DE10022117A1

DE10022117A1 - Fluid flow machine e.g. water wheel for converting flow energy of flowing medium into rotational energy, comprises vane wheel located rotatable on vertical shaft which is arranged lying in liquid flow and swivelable vanes

Info

Publication number: DE10022117A1
Application number: DE10022117A
Authority: DE
Inventors: Andreas Reinauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-06
Filing date: 2000-05-06
Publication date: 2001-12-13

Abstract

The fluid flow machine is designed so that at one plate (2,3) at least are arranged swivelable vanes (5-12), the swivelling of which is controlled by the velocity head of the flowing liquid.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Strömungsmaschine zur Umwandlung der Strömungsenergie eines strömenden Mediums in Rotationsenergie.The invention relates to a turbomachine for converting the Flow energy of a flowing medium in rotational energy.

Einsatzbereich einer derartigen Strömungsmaschine ist die Anwendung als Wasserrad, wobei als strömendes Medium Wasser oder andere Flüssigkeiten verwendet wird. Ein weiteres Anwendungsfeld der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Anwendung der Strömungsmaschine im Wind oder Gasstrom.Field of application of such a turbomachine is the application as Water wheel, with water or other liquids as the flowing medium is used. Another field of application of the present invention relates focus on the application of the turbomachine in the wind or gas flow.

Insgesamt wird also die Strömungsmaschine für die Anströmung in fluidischen Strömen verwendet.Overall, the turbomachine is used for the flow in fluidic Streams used.

Der Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung von der Anwendung der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine in einem strömenden, flüssigen Medium ausgegangen, obwohl die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist.For the sake of simplicity, the following description of the application the turbomachine according to the invention in a flowing, liquid Medium assumed, although the invention is not limited to this.

Als Stand der Technik sind beispielsweise unterschlächtige Wasserräder bekannt geworden, die frei drehend in einem horizontalem Wasserstrom mit einer horizontalen Drehachse angeordnet sind und die im übrigen feststehende Wasserschaufeln aufweisen, welche von dem Flüssigkeitsstrom angeströmt sind und damit das gesamte Wasserrad drehend mitnehmen. Undershot water wheels are known as prior art become free spinning in a horizontal stream of water with a horizontal axis of rotation are arranged and the rest fixed Have water scoops, which are flowed against by the liquid stream and take the entire waterwheel with you.

Nachteil der bekannten Wasserräder ist jedoch, dass sie einen relativ geringen Wirkungsgrad haben, dass die Eintauchtiefe begrenzt ist, nachdem nur die Wasserschaufeln in der unteren Hälfte des Wasserrades angeströmt werden dürfen. Daraus ergibt sich eine starke Abhängigkeit vom Volumenstrom des strömenden Wassers.Disadvantage of the known water wheels, however, is that they are relatively small Have efficiency that the immersion depth is limited after only the Water scoops can be blown against in the lower half of the water wheel allowed to. This results in a strong dependency on the volume flow of the flowing water.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie in der Lage ist aus einem strömenden Medium Rotationsenergie zu erzeugen und zwar mit wesentlich besserem Wirkungsgrad und relativ unabhängig vom Volumenstrom.The invention is therefore based on the object of a turbomachine further developed in such a way that it is able from one flowing medium to generate rotational energy with substantial better efficiency and relatively independent of the volume flow.

Unter dem Begriff Volumenstrom wird sowohl die Menge des durchströmenden Mediums als auch die Geschwindigkeit dieses Mediums verstanden.The term volume flow is used to describe both the amount of the flow Understand the medium as well as the speed of this medium.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.To solve the problem, the invention is through the technical teaching of claim 1.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass eine Reihe gleichmäßig im Umfang einer drehbar gelagerten Scheibe angeordnete Schwenkklappen jeweils in ihren vertikalen Achsen schwenkbar gelagert sind, so dass die Schwenkachsen am radial äußeren Ende der Scheibe angeordnet sind und das radial einwärts jeweils mindestens einseitig angeordnete Anschläge vorhanden sind, welche die Schwenkbewegung der jeweiligen Schwenkklappe in eine Richtung begrenzen.An essential feature of the invention is that a number evenly in scope a rotatably mounted swivel flaps each in their vertical axes are pivotally mounted so that the pivot axes on are arranged radially outer end of the disc and the radially inward respectively at least one-sided stops are present, which the Limit swivel movement of the respective swivel flap in one direction.

Hierbei wird es bevorzugt, wenn der jeweilige Anschlag, der radial einwärts an der Scheibe sitzt, etwa auf einer Radiuslinie der Scheibe liegt, welche durch die Schwenkklappe der jeweiligen Schwenkklappe hindurch geht.Here, it is preferred if the respective stop, which is radially inward on the Disc sits, approximately on a radius line of the disc, which is through the Swivel flap of the respective swivel flap goes through.

Damit wird gewährleistet, dass in der eingeschwenkten Stellung die Schwenkklappe relativ genau in das Zentrum der Welle zeigt. This ensures that in the swiveled-in position Swing flap shows relatively exactly in the center of the shaft.

Mit der gegeben technischen Lehre ergibt sich also eine Strömungsmaschine mit gleichmäßigem Umfang verteilt angeordneten und in vertikalen Achsen schwenkbar gelagerten Schwenkklappen, wobei die Schwenkachse an dem einen Ende der Schwenkklappe angeordnet ist und am gegenüberliegenden Ende der Schwenkklappe diese an gehäusefesten Anschlägen zur Anlage bringbar ist.With the given technical teaching, a turbomachine also results evenly distributed and arranged in vertical axes pivotally mounted swivel flaps, the swivel axis on one End of the swivel flap is arranged and at the opposite end of the Swing flap can be brought to the system at stops fixed to the housing.

Das Arbeitsprinzip der vorliegenden Strömungsmaschine wird also nur wenig vom Wasserstand, von der Geschwindigkeit des Wassers und von der Menge des Wassers beeinflusst.The working principle of the current turbomachine is therefore little of Water level, the speed of the water and the amount of water Water influenced.

Bezüglich einer Rotation im Gegenuhrzeigersinn kann das Funktionsprinzip der Strömungsmaschine derart erläutert werden, dass nur auf einer Seite der Scheibe, hier beispielsweise die rechte Seite, die Schwenkklappen an den gehäusefesten Anschlägen anliegen und hierbei eine Angriffsfläche für die Strömung bieten. Hierdurch wird ein Drehmoment erzeugt, das mit Hilfe eines Generators in elektrische Energie umgewandelt werden kann.With regard to counterclockwise rotation, the principle of operation of the Fluid flow machine can be explained so that only on one side of the Washer, here for example the right side, the swivel flaps on the abutment fixed to the housing and here a target for the Offer current. As a result, a torque is generated, which is achieved with the aid of a Generator can be converted into electrical energy.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Rades - hier beispielsweise die linke Seite - sind die Schwenkklappen alle in Richtung der Strömung ausgeschwenkt und bieten damit einen sehr geringen Strömungswiderstand, so dass das Wasserrad auf diese Weise in eine schnelle Umdrehung versetzt wird.On the opposite side of the wheel - here, for example, the left side - The swivel flaps are all swung out in the direction of the flow and thus offer a very low flow resistance, so the water wheel in this way is set in a rapid revolution.

Es handelt sich also um eine Strömungsmaschine mit schwenkbar gelagerten Schwenkklappen deren Verschwenkung durch den Staudruck der strömenden Flüssigkeit gesteuert wird.It is therefore a turbomachine with pivoted bearings Swing flaps whose swiveling by the dynamic pressure of the flowing Liquid is controlled.

Die Formgebung der Schwenkklappen spielt hierbei nur eine untergeordnete Rolle. Die Erfindung betrifft also sämtliche mögliche Formen für derartige Schwenkklappen. In einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass jede Schwenkklappe etwa als plattenförmiges Bauteil ausgebildet ist, welches möglichst nicht verformbar ausgebildet ist. Ein derartiges Bauteil kann beispielsweise aus einem Metall oder einem Kunststoffmaterial bestehen. Es können aber auch beschichtete Materialien verwendet werden.The design of the swing flaps plays only a minor role Role. The invention thus relates to all possible forms for such Swing flaps. In a first embodiment it is provided that each Swing flap is designed as a plate-shaped component, which is preferably not deformable. Such a component can consist of a metal or a plastic material, for example. It coated materials can also be used.

In einer zweiten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass statt einer plattenförmigen Schwenkklappe auch andere strömungsgünstige Profile verwendet werden, wie zum Beispiel schaufelförmige (also gekrümmte) Profile oder auch Tragflächenprofile, wie sie im Flugzeugbau bekannt sind.In a second embodiment it can be provided that instead of one plate-shaped swivel flap also other aerodynamic profiles can be used, such as scoop-shaped (i.e. curved) profiles or wing profiles as they are known in aircraft construction.

Im übrigen ist die Anzahl der Schwenkklappen, welche gleichmäßig verteilt am Umfang der Scheibe angeordnet sind, beliebig. Es können beispielsweise drei, vier oder auch 20 und mehr Schwenkklappen verwendet werden, was sich nach der Größe der Strömungsmaschine insgesamt richtet.Otherwise, the number of swivel flaps, which is evenly distributed on Circumference of the disc are arranged arbitrarily. For example, three, four or even 20 and more swing flaps can be used, which is what the size of the turbomachine as a whole.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine ist nämlich, dass die Strömungsmaschine nun frei in einem strömenden Gewässer eingesetzt werden kann und eine Kanalisierung nicht benötigt. Daher bedarf es keiner besonderen Genehmigungen, weil es bei einem derartigen Wasserrad nicht um ein genehmigungspflichtiges Bauwerk handelt.One advantage of the turbomachine according to the invention is that the Turbomachine can now be used freely in flowing water can and does not need channeling. Therefore, no special one is required Permits because such a waterwheel is not a building subject to approval.

Ein derartiges Wasserrad kann auch sehr große Durchmesser einnehmen, wie zum Beispiel ausgehend von einem relativ kleinen Durchmesser von 20 cm bis zu Durchmessern von 10 Metern und mehr.Such a water wheel can also have very large diameters, such as for example starting from a relatively small diameter of 20 cm up to Diameters of 10 meters and more.

Die Wahl des Durchmessers hängt vor allem von der geforderten Leistung ab und im übrigen von den Eigenschaften des strömenden Mediums.The choice of diameter mainly depends on the required performance otherwise on the properties of the flowing medium.

Das Wasserrad nach der Erfindung hat im übrigen den Vorteil, dass man auf ein Aufstauen des Wassers verzichten kann, weil eine Fallhöhe eines strömenden Mediums auf das Wasserrad nicht benötigt wird.The waterwheel according to the invention has the additional advantage that one can Damming of the water can be dispensed with because of a falling height of a flowing Medium on the water wheel is not needed.

Wegen der geringen, erforderlichen baulichen Maßnahmen, sind die Kosten für den Einsatz und die Verwendung einer derartigen Strömungsmaschine, wesentlich geringer, als beispielsweise die Kosten bei der Verwendung von Kaplan-, Francis- oder Pelton-Turbinen.Because of the small amount of construction required, the cost of the use and use of such a turbomachine, much lower than, for example, the cost of using Kaplan, Francis or Pelton turbines.

Insbesondere ergibt sich als Vorteil, dass eine derartige Strömungsmaschine im Bereich von Brückenpfeilern von im Wasser stehenden Brücken verwendet werden kann, wobei die Welle der Strömungsmaschine dann im Brückenpfeiler integriert ist und die Strömungsmaschine dann von vorne und gegebenenfalls von der Seite her angeströmt wird.In particular, there is the advantage that such a turbomachine in the Range of bridge piers used by bridges standing in the water can be, the shaft of the turbomachine then in the bridge pier is integrated and the turbomachine then from the front and possibly from the side is flown.

Nach dem bei einem Wasserstrom die Strömungsgeschwindigkeit an der Wasseroberfläche am größten ist, ist es erfindungsgemäß auch vorgesehen, dass die Eintauchtiefe der Strömungsmaschine so gewählt wird, dass sie stets unterhalb der Wasseroberfläche und gerade etwa vollständig vom Wasser benetzt eingebaut wird.After the flow rate at a water flow at the Water surface is largest, it is also provided according to the invention that the immersion depth of the turbomachine is selected so that it is always below the water surface and just about completely wetted by the water is installed.

Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, es kann auch vorgesehen sein, dass die Strömungsmaschine nur teilweise in den Wasserstrom eintaucht.However, the invention is not limited to this, it can also be provided that that the turbomachine is only partially submerged in the water flow.

Mit geringerem Wirkungsgrad kann die Strömungsmaschine auch weit in den Wasserstrom eintauchen, so dass in diesem Ausführungsbeispiel dann die Eintauchtiefe der Strömungsmaschine nicht gesteuert ist.With less efficiency, the turbomachine can also go far into the Immerse the water flow, so that in this embodiment the Immersion depth of the turbomachine is not controlled.

Wie bereits eingangs schon erwähnt, ist die Erfindung nicht auf die Ausbildung einer Strömungsmaschine in einem strömenden Flüssigkeitsstrom beschränkt. Es können deshalb auch strömende Gase verwendet werden. Wird die Strömungsmaschine als Windrad verwendet, dann gelten die gleichen Verhältnisse, wie oben stehend beschrieben. Das heißt, mindestens eine Scheibe ist mit einer vertikal stehenden Welle drehfest verbunden und es sind die vorher erwähnten Schwenkklappen mindestens an einer Seite einer Scheibe stehend angeordnet und um jeweils vertikale Achsen einseitig schwenkbar gelagert. As already mentioned at the beginning, the invention is not based on training a turbo machine in a flowing liquid flow. It flowing gases can therefore also be used. Will the Turbomachine used as a wind turbine, then the same apply Ratios as described above. That is, at least one disc is rotatably connected to a vertical shaft and they are the ones before mentioned swing flaps standing at least on one side of a disc arranged and pivoted on one side about vertical axes.

Der Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung jedoch wiederum nur auf die Ausbildung als Wasserrad Bezug genommen.For the sake of simplicity, however, the following description only shows referred to the training as a water wheel.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei ergeben sich aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung.The invention will now be described with reference to the drawings. Here Further advantages and results from the drawings and their description Features of the invention.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Mit gemäß der Linie I/I in Fig. 2 durch ein Wasserrad in einer ersten Ausführungsform Fig. 1 with along the line I / I in Fig. 2 by a water wheel in a first embodiment

Fig. 2 Stirnansicht der Strömungsmaschine in Pfeilrichtung II Fig. 1 Fig. 2 end view of the fluid machine in the direction of arrow II Fig. 1

Fig. 3 Ein gegenüber Fig. 2 abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit Darstellung weiterer konstruktiver Einzelheiten Fig. 3 shows a modified embodiment of FIG. 2 showing other structural details

Fig. 4 Ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes, zweites Ausführungsbeispiel Fig. 4 A modified from Fig. 1, second embodiment

Fig. 5 Ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes, drittes Ausführungsbeispiel Fig. 5 A modified from Fig. 1, third embodiment

Fig. 6 Ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes, viertes Ausführungsbeispiel Fig. 6 A comparison with FIG. 1 is modified, the fourth embodiment

In den Fig. 1 und 2 ist allgemein die Strömungsmaschine mit (1) bezeichnet, wobei zwei zueinander parallele und einem gegenseitigen Abstand zueinander einnehmende Scheiben (2, 3), drehfest mit einer Welle (4) verbunden sind.1 and 2, the turbomachine is generally designated by ( 1 ), two disks ( 2 , 3 ) which are parallel to one another and at a mutual spacing from one another, are connected in a rotationally fixed manner to a shaft ( 4 ).

Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt, weil die Scheiben (2, 3) nicht durchgehend ausgebildet sein müssen, sondern sie können auch als Trag- oder Gitterwerk ausgebildet sein oder lediglich von der Welle ausgehende, radiusförmige Arme aufweisen, an deren freien äußeren Enden jeweils die Schwenklager (14) für die zugeordneten Schwenkklappen (5-12) ausgebildet sind.The invention is not limited to this, however, because the disks ( 2 , 3 ) do not have to be continuous, but they can also be designed as a supporting structure or lattice work or only have radius-shaped arms extending from the shaft, at their free outer ends in each case the swivel bearings ( 14 ) are designed for the associated swivel flaps ( 5-12 ).

Ebenso kann an einer Scheibe (2, 3) oder an beiden Scheiben gegenüberliegend, die gehäusefesten Anschläge (15) angeordnet sein. Likewise, the stops ( 15 ) fixed to the housing can be arranged on one disk ( 2 , 3 ) or on both disks opposite one another.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind die gehäusefesten Anschläge (15) als durchgehende Achsen ausgebildet, welche sowohl in der oberen als auch in der unteren Scheibe (2, 3) befestigt sind.In the exemplary embodiment shown in FIGS . 1 and 2, the stops ( 15 ) fixed to the housing are designed as continuous axes which are fastened both in the upper and in the lower disk ( 2 , 3 ).

Es reicht jedoch für die Ausführung der Erfindung aus, nicht die Anschläge (15) als durchgehende Achsen auszubilden, sondern es können jeweils aus der Scheibe (2, 3) entsprechende Vorsprünge herausschauen, die in den Schwenkweg der jeweiligen Schwenkklappen (5-12) hineinragen und den Schwenkweg begrenzen.However, it is sufficient for the embodiment of the invention not to design the stops ( 15 ) as continuous axes, but corresponding projections can protrude from the disk ( 2 , 3 ), which protrude into the swivel path of the respective swivel flaps ( 5-12 ) and limit the swivel path.

Ebenso kann in einer Weiterbildung (nicht zeichnerisch dargestellt) vorgesehen sein, dass die Anschläge (15) aus der Schwenkbewegung der Schwenkklappen (5-12) heraus hebbar sind, das heißt, sie sind in vertikaler Richtung verstellbar angeordnet.In a further development (not shown in the drawing) it can be provided that the stops ( 15 ) can be lifted out of the pivoting movement of the pivoting flaps ( 5-12 ), that is to say they are arranged to be adjustable in the vertical direction.

Die Erfindung ist auch nicht darauf beschränkt, dass zwei einander gegenüberliegende und zueinander parallele Scheiben (2, 3) vorgesehen sind. Es reicht in einer anderen Ausgestaltung aus, dass lediglich eine einzige Scheibe, zum Beispiel die Scheibe (2), vorhanden ist, so dass also an der oberen Scheibe die Schwenklager (14) und die Anschläge (15) ausgebildet sind. Es reicht also aus, lediglich eine einzige Scheibe (2 oder 3) zu verwenden und die Schwenkklappen (5-12) lediglich an einer Seite schwenkbar auf dieser Scheibe zu lagern, während die gegenüber liegende Seite frei tragend ausgebildet ist.The invention is also not restricted to the provision of two disks ( 2 , 3 ) lying opposite and parallel to one another. In another embodiment, it is sufficient that only a single disk, for example the disk ( 2 ), is present, so that the swivel bearings ( 14 ) and the stops ( 15 ) are formed on the upper disk. It is therefore sufficient to use only a single disc ( 2 or 3 ) and to pivotally mount the swivel flaps ( 5-12 ) on one disc only on one side, while the opposite side is designed to be self-supporting.

Der Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung jedoch davon ausgegangen, dass die Schwenklager und die Anschläge zwischen den Scheiben (2, 3) vorhanden sind.For the sake of simplicity, however, the following description assumes that the pivot bearings and the stops between the disks ( 2 , 3 ) are present.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind daher die Schwenklager (14) gleichmäßig verteilt am radial äußeren Ende der jeweiligen Scheibe (2, 3) angeordnet, während radial einwärts gesehen die zugeordneten Anschläge (15) - entsprechend der Anzahl der verwendeten Schwenkklappen - gehäusefest angeordnet sind. In the exemplary embodiment shown, the swivel bearings ( 14 ) are therefore evenly distributed on the radially outer end of the respective disk ( 2 , 3 ), while viewed radially inward, the associated stops ( 15 ) are arranged fixed to the housing, corresponding to the number of swivel flaps used.

Jede Schwenkklappe (5) ist als plattenförmiges Bauteil ausgebildet und ist an ihrem radial äußeren Ende in dem vertikal stehenden Schwenklager (14), schwenkbar gelagert.Each swivel flap ( 5 ) is designed as a plate-shaped component and is pivotally mounted at its radially outer end in the vertically standing swivel bearing ( 14 ).

Die Erfindung ist jedoch auch nicht auf die schwenkbare Lagerung von Schwenkklappen an ihrem äußeren Ende beschränkt. Es können durchaus Schwenkklappen verwendet werden, bei denen ein kurzes Teil über das Schwenklager (14) radial nach außen weist. Dieses nach außen weisende und über das Schwenklager hinausragende Teil kann beispielsweise flügelförmig oder in anderer Weise strömungsgünstig ausgebildet sein, um eine Verschwenkung der jeweiligen Schwenkklappe noch zu verbessern.However, the invention is also not limited to the pivotable mounting of swivel flaps at their outer end. Swinging flaps can be used in which a short part points radially outwards via the swivel bearing ( 14 ). This outward-pointing part and projecting beyond the pivot bearing can, for example, be wing-shaped or in another way designed to be streamlined in order to further improve pivoting of the respective pivoting flap.

Außerdem vergrößert dieses nach außen ragende Teil der Schwenkklappe die insgesamt angeströmte Fläche der Schwenkklappe, was den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine (1) noch weiter verbessert.In addition, this outwardly projecting part of the swivel flap increases the total flow area of the swivel flap, which further improves the efficiency of the turbomachine ( 1 ).

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist dargestellt, dass das Wasserrad in Pfeilrichtung (13) angeströmt ist und sich beispielsweise in Pfeilrichtung (27) dreht.In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, it is shown that the water wheel is flowing in the direction of the arrow ( 13 ) and rotates, for example, in the direction of the arrow ( 27 ).

Die Drehrichtung in Pfeilrichtung (27) ist im übrigen leicht umkehrbar. Die Drehrichtung stellt sich nämlich nach der erstmaligen Orientierung der Schwenkklappen (5) an ihren Anschlägen (15) ein, wo erkennbar ist, dass jeweils die Schwenkklappen (5-12) mit ihrer rechten Seite an dem jeweiligen Anschlag (15) anliegen.The direction of rotation in the direction of the arrow ( 27 ) is otherwise easily reversible. The direction of rotation is set after the first orientation of the swivel flaps ( 5 ) at their stops ( 15 ), where it can be seen that the swivel flaps ( 5-12 ) rest with their right side on the respective stop ( 15 ).

Werden hingegen die Schwenkklappen (5-12) von vorneherein andersherum in ihrer Ruhelage geschwenkt, dass die linke Seite der jeweiligen Schwenkklappe (5-12) an dem zugeordneten Anschlag (15) anliegt, dann wird damit beim erstmaligen Anströmen auch die Rotationsrichtung in Pfeilrichtung (27) umgekehrt. Die Strömungsmaschine dreht sich dann im Uhrzeigersinn. If, on the other hand, the swivel flaps ( 5-12 ) are swiveled the other way around in their rest position from the start, so that the left side of the respective swivel flap ( 5-12 ) lies against the assigned stop ( 15 ), then the direction of rotation in the direction of the arrow ( 27 ) vice versa. The turbomachine then turns clockwise.

Im übrigen ist es auch gleichgültig, von welcher Seite her die Strömungsmaschine (1) nach Fig. 1 angeströmt wird, das heißt, das in Pfeilrichtung (13) angreifende Strömungsmedium kann in jeder beliebigen Richtung auf die Strömungsmaschine (1) auftreffen. Voraussetzung ist stets, dass die Welle (4) etwa vertikal im Strömungsstrom angeströmt wird. Es sind jedoch auch geringfügige Neigungen des Wasserrades im Strömungsfluss erlaubt.For the rest, it is also irrelevant from which side the flow machine ( 1 ) according to FIG. 1 flows, that is, the flow medium acting in the direction of the arrow ( 13 ) can strike the flow machine ( 1 ) in any direction. The prerequisite is always that the flow ( 4 ) flows approximately vertically in the flow stream. However, slight inclinations of the water wheel in the flow flow are also permitted.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind somit die Klappen (8, 9, 10, 11 und 5) in Strömungsrichtung (13) genau ausgerichtet und werden deshalb nur mit geringem Strömungswiderstand angeströmt.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the flaps ( 8 , 9 , 10 , 11 and 5 ) are exactly aligned in the direction of flow ( 13 ) and are therefore only subjected to a low flow resistance.

Bei der Rotation in Pfeilrichtung (27) legt sich hingegen die Klappe (5) und die in Drehrichtung sich dahinter befindenden Schwenkklappen (6, 7, 8) an die zugeordneten gehäusefesten Anschläge (15) an, so dass sich an der jeweiligen Schwenkklappe (6, 7, 8) ein erheblicher Staudruck ausbildet, welcher das Wasserrad in Pfeilrichtung (27) antreibt.When rotating in the direction of the arrow ( 27 ), on the other hand, the flap ( 5 ) and the swivel flaps ( 6 , 7 , 8 ) located behind in the direction of rotation lie against the associated fixed stops ( 15 ) so that the respective swivel flap ( 6 , 7 , 8 ) forms a considerable dynamic pressure which drives the water wheel in the direction of the arrow ( 27 ).

Sobald bei weiterer Drehung die Schwenkklappe (8) über den Übertotpunkt der Schwenkbewegung im Schwenklager (14) kommt, schwenkt diese in Pfeilrichtung (28) von ihrem gehäusefesten Anschlag (15) weg nach außen, so dass das äußere Ende und damit die Hinterkante (18) über den Außenumfang der Scheibe (2) hinausragt.As soon as the swivel flap ( 8 ) comes over the dead center of the swivel movement in the swivel bearing ( 14 ) during further rotation, it swings outwards in the direction of the arrow ( 28 ) from its stop ( 15 ) fixed to the housing, so that the outer end and thus the rear edge ( 18 ) protrudes beyond the outer circumference of the disc ( 2 ).

Insgesamt bildet also jede Schwenkklappe eine Anströmfläche (17) für das strömende Medium, soweit sich die jeweilige Schwenkklappe (6-8) an dem gehäusefesten Anschlag (15) anliegt.Overall, each swivel flap thus forms an inflow surface ( 17 ) for the flowing medium, provided that the respective swivel flap ( 6-8 ) bears against the stop ( 15 ) fixed to the housing.

Die Verschwenkung der Schwenkklappe (9) erfolgt dann auf einer Radiuslinie (16), welche durch die Welle (4) geht. The pivoting flap ( 9 ) is then pivoted on a radius line ( 16 ) which passes through the shaft ( 4 ).

Es werden also die Schwenkklappen (9-10, 11, 12) in der Strömung in Pfeilrichtung (13) ausgerichtet und mit weiterer Drehung des Wasserrades legt sich dann die in Strömungsrichtung vorderste Schwenkklappe (5) an dem gehäusefesten Anschlag (15) an und der gesamte Vorgang beginnt dann aufs Neue.So the swivel flaps ( 9-10 , 11 , 12 ) are aligned in the flow in the direction of the arrow ( 13 ) and with further rotation of the water wheel, the swivel flap ( 5 ) at the front in the flow direction lies against the stop ( 15 ) fixed to the housing and the the whole process then starts again.

Hierbei ist der Innenquerschnitt der Strömungsmaschine (1) relativ frei durchströmbar, weil lediglich die Anschläge (15) und die Welle (4) einen Strömungswiderstand zusammen mit den angeströmten Vorderkanten der Schwenkklappen (5-12) bilden.The internal cross-section of the turbomachine ( 1 ) can be flowed through relatively freely because only the stops ( 15 ) and the shaft ( 4 ) form a flow resistance together with the flowed-on front edges of the swivel flaps ( 5-12 ).

In Fig. 3 ist eine konstruktive Ausführungsform der Konstruktion nach Fig. 1 und 2 dargestellt, wo insbesondere erkennbar ist, dass als Drehlager ein Lagergehäuse (19) verwendet wird, welches obere und untere Lager (21) trägt, die durch eine dazwischenliegende Lagerbüchse (20) voneinander beabstandet sind. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die beiden Scheiben (2, 3) durch eine innere Distanzhülse (23) voneinander beabstandet und im Übrigen durch die durchgehenden, als Stifte ausgebildeten Anschläge (15) verbunden.In FIG. 3, 1 is a constructive embodiment of the construction according to Fig. And 2, which is seen in particular that is used as the pivot bearing a bearing housing (19) bears which upper and lower bearings (21) by an intermediate bearing sleeve ( 20 ) are spaced apart. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the two disks ( 2 , 3 ) are spaced apart from one another by an inner spacer sleeve ( 23 ) and, moreover, are connected by the continuous stops ( 15 ) designed as pins.

Ebenso sind Drehlager (14) vorgesehen, welche an den Scheiben (2, 3) jeweils in Lagerbüchsen (26) gelagert sind.Rotary bearings ( 14 ) are also provided, which are each mounted on the disks ( 2 , 3 ) in bearing bushes ( 26 ).

In Abwandlung zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, kann selbstverständlich auch das Lager (19-22) in die Scheiben (2, 3) hineinverlegt werden. In diesem Falle ist eine feststehende Welle (4) gegeben, die mit Hilfe von in den Scheiben (2, 3) angeordneten Lagern drehbar gelagert ist, so dass sich die Scheiben (2, 3) um eine feststehende Achse drehen.In a modification of the embodiment of Fig. 3, may of course also the bearing (19-22) in the discs (2, 3) are inlaid. In this case there is a fixed shaft ( 4 ) which is rotatably supported by means of bearings arranged in the disks ( 2 , 3 ) so that the disks ( 2 , 3 ) rotate about a fixed axis.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Strömungsmaschine, wo erkennbar ist, dass als gehäusefeste Anschläge keine Stifte verwendet werden, sondern es ist ein Anschlagkern (24) vorhanden, der drehfest mit mindestens einer Scheibe (2, 3) verbunden ist. Der Kern bildet an seinem Außenumfang stufenartig ausgebildete Anschlagflächen (25) aus, welche zur Anlage des freien, schwenkbaren Endes der jeweiligen Schwenkklappe (5-12) vorgesehen ist. Fig. 4 shows a further embodiment of a turbomachine, where it can be seen that no pins are used as stops fixed to the housing, but there is a stop core ( 24 ) which is connected to at least one disk ( 2 , 3 ) in a rotationally fixed manner. The core forms step-like stop surfaces ( 25 ) on its outer circumference, which are provided for contacting the free, pivotable end of the respective pivoting flap ( 5-12 ).

Soll sich die Strömungsmaschine nach Fig. 4 in Pfeilrichtung (27) und in Gegenrichtung hierzu drehen, dann können auch mehr als die hier angegebenen Anschlagflächen (25) verwendet werden, so dass für jede Schwenkklappe (5-12) eine linksseitige und eine rechtsseitige Anschlagfläche vorgesehen ist.If the turbomachine according to FIG. 4 is to rotate in the direction of the arrow ( 27 ) and in the opposite direction to this, then more than the abutment surfaces ( 25 ) specified here can be used, so that a left-sided and a right-sided abutment surface for each swivel flap ( 5-12 ) is provided.

Der Anschlagkern (24) bildet ein Durchströmungshinderniss, so dass die Wandungen des Kernes stirnseitige Begrenzungen für Kammern (34) bilden, welche jeweils linksseitig und rechtseitig von der jeweiligen Schwenkklappe (5, 6) eingegrenzt sind.The stop core ( 24 ) forms an obstacle to flow, so that the walls of the core form frontal boundaries for chambers ( 34 ) which are delimited on the left and right sides by the respective swivel flap ( 5 , 6 ).

Es werden also einseitig offene, ansonsten aber geschlossene Kammern (34) in diesem Ausführungsbeispiel vorgeschlagen.Chambers ( 34 ) that are open on one side but otherwise closed are proposed in this exemplary embodiment.

In Fig. 5 ist als weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, dass die Anzahl der Schwenkklappen (5-12) praktisch unbegrenzt gewählt werden kann und dass auch größere Anschlagkerne (24') verwendet werden können, um das Kammervolumen der jeweiligen Kammer (34) entsprechend zu gestalten.In Fig. 5 is shown as a further embodiment that the number of pivoting flaps (5-12) can be selected practically unlimited and that larger stop cores can be used (24 ') to design corresponding to the chamber volume of the respective chamber (34) .

Ebenso kann es natürlich vorgesehen sein, dass der Anschlagkern (24) bzw. (24') auch noch durch Strömungsbohrungen oder andere Durchströmungsöffnungen aufweist.Likewise, it can of course be provided that the stop core ( 24 ) or ( 24 ') also has flow bores or other flow openings.

Die Fig. 6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel die Verbindung des Ausführungsbeispieles in Fig. 1 und 2 mit einem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 oder 5. Fig. 6 shows as a further embodiment, the connection of the embodiment in FIGS. 1 and 2 with an exemplary embodiment according to Fig. 4 or 5.

Es ist erkennbar, dass ein Teil der Schwenkklappen, nämlich die Schwenkklappen (5, 6, 7, 8) nach der Funktion der Fig. 1 und 2 arbeiten, während ein andere Teil der Schwenkklappen (30) nach der Funktion der Fig. 4 oder 5 arbeiten. It can be seen that part of the swivel flaps, namely the swivel flaps ( 5 , 6 , 7 , 8 ) operate according to the function of FIGS. 1 and 2, while another part of the swivel flaps ( 30 ) function according to the function of FIG. 4 or 5 work.

Zusätzlich ist aber nach dargestellt, dass die Schwenkklappen (30) auch geteilt ausgebildet sein können. Hierbei ist der eine Klappenteil (31) schwenkbar in dem radial äußeren Schwenklager (14) gelagert und hängt mit seinem inneren, schwenkbaren Ende an einer gehäusefesten Schwenkachse (33) an.In addition, however, it is shown in FIG. 1 that the swivel flaps ( 30 ) can also be of split design. One flap part ( 31 ) is pivotally mounted in the radially outer pivot bearing ( 14 ) and hangs with its inner, pivotable end on a pivot axis ( 33 ) fixed to the housing.

In dieser Schwenkachse ist ein weitere Klappenteil (32) schwenkbar gelagert, so dass die beiden Klappenteile (31, 32) an unterschiedlichen Schwenkachsen (14, 33) jeweils einseitig schwenkbar gelagert sind.A further flap part ( 32 ) is pivotally mounted in this pivot axis, so that the two flap parts ( 31 , 32 ) are each pivotably supported on one side on different pivot axes ( 14 , 33 ).

Die beiden Schwenkklappen (31, 32) sind also jeweils um ihre Schwenklager (14, 33) in den Schwenkrichtungen (29) schwenkbar ausgebildet.The two pivoting flaps ( 31 , 32 ) are each designed to be pivotable about their pivot bearings ( 14 , 33 ) in the pivoting directions ( 29 ).

Es wird eine vollständige Ausnützung der Strömungsenergie des durchströmenden Flüssigkeitsstromes gewährleistet, weil hierdurch verhindert wird, dass Wasser ungenutzt hindurchfließt, weil ja ein zentrumsnaher Anschlagkern (24') vorhanden ist, der wiederum in Verbindung mit den Schwenkklappen (30) in Strömungsrichtung einseitig offene Kammern (34) bildet. A complete utilization of the flow energy of the flowing liquid flow is guaranteed, because this prevents water from flowing unused because there is a stop core ( 24 ') close to the center, which in turn is connected to the swivel flaps ( 30 ) in the flow direction to open chambers ( 34 ) forms.

Legend for the drawing

11

Strömungsmaschine
Fluid machine

22

Scheibe
disc

33rd

Scheibe
disc

44

Welle
wave

55

Schwenkklappe
Swivel flap

66

Schwenkklappe
Swivel flap

77

Schwenkklappe
Swivel flap

88th

Schwenkklappe
Swivel flap

99

Schwenkklappe
Swivel flap

1010th

Schwenkklappe
Swivel flap

1111

Schwenkklappe
Swivel flap

1212th

Schwenkklappe
Swivel flap

1313

Pfeilrichtung
Arrow direction

1414

Schwenklager
Swivel bearing

1515

Anschlag
attack

1616

Linie
line

1717th

Anströmfläche
Inflow surface

1818th

Hinterkante
Trailing edge

1919th

Lagergehäuse
Bearing housing

2020th

Lagerbüchse
Bearing bush

2121

Lager
camp

2222

Deckscheibe
Cover plate

2323

Distanzhülse
Spacer sleeve

2424th

Anschlagkern 24' Stop core 24 '

2424th

"
"

2525th

Anschlagfläche
Abutment surface

2626

Lagerbüchse
Bearing bush

2727

Pfeilrichtung → Arrow direction →

1212th

2828

Pfeilrichtung
Arrow direction

2929

Schwenkrichtung
Swivel direction

3030th

Schwenkklappe
Swivel flap

3131

Klappenteil
Flap part

3232

Klappenteil
Flap part

3333

Schwenkachse
Swivel axis

3434

Kammer
chamber

3535

-
-

Claims

1. A turbomachine for converting the flow energy of a flowing medium into rotational energy with a rotatable paddle wheel mounted in a vertical shaft ( 4 ), which is arranged lying in the liquid flow and is driven in rotation by it, characterized in that at least one disk ( 2 , 3 ) pivotable swivel flaps ( 5-12 ) are arranged, the pivoting of which is controlled by the dynamic pressure of the flowing liquid.

2. Turbomachine according to claim 1, characterized in that a row of pivot flaps ( 5-12 ) arranged uniformly on the circumference of the disc ( 2 , 3 ) are each pivotably mounted in their vertical axes and arranged on the radially outer end of the disc ( 2 , 3 ) and that there are at least one-sided stops ( 15 , 24 , 25 ) arranged radially inward, which limit the pivoting movement of the respective pivoting flap ( 5-12 ) in one direction.

3. Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the stop is arranged radially inward approximately on a radius line of the disc ( 2 , 3 ), and that in the pivoted-in position, the pivoting flap shows relatively precisely in the center of the shaft

4. Turbomachine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pivoting flap ( 5-12 ) is designed as a plate-shaped component and is pivotally mounted at its radially outer end in the vertically standing pivot bearing ( 14 ).

5. Fluid machine according to one of claims 1 to 4, characterized characterized that when using water as a flowing Medium, the immersion depth of the turbomachine is chosen so that it is always below the water surface and just wetted by the water.

6. Turbomachine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the swivel flap ( 5-12 ) is single-wing.

7. Fluid machine according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the swivel flap is double-winged.

8. Turbomachine according to one of claims 1 to 7, characterized in that a stop core ( 24 ) connected to at least one disk ( 2 , 3 ) is provided as a fixed stop for the swivel flaps (5- 12).

9. Turbomachine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the respective pivoting flap ( 30 ) is of divided design, and that the one flap part ( 31 ) is pivotably mounted in a radially outer pivot bearing ( 14 ) and with its inner, pivotable End is arranged on a pivot axis ( 33 ) fixed to the housing and that a further flap part ( 32 ) is pivotably mounted in this pivot axis.