DE102014112239B3

DE102014112239B3 - Hydrodynamic screw with optimized geometry and efficiency

Info

Publication number: DE102014112239B3
Application number: DE102014112239.9A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2034-08-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserförderschnecke, umfassend einen Trog (6) zur Aufnahme einer Arbeitsschnecke (1) mit einem oberen Kopfende und einem unteren Fußende, einem oberen und unteren Radiallager (20) sowie einer Antriebseinheit, wobei die Arbeitsschnecke (1) aus mehreren Schaufelblättern (2) besteht, welche den Schneckenkern (5) spiralförmig von unten nach oben mit mehreren Windungen (2a, 2b, 2c) umlaufen. Die Förderschnecke ist dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen (2a, 2b, 2c) der Schaufelblätter (2) in einem oberen Stauchungsbereich (3) des Schneckenkerns (5) gestaucht zueinander um den Schneckenkern (5) angeordnet sind, und dass der Schneckenkern (5) im Stauchungsbereich (3) ferner eine Durchmessererweiterung (4) aufweist.The present invention relates to a water conveyor screw, comprising a trough (6) for receiving a working screw (1) having an upper head end and a lower foot end, an upper and lower radial bearing (20) and a drive unit, wherein the working screw (1) of a plurality of airfoils (2) which orbits the screw core (5) spirally from bottom to top with a plurality of turns (2a, 2b, 2c). The auger is characterized in that the turns (2a, 2b, 2c) of the blades (2) in an upper compression region (3) of the screw core (5) are arranged around each other around the screw core (5), and that the screw core (5 ) in the compression region (3) further comprises a diameter extension (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserförderschnecke zur Beförderung von Wasser über eine statische Förderhöhe.The present invention relates to a water screw conveyor for conveying water over a static head.

Der Mathematiker und Mechaniker Archimedes hatte sich bereits vor Urzeiten Gedanken über einen effizienten Wassertransport zur Beförderung großer Wassermengen über eine bestimmte Höhendifferenz gemacht. Die von ihm entwickelte archimedische Schneckenpumpe besteht aus einer um einen Schneckenkern umlaufenden Spirale, welche Wasser von einem niedergelegenen Reservoir in ein höheres befördert.The mathematician and mechanic Archimedes had thought long ago about an efficient water transport to carry large amounts of water over a certain height difference. The Archimedean screw pump developed by him consists of a spiral around a screw core, which carries water from a lower reservoir to a higher one.

Moderne Wasserkraftschnecken arbeiten im Vergleich zu Turbinen noch effizienter und können Höhenunterschiede von bis zu 10 m und Wassermengen von bis zu 8 m³/sec. abdecken. Dabei erreichen sie Wirkungsgrade von bis zu 90%, und dies auch bei verringerter Beaufschlagung. Schwankende Wassermengen beeinflussen den Wirkungsgrad nur unwesentlich und benötigen im Vergleich zu Turbinenanlagen keine Tiefbauarbeiten im Unterwasserbereich. Schneckenpumpen erfordern zwar größere Baugrößen, haben aus physikalischen Gründen höhere Wirkungsgrade, da nahezu keine Beschleunigungsenergien aufgebracht werden müssen. Axialpumpen oder Halbaxialpumpen bringen meist höhere Strömungsverluste als Schneckenpumpen. Wasserförderschnecken umfassen neben der Arbeitsschnecke zumeist einen Trog als Aufnahmeschale, die zumeist halbrundförmig ausgestaltet ist. Üblicherweise kommen Betontröge oder Stahltröge zum Einsatz.Modern hydrodynamic screws work even more efficiently compared to turbines and can vary in height of up to 10 m and water volumes of up to 8 m ³ / sec. cover. They achieve efficiencies of up to 90%, even with reduced exposure. Fluctuating quantities of water have only insignificant effects on the efficiency and, compared to turbines, do not require underground civil engineering works. Although screw pumps require larger sizes, they have higher efficiencies for physical reasons, since almost no acceleration energies have to be applied. Axial or semi-axial pumps usually bring higher flow losses than screw pumps. In addition to the working screw, water screw conveyors usually comprise a trough as a receiving dish, which is usually configured in a semicircular shape. Usually, concrete troughs or steel troughs are used.

Eine Variante einer solchen Wasserförderschnecke ist beispielsweise in der EP 2 615 298 A1 beschrieben. Hierbei ist die Arbeitsschnecke mit einem umgebenden Mantelrohr drehbar gelagert, wobei das Mantelrohr einen Flüssigkeitszulauf und einen tieferliegenden Flüssigkeitsablauf aufweist.A variant of such a water screw conveyor is for example in the EP 2 615 298 A1 described. Here, the working screw is rotatably mounted with a surrounding jacket tube, wherein the jacket tube has a liquid inlet and a deeper liquid drain.

In den deutschen Gebrauchsmustern DE 20 2011 000 047 U1 und DE 20 2012 100 029 U1 wird eine Wasserkraftschnecke zum Erzeugen elektrischer Energie durch Umwandlung von Strömungsenergie eines strömenden Gewässers beschrieben, bei dem die Rotoreinheit wenigstens einen Rotor mit zwei einander gegenüberliegenden Enden aufweist, welcher mit einem Ende einseitig an einer Lagereinrichtung und/oder einer Antriebseinheit gelagert ist und am gegenüberliegenden Ende der Lagereinrichtung frei bleibt.In German utility models DE 20 2011 000 047 U1 and DE 20 2012 100 029 U1 a hydrodynamic screw for generating electrical energy by converting the flow energy of a flowing body is described in which the rotor unit has at least one rotor with two opposite ends, which is mounted on one side on a bearing means and / or a drive unit and at the opposite end of the Storage facility remains free.

Die DE 10 2012 013 912 A1 beschreibt eine Wasserkraftschnecke mit einem sich drehenden Mantelrohr, auf dem ein Rotorring mit Permanentmagneten fest aufgebracht ist, der an Stator-Segmenten vorbeiläuft.The DE 10 2012 013 912 A1 describes a hydrodynamic screw with a rotating jacket tube on which a rotor ring with permanent magnets is fixed, passing by stator segments.

Obgleich die bekannten Arbeitsschnecken hinsichtlich der Anzahl der eingesetzten Schaufelblätter, deren Durchmesserverhältnisse (d. h. der Durchmesser der Seele relativ zum Gesamtdurchmesser), dem Aufstellwinkel der Schnecke und der Geometrie der Schaufelblätter zum Teil deutliche Unterschiede aufweisen können, treten bei sämtlichen bekannten Schneckensystemen nach wie vor signifikante Strömungsverluste insbesondere beim Auslauf auf. Bislang werden solche Spaltverluste über die Drehzahl der Schnecke optimiert, wobei eine Abwägung erfolgt, ab wann Spritzwasser und ein Überschwappen die Spaltverluste überlagert oder umgekehrt. Ferner hat man am Auslauf keinen Spielraum für abweichende Niveaus.Although the known working screws with respect to the number of blades used, the diameter ratios (ie the diameter of the core relative to the total diameter), the pitch angle of the screw and the geometry of the blades can sometimes have significant differences, occur in all known screw systems as before significant flow losses especially at the outlet. So far, such gap losses are optimized by the speed of the screw, with a balance is made, from when splash water and a spill over the gap losses superimposed or vice versa. Furthermore, you have no scope for deviant levels at the outlet.

Neben diesen Konstruktionen gibt es Ansätze, um Schallemissionen bei Schnecken zu vermindern. Eine solche Konstruktion ist in der DE 20 2010 004 056 U1 vorgesehen, bei der der Außendurchmesser der Schnecke in einem oberen Bereich kleiner ist als in einem unteren Bereich. Zudem sind Zwischenflügel vorgesehen, damit das Wasser mit einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit aus dem Schneckenkörper austritt, was die Geräuschemission verringert.In addition to these designs, there are approaches to reduce sound emissions in snails. Such a construction is in the DE 20 2010 004 056 U1 provided in which the outer diameter of the screw is smaller in an upper region than in a lower region. In addition, intermediate vanes are provided so that the water exits the screw body at a lower flow velocity, which reduces the noise emission.

In der DE 23 46 255 A1 ist eine Schneckenpumpenreihe beschrieben, bei dem wenigstens zwei Förderschnecken über Zwischenlager miteinander verbunden sind. Dabei weist die untere Förderschnecke in ihrem oberen Bereich eine in die Zwischenräume der Beschaufelung eingesetzte zusätzlich gleichartige Beschaufelung auf, womit die Gangzahl ihrer Beschaufelung in ihrem oberen Bereich verdoppelt ist.In the DE 23 46 255 A1 is a screw pump series described in which at least two screw conveyors are interconnected via intermediate storage. In this case, the lower conveyor screw in its upper region on an inserted into the interstices of the blading additionally similar blading, whereby the number of flights of their blading is doubled in its upper region.

In der DE 39 13 148 C1 ist eine Wasserförderschnecke beschrieben, die eine separate Spaltdichtung aufweist, um den Durchmesser des Schneckenkörpers nach dessen Herstellung einzuhalten und die Schneckengänge vor Korrosion und Verschleiß zu schützen.In the DE 39 13 148 C1 a water screw conveyor is described which has a separate gap seal to maintain the diameter of the screw body after its manufacture and to protect the screw threads from corrosion and wear.

Auch für Lagerungen einer Schraubenpumpe sind unterschiedliche Lösungen bekannt: So beschreibt die DE 34 19 038 A1 ein Lager für eine Schraubenpumpe, bei dem ein Fett das Gleitlager schmiert und bei der Gelenkeinrichtungen vorgesehen sind, die eine gewisse Schwingbewegung in Bezug auf die Stütze zulassen. Innerhalb eines Lagergehäuses ist ein Kugelgelenk zwischen dem Gleitlager und dem Lagergehäuse angeordnet.Also for bearings of a screw pump different solutions are known: So describes the DE 34 19 038 A1 a bearing for a screw pump in which a grease lubricates the slide bearing and are provided at the hinge means, which allow a certain oscillatory movement with respect to the support. Within a bearing housing, a ball joint between the sliding bearing and the bearing housing is arranged.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Wasserförderschnecke bereitzustellen, mit der es möglich ist, auch große Förderhöhen mit hohem Wirkungsgrad zu überbrücken und bei der der Auslauf im Vergleich zu herkömmlichen Arbeitsschnecken bei gleichzeitiger Vermeidung von Spaltverlusten optimiert ist.Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved water screw conveyor, with which it is possible to bridge even high delivery heights with high efficiency and in the spout in comparison is optimized for conventional working screws while avoiding gap losses.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wasserförderschnecke mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by a water screw conveyor with the features of claim 1.

Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen wieder.Preferred embodiments can be found in the subclaims again.

Die erfindungsgemäße Wasserförderschnecke umfasst einen Trog, der üblicherweise aus Beton oder Stahl (oder einem anderen Material) hergestellt ist und der Aufnahme der Arbeitsschnecke dient. Der Trog ist halbrundförmig bzw. U-förmig ausgebildet und aufgrund der angestrebten Spaltverlustoptimierung an der Innenwand vorzugsweise mit glasierten Kacheln bestückt. Die Höhe des Trogs ist abhängig von der Gesamtgeometrie der Schnecke, welche bedingt ist durch das Verhältnis von Schneckenkern (auch Seele genannt) zu Schneckendurchmesser. Die erfindungsgemäße Wasserförderschnecke umfasst oben und unten (d. h. am Kopfstück und am Fußstück) jeweils ein Radiallager. Am Kopfende der Arbeitsschnecke (als oben) erfolgt der Anrieb über eine Kardanwelle, am Fußende (also unten) wird ein Axiallager angeflanscht. Die Arbeitsschnecke selbst besteht aus wenigstens einem spiralförmig um die Seele umlaufenden Schaufelblatt, bevorzugt aus mehreren Schaufelblättern, vorzugsweise aus drei Schaufelblättern. Mehrere Schaufelblätter begünstigen die Volumenoptimierung. Die Schaufelblätter sind über mehrere umlaufende Windungen spiralförmig um den Schneckenkern geführt. Die Anzahl der Windungen jedes einzelnen Schneckenblattes hängt von der Baulänge (Förderhöhe) der Schnecke ab.The water conveyor screw according to the invention comprises a trough, which is usually made of concrete or steel (or other material) and serves to receive the working screw. The trough is semicircular or U-shaped and preferably equipped with glazed tiles due to the desired gap loss optimization on the inner wall. The height of the trough is dependent on the overall geometry of the screw, which is conditioned by the ratio of screw core (also called soul) to screw diameter. The water conveyor screw according to the invention comprises a radial bearing at the top and bottom (that is to say at the head piece and at the foot piece). At the head end of the working worm (as above), the propulsion takes place via a cardan shaft, at the foot end (ie below) a thrust bearing is flanged. The working worm itself consists of at least one airfoil that runs around the soul in a spiral, preferably of several airfoils, preferably of three airfoils. Several blades favor volume optimization. The blades are spirally guided around the screw core over several circumferential turns. The number of turns of each screw blade depends on the length (head) of the screw.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die letzte Windung am Kopfende zum Auslauf so gestaltet und optimiert wird, dass das Medium ohne Überfallkannte zu bilden auslaufen kann. Dazu sind die Windungen der Schaufelblätter in einem oberen Stauchungsbereich des Schneckenkerns gestaucht zueinander um den Schneckenkern angeordnet. Die Positionsangabe ”oben” bezieht sich hierbei auf eine Positionierung des Stauchungsbereichs in einem Bereich zwischen Schneckenmitte und dem Kopfende der Schnecke, d. h. in der Nähe des Auslaufs.According to the invention it is now provided that the last turn at the head end to the outlet is designed and optimized so that the medium can leak without raiding known form. For this purpose, the turns of the blades in an upper compression region of the screw core are compressed to each other around the screw core. The position "above" here refers to a positioning of the compression area in an area between the screw center and the head end of the screw, d. H. near the outlet.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der Schneckenkern im Stauchungsbereich abschnittsweise wenigstens eine Durchmessererweiterung aufweist. Die Durchmessererweiterung kann beispielsweise als eine Art ”Höcker” ausgestaltet sein, welche den Schneckenkern umgibt. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird insbesondere die Geometrie am Auslauf optimiert. Um das Auslaufverhalten zu optimieren befindet sich die Durchmesserweiterung (Höcker) an dem letzten Überlaufpunkt auf den Schneckenkern. Der Überlaufpunkt entspricht dem Punkt, bei dem das Medium zur voranliegenden Schaufeltasche zurückfliest. Um das Fördervolumen nicht zu vermindern, muss der Außendurchmesser der Schecke ebenfalls vergrößert werden. Dazu wird durch Änderung des Durchmessers die Schaufelfüllung über die erwähnte Stauchung so angepasst, dass das Volumen annähernd gleich bleibt. Durch den vergrößerten Durchmesser erhält man einen größeren Austrittsquerschnitt. Durch die Stauchung in Verbindung mit der Durchmessererweiterung der Seele verschiebt sich die Auslaufhöhe oder der Staupunkt (StP) nach oben. Folglich erhält man stark verbesserte Auslaufverhältnisse, selbst dann, wenn das Oberwasser einmal unter dem Maximalstand liegen sollte.According to the invention, provision is further made for the worm core to have at least one diameter widening in sections in the compression area. The diameter enlargement can be designed, for example, as a kind of "hump" which surrounds the screw core. By the measures according to the invention, in particular the geometry is optimized at the outlet. To optimize the run-out behavior, the diameter extension (bump) at the last overflow point is on the screw core. The overflow point corresponds to the point at which the medium flows back to the leading blade pocket. In order not to reduce the delivery volume, the outer diameter of the piebald must also be increased. For this purpose, by changing the diameter, the blade filling is adjusted via the mentioned compression so that the volume remains approximately the same. The enlarged diameter gives a larger outlet cross-section. Due to the compression in conjunction with the diameter enlargement of the soul, the discharge height or the stagnation point (StP) shifts upward. As a result, greatly improved run-out conditions are obtained, even if the headwaters should once be below the maximum level.

Symmetrisch gebaute Schneckenpumpen haben den Nachteil, dass am Auslauf, bedingt durch den Überlaufpunkt an der Seele, nur ein reduzierter Querschnitt zur Verfügung steht. Dieses Problem wird dadurch erfindungsgemäß dadurch behoben, indem im Wesentlichen drei Faktoren an der Schneckenkonstruktion geändert und aufeinander abgestimmt werden.Symmetrically constructed screw pumps have the disadvantage that only a reduced cross-section is available at the outlet, due to the overflow point on the soul. This problem is thereby solved according to the invention by essentially changing three factors in the screw design and matched.

Als erstes wird der Gesamtdurchmesser der Arbeitsschnecke vergrößert, wodurch der Austrittsquerschnitt günstiger wird. Als zweites wird eine Durchschnittserweiterung am Schneckenkern eingeführt, deren Lage abhängig vom Überlaufpunkt ist. Durch diese Maßnahme wird der letzte Rücklaufpunkt angehoben, was den Auslaufquerschnitt zusätzlich erhöht. So herrschen selbst bei niedrigerem Oberwasser noch gute Verhältnisse. Bei voller Füllung vergrößert die Durchschnittserweiterung zusätzlich die Stufenanhebung erheblich. Bevorzugt liegt diese Anhebung nicht über dem Oberwasser, solange das allgemeine Niveau nicht extrem tiefer liegt.First, the overall diameter of the working screw is increased, whereby the outlet cross-section is cheaper. Second, an average widening is introduced on the worm core, the location of which depends on the overflow point. By this measure, the last return point is raised, which additionally increases the outlet cross-section. Thus, even with lower upper water still good conditions prevail. At full fill, the average enlargement also increases the level boost considerably. Preferably, this increase is not above the headwaters, as long as the general level is not extremely lower.

Der dritte Faktor betrifft den Steigungswinkel der Schaufeln im Stauchungsbereich. Der Steigungswinkel wird so stark verringert, dass in den Schneckentaschen bis zum Kopfende im Wesentlichen das gleiche Fördervolumen befördert wird. Die Abstände der Schaufelblätter im Stauchungsbereich sind demnach so gewählt, dass das beförderte Volumen des Wassers in den Schneckentaschen im Betriebszustand der Schnecke im Wesentlichen gleich bleibt.The third factor concerns the pitch angle of the blades in the compression area. The pitch angle is reduced so much that is conveyed in the screw pockets to the head end substantially the same volume. The distances of the blades in the compression region are therefore chosen so that the transported volume of water in the screw pockets in the operating state of the screw remains substantially the same.

Bei bisherigen Schneckenpumpen wurde bei längerer Baulänge vor allem der Durchmesser der Seele erweitert, um eine geringere Durchbiegung zu erreichen. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wird dieses Verhältnis im Wesentlichen von einer zusätzlichen Volumenoptimierung bestimmt. Bei Großschnecken wird der Aufschwimmfaktor verursacht durch die Seele vermehrt zu berücksichtigen sein, da dieser die Radiallager beeinflusst.In previous screw pumps especially the diameter of the soul was extended at a longer length, in order to achieve a lower deflection. In the construction according to the invention, this ratio is essentially determined by an additional volume optimization. In the case of large snails, the floating factor caused by the soul will have to be considered more and more as it affects the radial bearings.

Ferner ist eine elastische Manschette zur Abdichtung der Schaufelblätter gegenüber der Innenwand des Trogs vorgesehen, um die bei bekannten Schnecken auftretenden Spaltverluste auch bei langen Schnecken zu verringern oder zu verhindern. Vorzugsweise besteht die Manschette aus einem Kunststoff, beispielsweise einem Gummi. Dieses Material und auch seine Formgebung kooperieren in geeigneter Weise mit der Innenwand des Trogs, die vorzugsweise aus glatten Kacheln besteht. Beim Eintauchen in den Trog werden die Manschetten der Schaufelblätter angepresst und gleiten über einen Wasserfilm entlang der Kacheln, wodurch etwaige Reibverluste zwischen Manschette und Innenwand nahezu keine Rolle spielen. Furthermore, an elastic sleeve for sealing the blades against the inner wall of the trough is provided in order to reduce or prevent the gap losses occurring in known screws even with long screws. Preferably, the sleeve made of a plastic, such as a rubber. This material and also its shape suitably cooperate with the inner wall of the trough, which preferably consists of smooth tiles. When immersed in the trough, the cuffs of the blades are pressed and slide over a film of water along the tiles, whereby any frictional losses between the sleeve and inner wall play almost no role.

Die erfindungsgemäße Manschette bewirkt, dass die Arbeitsschnecke ohne Spalt gefahren werden kann. In Bereichen höherer Durchbiegung können Spaltverluste nahezu vollständig ausgeglichen werden. Vorzugsweise ist beim Eintauchen in den Trog eine Anlaufschräge vorhanden. Zwar wird dadurch die Arbeitsgeschwindigkeit der Schnecke limitiert, allerdings werden auch die durch höhere Geschwindigkeiten bedingten Verluste an Reibung und Spritzwasser stark vermindert.The collar of the invention causes the working screw can be moved without a gap. In regions of higher deflection, gap losses can be almost completely compensated. Preferably, when dipping into the trough a starting slope is present. Although this limits the operating speed of the screw, the losses of friction and spray caused by higher speeds are also greatly reduced.

Die elastische Manschette wird fortlaufend von einem Trägerstock getragen. Ein bevorzugter Trägerstock besteht aus Fieberglasstöcken oder aus Stäben mit Carbonfasern. In einer bevorzugten Variante werden wenigstens drei Fiberglasstöcke pro Meter als Trägerstock eingesetzt. Zur Erhöhung der Stabilität ist auf jedem Stockende ein U-förmiges Stützprofil angeordnet, welches die Manschette trägt. Die Fieberglasstöcke sind in der Lage, Unebenheiten und Durchbiegungen der Schnecke auszugleichen.The elastic cuff is continuously worn by a support pole. A preferred carrier stick consists of fiberglass sticks or bars with carbon fibers. In a preferred variant, at least three fiberglass poles are used per meter as a support pole. To increase the stability a U-shaped support profile is arranged on each end of the stick, which carries the cuff. The fiberglass poles are able to compensate for bumps and bends of the snail.

Die elastische Manschette wird über ein U-förmiges Stützprofil und dem Trägerstock mit den Schaufelblättern verbunden. Vorzugsweise umfasst das Ende des Trägerstocks eine nach oben geneigte Lasche zur Aufnahme des U-förmigen Stützprofils. Das U-förmige Stützprofil liegt vorzugsweise mittig auf der Spitze des Trägerstocks, welcher am Ende, bedingt durch seine Biegung, in das Stützprofil hineingreift.The elastic sleeve is connected via a U-shaped support profile and the support pole with the blades. Preferably, the end of the support block comprises an upwardly inclined tab for receiving the U-shaped support profile. The U-shaped support profile is preferably located centrally on the tip of the support block, which engages at the end, due to its bending, in the support section.

Zwischen dem Dichtungsmaterial und dem Trägerstock ist ein Stützkörper angeordnet, der das Dichtungsmaterial zusätzlich stützt. Vorzugsweise ist der Stützkörper selbst ebenfalls bedingt elastisch. Die Manschette wird über den Trägerstock gegen die Innenwand des Trogs, das heißt gegen die Kacheln, gedrückt. Die Fiberglasstöcke werden am Schaufelblatt vorzugsweise über geeignete Halter eingesteckt und bevorzugt zusätzlich mit einem Kegelstift gesichert. Die Position der Trägerstöcke verläuft in etwa 20° mit der Drehrichtung am Schaufelblatt, um die höchstmögliche Flexibilität und Tragkraft sicherzustellen. Vorzugsweise sind die Fiberglasstöcke zur Aufnahme des U-Profils um einen Winkel von jeweils 90° in sich 2-fach verdreht, um die Stabilität und Federung der Stützprofile zu sichern.Between the sealing material and the support pole, a support body is arranged, which additionally supports the sealing material. Preferably, the support body itself is also conditionally elastic. The cuff is pressed over the support pole against the inner wall of the trough, that is against the tiles. The fiberglass poles are preferably inserted on the blade by suitable holders and preferably additionally secured with a taper pin. The position of the girders extends approximately 20 ° with the direction of rotation of the airfoil to ensure the highest possible flexibility and load capacity. Preferably, the fiberglass poles for receiving the U-profile by an angle of 90 ° in each case 2-fold twisted to ensure the stability and resilience of the support profiles.

Alternativ kann das Material vor Inbetriebnahme auch künstlich befeuchtet werden. Vorzugsweise wird ein Manschettenmaterial verwendet, das UV-beständig ist.Alternatively, the material can be moistened artificially before commissioning. Preferably, a sleeve material is used that is UV resistant.

Parameter wie Durchbiegung, Aufschwimmen und Strahlungskrümmungen sind auf diese Weise besser zu beherrschen, was nicht nur Spaltverluste eliminiert, sondern auch längere Schneckenlängen zulässt. Die Gummimanschette läuft auf einem Wasserfilm in einem natürlichen Bett und erzeugt dadurch nur geringe oder gar keine Reibungsverluste.Parameters such as deflection, floating and radiation curvatures are better controlled in this way, which not only eliminates gap losses, but also allows longer screw lengths. The rubber cuff runs on a water film in a natural bed and thus produces little or no friction loss.

Aufgrund der durch die Abdichtung nicht vorhandenen Spaltverluste wird die Schnecke beim Anfahren vorzugsweise entleert, damit das Anfahrdrehmoment reduziert werden kann. Hierzu können die einzelnen Schaufeltaschen beispielsweise über pressluftgesteuerte Ventile (sogenannte ”Ballons”), entleert werden. Unter bestimmten Bedingungen kann es sinnvoll sein, wenn am Auslauf ein schwimmendes Rücklaufwehr eingebaut ist. Dazu sollte der Auslauf in die Breite gezogen werden, um die Bauhöhe zu verringern. Eine Anfahrhilfe könnte beispielsweise direkt in die Seele eingebaut werden. Bei Einbau einer gegenläufigen Schnecke könnte ein zusätzliches Anfahrmoment erzeugt werden, indem es zuvor über eine Füllpumpe aufgeladen wird. Sollte das Anfahrmoment dennoch problematisch sein, dann ist vorzugsweise zusätzlich am Auslauf ein Schwimmendes ein Rücklaufswehr vorgesehen. Aggregate mit hohen Anlaufströmen verursachen zusätzliche Kosten und können durch zusätzliche Maßnahmen korrigiert werden, was bei alternativen Systemen weniger möglich ist.Due to the gap losses that are not present due to the seal, the screw is preferably emptied when approaching so that the starting torque can be reduced. For this purpose, the individual vanes pockets can be emptied, for example via air-controlled valves (so-called "balloons"). Under certain conditions, it may be useful if a floating return weir is installed at the outlet. For this purpose, the spout should be pulled wide to reduce the overall height. A traction help could be installed, for example, directly into the soul. When installing a counter-rotating screw, an additional starting torque could be generated by charging it beforehand via a filling pump. If the Anfahrmoment still be problematic, then preferably a floating a Rückwswehr is also provided at the outlet. Units with high starting currents cause additional costs and can be corrected by additional measures, which is less possible with alternative systems.

In einer weiteren Variante ist eine Zulaufoptimierung vorgesehen, welche bei Schneckenanlagen mit stärker wechselndem Zulauf (z. B. Meerwassersysteme) zum Einsatz kommt. Hierbei wird der vollständig geflutete Teil der Schnecke geschlossen gehalten, sodass keine stärkeren Verluste entstehen, weil in diesem Teil das Wasser lediglich gedreht, nicht jedoch aus dem Trog heraus zentrifugiert wird. Eine solche Vorrichtung kann hydraulisch oder mit Schwimmern betrieben werden.In a further variant, a feed optimization is provided, which is used in screw systems with a more variable feed (for example seawater systems). In this case, the fully flooded part of the screw is kept closed, so that no greater losses occur because in this part, the water is only rotated, but not centrifuged out of the trough. Such a device can be operated hydraulically or with floats.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Wasserförderschnecke mit einer hydrostatischen Lagerung ausgerüstet ist, was die Erstellung größerer Wasserförder- u. Wasserkraftschnecken weiter optimiert. Ein Hauptvorteil liegt jedoch beim Axialschub. Die Schnecke lässt sich einfach montieren oder demontieren, was insbesondere für die Wartung der Wasserförderschnecke vorteilhaft ist. Bei einer Demontage der elastischen Manschette kann der Schneckenkörper und der Trog problemlos bearbeitet werden. Ferner ist die Schnecke umweltfreundlich.In a further embodiment, it is provided that the water screw conveyor according to the invention is equipped with a hydrostatic bearing, which the creation of larger Wasserförder- u. Hydropower screws further optimized. However, one main advantage lies in axial thrust. The worm can be easily assembled or disassembled, especially for the maintenance of the Water screw conveyor is advantageous. When disassembling the elastic sleeve of the screw body and the trough can be easily edited. Furthermore, the screw is environmentally friendly.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Wasserförderschnecke einen frequenzgesteuerten Ringmotor, was den Einsatz als Kühlwasserpumpe für Kraftwerke realistisch macht. In einer solchen Variante könnte auch eine zweite Schneckenpumpe als Wasserförderschnecke zusätzliche Energie zurückgewinnen. In einer weiteren Variante ist vorgesehen, eine zweite gegenläufige, dann linksdrehende Schnecke, in die rechtsdrehende Arbeitsschnecke (oder umgekehrt) zu integrieren. Bei Kühlwasserpumpen beträgt die Förderhöhe oftmals bis zu 17 m. Nach dem Verlassen des Kondensators fällt das Wasser um 5 bis 12 m ungenutzt zurück, eine Energiedifferenz, welche durch die erfindungsgemäße Lösung ausgenutzt werden kann.In a preferred embodiment, the water screw conveyor according to the invention comprises a frequency-controlled ring motor, which makes the use as a cooling water pump for power plants realistic. In such a variant, a second screw pump could gain additional energy as a water screw conveyor. In a further variant, it is provided to integrate a second counter-rotating, then left-rotating worm into the right-handed working worm (or vice versa). In the case of cooling water pumps, the delivery head is often up to 17 m. After leaving the condenser, the water falls back by 5 to 12 m unused, an energy difference which can be exploited by the solution according to the invention.

Die Arbeitsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Wasserförderschnecke kann gegenüber herkömmlichen Schnecken verringert werden, da der Wirkungsgrad gegenüber diesen erhöht ist. Begünstigt wird die geringere Geschwindigkeit ferner durch die erfindungsgemäße Abdichtung, da die üblicherweise auftretenden Spaltverluste nicht über eine höhere Geschwindigkeit der Schnecke ausgeglichen werden müssen.The operating speed of the water screw conveyor according to the invention can be reduced compared to conventional screws, since the efficiency is increased over these. The lower speed is further favored by the seal according to the invention, since the gap losses usually occurring need not be compensated by a higher speed of the screw.

Die erfindungsgemäße Wasserförderschnecke ist insbesondere als Wasserkraftschnecke, beispielsweise als Pumpe oder Turbine einsetzbar. Die Verwendung der Wasserförderschnecke zur Beförderung von Meerwasser, Frischwasser oder Schmutzwasser ist bevorzugt. Ferner ist die Wasserförderschnecke auch als Kühlwasserpumpe verwendbar, welche kombiniert als Förder- und Kraftschnecke ausführbar ist. Bei einem Einsatz bei Kühlwasserpumpen können links- und rechtsdrehende Schaufeln vorgesehen sein, welche in einer Pumpe kombiniert sind. Eine solche Anordnung bewirkt bei Kühlwasserpumpen eine weitere Leistungssteigerung.The water screw conveyor according to the invention can be used in particular as a hydrodynamic screw, for example as a pump or turbine. The use of the water screw conveyor for the transport of sea water, fresh water or dirty water is preferred. Furthermore, the water screw conveyor can also be used as a cooling water pump, which is combined as a conveyor and force screw executable. When used with cooling water pumps left and right rotating blades can be provided, which are combined in a pump. Such an arrangement causes a further increase in performance with cooling water pumps.

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail in the following drawings. Show it

1 eine Seitendarstellung der Arbeitsschnecke der erfindungsgemäßen Wasserförderschnecke, 1 a side view of the working screw of the water screw conveyor according to the invention,

2 eine Schnittzeichnung der Arbeitsschnecke, 2 a sectional drawing of the working screw,

3 die erfindungsgemäße Abdichtung zwischen Schaufelblatt und Troginnenwand, 3 the seal according to the invention between the airfoil and the trough inner wall,

4 die hydrostatische Lagerung. 4 the hydrostatic bearing.

In 1 erkennt man eine Arbeitsschnecke 1 mit den daran ausgebildeten, umlaufenden Schaufelblättern 2. Vom Fußende zum Kopfende verlaufen die Schaufelblätter 2 spiralförmig als einzelne Windungen 2a, 2b, 2c um den Schneckenkern 5 (auch Seele genannt) der Arbeitsschnecke 1. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Arbeitsschnecke 1 mehr als zwei Windungen pro Schaufelblatt 2. An der oberen Windung erkennt man, dass die Schaufelblätter 2a, 2b, 2c in einem oberen Stauchungsbereich 3 gestaucht sind, das heißt der Abstand zwischen den einzelnen Schaufelblättern 2a, 2b und 2b, 2c ist gegenüber dem Abstand der darunterliegenden Schaufelblätter 2 verringert. Der Abstand der Schaufelblätter 2 im oberen Stauchungsbereich 3 wird demnach so gewählt, dass das Volumen in den Schaufeltaschen möglichst gleich bleibt. Ferner sind noch der Tastpunkt (TP), der Füllpunkt (FP) und der Staupunkt (StP) eingezeichnet.In 1 you recognize a working screw 1 with the trained, rotating blades 2 , From the foot to the head end, the blades run 2 spiraling as single turns 2a . 2 B . 2c around the screw core 5 (also called soul) of the working snail 1 , In the present embodiment, the working screw comprises 1 more than two turns per blade 2 , At the upper turn you can see that the blades 2a . 2 B . 2c in an upper compression area 3 are compressed, that is, the distance between the individual blades 2a . 2 B and 2 B . 2c is opposite the distance of the underlying blades 2 reduced. The distance of the blades 2 in the upper compression area 3 is therefore chosen so that the volume in the vane pockets remains as equal as possible. Furthermore, the touch point (TP), the filling point (FP) and the stagnation point (StP) are still drawn.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der Schneckenkern 5 im Stauchungsbereich 3 an einer Position eine Durchmessererweiterung 4 aufweist. Die Durchmessererweiterung 4 ist in der gezeigten Darstellung als ”Höcker” ausgebildet. Ferner erkennt man, dass der Durchmesser der Arbeitsschnecke 1 und der Schaufelblätter 2 im Stauchungsbereich 3 gegenüber dem Fußbereich der Arbeitsschnecke 1 vergrößert ist. In diesem Bereich ist auch der Trog 6 im Durchmesser erkennbar vergrößert.According to the invention it is further provided that the screw core 5 in the compression area 3 at one position a diameter extension 4 having. The diameter extension 4 is formed in the illustration shown as a "hump". It can also be seen that the diameter of the working screw 1 and the blades 2 in the compression area 3 opposite the foot area of the working screw 1 is enlarged. In this area is also the trough 6 Visibly enlarged in diameter.

In 2 ist eine Schnittdarstellung gezeigt. Man erkennt wiederum die einzelnen Schaufelblätter 2a, 2b, 2c. Ferner ist die Durchmessererweiterung 4 des Schneckenkerns 5 deutlich zu sehen. Im Stauchungsbereich 3 ist der Durchmesser der gesamten Schnecke vergrößert, das heißt dass die Windungen der oberen Schaufelblätter 2a, 2b, 2c gegenüber den unterhalb des Stauchungsbereichs 3 angeordneten Windungen in ihrem Durchmesser nochmals vergrößert sind. Durch die Vergrößerung des Durchmessers der Arbeitsschnecke 1 ist auch der Durchmesser des Trogs 6 in diesem Bereich vergrößert. Die Innenwand 11 des Trogs 6 ist mit glasierten Kacheln bestückt, um ein Gleiten der erfindungsgemäßen Manschette 13 (vgl. 3) über einen Wasserfilm zu ermöglichen.In 2 is a sectional view shown. You can see the individual blades again 2a . 2 B . 2c , Furthermore, the diameter extension 4 of the screw core 5 clear to see. In the compression area 3 the diameter of the entire screw is increased, that is, the turns of the upper blades 2a . 2 B . 2c opposite to the below the compression area 3 arranged turns are increased in diameter again. By increasing the diameter of the working screw 1 is also the diameter of the trough 6 enlarged in this area. The inner wall 11 of the trough 6 is equipped with glazed tiles to a sliding of the sleeve according to the invention 13 (see. 3 ) via a water film.

In 3 ist die erfindungsgemäße Abdichtung in Form einer elastischen Manschette 13 gezeigt, die mit einem Schaufelblatt 2 über ein Verbindungsmittel 18 (Pressschraube) dichtend verbunden ist. Die Manschette 13 dichtet den Spalt zwischen der Spitze des Schaufelblattes 2 und der Innenwand 11 des Trogs 6 ab und vermeidet dadurch Spaltverluste. Die Innenwand 11 ist vorzugsweise mit Keramik gekachelt. Ein Ende der Manschette 13 ist U-förmig ausgestaltet und bildet eine Lasche, in die das wiederum um 90° gebogene Ende eines Trägerstocks 14 auf ein Stützprofil 15 hinein greift. Das Stützprofil 15 liegt mittig auf dem Ende des Trägerstocks 14, welcher in der gezeigten Variante in einem Winkel von etwa 20° an einem Schaufelblatt 2 befestigt ist. Zwischen der Manschette 13 und dem Trägerstock 14 ist ferner ein Stützkörper 12 vorgesehen, der in der gezeigten Variante ebenfalls elastisch ausgebildet ist (Materialbeispiel: ”Duroplast”) und die Manschette 13 abstützt. Um den Stützkörper 12 zu tragen, ist ferner ein Halteblock 16 vorgesehen, der mit dem Schaufelblatt 2 verschweißt ist. Zur weiteren Absicherung ist ein Sicherungsstift 17 vorgesehen. Die Anordnung der Trägerstöcke 14 erfolgt vorzugsweise in Abständen.In 3 is the seal according to the invention in the form of an elastic sleeve 13 shown with an airfoil 2 via a connecting means 18 (Press screw) is sealingly connected. The cuff 13 seals the gap between the tip of the airfoil 2 and the inner wall 11 of the trough 6 thereby avoiding gap losses. The inner wall 11 is preferably tiled with ceramic. An end of the cuff 13 is U-shaped and forms a tab into which in turn bent by 90 ° end of a support stock 14 on a support profile 15 engages in it. The support profile 15 is centered on the end of the support pole 14 , which in the variant shown at an angle of about 20 ° on an airfoil 2 is attached. Between the cuff 13 and the carrier pole 14 is also a support body 12 provided, which is also elastic in the variant shown (material example: "Duroplast") and the cuff 13 supported. To the supporting body 12 is also a holding block 16 provided with the blade 2 is welded. For further protection is a security pin 17 intended. The arrangement of the carrier poles 14 is preferably at intervals.

In 4 ist ein hydrostatisches Lager gezeigt, bestehend aus einer Lagerhülse 21, welche an beiden Enden von Radiallagersegmenten von Radiallagern 22 getragen wird. Beide Radiallager 22 werden in der gezeigten Variante am Kopf- und Fußende von jeweils drei Radiallagersegmenten umläufig getragen. An der Lagerhülse 21 ist ein umlaufender Gleitring 25 montiert. Auf diesem läuft ein federbelasteter stationärer Gleitring 24, welcher in einem Axiallagergehäuse 23 aufgenommen ist. Ein Steuerventil 29 (zum Beispiel ein Nadelventil) wird über eine Wellenlagemessung kontrolliert. Vorzugsweise wird die Einrichtung zur Wellenlagemessung am Kopfende im trockenliegenden Teil der Arbeitsschnecke 1 angebracht. Dieses steuert wiederum das Steuerventil 29, welches das Wasserpolster aufbaut, worauf die Arbeitsschnecke 1 aufschwimmt. Alle Lagerelemente werden kardanisch gelagert. Die Arbeitsschnecke 1 wird mittels Stellschrauben im Trog 6 fein ausgerichtet.In 4 a hydrostatic bearing is shown, consisting of a bearing sleeve 21 , which at both ends of radial bearing segments of radial bearings 22 will be carried. Both radial bearings 22 are carried in the variant shown at the top and bottom of each three radial bearing segments in a round. On the bearing sleeve 21 is a circumferential seal ring 25 assembled. On this runs a spring-loaded stationary seal ring 24 , which in a thrust bearing housing 23 is included. A control valve 29 (For example, a needle valve) is controlled by a shaft position measurement. Preferably, the device for measuring the wave at the head end in dry part of the working screw 1 appropriate. This in turn controls the control valve 29 , which builds the water cushion, whereupon the working screw 1 floats. All bearing elements are gimbal mounted. The working screw 1 is by means of screws in the trough 6 finely aligned.

Der hier gezeigte Aufbau ist vergleichbar mit einer Gleitringdichtung. Im Ruhezustand liegt die Arbeitsschnecke 1 kraftschlüssig auf dem Lager am Anschlagsruhepol 27 an. Sobald Druckwasser eingespritzt wird (z. B. über eine Kreiselpumpe), schwimmt die Arbeitsschnecke 1 auf dem Wasserpolster, wobei eine kardanische Lagerung erfolgt. Zuerst schwimmt die Arbeitsschnecke 1 in den Radiallagern, dann wird das axiale Polster aufgebaut. Im Betrieb wird die Schnecke um ca. 20 bis 50 mm nach oben gedrückt. Sollte die Einspritzung ausfallen, stoppt der Hauptantrieb. Im Hauptstrang befindet sich ferner eine Rücklaufsperre.The structure shown here is comparable to a mechanical seal. At rest, the working screw is 1 non-positively on the camp at the stop rest pole 27 at. As soon as pressurized water is injected (eg via a centrifugal pump), the working auger floats 1 on the water pad, whereby a cardanic storage takes place. First, the working auger floats 1 in the radial bearings, then the axial cushion is built up. During operation, the screw is pushed up by approx. 20 to 50 mm. Should the injection fail, the main engine stops. In the main line is also a backstop.

Claims

Water screw conveyor comprising a trough ( 6 ) for receiving a working screw ( 1 ) with an upper head end and a lower foot end, an upper and lower radial bearing ( 20 ) and a drive unit, wherein the working screw ( 1 ) of several blades ( 2 ), which the Schneckenkern ( 5 ) spirally from bottom to top with several turns ( 2a . 2 B . 2c ), characterized in that the turns ( 2a . 2 B . 2c ) of the blades ( 2 ) in an upper compression area ( 3 ) of the screw core ( 5 ) compressed to each other around the Schneckenkern ( 5 ) are arranged that the screw core ( 5 ) in the upper compression area ( 3 ) a diameter extension ( 4 ) in the form of a hump and that at the ends of the blades ( 2 ) of the working screw ( 1 ) an elastic cuff ( 13 ) for sealing the gap to the inner wall ( 11 ) of the trough ( 6 ) is attached.

Water screw conveyor according to claim 1, characterized in that the diameter of the working screw ( 1 ) and the trough ( 6 ) in the upper compression area ( 3 ) opposite the foot end of the working screw ( 1 ) is enlarged.

Water screw conveyor according to claim 1 or 2, characterized in that the position of the diameter extension ( 4 ) on the screw core ( 5 ) is chosen so that the volume of transported water in the blade pockets of the blades ( 2 ) in the operating state of the working screw ( 1 ) remains largely the same.

Water screw conveyor according to claim 3, characterized in that the elastic cuff ( 13 ) via a U-shaped support profile ( 15 ) and a support pole ( 14 ) with the blades ( 2 ) of the working screw ( 1 ) connected is.

Water screw conveyor according to one of the preceding claims, characterized in that a hydrostatic bearing is provided, comprising a bearing sleeve ( 21 ), which at the top and bottom of each of at least three radial bearing segments of radial bearings ( 22 ) is circumferentially supported, wherein at one end of the bearing sleeve ( 21 ) a circumferential sliding ring ( 25 ), on which a spring-loaded stationary sliding ring ( 24 ) running in a thrust bearing housing ( 23 ) is recorded.

Water screw conveyor according to claim 5, characterized in that the working screw ( 1 ) non-positively on the radial bearing ( 20 ) at a stop rest pole ( 27 ) and floats on the water cushion when injecting pressurized water.

Water screw conveyor according to one of the preceding claims, characterized in that the drive at the head end of the working screw ( 1 ) is done non-positively with a frequency-controlled ring motor without gear.

Water screw conveyor according to one of the preceding claims, characterized in that in the screw core ( 5 ) of the working screw ( 1 ) another opposite to this Worm is installed, which can be filled by a filling pump to provide an additional starting torque.

Water screw conveyor according to one of the preceding claims, characterized in that a control valve ( 29 ) is provided, which via a at the head of the working screw ( 1 ) arranged device for measuring the shaft position for axial guidance of the working screw ( 1 ) is controllable.