DE102007021213A1 - Flügelformen zur Leistungssteigerung beidseitig anströmbarer Turbinen für den Luft- und Wassereinsatz - Google Patents

Flügelformen zur Leistungssteigerung beidseitig anströmbarer Turbinen für den Luft- und Wassereinsatz Download PDF

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Abstract

Wells-Turbinen können Strömungsenergie aus gegensätzlichen Richtungen nutzen. Für diesen Zweck entsprechen die Querschnitte ihrer Flügel der Form eines gestreckten, sich gering verjüngenden Tropfens. Auf Grund der sich hierdurch ergebenden, kleinen Verjüngungswinkel an beiden Flügelseiten ist ihr Wirkungsgrad mäßig. Brauchbare Leistungen stellen sich erst bei hohen Drehzahlen ein. Dieses ist ein wesentlicher Grund dafür, weshalb sich diese Turbinenform nicht für den Einsatz im Wasser eignet. Wells-Turbinen laufen zudem beim Start sehr langsam an. auf Druckveränderungen reagieren sie, je nach Drehzahl, träge bis mittelträge. Um den Wirkungsgrad von Wells-Turbinen deutlich zu verbessern, ist der Turbinenflügel so gestaltet, dass ein Teil des auf seine Arbeitsfläche drückenden Luft- bzw. Wasserstromes durch eine Öffnung im Turbinenflügel über ein darin befindliches, am Ende seines Stirnbogens anschließendes, schräg nach hinten zur Druck abgewandten Flügelseite verlaufendes Leitteil geführt wird, wodurch sich ein verbesserter, Leistung steigender Vortrieb ergibt. Bei schnell laufenden Turbinen im Luftbereich erfolgt dies vorzugsweise durch ein festes, bei mittelschnell bis langsam laufenden Turbinen im Luft- bzw. Wasserbereich durch e Vortriebs wird durch einen biegsamen Einsatz im Flügelende erreicht. Diese neuen Flügelformen führen bei Wells-Turbinen zu deutlich verbesserten Wirkungsgraden. Sie bewirken zudem ein ...

Description

  • Die Erfindung betrifft neue Flügelformen zur Leistungssteigerung von Wells-Turbinen für den Luft- und Wassereinsatz, insbesondere in Wellen-Kraftwerken.
  • Wells-Turbinen können Energie beidseitig aus gegensätzlichen Strömungsrichtungen nutzen. Für diesen Zweck entsprechen ihre Flügel im Querschnitt der Form eines lang gestreckten, sich gering verjüngenden Tropfens.
  • Auf Grund der sich hieraus ergebenden, kleinen Verjüngungswinkel an beiden Flügelseiten ist der Wirkungsgrad dieser Turbinen mäßig. Brauchbare Leistungen stellen sich erst bei hohen Drehzahlen ein. Dieses ist ein wesentlicher Grund dafür, weshalb sich diese Turbinenform nicht für einen Einsatz im Wasser eignet. Wells-Turbinen laufen zudem beim Start sehr langsam an. Auf Druckveränderungen reagieren sie, je nach Drehzahl, träge bis mittelträge.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Form der Flügel von Wells-Turbinen so zu verändern, dass sich ihr Wirkungsgrad deutlich erhöht, sie beim Start schneller anlaufen und auf Druckveränderungen besser ansprechen. Außerdem soll die Erfindung zu einer Verbesserung der Leistung bei niedrigen Drehzahlen beitragen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Turbinenflügel 1 so gestaltet ist, dass ein Teil des auf seine Arbeitsfläche 2 drückenden Luft- bzw. Wasserstromes durch eine Öffnung 3 im Turbinenflügel 1 über ein darin befindliches, am Ende des Stirnbogens 4 anschließendes, schräg nach hinten zur Druck abgewandten Flügelseite 5 verlaufendes Leitteil 6 geführt wird.
  • Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass die Arbeitfläche des Leitteils 6, im Gegensatz zur restlichen Arbeitsfläche 2 des Turbinenflügels 1, nach hinten hin wesentlich steiler abfällt, wodurch Leistung und Ansprechverhalten der Wells-Turbine verbessert werden. Um diese Verbesserung an beiden Turbinenseiten zu erreichen, sind bei Einsatz starrer Leitteile 6, die hintereinander angeordneten Turbinenflügel 1 spiegelbildlich formiert.
  • Um die Leistung besonders bei niedrigen Drehzahlen zu verbessern und somit Wells-Turbinen auch einen Einsatz im Wasser zu ermöglichen, besteht nach Anspruch 2 das Leitteil 6 aus einem drehbaren Leitflügel 7.
  • Damit der drehbare Leitflügel 7 sich selbstätig den Strömungsgegebenheiten anpassen kann, ist nach Anspruch 3 seine Achse 8 vor der Flügelmitte angeordnet.
  • Um die Ausschläge des drehbaren Leitflügels 7 zu dämpfen, ist nach Anspruch 4 seine Achse 8 durch Federn 9 mit dem Turbinenflügel 1 verbunden.
  • Damit der Ausschlag des drehbaren Leitflügels 7 begrenzt werden kann, ist der Stirnbogen 4 nach Anspruch 5 in Form von Anschlagseiten 11 weitergeführt.
  • Um den drehbaren Leitflügel 7 innerhalb dieser Anschlagseiten 11 zu führen, weist dieser nach Anspruch 6 an seinem vorderen Ende einen Anschlagzapfen 10 auf.
  • Um die Umströmung der Leitteile 6, (7) zu verbessern, sind nach Anspruch 7 ihre Arbeitsflächen 12 in der Längsausrichtung konvex ausgebildet.
  • Damit Strömungsverluste an den hinteren Kanten 13 der Leitteile 6 vermieden werden, sind diese nach Anspruch 8 abgerundet.
  • Um den Vortrieb des Turbinenflügels 1 zusätzlich zu verbessern, weist nach Anspruch 9 sein hinteres Ende einen biegsamen Einsatz 14 auf.
  • Um Strömungsverluste zu vermeiden, ist nach Anspruch 10, die die Öffnung 3 im Turbinenflügel 1 nach hinten hin begrenzende Querwand 15, an den Seitenkanten 16 abgerundet.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass sich der Wirkungsgrad von Wells-Turbinen deutlich erhöht, sie beim Start schneller anlaufen und auf Druckveränderungen besser ansprechen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass schon bei niedrigen Drehzahlen ein ausreichend großes Drehmoment zur Verfügung steht, so dass für Wells-Turbinen erstmalig ein Einsatz im Wasser möglich ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
  • 1 Spiegelbildliche Angeordnung von zwei Turbinenflügeln mit festem Leitteil
  • 2 Anordnung eines Turbinenflügels mit drehbarem Leitteil
  • 3 Schnitt durch einen Turbinenflügel mit festem Leitteil
  • 4 Schnitt durch einen Turbinenflügel mit drehbarem Leitteil
  • Die Erfindung besteht im Einzelnen aus den Turbinenflügeln 1, seiner Arbeitsfläche 2, der im Turbinenflügel 1 befindlichen Öffnung 3 mit einem darin verlaufenden Leitteil 6 sowie eines gleichen in Form eines drehbaren Leitflügels 7, die gleichermaßen am Ende des Stirnbogens 4 anschließen und bis zur Druck abgewandten Flügelseite 5 führen. Die Erfindung besteht des weiteren aus der Achse 8 mit Federn 9, dem Anschlagzapfen 10, den Anschlagseiten 11, den Arbeitsflächen 12 der Leitteile 6 mit ihren hinteren, abgerundeten Kanten 13, dem biegsamen Einsatz 14 im Turbinenflügel 1 sowie der Querwand 15 mit abgerundeten Seitenkanten 16.
  • Beim Einsatz im Wasser kann auf die Federn 9 verzichtet werden, weil bei Änderung der Strömungsrichtung das zwischen den Anschlagseiten 11 befindliche Wasser herausgedrückt wird. Dies bewirkt eine ausreichende Dämpfung und ergibt einen zusätzlichen Vortrieb.

Claims (10)

  1. Flügelformen zur Leistungssteigerung von Wells-Turbinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenflügel 1 so gestaltet ist, dass ein Teil des auf seine Arbeitsfläche 2 drückenden Luft- bzw. Wasserstromes durch eine Öffnung 3 im Turbinenflügel 1 über ein darin befindliches, am Ende des Stirnbogens 4 anschließendes, schräg nach hinten zur Druck abgewandten Flügelseite 5 verlaufendes Leitteil 6 geführt wird.
  2. Flügelformen zur Leistungssteigerung von Wells-Turbinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitteil 6 aus einem drehbaren Leitflügel 7 besteht.
  3. Flügelformen zur Leistungssteigerung von Wells-Turbinen nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse 8 des drehbaren Leitflügels 7 vor dessen Flügelmitte angeordnet ist.
  4. Flügelformen zur Leistungssteigerung von Wells-Turbinen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse 8 des drehbaren Leitflügels 7 durch Federn 9 mit dem Turbinenflügel 1 verbunden ist.
  5. Flügelformen zur Leistungssteigerung von Wells-Turbinen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirnbogen 4 nach hinten in Form von Anschlagseiten 11 weitergeführt ist.
  6. Flügelformen zur Leistungssteigerung von Wells-Turbinen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des drehbaren Leitflügels 7 einen Anschlagzapfen 10 aufweist.
  7. Flügelformen zur Leistungssteigerung von Wells-Turbinen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflächen 12 der Leitteile 6, (7) in ihrer Längsausrichtung konvex ausgebildet sind.
  8. Flügelformen zur Leistungssteigerung von Wells-Turbinen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hinteren Kanten 13 der Leitteile 6 abgerundet sind.
  9. Flügelformen zur Leistungssteigerung von Wells-Turbinen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Ende des Turbinenflügels 1 einen biegsamen Einsatz 14 aufweist.
  10. Flügelformen zur Leistungssteigerung von Wells-Turbinen nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwand 15 an den Seitenkanten 16 abgerundet ist.
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