CN111601965A - 流液力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明的液力涡轮机包括壳体(代表液力涡轮机的定子部分)或定子(S)和转子(R)，转子通过其轴以允许转子旋转的方式组装在定子(S)上。转子(R)设计成轴对称的本体，具有平坦的侧向表面，具有圆形横截面。圆形横截面从两个外端部、即从两个具有圆形横截面的平坦的侧向表面相等且连续地朝中间减小，使得转子(R)在中间处具有最窄的横截面。圆形横截面的从转子(R)的两个外端部朝转子(R)的中心部分的减小实现成使得，转子(R)本体的在纵向截面中的、即沿着转子(R)的轴的形状遵循抛物曲线或正弦曲线的形状。转子(R)具有遍及它的整个表面的、在纵向方向上的、亦即沿着转子的轴的、弯曲的沟槽(U)。液力涡轮机的这种设计使水能够通过沟槽(U)朝转子(R)的中间部分流动，水在中间部分处流出并将所有的动量传递给转子(R)，使得液力涡轮机即使在小且可变流的条件下也能够产生转矩(MR)。

Description

流液力涡轮机
本发明的主题是作为能量转换器的液力涡轮机，所述液力涡轮机通过特殊构造的转子将流体(大多为水)的液势能变换成有用的(可部署的)机械能。
通过本发明解决的技术问题是在流体(大多为水)流小且可变时实现高效运作并在液力涡轮机转子上产生转矩MR。
现有的流液力涡轮机结构在水流小且可变时未产生令人满意的效率。这些缺点利用根据本发明的该流液力涡轮机(如以下描述并呈现在附图中的)被解决，附图示出以下：
图1a和图1b示出根据本发明的流液力涡轮机的转子的示例——正视图、侧视图和等距图；
图1c和图1d示出根据本发明的流液力涡轮机的定子的示例——正视图、侧视图和等距图；
图2a示出根据本发明的流液力涡轮机的示例——开式结构设计；
图2b示出根据本发明的流液力涡轮机的示例——闭式结构设计；
图3a和图3b在标记有水流的情况下利用两个截面示出根据本发明的流液力涡轮机的一个示例——开式结构设计
图4a和图4b在标记有水流的情况下利用两个截面示出根据本发明的流液力涡轮机的一个示例——闭式结构设计
图5a和图5b示出根据本发明的流液力涡轮机的转子的另一示例——正视图、侧视图和等距图；
图5c和图5d示出根据本发明的流液力涡轮机的定子的另一示例——正视图和等距图；
图6示出根据本发明的流液力涡轮机的另一示例
图7在标记有水流的情况下示出根据本发明的流液力涡轮机的另一示例。
根据本发明，涡轮机包括壳体(代表液力涡轮机的定子部分)或定子S和经由轴可旋转地安装在定子(S)中的转子R。转子R设计成轴对称的本体，具有平坦的侧向表面，具有圆形横截面。所述圆形横截面从两个外端部、即从两个具有圆形横截面的平坦的侧向表面相等且连续地朝中间减小，使得转子R在中间处具有最窄的横截面，且因此转子R的横截面在此点处是最窄的。圆形横截面从转子R的两个外端部朝转子R中间的减小是任意的，且优选地制作成使得转子R本体的在纵向截面中的、即沿着转子R的轴的形状遵循抛物曲线或正弦曲线的形状。遍及转子的整个表面，沿着纵向方向，转子R具有沟槽U。沟槽U彼此之间相等地间隔，并且沟槽被制作成弯曲的形式，这意味着沟槽并不平行于转子R的轴，而是沟槽被以弯曲的形式刻入到转子R的表面中。沟槽U制作成使得沟槽U的横截面在位于转子R的外边沿上的部分中较宽并且逐渐地向内变窄。通过这种方式，可以引导尽可能多的水到沟槽U中且从而沿沟槽U朝向转子R的中心部分。弯曲形式(也就是沟槽U的曲度)可以是任意的，并且在各情况中可基于流入液力涡轮机的水的水力学参数来具体指定，以使得液力涡轮机在与通过液力涡轮机的水流和转子R的旋转速度相关的更宽的工作范围内以尽可能高的效率工作。
转子R经由它的轴以可旋转的方式安装在定子S中、亦即安装到壳体中。为了将转子R安装到定子S中，定子S或壳体在转子R所安装于的部分中制作有适宜的切除部(也就是孔)，切除部的尺寸和形状限定成使得当转子和定子组装在一起时转子R与定子S之间存有空隙、使转子R能够在水流到它上时自由地旋转。转子R到定子S的切除部中的安装以公知的、允许转子R旋转的方式实施，例如通过轴承实施。除转子R所安装于的切除部之外，在定子S内还具有与转子R所安装于的切除部分开的汇集器Z，其中水被汇集并通过位于汇集器Z底部处的开口O流入转子R的沟槽U中。汇集器Z使得，即使在进入液力涡轮机的水的入流不具有相等强度时，水也能够连续且均匀地入流到转子R上。定子S具有用于水入流到液力涡轮机中的管连接部V的延伸部。开口O定位成使得来自汇集器Z的水流到转子R的两个端部上，也就是水流到转子R的距转子R的中心部分最远的部分。
在一个实施例中，液力涡轮机的操作可以以开式或闭式结构设计实现。开式结构设计指的是转子R沿着使来自转子R的水通过切除部从壳体流出的方向旋转，而闭式结构设计指的是转子R沿着使来自转子R的水流入到壳体中且然后通过用于输出管连接部CV的另外构造的延伸部从壳体流出的方向旋转。如果只简单地将转子R回转180°，则液力涡轮机的操作可从一种结构设计被调整为另一种，从而使转子R的旋转方向反向，从而使离开转子R的水流转向。
液力涡轮机的这种设计使得水能够通过沟槽U朝转子R的中间部分流动，水在中间部分处流出并且将所有动量传递给转子R，使得液力涡轮机即使在小且可变流的条件下也能够产生转矩MR。
以下描述根据本发明的流液力涡轮机的结构设计和运作的实施例。
示出在图1至图4中的一个实施例呈现了由定子S(在图1c和图1d中示出)和转子R(在图1a和图1b中示出)构成的流液力涡轮机。转子R设计成轴对称的本体，具有平坦的侧向表面，具有圆形横截面。所述圆形横截面从两个外端部、即从两个具有圆形横截面的平坦的侧向表面相等且连续地朝中间减小。转子R本体的在纵向截面中的、也就是沿着转子R的轴的形状遵循抛物曲线的形状。转子R具有遍及它的整个表面的、沿着纵向方向的、弯曲的沟槽U，沟槽彼此之间相等地间隔。沟槽U制作成等腰梯形的形式，使得沟槽U的横截面在位于转子R的外边沿上的部分中较宽，且然后沟槽的横截面逐渐地向内变窄。
在所述实施例中，流液力涡轮机可以以开式结构设计(如图3a和图3b中所示)实现或以闭式结构设计(如图4a和图4b中所示)实现。图3a和图4a示出在与转子R的轴垂直的平面中的液力涡轮机的截面，而图3b和图4b示出在与转子R的旋转轴平行的平面中的液力涡轮机的截面。水流入液力涡轮机中首先到汇集器Z中并且通过开口O到转子R上。由于转子R与定子S之间的空隙正好足够充足，从而使得液力涡轮机的转子R能够平滑旋转，水可仅沿着转子R的弯曲且切割的沟槽U流动，沟槽将水引导到位于转子R的变窄中心部分处的最低点。以这样的流动，水将它的动量传递给转子R，这是转子R获得它的角速度、也就是转子R旋转并且产生转矩MR的原因。对于两种结构设计，在图3和图4中，通过液力涡轮机的水流标记为虚线。由于在闭式结构设计中水从转子R的沟槽U流出到液力涡轮机内，因此定子S在壳体的下侧上具有管连接部CP，对于液力涡轮机的开式结构设计，情况并非如此，在液力涡轮机的开式结构设计中，来自转子R的沟槽U的水通过定子S上的切除部从壳体流出。
在图5至图7示出的另一实施例中，液力涡轮机由定子S(在图5c和图5d中示出)和转子R(在图5a和图5b中示出)构成。转子R设计成轴对称的本体，具有平坦的侧向表面，具有圆形横截面。所述圆形横截面从两个外端部、即从两个具有圆形横截面的平坦的侧向表面相等且连续地朝中间减小。转子R本体的在纵向截面中的、也就是沿着转子R的轴的形状遵循正弦曲线的形状。转子R具有遍及它的整个表面的、在纵向方向上的、弯曲的沟槽U，沟槽彼此之间相等地间隔，其中沟槽U构造成使得沟槽U的横截面在位于转子R的外边沿上的部分中较宽，且然后沟槽的横截面逐渐地向内变窄。
图7中示出液力涡轮机的操作。水流入液力涡轮机中首先到汇集器Z中且然后通过开口O在转子R上。由于转子R与定子S之间的空隙正好足够充足，从而使得液力涡轮机的转子R能够平滑旋转，水可仅沿着转子R的弯曲且切割的沟槽U流动，沟槽将水引导到位于转子R的变窄中心部分处的最低点。以这样的流动，水将它的动量传递给转子R，这是转子R获得它的角速度、也就是转子R旋转并且产生转矩MR的原因。在图7中，通过液力涡轮机的水流标记为虚线。
如果发电机被附连到液力涡轮机的转子R的轴，则液力涡轮机可用于产生电力。在液力涡轮机操作期间，液力涡轮机不会对环境造成不利影响并且不会排放任何副产品，因此，液力涡轮机实际上是一种环境友好且可再生的能源。

Claims (7)

1.一种流液力涡轮机，包括转子(R)和定子(S)，其中，所述转子(R)经由轴以能够旋转的方式安装在定子(S)中，其特征在于，所述转子(R)被构造成轴对称的本体，具有平坦的侧向表面，具有圆形横截面，其中，所述圆形横截面从两个外端部、即从两个具有圆形横截面的平坦的侧向表面相等地且连续地朝中间减小，使得转子(R)在中间处具有最窄的横截面，并且转子(R)具有遍及它的整个表面的、在纵向方向上的、亦即沿着转子的轴的、弯曲的沟槽(U)。
2.根据权利要求1所述的流液力涡轮机，其特征在于，所述圆形横截面从转子(R)的两个外端部朝转子(R)的中心部分的减小实现成使得转子(R)本体的在纵向截面中的、即沿着转子(R)的轴的形状遵循抛物曲线或正弦曲线的形状。
3.根据前述权利要求所述的流液力涡轮机，其特征在于，所述沟槽(U)彼此之间相等地间隔且是弯曲的，并被以弯曲的形式刻入到转子(R)的表面中。
4.根据前述权利要求所述的流液力涡轮机，其特征在于，所述沟槽(U)构造成使得沟槽(U)的横截面在位于转子(R)的外边沿上的部分中较宽并逐渐地向内变窄。
5.根据前述权利要求所述的流液力涡轮机，其特征在于，所述定子(S)在转子(R)所安装于的部分中制作有切除部，其中，切除部的尺寸和形状限定成使得当转子和定子组装在一起时转子(R)与定子(S)之间存有间隙。
6.根据前述权利要求所述的流液力涡轮机，其特征在于，在所述定子(S)内具有与转子(R)所安装于的切除部分开的汇集器(Z)，其中，水被汇集并通过位于汇集器(Z)底部处的开口(O)流入转子(R)的沟槽(U)中，并且定子(S)具有用于水入流到液力涡轮机中的管连接部(V)的延伸部和可选地用于输出管连接部(CV)的延伸部。
7.根据前述权利要求所述的流液力涡轮机，其特征在于，所述开口(O)定位成使得来自汇集器(Z)的水流到转子(R)的两个端部上、即到转子(R)的距转子(R)的中心部分最远的部分。
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