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Strömungs-Triebwerk
Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungstriebwerk mit einem axial durchströmten Laufrad, das in einem, in der Strömungsrichtung sich verengenden Teil eines Gehäuses angeordnet ist und einen zentralen Verdrängungskörper und mehrere mit diesem verbundene gleiche Flügel aufweist, die je eine dicht an der Innenwandung des sich verengenden Gehäuseteiles entlang laufende Dichtkante aufweisen.
Triebwerke dieser Art sind in mancherlei Ausführungen bekannt (vgl. z. B. die österr. Patentschrift Nr. 159210). Bei diesen bekannten Axialströmungstriebwerken sind die Flügel des Laufrades in der Art
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Strömungsrichtung des treibenden Mediums geneigt.
Bei den Triebwerken der genannten Art ist die korrekte Berechnung und Ausbildung der schraubenflächenartigen Flügel nicht einfach und mit gewissen Schwierigkeiten verbunden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Strömungstriebwerk mit einem axial durchströmten Laufrad zu schaffen, das einfach geformte Flügel mit ebenen Arbeitsflächen aufweist und dennoch einen verhältnismässig hohen Wirkungsgrad ermöglicht.
Dieses Ziel ist beim erfindungsgemässen Strömungstriebwerk zur Hauptsache dadurch erreicht, dass jeder Flügel eine von der Drehachse des Laufrades abgekehrte, ebene Arbeitsfläche aufweist, die wenigstens annähernd parallel zur Drehachse in einem Abstand von dieser angeordnet und bezüglich einer die Drehachse enthaltenden die Arbeitsfläche rechtwinkelig schneidende Ebene unsymmetrisch ausgebildet ist, wobei der beim Drehen des Laufrades voranlaufende Teil der Arbeitsfläche überwiegt, dass die an der Innenwandung des sich verengenden Gehäuseteiles entlanglaufende Dichtkante an dem abströmseitigen Ende der Arbeitsfläche liegt, wogegen eine anströmseitige Kante der Arbeitsfläche mit der Innenwandung des Gehäuses divergiert,
und dass die Flügel entweder je durch einen Arm mit dem zentralen Verdrängungskörper verbunden oder an letzterem unmittelbar tangential befestigt sind.
Weitere Merkmale und Einzelheiten dieses Strömungstriebwerkes ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Beschreibung und den Zeichnungen, in welchen rein beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht ist.
Es zeigen, Fig. 1 das Strömungstriebwerk im axialen Schnitt ; Fig. 2 einen Querschnitt durch das Triebwerk gemäss der Linie A-A in Fig. l ; Fig. 3 einen einzelnen Arbeitsflügel des Laufrades in Perspektive und in grösserem Massstab.
An einem Rohrbogen --11--, d. h. an dessen Flansch --12-- ist mit einem Flansch-13ein rotationssymetrisches Gehäuse-14-befestigt, das einen in Strömungsrichtung-S-sich einengenden Teil --15-- aufweist und in ein Auslaufrohr --15a-- übergeht. Im Bereich des kegelstumpfförmig ausgebildeten Gehäuseteils --15-- sind an einer Welle --16-- mehrere Arme - befestigt, die an ihrem äusseren Ende je einen Arbeitsflügel --18-- tragen. Die Arme --17-- und die Flügel-18-bilden zusammen das Laufrad des Triebwerkes.
Die Flügel-18-- sind eben und wenigstens annähernd tangential zu einem gedachten Zylinder angeordnet, dessen Achse
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--15-- zusammenfällt- erstreckt sich etwa vom kleinsten Radius-Rl-zum grössten Radius--rides Gehäuseteiles-15-und weist eine Kante --19-- auf, die in verhältnismässig geringem Abstand
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von der Innenwand des konischen Gehäuseteiles --15-- verläuft (Fig.3). Jeder der Flügel--18-- ist unsymmetrisch in bezug auf eine gedachte Ebene, welche die Achse der Welle --16-- enthält und rechtwinkelig zum betreffenden Flügel steht, wobei die Unsymmetrie aller Flügel-18-gleichsinnig ist.
Die Welle --16-- ist in einem Führungslager --20-- zentrisch zum Gehäuse --14-gelagert, herausgeführt und mit einem Dichtungsring --21-- abgedichtet, wobei das Führungslager --20-- am Rohrbogen --11-- befestigt ist.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Triebwerkes ist folgende : Im Falle der Strömung eines Mediums im Rohr --11-- in Richtung --S--, z.B. von Wasser, Wasserdampf oder Gas, wird das Laufrad--17, 18-- axial durchströmt und es entsteht zwischen der konischen Innenwandung des Gehäuseteils --15-- und den Flügeln --18-- ein Staudruck der von der Geschwindigkeit des Mediums abhängig ist.
Dieser Staudruck wirkt auf die äussere Arbeitsfläche der Flügel-18--. Da innen im Bereich des Radius--R1-, im durch die Flügel-18-nicht verdeckten Anteil des öffnungsquerschnittes des Auslaufrohres --15a-- das Strömungsmedium praktisch ungehindert durchfliessen kann, herrscht auf der inneren Arbeitsfläche der Flügel --18-- ein Unterdruck gegenüber der äusseren Flügelfläche.
Dieser Druckunterschied ergibt auf jedem Flügel-18-eine wirksame Kraft--F- (Fig. 3) mit einem Hebelarm-r-, wodurch ein Drehmoment entsteht und das Laufrad--17, 18-- und die Welle-16-in Drehung kommen in einer Richtung, wie sie mit dem Pfeil-D-in Fig. 2 angedeutet ist.
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Wirkungsgrade, die jeweils der gewünschten Charakteristik des Drehmomentes und der Drehzahl der Welle--16-in Abhängigkeit vom Durchfluss des Mediums angepasst werden können, worauf hier nicht näher eingegangen wird.
Eine spezielle Ausführungsvariante ergibt sich, wenn die Arme-17-je um ihre Längsachse drahbar sind. Dann ist die Möglichkeit gegeben, während des Einsatzes des Triebwerkes im Betrieb auf seine Charakteristik einzuwirken.
Weiters sind mehrere der beschriebenen Triebwerke in Serie hintereinander denkbar, insbesondere wenn eine weitgehende Umsetzung der Druck- bzw. Strömungsenergie in mechanische Energie erfolgen soll. Eine zum Herstellen besonders einfache Ausführungsvariante ergibt sich, wenn der Gehäuseteil --15-- nicht eine kegelförmige Einengung aufweist, sondern eine ebene Schulter, die den Übergang vom grösseren auf den kleineren Radius ergibt, da dann auch die Flügel --18-- einfache rechteckige Platten sein können. Die genannte Schulter kann in diesem Fall in einfacher Weise durch eine Ringplatte gebildet sein.
Das Anwendungsgebiet das dargelegten Triebwerkes erstreckt sich auf alle in Rohren fliessfähigen Medien, wie Flüssigkeiten, Dämpfe und Gase. Das Triebwerk kann sowohl für Messzwecke wie auch als billiger Hilfsantrieb oder sonstiger Antrieb in vielen Fällen an Stelle herkömmlicher Turbinen in Rohrleitungen eingebaut werden.
Je nach dem Verwendungszweck kann die Ausbildung des Strömungstriebwerkes variiert werden.
Die Flachseite der Arme-17--, an denen die Flügel --18-- befestigt sind, muss beispielsweise nicht unbedingt parallel zur Strömungsrichtung des Durchflussmediums eingestellt sein, sondern kann zweckdienlich mehr oder weniger parallel zur Resultante ihrer eigenen Umfangsgeschwindigkeit, z. B. der mittleren, und der Strömungsgeschwindigkeit sein.
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können, wobei sich nur ein geringer Bereich für freien Durchfluss des Mediums ergibt, der sich vorzugsweise abflussseitig erweitert, indem der Verdrängungskörper im Vergleich zum Gehäuseteil --15-- eine stärkere Konizität im unteren Bereich aufweist.