große Einlaßöffnung 1 in die mit dem Gehäuse verbundenen Leitschaufeln 2 ein strömt. Sodann strömt es, durch den kontinuierlichen Übergang begünstigt, in die Laufschaufeln 3, so daß sich das Laufrad 4 in Drehrichtung 5 be wegt. Das Laufrad 4 weist im Gegensatz zu bekannten Durchströmturbinen nur 5 bis 8 Laufschaufeln auf. Die Breite B der Laufschaufeln 3 entspricht etwa dem Durchmesser D des von den Innenkanten der Laufschaufeln 3 be schriebenen Kreises.

Das Profil der Laufschaufeln 3 entspricht im Querschnitt dem einer Vier tel-Ellipse, wobei der stärker gekrümmte Teil am äußeren Umfang des Laufrades 4 angesetzt ist.

Durch die zur Laufradmitte vorliegende Verengung der Laufschaufeln 3 er gibt sich eine zusätzliche Düsenfunktion für das strömende Medium. Dieses wird bei seinem Austritt aus den Laufschaufeln 3 beschleunigt in eine sol che Richtung durch den Innenraum des Laufrades gelenkt, daß es mit hoher Strömungsenergie auf die an der Auströmöffnung 6 befindlichen Laufschaufeln 3 auftrifft und diese bewegt.

Im Übergangsbereich vom Eintrittsbereich 1 zum Austrittsbereich 6 des Me diums besitzt das Gehäuse unterschiedlich breite Innenwände, 7, 8. Die längere Wand 8 im Einströmbereich soll verhindern, daß das zwischen zwei Laufschaufeln 3 eingeströmte Medium unmittelbar über die Auströmöffnung 6 abfließt, während die gegenüberliegende kurze Wandung 7 dafür sorgt, daß die dynamischen Strömungsverhältnisse in der Kammer zwischen den Lauf schaufeln 3 aufrechterhalten bleiben.

In Fig. 2 ist dargesellt, daß das Laufrad 3 je nach Größe und Belastung der Lagerung einfach gelagert 9 (in Fig. 2a) oder doppelt gelagert 9, 10 (in Fig. 2b) sein kann.

Claims

1. Flüssigkeit-Durchströmturbine mit einem zwischen einer Flüssigkeits eintrittsöffnung und einer Flüssigkeitsaustrittsöffnung senkrecht zur Durchflußrichtung der Flüssigkeit angeordneten walzenförmigen Laufrad, das voneinander beabstandete Laufschaufeln aufweist, die an stirnsei tig des walzenförmigen Laufrades angeordneten Tragscheiben befestigt sind, wobei die einströmende Flüssigkeit über am Gehäuse angeordnete Leitschaufeln geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Laufrad nur 5 bis 8 Laufschaufeln aufweist
- die Breite der Laufschaufeln in Strömungsrichtung etwa dem Durch messer des von den Innenkanten der Laufschaufeln beschriebenen Krei ses entspricht
- die Laufschaufel im Querschnitt die Form einer Viertel-Ellipse hat und mit dem stark gekrümmten Teil am äußersten Umfang des Laufrades angesetzt ist
- die Kontur der am Gehäuse angesetzten Leitschaufeln kontinuierlich in die Kontur der Laufschaufeln übergeht
- die Gehäusewandung zwischen Einström- und Ausströmöffnung an der von den Leitschaufeln geführten Einströmseite einen Teilkreis mit der Län ge des Abstandes der Laufschaufeln am äußeren Umfang des Laufrades und an der Gegenseite einen Teilkreis mit der Länge kleiner als der Abstand der Laufschaufeln bildet.

2. Flüssigkeit-Durchströmturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad der Turbine wahlweise ein- oder zweiseitig gelagert ist.