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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Stahl dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Härterei gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 8.
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In Härtereien bzw. Vorrichtungen zum Härten von Stahl werden Werkstücke und Bauteile gehärtet, d. h. die mechanische Widerstandsfähigkeit des Stahls wird durch eine gezielte Änderung und Umwandlung des Gefüges erhöht. Die meisten Verfahren zum Härten des Stahls erfordern ein Erwärmen des Werkstückes. Beispiele für diese Verfahren sind das Flammhärten, induktive Härten oder das Einsatz- und Nitrierhärten. Für das Erwärmen der zu härtenden Bauteile sind große Mengen an Wärme notwendig, die anschließend als Abwärme ungenutzt in die Umgebung abgeleitet werden. Aus diesem Grund fallen große Kosten für die Bereitstellung der Wärme an, jedoch wird diese Wärme nur für das Härten des Stahls genutzt.
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Beim Urformen werden in Gießereien aus flüssigen Metall Gussstücke hergestellt. Dabei werden große Wärmemengen für das Erwärmen des Metalls benötigt, so dass beim anschließenden Abkühlen und Erstarren der Metallschmelze wieder große Wärmemengen in die Umgebung abgeleitet werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zum Härten von Stahl und eine Härterei zur Verfügung zu stellen, bei der die Abwärme als die Prozessabwärme aus dem Erwärmen des Werkstückes effektiver und besser genutzt wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Härten von Stahl mit den Schritten: Erwärmen wenigstens eines Werkstückes aus Stahl, Abkühlen des erwärmten wenigstens einen Werkstückes, so dass aufgrund des Erwärmens und Abkühlens die mechanische Widerstandsfähigkeit des wenigstens einen Werkstückes erhöht wird, Ableiten von Abwärme als Prozessabwärme aus dem Erwärmen des wenigstens einen Werkstückes, wobei die Abwärme an einen Wärmeübertrager übertragen wird und durch den Wärmeübertrager ein Fluid geleitet wird, so dass das Fluid mittels der Abwärme in dem Wärmeübertrager erwärmt wird. Die Abwärme wird zu dem Wärmeübertragen übertragen indem vorzugsweise ein Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, durch den Wärmeübertrager geleitet wird, so dass die Abwärme von der Kühlflüssigkeit zu dem Fluid geleitet wird oder der Wärmeübertrager ist im Bereich eines Brennofens, insbesondere in der Nähe von Düsen für Gas, angeordnet, so dass die Abwärme mittels Leiten durch die Luft und/oder mittels Wärmestrahlung zu Wärmeübertrager geleitet wird.
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Erfindungsgemäßes Verfahren zum Urformen von Metall, insbesondere in einer Gießerei, mit den Schritten: Erwärmen von Metall zu flüssigen Metall als einer Metallschmelze, Einleiten des flüssigen Metalls in eine Form als das Formgießen oder Ausführen eines Blockgusses oder Ausführen eines Stranggusses und Abkühlen und Erstarren des flüssigen Metalls, Ableiten von Abwärme als Prozessabwärme, insbesondere während des Abkühlens und Erstarrens der flüssigen Metalls, wobei die Abwärme an einen Wärmeübertrager übertragen wird und durch den Wärmeübertrager ein Fluid geleitet wird, so dass das Fluid mittels der Abwärme in dem Wärmeübertrager erwärmt wird. Die Abwärme wird zu dem Wärmeübertragen übertragen indem vorzugsweise ein Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, durch den Wärmeübertrager geleitet wird, so dass die Abwärme von der Kühlflüssigkeit zu dem Fluid geleitet wird oder der Wärmeübertrager ist im Bereich der Form oder im Bereich des Ausführens des Blockgusses oder Stranggusses, angeordnet, so dass die Abwärme mittels Leiten durch die Luft und/oder mittels Wärmestrahlung zu Wärmeübertrager geleitet wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird das in dem Wärmeübertrager erwärmte Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, einer Nutzungsvorrichtung zugeführt wird, so dass die Abwärme in der Nutzungsvorrichtung verwendet wird. Die Nutzungsvorrichtung ist insbesondere eine Dampfturbinenanlage und/oder eine Heizung für ein Gebäude und/oder eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser, vorzugsweise ein Boiler oder eine Frischwasserstation. Die Abwärme wird unmittelbar der Nutzungsvorrichtung zugeführt indem das durch den Wärmeübertrager geleitete Fluid als Wärmetransportfluid zu der Nutzungsvorrichtung geleitet wird oder die Abwärme wird der Nutzungsvorrichtung mittelbar zugeführt indem das durch den Wärmeübertrager geleitete Fluid als Wärmetransportfluid zu einem Übertragungsmittel geleitet wird und von dem Übertragungsmittel zu der Nutzungsvorrichtung geleitet wird. Das Übertragungsmittel ist beispielsweise ein Flüssigkeitskreislauf mit zwei Zusatzwärmeübertragern.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der Wärmeübertrager von einem Dampfkessel in einer Dampfturbinenanlage gebildet und die Abwärme in der Dampfturbinenanlage wird in mechanische Energie umgewandelt.
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In einer ergänzenden Variante wird die mechanische Energie mit einem Generator in elektrische Energie umgewandelt. Die Abwärme kann somit zur Erzeugung von Strom genutzt werden. Die elektrische Energie kann beispielsweise in ein Stromnetz eingespeist werden und/oder in einer Härterei oder Gießerei genutzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Dampfturbinenanlage eine Turbine und die Dampfturbinenanlage, insbesondere die Turbine, wird mit den nachfolgenden Schritten betrieben: Einleiten eines Fluides in wenigstens eine Einleitungsöffnung an einem ersten Rotor, Leiten des durch die wenigstens eine Einleitungsöffnung eingeleiteten Fluides durch wenigstens einen Kanal an dem ersten Rotor, Ausleiten des durch den wenigstens einen Kanal geleiteten Fluides aus wenigstens einer Düse, so dass von dem aus der wenigstens einen Düse ausgeleiteten Fluid ein Schubkraftimpuls auf den ersten Rotor aufgebracht wird, so dass der erste Rotor mittels des Schubkraftimpulses in eine Rotationsbewegung versetzt wird, wobei das aus der wenigstens einen Düse ausgeleitete Fluid zu Laufradschaufeln an einem zweiten Rotor geleitet wird, so dass das Fluid auf den Laufradschaufeln des zweiten Rotors auftrifft und eine Kraft auf die Laufradschaufeln von dem Fluid aufgebracht wird, so dass der zweite Rotor von dieser Kraft in eine Rotationsbewegung versetzt wird.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird die Dampfturbinenanlage mit einer Turbine betrieben, die Turbine umfassend: einen ersten Rotor, eine erste Lagerung für den ersten Rotor, so dass von dem ersten Rotor eine Rotationsbewegung um eine erste Rotationsachse ausführbar ist, wenigstens eine an dem ersten Rotor ausgebildete Düse, so dass mittels des Ausleitens eines Fluides aus der wenigstens einen Düse aufgrund eines Schubkraftimpulses des aus der wenigstens einen Düse ausströmenden Fluides der erste Rotor in eine Rotationsbewegung versetzbar ist, wenigsten einen in dem ersten Rotor ausgebildeten und in die wenigstens eine Düse mündenden Kanal zum Leiten des Fluides zu der wenigstens einen Düse, wobei die Turbine einen zweiten Rotor umfasst mit Laufradschaufeln und das aus der wenigstens einen Düse ausströmende Fluid zu den Laufradschaufeln des zweiten Rotors leitbar ist, so dass mittels des aus der wenigstens einen Düse ausströmenden Fluides aufgrund von dem aus der wenigstens einen Düse ausströmenden Fluid auf die Laufradschaufeln des zweiten Rotors eine Kraft aufbringbar ist, so dass der zweite Rotor in eine Rotationsbewegung versetzbar ist. Die Turbine ist somit eine zweistufige Turbine mit einer ersten Stufe gebildet im Wesentlichen von dem ersten Rotor und einer zweiten Stufe im Wesentlichen gebildet von dem zweiten Rotor. Aufgrund des unmittelbaren Anströmens des aus der wenigstens einen Düse ausströmenden Fluides auf die Laufradschaufeln an dem zweiten Rotor weist die Turbine einen hohen Wirkungsgrad auf. Ferner erfordert die Turbine aufgrund ihrer konstruktiven Bauweise einen geringen Bauraum, das heißt, ist kompakt.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird das wenigstens eine Werkstück mittels einer Flamme oder mit Induktion erwärmt und/oder das wenigstens eine Werkstück wird gekühlt indem eine Kühlflüssigkeit auf das wenigstens eine Werkstück geleitet wird, insbesondere mit wenigstens einer Brause und/oder wenigstens einer Düse eine Kühlflüssigkeit auf das wenigstens eine Werkstück geleitet wird und/oder während des Erwärmens und/oder des Abkühlens das wenigstens eine Werkstück relativ zu einem Brennofen und/oder einer Kühlbrause bewegt wird, insbesondere indem das wenigstens eine Werkstück auf einer Fördervorrichtung, insbesondere einem Fließband, gefördert wird und/oder das Verfahren mit einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Härterei ausgeführt wird.
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In einer weiteren Variante wird das Verfahren mit Flammhärten ausgeführt. Beim Flammhärten wird das wenigstens eine Werkstück mit einer Flamme erwärmt.
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Zweckmäßig wird das Verfahren mit Induktion ausgeführt. Beim induktiven Härten wird das wenigstens eine Werkstück mit Induktion erwärmt, d. h. es wird ein elektrischer Strom im dem wenigstens einen Werkstück induziert.
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Vorzugsweise wird das Verfahren mit Einsatz- oder Nitrierhärten ausgeführt. Beim Einsatz- oder Nitrierhärten wird wenigstens ein Werkstück in einem abgedichteten Ofen erwärmt und im Ofen ist eine Stickstoff- oder Kohlenstoffatmosphäre. Die Abwärme kann beispielsweise mit dem Wärmeübertrager genutzt werden indem nach dem Öffnen des Ofens die austretende Abwärme zu dem Wärmeübertrager geleitet wird und/oder der Wärmeübertrager umschließt den Ofen wenigstens teilweise, so dass die durch die Wandungen des Ofens geleitete Abwärme von dem Wärmeübertrager aufgenommen werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden mehrere Werkstücke simultan erwärmt und abgekühlt, d. h. vorzugsweise simultan gehärtet.
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Vorzugsweise wird die Abwärme zu dem Wärmeübertrager geleitet während wenigstens ein Werkstück erwärmt wird.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung wird die Abwärme zu wenigstens einem Wärmeübertrager, vorzugsweise zu mehreren Wärmeübertragern, geleitet.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird das Verfahren zum Härten von Stahl oder das Verfahren zum Urformen von Metall mit einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Turbine ausgeführt.
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Vorzugsweise wird das Verfahren zum Härten von Stahl oder das Verfahren zum Urformen von Metall mit einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verfahren zum Betreiben einer Turbine ausgeführt.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform wird das wenigstens eine Werkstück mit einer Fördervorrichtung kontinuierlich relativ zu dem Brennofen und/oder zu der Kühlbrause während des Erwärmens und Abkühlens gefördert.
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Härterei und/oder Vorrichtung zum Härten von Stahl und/oder Härtereisystem, umfassend ein Erwärmungsmittel zum Erwärmen des wenigstens einen Werkstückes aus Stahl, ein Abkühlmittel zum Abkühlen des wenigstens einen Werkstückes, vorzugsweise ein Bewegungsmittel zum Bewegen des wenigstens einen Werkstückes relativ zu dem Erwärmungsmittel und dem Abkühlmittel, wobei mit der Härterei ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verfahren zum Härten von Stahl ausführbar ist und/oder die Härterei einen Wärmeübertrager umfasst zum Leiten von Abwärme zu dem Wärmeübertrager und zum Durchleiten eines Fluides durch den Wärmeübertrager, so dass das Fluid mittels der Abwärme in dem Wärmeübertrager erwärmbar ist und das in dem Wärmeübertrager erwärmbare Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, einer Nutzungsvorrichtung zuführbar ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Härterei eine Dampfturbinenanlage, die Dampfturbinenanlage umfasst: eine Turbine, einen Dampfkessel, einen Kondensator, eine Pumpe, Leitungen zur fluidleitenden Verbindung der Turbine, des Dampfkessels, des Kondensators und der Pumpe miteinander zu einem Kreislauf, wobei der Wärmeübertrager von dem Dampfkessel gebildet ist.
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Vorzugsweise umfasst die Härterei wenigstens einen Wärmeübertrager, vorzugsweise mehrere Wärmeübertrager, zum Leiten der Abwärme zu dem wenigstens einen Wärmeübertrager.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung ist das Erwärmungsmittel von einem Brennofen gebildet und/oder das Abkühlmittel ist von einer Kühlbrause gebildet und/oder das Bewegungsmittel ist von einer Fördervorrichtung, insbesondere einem Fließband, gebildet. Zweckmäßig ist das Bewegungsmittel von einer Vorrichtung zum Bewegen des Brennofens und/oder der Kühlbrause gebildet, so dass vorzugsweise das wenigstens eine Werkstück stillstehend ist während des Härtens.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Härterei, insbesondere die Dampfturbinenanlage der Härterei, eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Turbine.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist mit der Härterei ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren zum Betreiben einer Turbine ausführbar.
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Erfindungsgemäße Turbine, umfassend einen ersten Rotor, eine erste Lagerung für den ersten Rotor, so dass von dem ersten Rotor eine Rotationsbewegung um eine erste Rotationsachse ausführbar ist, wenigstens eine an dem ersten Rotor ausgebildete Düse, so dass mittels des Ausleitens eines Fluides aus der wenigstens einen Düse aufgrund eines Schubkraftimpulses des aus der wenigstens einen Düse ausströmenden Fluides der erste Rotor in eine Rotationsbewegung versetzbar ist, wenigsten einen in dem ersten Rotor ausgebildeten und in die wenigstens eine Düse mündenden Kanal zum Leiten des Fluides zu der wenigstens einen Düse, wobei die Turbine einen zweiten Rotor umfasst mit Laufradschaufeln und das aus der wenigstens einen Düse ausströmende Fluid zu den Laufradschaufeln des zweiten Rotors leitbar ist, so dass mittels des aus der wenigstens einen Düse ausströmenden Fluides aufgrund von dem aus der wenigstens einen Düse ausströmenden Fluid auf die Laufradschaufeln des zweiten Rotors eine Kraft aufbringbar ist, so dass der zweite Rotor in eine Rotationsbewegung versetzbar ist.
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Erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Turbine, insbesondere einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Turbine, mit den Schritten: Einleiten eines Fluides in wenigstens eine Einleitungsöffnung an einem ersten Rotor, Leiten des durch die wenigstens eine Einleitungsöffnung eingeleiteten Fluides durch wenigstens einen Kanal an dem ersten Rotor, Ausleiten des durch den wenigstens einen Kanal geleiteten Fluides aus wenigstens einer Düse, so dass von dem aus der wenigstens einen Düse ausgeleiteten Fluid ein Schubkraftimpuls auf den ersten Rotor aufgebracht wird, so dass der erste Rotor mittels des Schubkraftimpulses in eine Rotationsbewegung versetzt wird, wobei das aus der wenigstens einen Düse ausgeleitete Fluid zu Laufradschaufeln an einem zweiten Rotor geleitet wird, so dass das Fluid auf den Laufradschaufeln des zweiten Rotors auftrifft und eine Kraft auf die Laufradschaufeln von dem Fluid aufgebracht wird, so dass der zweite Rotor von dieser Kraft in eine Rotationsbewegung versetzt wird.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung umfasst die Turbine eine zweite Lagerung für den zweiten Rotor, so dass von dem zweiten Rotor eine Rotationsbewegung um eine zweite Rotationsachse ausführbar ist und/oder der zweite Rotor umlaufend um den ersten Rotor ausgebildet ist und/oder der zweite Rotor, insbesondere der gesamte zweite Rotor, einen größeren radialen Abstand zu der ersten und/oder zweiten Rotationsachse aufweist als der erste Rotor. Der erste Rotor und der zweite Rotor sind somit koaxial und konzentrisch zueinander ausgebildet und die Turbine erfordert einen geringen Bauraum.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die erste Rotationsachse des ersten Rotors und die zweite Rotationsachse des zweiten Rotors identisch, insbesondere im Wesentlichen identisch. Im Wesentlichen identisch bedeutet vorzugsweise, dass die erste und zweite Rotationsachse bei einem Schnitt mit einer Schnittebene, welche den ersten und zweiten Rotor schneidet und die Schnittebene senkrecht zu der ersten und/oder zweiten Rotationsachse ausgerichtet ist, die erste und zweite Rotationsachse einen Abstand an der Schnittebene zueinander aufweisen, der kleiner ist als 30%, 20%, 10% oder 5% der maximalen radialen Ausdehnung des ersten Rotors.
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Zweckmäßig sind der erste Rotor und der zweite Rotor von einem, insbesondere nur einem gemeinsamen, Gehäuse umschlossen.
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In einer zusätzlichen Variante weist das Gehäuse eine Öffnung zum Ausleiten des Fluides auf. Das aus der wenigstens einen Düse ausströmende Fluid wird somit von dem geschlossenen Gehäuse gesammelt und kann aus der Öffnung kontrolliert und gezielt in die Umgebung abgeleitet werden. Bei der Verwendung der Turbine in einer Dampfturbinenanlage wird das aus der Öffnung austretende Fluid durch eine Leitung einem Kondensator zugeführt.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung sind an dem zweiten Rotor Zusatzlaufradschaufeln ausgebildet.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind die Zusatzlaufradschaufeln des zweiten Rotors an einer radialen Außenseite des zweiten Rotors ausgebildet und/oder die Laufradschaufeln sind an einer radialen Innenseite des zweiten Rotors ausgebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Turbine eine Bypass-Leitung zum Leiten des Fluides zu den Zusatzlaufradschaufeln und/oder den Laufradschaufeln ohne ein Durchleiten des Fluides durch den wenigstens einen Kanal und/oder ohne ein Durchleiten des Fluides durch die wenigstens eine Düse. Mittels der Bypass-Leitung kann zu den Zusatzlaufradschaufeln und/oder den Laufradschaufeln Fluid geleitet werden, ohne einer vorherigen Leitung des Fluids durch die wenigstens eine Düse an dem ersten Rotor, sodass dadurch mit der Turbine weitere Betriebszustände ausgeführt werden kann. Beispielsweise kann bei einem sehr hohen Volumenstrom des Fluids, das durch die Turbine geleitet werden soll, ein Teil des Volumenstroms durch die Bypass-Leitung geleitet werden, sodass auch bei einem großen erforderlichen Volumenstrom dieser Volumenstrom von der Turbine aufgenommen werden kann soweit der Volumenstrom eine derartige Größe aufweist, bei welcher dieser Volumenstrom nicht mehr alleine durch die wenigstens eine Düse an dem ersten Rotor leitbar ist.
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Erfindungsgemäße Dampfturbinenanlage, umfassend eine Turbine, einen Dampfkessel, einen Kondensator, eine Pumpe, Leitungen zur fluidleitenden Verbindung der Turbine, des Dampfkessels, des Kondensators und der Pumpe miteinander, wobei die Turbine als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Turbine ausgebildet ist.
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In einer weiteren Variante wird das aus der wenigstens einen Düse an dem ersten Rotor austretende Fluid, insbesondere das gesamte austretende Fluid, auf die Laufradschaufeln des zweiten Rotors geleitet als ein freier Strahl des Fluides und/oder ohne Durchleiten durch einen Kanal und/oder ohne Durchleiten durch eine Leitung und/oder ohne einem Kontakt des aus der wenigstens einen Düse austretenden Fluides mit einer Wandung, insbesondere einer feststehenden Wandung.
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In einer zusätzlichen Variante ist die wenigstens eine Düse, insbesondere die Austrittsrichtung des aus der wenigstens einen Düse austretenden Fluids, im Wesentlichen tangential zu dem ersten Rotor ausgerichtet. Im Wesentlichen tangential bedeutet insbesondere, dass die wenigstens eine Düse mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20°, 10° oder 5° zu der tangentialen Richtung des ersten Rotors ausgerichtet ist.
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In einer zusätzlichen Variante ist mit der Turbine ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren zum Betreiben der Turbine ausführbar.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das durch die Turbine geleitete Fluid ein Gas, insbesondere Dampf und/oder Luft.
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Zweckmäßig wird das gesamte aus der wenigstens einen Düse des ersten Rotors austretende Fluid auf die Laufradschaufeln geleitet.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird der zweite Rotor in eine Rotationsbewegung versetzt mit einer Drehrichtung entgegengesetzt zu dem ersten Rotor.
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In einer ergänzenden Variante ist die Turbine dahingehend ausgebildet, so dass das gesamte aus der wenigstens einen Düse austretende Fluid auf die Laufradschaufeln geleitet wird.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung sind an dem ersten Rotor mehrere Düsen ausgebildet, insbesondere wenigstens 3, 5, 7 oder 10 Düsen.
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In einer weiteren Ausführungsform schneidet eine Schnittebene senkrecht zu der ersten und/oder Rotationsachse den ersten Rotor und den zweiten Rotor.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Turbine keine mechanische Koppelung zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor auf, so dass von dem ersten und der zweiten Rotor eine Rotationsbewegung unabhängig voneinander ausführbar ist und/oder ausgeführt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird die Rotationsbewegung des ersten Rotors und des zweiten Rotors unabhängig voneinander ausführt, weil die Turbine keine mechanische Koppelung zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor aufweist.
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In einer weiteren Variante ist an dem ersten Rotor wenigstens eine Einleitungsöffnung zum Einleiten des Fluides in den wenigstens einen Kanal ausgebildet.
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Vorzugsweise sind an dem ersten Rotor mehrere Einleitungsöffnungen ausgebildet, insbesondere wenigstens 3, 5, 7 oder 10 Einleitungsöffnungen.
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigt:
- 1 einen vereinfachten Längsschnitt einer Turbine,
- 2 einen Ansicht eines ersten Rotors der Turbine gemäß 1,
- 3 eine stark schematisierte Ansicht einer Dampfturbinenanlage,
- 4 eine stark schematisierte Ansicht einer Härterei.
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Eine in den 1 und 2 dargestellte zweistufige Turbine 1 umfasst einen ersten Rotor 2 bzw. ein erstes Laufrad 2 und einen zweiten Rotor 15 bzw. ein zweites Laufrad 15. Der erste Rotor 2 ist mit einer ersten Lagerung 3 um eine erste Rotationsachse 4 drehbar gelagert. Im Bereich der radialen Außenseite des erstem Rotors 2 sind eine Vielzahl von Düsen 5 im Wesentlichen tangential zu der ersten Rotationsachse 4 bzw. dem ersten Rotor 2 angeordnet. Der erste Rotor 2 umfasst eine Welle 7 mit einem axialen Ende 8. An dem axialen Ende 8 der Welle 7 sind eine Vielzahl von Einleitungsöffnungen 10 ausgebildet. Die Einleitungsöffnungen 10 münden in jeweils einen Kanal 6 und das Ende der Kanäle 6 mündet in die Düsen 5. An dem axialen Ende 8 sind außerdem Einleitungsschaufeln 11 ausgebildet, um das Fluid, welches das axiale Ende 8 der Welle 7 anströmt, besser in die Einleitungsöffnungen 10 einleiten zu können bzw. mittels der Einleitungsschaufeln 11 das Fluid in die Einleitungsöffnungen 10 zu fördern.
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Im Bereich des axialen Endes 8 ist an der axialen Welle 7 eine feststehende Zuführleitung 12 angeordnet zur Zuführung des Fluids in die Einleitungsöffnungen 10. Die Welle 7 weist eine axiale Verlängerung als einen Teil 45 der Welle 7 auf und der Teil 45 der Welle 7 weist einen kleineren Durchmesser auf als die Welle 7 an der ersten Lagerung 3. Der Teil 45 der Welle 7 ist aus der Zuführleitung 12 herausgeführt, so dass sich zwischen dem Teil 45 der Welle 7 und der Zuführleitung 12 eine ringförmige Öffnung 46 ausbildet. Die ringförmige Öffnung 46 dient zum Einleiten des Fluides. Der Teil 45 der Welle 7 außerhalb der Zuführleitung 12 und außerhalb eines Gehäuses 24 dient als Abtriebswelle, so dass das von dem ersten Rotor 2 zur Verfügung gestellte Drehmoment an andere mechanische Komponenten (nicht dargestellt) übertragen werden kann.
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Der zweite Rotor 15 ist mit Verbindungsstegen 17 mit einer Welle 18 verbunden. Die Verbindungsstege 17 sind in der Schnittbildung in 1 geschnitten, jedoch bestehen zwischen den Verbindungsstegen 17 Schlitze (nicht dargestellt) mit einer im Wesentlichen radialen Ausdehnung. Der zweite Rotor 15 weist eine radiale Außenseite 20 und eine radiale Innenseite 21 auf. Die Welle 18 ist an einer zweiten Lagerung 22 gelagert, sodass dadurch der zweite Rotor 15 um eine zweite Rotationsachse 23 rotierend gelagert ist. Die erste Rotationsachse 4 des ersten Rotors 2 und die zweite Rotationsachse 23 des zweiten Rotors 15 sind identisch. Dadurch sind der erste Rotor 2 und der zweite Rotor 15 koaxial und konzentrisch zueinander ausgerichtet. Die Welle 18 außerhalb des Gehäuses 24 dient als Abtriebswelle, so dass das von dem zweiten Rotor 15 zur Verfügung gestellte Drehmoment an andere mechanische Komponenten (nicht dargestellt) übertragen werden kann.
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Der erste Rotor 2 und der zweite Rotor 15 sind von dem ein- oder mehrteiligen Gehäuse 24, insbesondere aus Metall und/oder Kunststoff, umschlossen. Das Gehäuse 24 weist nur eine Öffnung 25 zum Ausleiten des Fluids und zur Durchführung der Welle 18 auf. Zwischen der Welle 18 und der Öffnung 25 kann somit an einem Ringraum als der Öffnung 25 das Fluid aus dem von dem Gehäuse 24 umschlossenen Innenraum ausströmen. An einer weiteren Öffnung des Gehäuses 24 ist die Welle 7 des ersten Rotors 2 aus dem Gehäuse 24 herausgeführt und ferner ist an dieser Öffnung eine Dichtung 9 angeordnet, sodass an dieser Öffnung an dem Gehäuse 24 zur Durchführung der Welle 7 des ersten Rotors 2 kein Fluid in die Umgebung ausströmen kann.
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Zum Betrieb der Turbine 1 wird in die Zuführleitung 12, d. h. in die ringförmige Öffnung 46, das Fluid unter Druck, z. B. mit 2 bar oder 3 bar, eingeleitet und anschließend strömt das in die Zuführleitung 12 eingeleitete Fluid durch die Einleitungsöffnungen 10 in die Kanäle 6 ein. Anschließend strömt dadurch Fluid unter Druck aus den Düsen 5 aus, sodass aufgrund der tangentialen Ausrichtung der Düsen 5 ein Schubkraftimpuls von dem austretenden Fluid auf den ersten Rotor 2 aufgebracht wird und dadurch der erste Rotor 2 in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Das aus den Düsen 5 ausströmende Fluid trifft nach dem Austreten aus den Düsen 5 als freier Strahl auf den Laufradschaufeln 16 des zweiten Rotors 15 auf und versetzt dadurch den zweiten Rotor 15 in eine Rotationsbewegung. In einem weiteren Betriebszustand der Turbine 1 kann ein Ventil 14 geöffnet werden und damit Fluid aus der Zuführleitung 12 durch eine Bypass-Leitung 13 Zusatzlaufradschaufeln 19 an dem zweiten Rotor 15 zugeführt werden. Das aus der Bypass-Leitung 13 ausströmende Fluid trifft somit auf den Zusatzlaufradschaufeln 19 an der radialen Außenseite 20 des zweiten Rotors 15 auf. Soweit durch die Turbine 1 ein sehr großer Volumenstrom des Fluides geleitet werden soll und dieser Volumenstrom nicht in dem vollen Umfang durch die Kanäle 7 sowie die Düsen 5 geleitet werden kann, kann durch das Öffnen des Ventils 14 an der Bypass-Leitung 13 ein zusätzlicher Volumenstrom durch die Turbine 1 geleitet werden. Dadurch ist in vorteilhafter Weise die Turbine 1 in der Bauweise kompakt und kann trotzdem in bestimmten Betriebszuständen einen sehr großen Volumenstrom an Fluid aufnehmen.
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In 3 ist schematisiert eine Dampfturbinenanlage 26 dargestellt. Die Dampfturbinenanlage 26 umfasst einen Dampfkessel 27, eine Turbine 28, einen Kondensator 29 und eine Pumpe 30 als eine Speisewasserpumpe 30.
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Der Dampfkessel 27, die Turbine 28, der Kondensator 29 und die Pumpe 30 sind mit Leitungen 31 zu einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbunden. An dem Dampfkessel 27 erfolgt eine Wärmezufuhr 32, sodass dadurch Wasser, welches mittels der Pumpe 30 dem Dampfkessel 27 zugeführt wird, verdampft, und dadurch als Dampf bzw. Gas anschließend der Turbine 28 zugeführt wird. In der Turbine 28 wird die Energie aus dem Dampf in mechanische Energie umgewandelt, sodass dadurch mechanische Energie 34 an einer Welle der Turbine 28 erzeugt wird, beispielsweise zur Erzeugung von elektrischer Energie, indem an dieser Welle ein nicht dargestellter Generator angeordnet ist. Der aus der Turbine 28 ausströmende Dampf wird in dem Kondensator 29 kondensiert, das heißt an dem Kondensator 29 erfolgt eine Wärmeabfuhr 33 in die Umgebung. Die in den 1 und 2 dargestellte Turbine 1 wird in der in 3 dargestellten Dampfturbinenanlage 26 als die Turbine 28 eingesetzt.
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In 4 ist eine Härterei 35 dargestellt. Die Härterei 35 zum Härten von Werkstücken 38 aus Stahl umfasst ein Fließband 36 als eine Fördervorrichtung 36. Über dem Fließband 36 sind ein Brennofen 39 mit Düsen 40 für Gas und eine Kühlbrause 41 mit Düsen 42 für Kühlflüssigkeit angeordnet. Das Gas wird durch eine Gasleitung 44 dem Brennofen 39 zugeführt und tritt aus dem Düsen 40 für Gas aus und verbrennt an den Düsen 40, so dass an den Düsen 40 eine Flamme gebildet wird. Die Kühlflüssigkeit tritt an den Düsen 42 für die Kühlflüssigkeit aus. Zum Härten der Werkstücke 38 aus Stahl werden die Werkstücke 38 an Anfang des Fließbandes 36 bzw. Förderbandes 36 auf das Fließband 36 gelegt. Das Fließband 36 führt eine umlaufende Bewegung an zwei Umlenkrollen aus, so dass das Fließband 36 oben mit den aufliegenden Werkstücke 38 eine Förderrichtung 37 aufweist. Die Werkstücke 38 werden somit zuerst unter den Brennofen 39 gefördert und aufgrund der Flammen an den Düsen 40 für das Gas als Brenngas werden die Werkstücke 38 erwärmt. Bei der weiteren kontinuierlichen Förderung der Werkstücke 38 werden diese darauffolgend unter die Kühlbrause 41 von dem Fließband 36 gefördert, so dass die aus den Düsen 42 austretende Kühlflüssigkeit auf den Werkstücken 38 auftrifft bzw. diese kontaktiert und damit die Werkstücke 38 abkühlt. Die Kühlflüssigkeit ist beispielsweise Waser oder Öl. Am Ende des Fließbandes 38 werden die gehärteten Werkstücke 38 wieder von dem Fließband 38 abgenommen.
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Die Härterei 35 umfasst ferner die Dampfturbinenanlage 26. Die Dampfturbinenanlage 26 ist in 4 nicht vollständig dargestellt, d. h. nur Dampfkessel 27. Dabei weist die Dampfturbinenanlage 26 (abweichend von der Darstellung in 3) zwei Wärmeübertrager 27 als Dampfkessel 27 auf und die Wärmeübertrager 27 sind in den Leitungen 31 parallel geschalten. Die Dampfkessel 27 bzw. Wärmeübertrager 27 sind im Bereich des Brennofens 39 angeordnet, so dass die Abwärme aus den Flammen an den Düsen 40 zu den Wärmeübertragern 27 als Wärmezufuhr 32 geleitet werden kann und in der Dampfturbinenanlage 26 die Abwärme aus der Härterei 35 in der Dampfturbinenanlage 26 als eine Nutzungsvorrichtung 26 genutzt werden kann indem die Abwärme in mechanische Energie umgewandelt wird. Die von der Turbine 1 zur Verfügung gestellte mechanische Energie wird mit einem Generator (nicht dargestellt) in elektrische Energie umgewandelt.
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Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Härten von Stahl und der erfindungsgemäßen Härterei 35 wesentliche Vorteile verbunden. Die Abwärme als Prozessabwärme aus dem Erwärmen der Werkstücke 38 aus dem Betrieb der Härterei 35 oder Prozessabwärme aus dem Betrieb einer Gießerei (nicht dargestellt) wird zu dem Wärmeübertrager 27 geleitet und anschließend in der Dampfturbinenanlage 26 als Nutzungsvorrichtung 26 genutzt, d. h. elektrische Energie erzeugt. Damit können die Kosten für das Härten des Stahls oder das Urformen von Metall in vorteilhafter Weise reduziert werden, weil die Abwärme nicht ausschließlich ungenutzt in die Umgebung geleitet wird, sondern wenigstens teilweise in der Dampfturbinenanlage 26 zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden kann. Die elektrische Energie kann in der Härterei 35 oder Gießerei verwendet und/oder in ein elektrisches Stromnetz eingespeist werden.
