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Turbokolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine Turbokolbenmaschine mit einem seinem mit einer zylindrischen Innen- umfläche versehenen Gehäuse gegenüber exzentrisch verstellbaren Rotor, der auf seiner äusseren Umflä- che mit über mit Führungszapfen in einem Ring geführte Kurbeln zwangsläufig in Abhängigkeit von der eingestellten Exzentrizität verschwenkbaren Dichtgliedern ausgebildet ist, die während des Umlaufes des Rotors mit ihrenAussenkamen im Bereich der zylindrischen Abschnitte der Gehäuseinnenwandung mit die- ser Gehäuseinnenwandung in abdichtender Berührung geführt sind.
Turbokolbenmaschinen dieser Art werden bisher in erster Linie als Pumpen verwendet, wobei durch
Veränderung der Rotor-Exzentrizität bei gleichbleibender Drehzahl die Fördermenge stufenlos eingestellt werden kann. Eine Maschine der eingangs genannten Art ist beispielsweise als Pumpe für Öle und Fette bekanntgeworden. Dabei sind als Dichtglieder am Rotor gelagerte Lenker vorgesehen, die an ihren Enden drehbar eingesetzte Dichtkolben tragen, welche im Bereich eines Umfangsteiles der zylindrischen Innen- form der Gehäuseinnenwandung angepasst sind.
Für die Verwendung der Maschine als Pumpe für Öle und Fette reicht die mit diesen Bauteilen erziel- te Dichtwirkung wegen der hohen Viskosität der geförderten Medien aus. Dagegen würden sich bei der
Verwendung einer derartigen Maschine als Wasserpumpe beträchtliche Spaltverluste und damit ein unbe- friedigender Wirkungsgrad ergeben. Grundsätzlich werden bisher Turbokolbenmaschinen entweder als
Pumpe oder als Arbeitsmaschine (Motor) gebaut, wobei es zwar fallweise möglich ist, eine derartige Maschine, wenn sie als Pumpe gebaut ist, als Motor und umgekehrt zu verwenden, doch ergeben sich dabei in dem an sich jeweils nicht vorgesehenen Betriebsfall gegenüber der arteigenen Betriebsart wesentlich ungünstigere Betriebsverhältnisse mit hohen Verlusten.
Bei andern bekannten Turbokolbenmaschinen wird meist der Rotor in einer bestimmten Exzentrizitätsstellung unverstellbar gelagert, so dass hier die bei Maschinen der eingangs genannten Art mögliche Regelung und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Betriebsverhältnisse nicht vorhanden ist. Wie erwähnt, lässt sich mit Maschinen der eingangs genannten Art beim Betrieb mit Wasser keine hinreichend gute Abdichtung erzielen. Das gleiche Dichtungsproblem tritt auch bei den meisten andern Turbokolbenmaschinen beim Wasserbetrieb auf. Besonders dann, wenn nicht absolut reine Flüssigkeiten als Betriebsflüssigkeit Verwendung finden, ist die Abdichtung zwischen den Dichtgliedern und der Gehäuseinnenwandung nur schwer befriedigend zu lösen.
Es ist bereits bekannt, bei Turbokolbenmaschinen mit als Klappen ausgebildeten Dichtgliedern aussenseitig auf den Klappen einen Dichtungsbelag aus Leder vorzusehen. Ist beim Wasserbetrieb das Betriebswasser nicht absolut rein, sondern, wie dies bei der Entnahme des Betriebswassers aus Gewässern zu erwarten ist, in irgendeiner Form verunreinigt, dann wird auch durch einen derartigen Dichtungsbelag keine ausreichende Dichtung erzielt, weil der Dichtungsbelag an scharfkantigen, zufolge der Verunreinigung im Wasser vorhandener Teilchen aufgerieben wird und Kratzspuren erhält, über die dann das Wasser von dem einen in den nächsten Pumpenraum fliessen kann, so dass wieder grosse Spaltverluste auftreten.
Die Erfindung betrifft eine Turbokolbenmaschine der eingangs genannten Art und besteht darin, dass die Dichtglieder als gewölbte, turbinenschaufelartige Klappen ausgebildet sind, die an ihrer inneren, zum Rotor weisenden Konkavseite aus elastischem Material hergestellte Auflagen mit über die Schaufelaussenkanten vorragenden, lippenförmigen Dichtungswülsten tragen.
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Die Erfindung bezweckt im wesentlichen die Schaffung einer Turbokolbenmaschine der eingangs ge- nannten Art, die voll für den Betrieb mit Wasser geeignet ist und in beiden Betriebsfällen, also sowohl bei der Verwendung als Antriebsmaschine als auch als Pumpe einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Durch die turbinenschaufelartige Ausbildung der Klappen ergeben sich bei der Verwendung der Maschine als An- triebsmascbine günstige, einen hohen Wirkungsgrad gewährleistende Strömungseigenschaften.
Die erfin- dungsgemäss vorgesehene Abdichtung mit den innenseitig vorgesehenen Auflagen und den lippenförmigen Dichtungswülsten gewährleistet in beiden Betriebsfällen eine ausreichende Abdichtung der durch die eben arbeitenden, also mit den zylindrischen Teilen der Gehäuseinnenwand in Eingriff stehenden Dichtglieder bestimmten Maschinenräume, wobei zufolge der innenseitigen Befestigung die Dichtungswülste durch den Wasserdruck gegen die Gehäuseinnenwand gepresst werden.
Durch die besondere Anbringung können die Dichtungswülste aber elastisch nachgeben und so den allenfalls zwischen sie und die Gehäuseinnenwandung gelangenden Verunreinigungsteilchen ausweichen, so dass sie von diesen Teilchen nicht beschädigt werden. Zufolge der guten Abdichtung und der strömungsgünstigen Form der Dichtglieder wird in beiden Betriebsfällen ein hoher Wirkungsgrad erzielt. Es ist daher sinnvoll, erfindungsgemäss ausgestattete Maschinen auch als Grossmaschinen in Wasserkraftwerken zu verwenden, wobei ein und dieselbe Maschine sowohl für den Arbeits. als auch für den Pumpbetrieb in Pumpspeicherkraftwerken Verwendung finden kann.
Durch Verstellung des Rotors ist sowohl eine Angleichung an verschiedene Arbeitsgefälle als auch eine Regelung der Maschinenleistung möglich, wobei die Durchsatzmenge praktisch der Maschinenleistung direkt proportional ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil derartiger Maschinen besteht darin, dass auch bei hohen Arbeitsdrücken mit verhältnismässig geringen Drehzahlen der Maschine das Auslangen gefunden wird. Bei grösseren Wasserkraftmaschinen, deren Bau durch den zufolge der Erfindung erzielbaren guten Wirkungsgrad sinnvoll wird, sind häufig niedrigere Drehzahlen wegen der geringeren Vibrationen der Maschine von Vorteil.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 eine Turbokolbenmaschine im Schnitt senkrecht zur Welle, Fig. 2 die Maschine nach Fig. l im Teillängsschnitt, Fig. 3 einen Steuerring der Maschine in Ansicht, Fig. 4 eine Ausführungsvariante der Maschine nach Fig. l im Schnitt und die Fig. 5 und 6 ein Dichtglied im Längs- und Querschnitt.
In einem Zu- und Ablaufstutzen 19, 20 aufweisenden Gehäuse 1 ist ein Rotor 2 auf einer Welle 3 zwischen Seitenscheiben 6 gelagert. Die Seitenscheiben 6 dienen zur Lagerung von mit turbinenschaufelförmigen Dichtgliedern 5 fest verbundenen Achsen 4. Die Welle 3 ist in zwei ausserhalb des Gehäuses liegenden Seitenarmen 11 gelagert, die ihrerseits um eine Achse 12 zwecks Einstellung der Exzentrizität des Rotors 2 schwenkbar sind. Mit den Seitenarmen 11 ist über einen Bolzen 17 gelenkig eine Schrauben-
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16 bilden somit ein Spannschlöss, dessen Mutter 14 von einem Fliehkraftregler 13 über Zahnräder antreibbar ist und von dessen jeweiliger Stellung der Exzentrizität der Rotorachse y gegenüber der Gehäuseachse x abhängt.
Für die Verstellung der als turbinenschaufelartige Klappen 5 ausgebildeten Dichtglieder, deren Kanten 5/1 in den zylindrischen Bereichen (a, b, Fig. 4) an der Gehäuseinnenwandung gleiten oder mit kleinem Spiel von dieser Gehäuseinnenwandung geführt werden sollen, sind an den Enden der Achsen 4 Kurbeln 7 mit auf den Kurbelzapfen 7/1 gelagerten Rollen 8 vorgesehen, die in einer Nut 9/1 eines Steuerringes 9 geführt sind, welch letzterer an einem Gehäusedeckel 10 konzentrisch zur Gehäusemittelachse x lagert. Die geometrischen Achsen der Kurbelzapfen fluchten mit den zugehörigen Schaufelaussenkanten 5/1.
Fällt die Achse y des Rotors mit der Gehäuseachse x zusammen, dann sind die Schaufeln in der oberen und unteren Hälfte gleich weit ausgeschwenkt und es findet somit durch den in Pfeilrichtung z wirkenden Wasserdruck ein Drehmomentausgleich statt, so dass der Rotor 2 mit seinen Klappen 5 als Absperrelement wirkt. Durch Veränderung der Exzentrizität wird auch die wirksame Kolbenfläche verändert und damit eine Leistungsregelung erzielt.
Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, besitzen die Klappen 5 an ihrer inneren, zum Rotor weisenden Konkavseite eine Auflage 21 aus elastischem Material (z. B. Teflon), welche Auflage über die Schaufelaussenkanten vorragende, lippenförmige Dichtungswülste 21/1,21/2 besitzt, die unter dem Wasserdruck den Spalt zwischen den Schaufelkanten und der zylindrischen Gehäuseinnenwandung bzw. den Seitenscheiben 6 elastisch abdichten.