DE102005005142B4

DE102005005142B4 - Zentrifugalarbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102005005142B4
Application number: DE102005005142A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2013-07-18
Anticipated expiration: 2025-02-05
Also published as: WO2007089226A3; WO2007089226A9; DE102005005142A1; US20070014669A1; WO2007089226A2

Abstract

Verfahren zur Förderung von Fluiden mittels einer Zentrifugalarbeitsmaschine, wobei ein Rotor (3) der Zentrifugalarbeitsmaschine das Arbeitsfluid in Umfangsrichtung des Rotors (3) beschleunigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) vom Arbeitsfluid umgeben umläuft und am Umfang des Rotors (3) Arbeitsfluid in zum umgebenden Arbeitsfluid hin offenen Zellräumen mit Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (3) umläuft, wobei die Zellräume auf ihrer radial innen liegenden Seite verschlossen, seitwärts abgedeckt und in Rotationsrichtung des Rotors (3) vorwärts gekrümmt ausgebildet sind und das in die Zellräume eingeströmte Arbeitsfluid in den Zellräumen auf Rotationsumfangsgeschwindigkeit des Rotors (3) halten, wobei der Rotor (3) durch einen durch Fliehkraft entstehenden Unterdruck umgebendes Arbeitsfluid ansaugt und in Umfangsrichtung des Rotors (3) beschleunigt, und wobei ein Gehäusesegment (4) den Rotor (3) auf einem Teil seines Umfangs abdeckt das derart beschleunigte umgebende Arbeitsfluid vom Einfluss der Zellräume trennt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung von Fluiden mittels einer Zentrifugalarbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannt sind Strömungsmaschinen wie z. B. Kreiselpumpen. Diese nutzen zur Energieübertragung Schaufeln, die mehr oder weniger radial bzw. axial durchströmt werden. Die Energieübertragung vom Rotor an das Fluid ist nur während einer kontinuierlichen Durchströmung der Schaufeln möglich. Die dabei entstehenden Verluste schränken die Anwendungen stark ein.
DE 346 099 A offenbart eine Schaufelradeinrichtung für Wasserkraftfahrzeuge mit feststehenden Radschaufeln. Das Schaufelrad ist drehbar in einem Gehäuse angeordnet, welches unterhalb der Wasserlinie geöffnet ist und einen Eintritt des Schaufelrads bzw. der Radschaufeln in das Wasser ermöglicht. Bei der bekannten Einrichtung nehmen die Radschaufeln des angetriebenen Schaufelrades während ihrer jeweiligen Eintauchphase Wasser mit und erzeugen so eine kontinuierliche Antriebsströmung. Die Zwischenräume der Radschaufeln werden nach der Eintauchphase geleert, um bei der anschließenden Eintauchphase erneut Wasser zu verdrängen und dadurch Antriebsenergie auf das Wasser zu übertragen.
DE 1 027 092 B zeigt ein Schaufelrad für den Antrieb von Schiffen, welches als Querstromtrommelläufer ausgebildet ist. Das Schaufelrad dreht mit konstanter Geschwindigkeit, wobei die Menge und die Richtung des durchströmenden Wassers durch ein das Schaufelrad axial umgebendes Steuergehäuse geregelt werden soll. Der bekannte Querstromtrommelläufer wird von dem Wasser senkecht zur Welle durchströmt.
US 317,488 A zeigt einen weiteren Schaufelradantrieb.
US 4 832 642 A offenbart einen Schaufelantrieb zur Anordnung am Heck eines anzutreibenden Bootes.
EP 1 355 822 B1 offenbart einen Schiffsantrieb mit einer zumindest teilweise in das Wasser eintauchenden, drehbar angetriebenen Vortriebseinrichtung und mit einer die Vortriebseinrichtung teilweise umgebenden Abdeckung. Die Abdeckung umgibt die Vortriebseinrichtung nicht vollumfänglich. Vielmehr kommt die Vortriebseinrichtung unterhalb der Wasserlinie des anzutreibenden Schiffs direkt mit dem umgebenden Wasser in Berührung. Die Abdeckung ist in Bezug auf die Vortriebseinrichtung derart angeordnet, dass zwischen der Abdeckung und der Umfangsfläche der Vortriebseinrichtung ein Spalt ausgebildet ist. Der bekannte Schiffsantrieb sieht vor, beim Betrieb der Vortriebseinrichtung von der Vortriebseinrichtung Wasser in den Spalt zu verschleppen, so dass sich in dem Spalt ein Strömungskanal im Drehsinn der Vortriebseinrichtung ausbildet. Die bekannte Vortriebseinrichtung fördert stetig eine Strömung durch den Spalt, wodurch der Wirkungsgrad des Schiffsantriebs verbessert werden soll.
DE 693 27 474 T2 offenbart eine Fluiddurchgangsvorrichtung, die einen Rotor mit einem offenen ringförmigen porösen Aufbau umfasst. Das Fluid wird von einem radial innen liegenden Raum durch den porösen Aufbau hindurch gelassen in eine radial außen liegende Ringzone, wenn sich der Rotor dreht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die Förderung von Fluiden mittels einer Zentrifugalarbeitsmaschine, dessen Rotor das Arbeitsfluid in Umfangsrichtung des Rotors beschleunigt, ohne eine Durchströmung von Schaufeln ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine Zentrifugalarbeitsmaschine zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Rotor, dessen. Umfang mit Vorrichtungen versehen ist, welche zum umgebenden Arbeitsfluid hin offene Zellräume bilden. Das in die Zellräume eingeströmte Arbeitsfluid in verbleibt in diesen Zellräumen und wird auf Rotationsgeschwindigkeit des Rotors gehalten.
Das in den Zellräumen mit Rotationsgeschwindigkeit umlaufende Fluid wird einer Zentrifugalkraft ausgesetzt. Diese führt zu einer Drucksenkung im Fluid der Zellräume.
Das umgebende Fluid wird in Folge dieser sich aufbauenden Druckdifferenz, umgebenes Fluid – umlaufendes Fluid, in Richtung der Zellräume des Rotors beschleunigt. Da sich die Zellräume entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors bewegen wird das anströmende Fluid in Umfangsrichtung gelenkt. Durch eine Gehäuseabdeckung werden die Zellen über einen Teil des Rotors abgedeckt und damit vom Zustrom getrennt Das beschleunigte auf einer Kreisbahn strömende Fluid aus der Umgebung wird am Beginn der Abdeckung dem Einfluss der Zellen entzogen und tangential abströmen.
Mit der Zentrifugalarbeitsmaschine nach der Erfindung können Strömungsmaschinen wie z. B. Schiffsschrauben, Rührer, Umwälzpumpen, Luftschrauben, Lüfter, Ventilatoren usw., ersetzt werden. Durch die gegenüber Strömungsmaschinen eliminierten Durchströmungsverluste werden erhebliche Energieeinsparungen erreicht. Weben den Energieeinsparungen lassen sich größere Energiedichten erzielen, die zu geringeren Auslegungsgrößen der Antriebsmaschine führen, verglichen mit herkömmlichen Propellerantrieben. Die maximal übertragbare Leistung hängt weiterhin vom Umgebungsdruck ab, was zu höheren übertragbaren Leistungen in größeren Tiefen führt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der radial ausgerichtete Rotor mit vorwärts gekrümmten Zellräumen, die innen verschlossen und seitwärts abgedeckt sind ausgebildet.
Die zum umgebenden Fluid offenen Zellen werden über einen Teil des Umfangs durch eine Gehäuseabdeckung getrennt
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgendem näher beschrieben
Es zeigen
1 einen Schwimmkörper mit einer horizontal angeordneten Zentrifugalarbeitsmaschine nach der Erfindung,
2 der Innenaufbau (Prinzip) der horizontal angeordneten Zentrifugalarbeitsmaschine mit integrierter Motoreneinheit,
3 einen Schwimmkörper mit einer vertikal angeordneten Zentrifugalarbeitsmaschine nach der Erfindung,
4 der Innenaufbau (Prinzip) der horizontal angeordneten Zentrifugalarbeitsmaschine mit zwei Rotoren.
Die 1 und 2 zeigen die Anordnung einer horizontal arbeitenden Zentrifugalarbeitsmaschine Am rückwärtigen Ende des Schwimmkörpers 1 ist die Zentrifugalarbeitsmaschine durch ein Verbindungsteil 2 drehbar angeordnet. Für den Antrieb wird hier ein im Rotor 3 integrierter Elektromotor 5 verwendet. Durch ein Gehäusesegment 4 wird ein Teil der am Rotorumfang vorhandenen Zellräume abgedeckt um über diesem Teilbereich einen Energieaustausch mit dem umgebenden Fluid zu verhindern. In den zum Fluid hin offenen Zellräumen wird der durch die Fliehkraft entstehende Unterdruck zum umgebenden Fluid eine Sogwirkung erzeugen die das umgebende Fluid in Umfangsrichtung des Rotors beschleunigt. Das beschleunigte Fluid wird durch das Gehäusesegment 4 vom Einfluss der Laufzellen getrennt und strömt als Vortriebsenergie ab.
Die 3 und 4 zeigen die Anordnung einer vertikal arbeitenden Zentrifugalarbeitsmaschine. Am rückwärtigen Ende des Schwimmkörpers 1 ist die Zentrifugalarbeitsmaschine durch ein Verbindungsteil 2 drehbar angeordnet. Die als Doppelläufer ausgeführten Rotoren können elektrisch, hydraulisch, über Getriebe usw. angetrieben werden. Die Energieübertragung erfolgt analog zu der einer horizontal (1 und 2) angeordneten Zentrifugalarbeitsmaschine.
Bezugszeichenliste

1: Schwimmkörper
2: Verbindungsteil
3: Rotor mit Zellräumen (Laufzellen)
4: Gehäusesegment
5: Elektromotor

Claims

Verfahren zur Förderung von Fluiden mittels einer Zentrifugalarbeitsmaschine, wobei ein Rotor (3) der Zentrifugalarbeitsmaschine das Arbeitsfluid in Umfangsrichtung des Rotors (3) beschleunigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) vom Arbeitsfluid umgeben umläuft und am Umfang des Rotors (3) Arbeitsfluid in zum umgebenden Arbeitsfluid hin offenen Zellräumen mit Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (3) umläuft, wobei die Zellräume auf ihrer radial innen liegenden Seite verschlossen, seitwärts abgedeckt und in Rotationsrichtung des Rotors (3) vorwärts gekrümmt ausgebildet sind und das in die Zellräume eingeströmte Arbeitsfluid in den Zellräumen auf Rotationsumfangsgeschwindigkeit des Rotors (3) halten, wobei der Rotor (3) durch einen durch Fliehkraft entstehenden Unterdruck umgebendes Arbeitsfluid ansaugt und in Umfangsrichtung des Rotors (3) beschleunigt, und wobei ein Gehäusesegment (4) den Rotor (3) auf einem Teil seines Umfangs abdeckt das derart beschleunigte umgebende Arbeitsfluid vom Einfluss der Zellräume trennt.
Zentrifugalarbeitsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem derartig angeordneten Rotor (3), dass der Rotor (3) im Betrieb der Zentrifugalarbeitsmaschine von einem Arbeitsfluid umgeben ist, wobei der Umfang des Rotors (3) mit Vorrichtungen versehen ist, welche zum umgebenden Arbeitsfluid hin offene Zellräume bilden, wobei die Zellräume auf ihrer radial innen liegenden Seite verschlossen, seitwärts abgedeckt und in Rotationsrichtung des Rotors (3) vorwärts gekrümmt ausgebildet sind, derart, dass das in die Zellräume eingeströmte Arbeitsfluid in den Zellräumen verbleibt und mit der Rotationsumfangsgeschwindigkeit des Rotors (3) umläuft, und mit einem Gehäusesegment (4), welches einen Teil des Umfangs des Rotors (3) abdeckt und über einen Teil des Umfangs des Rotors (3) einen Ausschnitt aufweist, welcher die Zellräume mit dem umgebenden Arbeitsfluid verbindet.
Zentrifugalarbeitsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem derartig angeordneten Rotor (3), dass der Rotor (3) im Betrieb der Zentrifugalarbeitsmaschine von einem Arbeitsfluid umgeben ist, wobei am Umfang des Rotors (3) durch poröses, zellbildendes Material zum umgebenden Arbeitsfluid hin offene Zellräume gebildet sind, welche auf ihrer radial innen liegenden Seite verschlossen sind, und mit einem Gehäusesegment (4), welches einen Teil des Umfangs des Rotors (3) abdeckt und über einen Teil des Umfangs des Rotors (3) einen Ausschnitt aufweist, welcher die Zellräume mit dem umgebenden Arbeitsfluid verbindet.
Zentrifugalarbeitsmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusesegment (4) in einer Drehrichtung um eine Rotationsachse des Rotors (3) verstellbar ist.
Zentrifugalarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb in den Rotor (3) integriert ist.
Zentrifugalarbeitsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein Elektromotor (5) ist.
Zentrifugalarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rotoren (3) angeordnet sind.