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Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbine, vorzugsweise für Beregnungsgeräte, mit einem um eine Antriebsachse in einem Turbinengehäuse drehbaren Radkranz mit auf diesem Radkranz angeordneten Turbinenschaufeln, auf welche das Arbeitsmedium seitlich schräg in einer Eintritts- öffnung tangential einströmt.
Derartige Turbinen sind z. B. bei Beregnungsgeräten, bei welchen der Beregnungsschlauch im Zuge des Beregnens auf einer grossen Haspel aufgewickelt wird, zum Antrieb dieser Haspeln bekannt, wobei der Druck des Beregnungswasser zum Teil in diesem Antrieb abgearbeitet wird.
Dabei soll das Beregnungswasser für die nun folgende Beregnung auch nach dem Lauf durch die
Turbine unter Druck stehen und der Druckabfall soll nicht zu gross sein. Bei den bisher bekannten
Turbinen wurde das Wasser tangential am Umfang eingeleitet und abgeleitet. Zwischen Einleitung und Ableitung wurde das Wasser unter Überschneidung des Weges des einströmenden Wassers wieder abgeleitet. Im Überschneidungsbereich ergaben sich durch Verwirbelungen, Druckstau u. dgl. grosse Strömungs- und Druckverluste.
Ferner sind Turbinen bekannt, bei denen das Wasser schräg auf Schaufeln einer Turbine geleitet wird und nach Abarbeitung der kinetischen Energie nach unten abfliesst. Der Ringraum ist an der Abströmseite zur Gänze offen und das Wasser strömt durcklos ab.
Die Erfindung setzt es sich zum Ziel, eine Turbine zu schaffen, die zwischen Einströmung und Ausströmung nur geringe Druckverluste aufweist, deren Energie für den Antrieb verwendet wird, wobei Strömungsverluste weitgehend vermieden werden. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass ein an sich bekannter geschlossener Ringraum um die Turbinenschaufeln vorgesehen ist, wobei eine einzige das Wasser seitlich schräg tangential in den Ringraum auf die Turbinenschaufeln einleitende Eintrittsöffnung auf einer etwa senkrecht zur Achse stehenden Seite des Gehäuses im
Bereich der Turbinenschaufeln und eine einzige Wasseraustrittsöffnung auf der andern Seite ange- ordnet ist, wobei das Wasser im Raum zwischen zwei Schaufeln, dem Radkranz und dem Ring- turbinengehäuse nahezu einmal um die Achse hin zur einzigen Austrittsöffnung herumläuft.
Dadurch erreicht man, dass das Wasser von einer Seite auf die Turbinenschaufeln mit voller Geschwindigkeit einströmt und parallel zur Achse während des Laufens auf den Turbinenschaufeln während einer oder mehrerer Umdrehungen auf den Turbinenschaufeln zur gegenüberliegenden Seite strömt. Es ist dabei zweckmässig, dass die einzige Wasseraustrittsöffnung zur Eintrittsöffnung entgegengesetzt der Drehrichtung bis 150 zurückversetzt ist, so dass das einströmende mit voller Energie versehene Wasser, das mehr Energie als das abgearbeitete Wasser aufweist, das austretende Wasser in die Austrittsöffnung drückt. Verluste, die dadurch entstehen, dass das Austrittswasser höhere Energie hat, da es direkt durch das Einströmwasser gedrückt wird, stören nicht, da das Austrittswasser ja unter Druck stehen soll, da der Druck z.
B. zur weiteren Beregnung notwendig ist.
Um eine gute Strömung zu haben wird vorgeschlagen, dass die Schaufeln zur Achsrichtung geneigt von der Wassereintrittsseite entgegengesetzt der Durchströmrichtung zur Wasseraustrittsseite zurückversetzt verlaufend ausgebildet sind. Dadurch wird erreicht, dass das energiebeladene schnelle Eintrittswasser, das während des Abarbeitens auf der Schaufel an Energie und Geschwindigkeit verliert, diesen Geschwindigkeitsverlust durch die zurückversetzten Schaufeln ausgleicht und Verwirbelungen vermeidet.
Zur Erzielung desselben Zweckes in bezug auf die Wasserfliehkräfte wird vorgeschlagen, dass die Schaufeln zur Radiallinie entgegengesetzt der Durchströmungsrichtung des Arbeitsmediums bei anwachsendem Radius geneigt ausgebildet sind.
Die Einström- und Austrittsöffnung ist dabei von der Seite schräg tangential, aber zweckmässig zur Achse geneigt. Bei Schlauchhaspeln ergibt sich das Problem, dass im Zuge des Aufwickelns die Schlauchlänge kürzer wird und daher auch das Gewicht des einzuziehenden Schlauches weniger wird. Damit aber wird der Antriebsleistungsbedarf geringer. Um diese Antriebsleistung steuern zu können, wird vorgeschlagen, dass in der Eintrittsöffnung eine den Eintrittsquerschnitt verändernde an sich bekannte Drossel eingebaut ist.
Zweckmässig ist eine derartige Eintrittsdrossel ein den Eintrittsquerschnitt der Wassereintritts- öffnung verändernder Drosselschieber. Dieser Drosselschieber ist praktisch ein Einschubkeil durch den der Wassereinströmraum verengt wird. Es wird dadurch eine Düsenwirkung erreicht. Dadurch bekommt das einströmende Wasser eine grössere Geschwindigkeit und kann eine grössere Energiemenge
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abgeben. Durch Zurückziehen des Schiebers wird die Antriebsleistung gedrosselt. Dieser Keil kann zweckmässig'direkt von einem Schieber, der auf der Schlauchhaspel läuft und von der aufgewickelten
Schlauchlänge gesteuert wird, reguliert werden. Dadurch kann erreicht werden, dass die Drehzahl während des ganzen Schlaucheinzuges immer gleich bleibt. Das Wasser tritt dann schräg tangential ein.
Durch die Schaufelkrümmung und durch die Schrägeinstellung der Schaufel gegenüber dem
Mittelpunkt wird das Wasser in die Umlaufbahn gezwungen, wobei die kinetische Energie teilweise auf das Schaufelrad abgegeben wird. Das Wasser wird automatisch von einer Seite auf der es energiereich einströmt, auf die zweite Seite geleitet. Genaue Abdichtungen sind dabei nicht notwen- dig, da auf einer Seite das energiereiche Wasser strömt und beim Strömen auf die andere Seite die Schaufeln berührt werden müssen, wobei die Energie abgegeben wird. Wenn seitlich Raum vor- handen ist und keine Abdichtungen, so verringert dies den Wirkungsgrad nicht, da es ja nicht notwendig ist, dass im Zuge eines Umlaufes der Druck zur Gänze abgearbeitet wird, im Gegenteil, es soll das Wasser nach dem Durchlaufen der Turbine noch maximal möglichen Druck aufweisen.
Da damit keine genauen Abdichtungen notwendig sind, kann zum Antrieb der Turbine auch ver- schmutztes Wasser, Jauche usw. mit Fremdbestandteilen verwendet werden ohne dass die Gefahr be- steht, dass diese Teile die Turbine verstopfen oder durch Abrieb unbrauchbar machen. Dies ist besonders bei den Beregnungsmaschinen zweckmässig, bei welchen der Antrieb nicht nur mit reinem
Wasser, sondern auch mit Jauche, in welcher Fremdstoffe sein können, erfolgt.
Es ist mit dem vorgeschlagenen Antrieb ohne weiteres möglich bei einem Eingangsdruck von
6 bar einen Ausgangsdruck von 5 bar zur Verfügung zu haben.
Die Erfindung ist an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne sich darauf zu beschränken.
Fig. 1 zeigt in Draufsicht einen Schnitt durch die Turbine. Fig. 2 in Seitenansicht einen Schnitt längs der Linie I-I und Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie lI-lI.
Das Turbinenrad --5-- ist mit einem Achsstummel-l-auf einer Achse --2-- befestigt, die in einem Lager --4-- im Gehäuse --3-- in einer Seitenwand --8-- drehbar gelagert ist. Das Tur- binenrad --5-- trägt den Radkranz --6--, auf welchem Turbinenschaufeln --7-- befestigt sind, die sowohl schräg zur Turbinenachse gestellt als auch entgegengesetzt der Drehrichtung nach rückwärts sich versetzend mit wachsendem Radius ausgebildet sind. Auf der Wassereintrittsseite --8-- des Gehäuses-3-- ist das Wassereintrittsrohr --10-- angeordnet, welches tangential an dem Kreis des Radkranzes, jedoch geneigt zur Radachse an der Wassereintrittsöffnung --14-- angeschlos- sen ist.
Auf der gegenüberliegenden Seite-9-, der Austrittsseite, ist das Austrittsrohr --11-parallel dazu an der Wasseraustrittsöffnung --15-- angeschlossen. Die Austrittsseite --9-- ist im Gehäuse verdrehbar, um zur Optimierung des Wirkungsgrades eine Versetzung zwischen der Wassereintritts- --14-- und der Wasseraustrittsöffnung --15-- erzielen zu können. Diese Optimierung erfolgt experimentell durch Verdrehen der Austrittsseite --9--. Im Eintrittsrohr --10-- ist ein Einschubkeil --12-- vorgesehen, der von einer Steuerstange --13-- betätigt wird. Durch Einschieben des Einschubkeiles --12-- wird die Wassereintrittsöffnung --14-- verengt und das einströmende Wasser beschleunigt. Durch diese Düsenwirkung wird die Leistungsabgabe der Turbine gesteigert.
Wird mit der Steuerstange --13- der Keil zurückgezogen, so sinkt die Leistungsabgabe. Dadurch kann man erreichen, dass auch bei unterschiedlichen Belastungen die gleiche Drehzahl gewahrt bleibt. Dies ist insbesondere bei der Verwendung bei Beregnungsgeräten, bei welchen ein Schlauch mit einer Schlauchhaspel, die durch die Turbine angetrieben ist, eingezogen ist, wesentlich, da die Länge des einzuziehenden Schlauches variiert. So lange viel Schlauch ausgelegt ist, wird eine grosse Leistung benötigt, die absinkt, je mehr Schlauch eingezogen wird. Die Regelung kann dabei direkt von der Stärke der aufgewickelten Schlauchlagen abgenommen werden.
Das Wasser strömt durch das Eintrittsrohr --10-- und die Wassereintrittsöffnung --14-- schräg tangential auf die Turbinenschaufeln und treibt diese an, wobei es durch den Aufprall auf die schrägen Schaufeln in radiale Umlaufrichtung gelenkt wird. Das im Gehäuseraum zwischen den Schaufeln umlaufende Antriebswasser wird jeweils durch das seitlich tangential einströmende Druckwasser durch die gegenüberliegende Wasseraustrittsöffnung --15-- ausgedrückt. Es entsteht somit innerhalb des Gehäuses ein umlaufender Wasserring mit einem konstanten Zu- und Ablauf des Druckwassers. Das Laufrad wird mit allen seinen Schaufeln gleichzeitig vom Wasserring umströmt und
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mit mehr oder weniger Schlupf angetrieben und liefert ein grosses Antriebsmoment bei einer mög- lichst niedrigen Drehzahl.
Die Turbinenschaufeln sind zur Achse geneigt versetzt, um den Ge- schwindigkeitsschlupf ohne Verwirbelung auszugleichen. Zur Ausgleichung der Zentrifugalkraft und
Ausnutzung dieser Kraft sind die Turbinenschaufeln mit wachsendem Radius entgegengesetzt der
Umlaufrichtung nach rückwärts versetzt. Zwischen dem Turbinenrad mit Radkranz und Turbinen- schaufeln und dem Gehäuse --3-- bzw. den Gehäusewänden --8, 9-- ist ein Schlupf vorgesehen, damit auch Schmutzwasser zum Turbinenantrieb verwendet werden kann und eine Beschädigung durch
Reibung erfolgen kann.
Das Gehäuse --3-- mit den Wänden --9 und 8-- ist abgedichtet, so dass die ganze Turbine in der Antriebsflüssigkeit läuft und auch der Raum zwischen Radkranz und
Achsstummel mit Flüssigkeit gefüllt ist, so dass lediglich der Achsdurchtritt durch das Lager abge- dichtet sein muss. Es ergibt sich dadurch eine äusserst einfache Konstruktion und ein guter Wir- kungsgrad, wobei durch die Schaufelgestaltung und durch die Art der Führung der Eintritts- und Austrittsöffnung eine Verwirbelung vermieden wird und ein optimaler Wirkungsgrad je nach der benötigten Leistung einfach eingestellt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Turbine, vorzugsweise für Beregnungsgeräte, mit einem um eine Antriebsachse in einem Turbinengehäuse drehbaren Radkranz mit auf diesem Radkranz angeordneten Turbinenschaufeln, auf welche das Arbeitsmedium seitlich schräg in einer Eintrittsöffnung tangential einströmt, dadurch gekennzeichnet, dass ein an sich bekannter geschlossener Ringraum um die Turbinenschaufeln (7) vorgesehen ist, wobei eine einzige das Wasser seitlich schräg tangential in den Ringraum auf die Turbinenschaufeln (7) einleitende Eintrittsöffnung (14) auf einer etwa senkrecht zur Achse (2) stehenden Seite des Gehäuses im Bereich der Turbinenschaufeln (7) und eine einzige Wasseraustrittsöffnung (15) auf der andern Seite angeordnet ist, wobei das Wasser im Raum zwischen zwei Schaufeln (7), dem Radkranz (6) und dem Ringturbinengehäuse (3)
nahezu einmal um die Achse hin zur einzigen Austrittsöffnung (15) herumläuft.