DE10215699B4

DE10215699B4 - Axial force reducer for the jet impeller of a jet turbine

Info

Publication number: DE10215699B4
Application number: DE10215699A
Authority: DE
Inventors: Edward Neurohr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-04-11
Also published as: DE10215699A1

Abstract

Axialkrafminderer (2) für das Düsenlaufrad (1) einer Strahlenturbine, bei der eine axiale Strömung in eine radiale Richtung umgelenkt wird und bei der sich die Lagerung (24) des Düsenlaufrades (1) über die Achse (22) und Verstrebungen (23) an der Druckleitung (3) abstützt, dadurch gekennzeichnet,
– dass parallel zum Boden (11) des Düsenlaufrades (1) im Anströmungsbereich eine kreisförmige Scheibe (21) an der feststehenden Achse (22) befestigt ist
– dass die Strömung im Bereich der Scheibe (21) umgelenkt wird.Axial force reducer (2) for the nozzle impeller (1) of a jet turbine, in which an axial flow is deflected in a radial direction and in which the bearing (24) of the nozzle impeller (1) over the axis (22) and struts (23) supports the pressure line (3), characterized in that
- That a circular disc (21) is fixed to the fixed axis (22) parallel to the bottom (11) of the nozzle impeller (1) in the flow area
- That the flow in the area of the disc (21) is deflected.

Description

Die Erfindung betrifft eine spezielle Vorrichtung, die das aus einer Druckleitung axial zuströmende Triebwasser in radiale Richtung umleitet, und gleichzeitig die axiale Wasserkraft auf den Boden eines Düsenlaufrades – das mit seitlich nach außen gerichteten Düsen ausgestattet ist – beträchtlich verringert.The invention relates to a special Device for driving water flowing axially from a pressure line redirects in the radial direction, and at the same time the axial hydropower on the bottom of a jet impeller - with that sideways outwards directed nozzles is equipped - considerable reduced.

Dadurch kann der Wirkungsgrad dieses Düsenlaufrades wesentlich gesteigert werden.This can increase the efficiency of this jet impeller be significantly increased.

In der EP 1 211 414 A2 wird eine neuartige Strahlenturbine vorgestellt, bei. der sowohl die reaktive als auch die aktive Kraft derselben Wasserstrahlen genutzt wird, um gleichzeitig zwei unabhängige Laufräder anzutreiben.In the EP 1 211 414 A2 a new type of jet turbine is presented at. which uses both the reactive and the active power of the same water jets to simultaneously drive two independent impellers.

Das innere Laufrad 1 dieser Strahlenturbine ist mit exzentrisch angeordneten und nach außen gerichteten Düsen 15 ausgestattet. Es wird aus der senkrechten Druckleitung 3, durch das von unten her zuströmende Triebwasser, axial beaufschlagt. Der Wasserstrom wird von dem Boden 11 des Düsenlaufrades in radiale Richtung umgelenkt, und den seitlich nach außen gerichteten Düsen zugeführt. Die Welle 17 des Laufrades ist mit dem Laufradboden 11 fest verbunden. Nach dem dritten Newtonschen Gesetz von Wirkung und Gegenwirkung wird das Düsenlaufrad durch die reaktive Kraft der austretenden Wasserstrahlen in Bewegung gesetzt, und die Wasserstrahlen werden in Gegenrichtung durch die Düsenöffnungen 16 nach außen geschleudert. Neben ihrer Austrittsgeschwindigkeit erhalten diese Wasserstrahlen – durch die Drehbewegung des Laufrades und somit auch der Düsenausläufe – eine beträchtliche Bahngeschwindigkeit. Die resultierende Geschwindigkeit der Wasserstrahlen, die sich aus ihrer Austrittsgeschwindigkeit und aus der Bahngeschwindigkeit der Düsenausläufe ergibt, wird bei der Strahlenturbine für den Antrieb eines äußeren Schaufellaufrades 6 mit eigener Welle 61 genutzt. Somit hat das innere Düsenlaufrad 1 die Funktion eines Strahlenbeschleunigers für das äußere Schaufellaufrad 6. Gleichzeitig führt aber die mechanische Arbeit, die das innere Laufrad für die Strahlenbeschleunigung verrichten muss, zur Reduzierung seiner effektiven Leistung. Aufgrund dieser Erkenntnis wird bei der vereinfachten Variante der Strahlenturbine nur ein Generator an die Welle 61 des äußeren Schaufellaufrades 6 angeschlossen (s. 1). In dieser Ausführung ist die Welle 17 des Düsenlaufrades 1 direkt in der Druckleitung 3 gelagert. Für die komplette Nutzung der Leistung des offenen Systems wird bei der Strahlenturbine ein zweiter Generator 4 an die Welle 17 des Düsenlaufrades 1 angeschlossen. Um den Generator 4 in die Druckleitung 3 einbauen zu können, wird er mit einem speziellen Gehäuse 5 – so wie bei senkrechten Rohrturbinen (Bulb) – ausgestattet (s. 2). In dieser Ausführung ist die Welle 17 des Düsenlaufrades in dem Gehäuse 5 gelagert. Durch den verhältnismäßig hohen Wasserdruck auf den Boden 11 des Düsenlaufrades ergibt sich – in beiden Ausführungsvarianten der Strahlenturbine – eine beträchtliche Axialkraft, die den Wirkungsgrad und die Drehgeschwindigkeit dieses Laufrades reduziert.The inner impeller 1 This jet turbine has eccentrically arranged and outwardly directed nozzles 15 fitted. It becomes the vertical pressure line 3 , axially acted upon by the driving water flowing in from below. The water flow is from the bottom 11 of the nozzle impeller deflected in the radial direction, and fed to the laterally outwardly directed nozzles. The wave 17 of the impeller is with the impeller bottom 11 firmly connected. According to Newton's third law of action and counteraction, the jet impeller is set in motion by the reactive force of the emerging water jets, and the water jets are turned in the opposite direction through the nozzle openings 16 flung outwards. In addition to their exit speed, these water jets - due to the rotating movement of the impeller and thus also the nozzle outlets - receive a considerable web speed. The resulting speed of the water jets, which results from their exit speed and from the path speed of the nozzle outlets, is used in the jet turbine for driving an outer blade impeller 6 with its own wave 61 used. Thus the inner impeller has 1 the function of a jet accelerator for the outer blade impeller 6 , At the same time, however, the mechanical work that the inner impeller has to do to accelerate the radiation leads to a reduction in its effective output. Based on this knowledge, only one generator is attached to the shaft in the simplified variant of the jet turbine 61 the outer paddle wheel 6 connected (see 1 ). In this version the shaft is 17 of the jet impeller 1 directly in the pressure line 3 stored. A second generator is used for the jet turbine to fully utilize the power of the open system 4 to the wave 17 of the jet impeller 1 connected. To the generator 4 into the pressure line 3 to be able to install it with a special housing 5 - as with vertical tubular turbines (Bulb) - equipped (see 2 ). In this version the shaft is 17 of the nozzle impeller in the housing 5 stored. Due to the relatively high water pressure on the floor 11 The nozzle impeller - in both versions of the jet turbine - results in a considerable axial force, which reduces the efficiency and the rotational speed of this impeller.

Dadurch wird die Leistung des äußeren Schaufellaufrades 6 ebenfalls negativ beeinflußt. Dieser Problem wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst. This will affect the performance of the outer paddle wheel 6 also negatively affected. This problem is solved by the features of claims 1 and 4.

Die Erfindung ist ein Axialkraftminderer 2 für das oben beschriebene Düsenlaufrad 1, der zu einer wesentlichen Verbesserung des hydraulischen Wirkungsgrades dieses Laufrades beiträgt. Die bauliche Gestaltung des Axialkraftminderers ist abhängig davon, ob an das Düsenlaufrad ein Generator 4 angeschlossen ist oder nicht.The invention is an axial force reducer 2 for the nozzle impeller described above 1 , which contributes to a significant improvement in the hydraulic efficiency of this impeller. The design of the axial force reducer depends on whether a generator is attached to the nozzle impeller 4 connected or not.

Bei einem Düsenlaufrad ohne Generatoranschluss (s. 1) besteht der Axialkraftminderer 2 aus einer vertikalen Achse 22 mit einer kreisförmigen Scheibe 21.With a jet impeller without generator connection (see 1 ) there is the axial force reducer 2 from a vertical axis 22 with a circular disc 21 ,

Die Achse 22 – die die Welle 17 ersetzt – wird durch die Verstrebungen 23 fest in die Druckleitung 3 eingebaut. Die Verstrebungen 23 müssen einen hydraulisch günstigen Querschnitt haben, damit sie keine größere Druckverluste in der Druckleitung 3 verursachen.The axis 22 - the wave 17 replaced - is replaced by the struts 23 firmly in the pressure line 3 built-in. The struts 23 must have a hydraulically favorable cross-section, so that there are no major pressure losses in the pressure line 3 cause.

Das Düsenlaufrad 1 wird auf der Achse 22 des Kraftminderers – oberhalb der kreisförmigen Scheibe 21 – gelagert.The jet impeller 1 will on the axis 22 of the reducer - above the circular disc 21 - stored.

Somit befindet sich die kreisförmige Scheibe 21 des Kraftminderers zwischen dem – aus der Druckleitung 3 – zuströmenden Triebwasser und dem Laufradboden 11. Dadurch übernimmt diese Scheibe den axialen Wasserdruck und lenkt den Wasserstrom in radiale Richtung um. Das Triebwasser fließt anschließend mit hoher Geschwindigkeit durch die Düsenöffnungen 16 und setzt das Laufrad 1 in Drehbewegung.The circular disc is thus located 21 of the reducer between - from the pressure line 3 - inflowing driving water and the impeller bottom 11 , This disc takes over the axial water pressure and redirects the water flow in the radial direction. The driving water then flows through the nozzle openings at high speed 16 and sets the impeller 1 in rotary motion.

Aufgrund der hohen Austrittsgeschwindigkeit ergibt sich eine entsprechende Reduzierung des Wasserdrucks an den Rändern der Scheibe 21.Due to the high exit speed, there is a corresponding reduction in the water pressure at the edges of the pane 21 ,

Durch die beträchtliche Verringerung des Wasserdrucks auf den Laufradboden 11 reduzieren sich die reaktiven Momente, die der Drehbewegung des Düsenlaufrades entgegenwirken. Somit ergibt sich durch den Einsatz des Axialkraftminderers eine wesentliche Wirkungsgradsteigerung des Düsenlaufrades.By significantly reducing the water pressure on the impeller bottom 11 the reactive moments that counteract the rotational movement of the jet impeller are reduced. The use of the axial force reducer thus results in a significant increase in the efficiency of the nozzle impeller.

Außerdem bietet der Kraftminderer den Vorteil, dass das Laufrad außerhalb der Druckleitung gelagert werden kann, und dass sich der Axialdruck auf die Lager beträchtlich verringert.The power reducer also offers the advantage that the impeller is stored outside the pressure line can be, and that the thrust on the bearing is considerable reduced.

Bei einem Düsenlaufrad mit angeschlossenem Generator 4 (s. 2) besteht der Axialkraftminderer 2 aus einer rohrförmigen Verlängerung 52 des Generatorgehäuses 5, die an ihrem oberen Ende mit der kreisförmigen Scheibe 21 versehen ist Die Welle 17 des Düsenlaufrades 1 ist – so wie auch in der EP 1 211 414 A2 – im Generatorgehäuse 5 gelagert. Daher muss auch hier der Eintritt der Welle in das Generatorgehäuse abgedichtet werden.With a jet impeller with a connected generator 4 (S. 2 ) there is the axial force reducer 2 from a tubular extension 52 of the generator housing 5 that at its top end with the circular disc 21 is provided The wave 17 of the jet impeller 1 is - just like in the EP 1 211 414 A2 - in the generator housing 5 stored. Therefore, the entry of the shaft into the generator housing must also be sealed here.

Die kreisförmige Scheibe 21 des Axialkraftminderers befindet sich hier ebenfalls zwischen dem zuströmenden Triebwasser und dem Laufradboden 11. Also übernimmt die Scheibe 21 auch in dieser Ausführung den axialen Wasserdruck und lenkt den Wasserstrom in radiale Richtung um. Durch die Reduzierung des Wasserdruckes auf den Laufradboden 11 ergibt sich eine beträchtliche Steigerung des Wirkungsgrades dieses Düsenlaufrades.The circular disc 21 the axial force reducer is also located between the inflowing driving water and the impeller bottom 11 , So the disc takes over 21 also in this version the axial water pressure and redirects the water flow in the radial direction. By reducing the water pressure on the impeller bottom 11 there is a considerable increase in the efficiency of this jet impeller.

Wie aus der Beschreibung hervorgeht, kann durch den Einsatz des Axialkraftminderers – in beiden Ausführungsvarianten der Strahlenturbine – eine wesentliche Wirkungsgradsteigerung des inneren Düsenlaufrades erzielt werden.As can be seen from the description can be achieved by using the axial force reducer - in both versions the jet turbine - an essential one Efficiency increase of the inner nozzle impeller can be achieved.

1 Schnitt durch das Düsenlaufrad mit Axialkraftminderer, ohne Generatoranschluss 1 Section through the nozzle impeller with axial force reducer, without generator connection

2 Schnitt durch das Düsenlaufrad mit Axialkraftminderer, mit Generatoranschluss 2 Section through the nozzle impeller with axial force reducer, with generator connection

11: Düsenlaufradjet impeller
1111: Laufradbodenrotor base
1212: Laufradkranzrotor ring
1313: Muffesleeve
1414: Druckflächeprint area
1515: Düsejet
1616: Düsenöffnungenorifices
1717: Welle wave
22: AxialkraftmindererAxialkraftminderer
2121: Scheibedisc
2222: Achseaxis
2323: Verstrebungenstruts
2424: Lagerung des Düsenlaufrades auf der Achse 22storage of the jet impeller on axis 22
33: Druckleitungpressure line
44: Generatorgenerator
55: Generatorgehäusegenerator housing
5252: rohrförmige Verlängerungtubular extension
66: Schaufellaufradbucket wheel
6161: Welle des Schaufellaufradeswave of the paddle wheel
6262: Schaufelshovel
DNDN: Durchmesser der Druckleitungdiameter the pressure line

Claims

Axial force reducer ( 2 ) for the jet impeller ( 1 ) a jet turbine in which an axial flow is deflected in a radial direction and in which the bearing ( 24 ) of the jet impeller ( 1 ) over the axis ( 22 ) and struts ( 23 ) on the pressure line ( 3 ), characterized in that - parallel to the floor ( 11 ) of the jet impeller ( 1 ) a circular disc in the inflow area ( 21 ) on the fixed axis ( 22 ) is attached - that the flow in the area of the disc ( 21 ) is redirected.

Axial force reducer according to claim 1, characterized in that the nozzle impeller ( 1 ) on the axis ( 22 ) - above the pane ( 21 ) - is stored.

Axial force reducer ( 2 ) for the jet impeller ( 1 ) a jet turbine in which an axial flow is deflected in a radial direction, the bearing of the jet impeller ( 1 ) over the wave ( 17 ) and via the generator housing ( 5 ) with generator ( 4 ) and the struts ( 23 ) on the pressure line ( 3 ), characterized in that - parallel to the floor ( 11 ) of the jet impeller ( 1 ) a circular disc in the inflow area ( 21 ) on a tubular extension ( 52 ) of the generator housing ( 5 ) is attached - that the shaft ( 17 ) through the tubular extension ( 52 ) extends and the generator ( 4 ) drives - that the flow in the area of the disc ( 21 ) is redirected.