DE10338395A1 - Impeller assembly of a turbomachine - Google Patents

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Abstract

Eine Laufradanordnung (10) einer Strömungsmaschine für Flüssigkeiten zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Rohr (11) ein erstes Laufrad (12), ein zweites Laufrad (13) und ein drittes Laufrad (14) hintereinander auf Wellen (15, 16, 17) angeordnet sind. Mit einer derartigen Anordnung der Laufräder (12, 13, 14) lassen sich Kavitationen beim Betrieb einer Strömungsmaschine mit gelenkten Strömungen vermeiden und die einzelnen Laufräder werden gleichmäßiger belastet.An impeller assembly (10) of a fluid flow machine is characterized in that in a tube (11) a first impeller (12), a second impeller (13) and a third impeller (14) successively on shafts (15, 16, 17 ) are arranged. With such an arrangement of the wheels (12, 13, 14) cavitations in the operation of a turbomachine with steered currents can be avoided and the individual wheels are loaded more evenly.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufradanordnung einer Strömungsmaschine in einem Rohr, das von einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durchströmt wird.The The invention relates to an impeller arrangement of a turbomachine in a tube that is from a liquid, especially water, is flowed through.

Ein bekanntes Problem von hydraulisch betriebenen Maschinen jeglicher Art besteht in der Kavitation, die Laufräder zerstört, zumindest deren Lebensdauer reduzieren, den Wirkungsgrad der Maschinen verschlechtern und den zulässigen Arbeitsbereich stören kann. Viele konstruktive Maßnahmen sind ergriffen worden und aus dem Stand der Technik bekannt, um den Wirkungsgrad von hydraulischen Maschinen mit gelenkten Strömungen zu verbessern und vielfach steht der dafür eingesetzte konstruktive Aufwand nicht im Einklang mit der daraus erzielten Wirkung.One known problem of hydraulically operated machines of any kind Type consists in the cavitation that destroys wheels, at least their lifespan reduce the efficiency of the machines and worsen the permissible Disturb workspace can. Many constructive measures are been taken and known from the prior art to improve the efficiency Of hydraulic machines with steered currents to improve and many times stands for that used constructional effort not in line with the resulting achieved effect.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laufradanordnung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und die bei Strömungsmaschinen zu einer verbesserten Betriebsweise führt.Of the Invention has for its object to provide an impeller assembly, which is simple and which improves the flow machines Operating mode leads.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Laufradanordnung in einem Rohr, in dem mindestens ein erstes und ein zweites Laufrad hintereinander auf mindestens einer Welle angeordnet sind und dass die durch das Rohr in Strömungsrichtung strömende Flüssigkeit die Laufräder in eine Drehbewegung versetzt.Is solved the task by an impeller assembly in a pipe in which at least a first and a second impeller in a row on at least a shaft are arranged and that through the pipe in the flow direction flowing liquid the wheels put in a rotary motion.

Diese erfindungsgemäße Laufradanordnung hat den wesentlichen Vorteil, dass die durch ein erfindungsgemäß bestücktes Rohr mit hintereinander angeordneten Laufrädern strömende Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, nicht durch das erste Laufrad verwirbelt wird, sondern das erste Laufrad übergibt die umgelenkte Strömung an ein auf das erste Laufrad abgestimmtes zweites Laufrad, das die vom ersten Laufrad umgelenkte Strömung so aufnehmen kann, dass sie an den Schaufelflächen des zweiten Laufrades anliegt. Die einzelnen Schaufeln des zweiten Laufrades werden gleichmäßiger belastet und die durch das Rohr strömende Flüssigkeit verteilt sich gleichmäßig auf die einzelnen Schaufeln. Strömungsabrisse werden vermieden, optimierte Arbeitsbereiche lassen sich einstellen und dauerhaft betreiben.These has impeller assembly according to the invention the significant advantage that the stocked by an inventively tube liquid flowing with successively arranged impellers, preferably water, is not swirled by the first impeller, but the first Impeller passes the diverted flow to a matched to the first impeller second impeller, the from the first impeller deflected flow can absorb so that on the blade surfaces of the second impeller rests. The individual blades of the second impeller are burdened more evenly and the flowing through the pipe liquid spreads evenly the individual blades. stalls are avoided, optimized work areas can be adjusted and operate permanently.

Bevorzugt ist die Laufradanordnung aus einem ersten, zweiten und einem dritten Laufrad gebildet, die auf einer zentralen Welle oder auf jeweils einzelnen Wellen angeordnet sein können. Mit einem dritten oder sogar vierten Laufrad werden die erfindungsgemäßen Effekte noch verstärkt und eine derartige Strömungsmaschine kann besonders effektiv betrieben werden. Sind die einzelnen Laufräder jeweils einzeln mit einer dem jeweiligen Laufrad zugeordneten Welle verbunden, so sind die Wellen als Hohlwellen ausgebildet, die jeweils eine oder mehrere Wellen von voran geschalteten Laufrädern aufnehmen können. Mit einer solchen Anordnung kann die erfindungsgemäße Strömungsmaschine kompakt gebaut werden.Prefers is the impeller assembly of a first, second and a third Impeller formed on a central shaft or on each individual Shafts can be arranged. With a third or even fourth impeller effects of the invention even stronger and such a turbomachine can be operated particularly effectively. Are the individual wheels in each case individually connected to a shaft associated with the respective impeller, Thus, the waves are formed as hollow shafts, each one or can accommodate multiple waves of advancing wheels. With Such an arrangement, the flow machine according to the invention can be made compact become.

Weiterhin weist bevorzugt das erste Laufrad eine kleinere Durchflussfläche als das zweite Laufrad und das dritte Laufrad eine größere Durchflussfläche als das zweite Laufrad auf. Dies hat den Vorteil, dass die durch ein Rohr strömende Flüssigkeit stetig in axialer Richtung fortschreitend verstärkt umgelenkt wird und Wirbelbildungen in der strömenden Flüssigkeit klein gehalten werden können.Farther For example, the first impeller preferably has a smaller flow area than the second impeller and the third impeller have a larger flow area than the second wheel on. This has the advantage of being through a Pipe flowing liquid steadily increasing in the axial direction is increasingly deflected and vortices in the pouring Liquid small can be kept.

Sind die einzelnen Laufräder drehfest mit einer Welle verbunden, so können sie Drehmomente auf die einzelne Welle dauerhaft übertragen, die je nach Bedarf Generatoren antreiben, die mit den Wellen der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine verbunden sind.are the individual wheels rotatably connected to a shaft, so they can torques on the permanently transmit single wave, which power generators as needed with the waves of the connected turbomachine according to the invention are.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn jedes Laufrad eine Nabe aufweist, an der Schaufeln befestigt sind, die gemeinsam mit der Nabe ein Laufrad bilden. Die einzelnen Laufräder können so an beliebigen Stellen einer Welle drehfest mit dieser Welle verbunden werden und es lassen sich Anordnungen schaffen, bei denen die einzelnen Laufräder unterschiedlich weit voneinander beabstandet sind.Farther It is advantageous if each impeller has a hub on the Shovels are attached, which together with the hub an impeller form. The individual wheels can so at any point of a shaft rotatably connected to this shaft be and arrangements can be made, in which the individual impellers are spaced far apart from each other.

Die Schaufeln weisen in weiteren Ausführungsformen der Erfindung eine beliebige geometrische Form auf, sodass sie an bestimmte Anwendungsbereiche problemlos angepasst werden können.The Blades point in further embodiments of the invention an arbitrary geometric shape so that it can be applied to specific areas of application can be easily adapted.

Durch die Wahl der geometrischen, auch konkav-konvexen Form der Schaufeln und der Durchflussfläche der Laufräder wird der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine erweitert und die erfindungsgemäße Strömungsmaschine kann an unterschiedliche Wasserhöhen, Wasserdrücke, Wassergeschwindigkeiten bestmöglich angepasst werden.By the choice of the geometric, also concave-convex shape of the blades and the flow area the wheels the range of application of the turbomachine according to the invention is extended and the turbomachine according to the invention can reach different water heights, Water pressures, Water speeds adapted as best as possible become.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind auf der Innenoberfläche des Rohres Leitschaufeln (Leitbleche) vorgesehen, die zwischen den Laufrädern und/oder vor dem ersten Laufrad angeordnet sind.In Another embodiment of the invention are on the inner surface of the Pipe guide vanes (baffles) provided between the wheels and / or are arranged in front of the first impeller.

Dies hat den Vorteil, dass eine durch das Rohr strömende Flüssigkeit gezielt auf die Laufräder gelenkt werden kann und vor dem Auftreffen der Flüssigkeit auf ein weiteres Laufrad kann die strömende Flüssigkeit definiert so stark ausgelenkt werden bzw. geführt werden, dass sie sich an die Schaufeloberflächen des Laufrades anlegt, das von der Flüssigkeit angeströmt wird. Die ortsfest eingebauten Leitschaufeln bzw. Leitbleche können unterschiedlichste Formen aufweisen und sie können an den Innenoberflächen des Rohres punktuell oder ringförmig angeordnet sein. Bevorzugt weisen die Leitschaufeln in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen eine konvexe oder eine konkave Anströmfläche für die strömende Flüssigkeit auf. Mit diesen Formgebungen lässt sich eine durch das Rohr strömende Flüssigkeit in einem großen Geschwindigkeits- und Druckbereich gezielt umlenken und auf die Laufräder abstimmen.This has the advantage that a liquid flowing through the pipe can be targeted directed to the wheels and before hitting the Fluid on another impeller, the flowing liquid defined can be deflected or guided so that it rests against the blade surfaces of the impeller, which is flowed by the liquid. The stationary installed guide vanes or baffles can have a wide variety of shapes and they can be arranged on the inner surfaces of the tube punctiform or annular. Preferably, the guide vanes seen in the flow direction of the liquid on a convex or a concave inflow surface for the flowing liquid. With these shapes, a liquid flowing through the pipe can be specifically deflected in a large speed and pressure range and matched to the wheels.

Es versteht sich, dass je nach Anwendung sich die Form und der Durchmesser der einzelnen Laufräder verändern kann und auch die Anordnung der einzelnen Laufräder auf einer oder mehreren Wellen kann in einem beliebigen Abstand erfolgen. Die erfindungsgemäße Laufradanordnung kann in Verbindung mit Niederdruckturbinen oder auch mit jedweden Propellerturbinen eingesetzt werden.It It is understood that depending on the application, the shape and the diameter the individual wheels change can and also the arrangement of the individual wheels on one or more shafts can be done at any distance. The impeller assembly according to the invention can be used in conjunction with low-pressure turbines or with any Propeller turbines are used.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Figur ist die erfindungsgemäße Laufradanordnung stark schematisiert dargestellt und die in der Figur gezeigten Darstellungen sind nicht maßstäblich zu verstehen.The Invention is based on an embodiment explained in more detail. In The figure is the impeller assembly according to the invention shown in a highly schematic manner and the representations shown in the figure are not to scale understand.

Die Figur zeigt mit 10 eine Laufradanordnung, die aus einem Rohr 11, einem ersten Laufrad 12, einem zweiten Laufrad 13 und einem dritten Laufrad 14 gebildet ist. Das erste Laufrad 12 ist drehfest auf einer ersten Welle 15 befestigt, die als Vollwelle ausgebildet ist. Das zweite Laufrad 13 ist mit einer zweiten Welle 16 drehfest verbunden, die als Hohlwelle die erste Welle 15 aufnimmt und/oder führt. Das dritte Laufrad 14 ist drehfest mit einer dritten Welle 17 verbunden, in der die Wellen 15 und 16 drehbar angeordnet sind.The figure shows with 10 an impeller assembly consisting of a tube 11 , a first impeller 12 , a second impeller 13 and a third wheel 14 is formed. The first impeller 12 is non-rotatable on a first shaft 15 attached, which is designed as a solid shaft. The second wheel 13 is with a second wave 16 rotatably connected, as the hollow shaft, the first wave 15 absorbs and / or performs. The third wheel 14 is non-rotatable with a third shaft 17 connected in the waves 15 and 16 are rotatably arranged.

Auf einer Innenoberfläche 18 sind erste Leitschaufeln 19, 20 und zweite Leitschaufeln 21, 22 angeordnet. Die ersten Leitschaufeln 19, 20 sind konvex verlaufend ausgebildet und die zweiten Leitschaufeln 21, 22 weisen in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen ebenfalls eine konvexe Oberfläche auf. Die Krümmung der einzelnen Leitschaufeln, die punktuell an der Innenoberfläche 18 des Rohres 11 befestigt oder aber auch ringförmig innerhalb des Rohres 11 angeordnet sein können, werden je nach Anforderung an die erfindungsgemäße Strömungsmaschine geformt und entsprechend angeordnet. Die Länge der einzelnen Leitschaufeln 19, 20, 21, 22 kann unterschiedlich sein, damit die im Rohr 11 strömende Flüssigkeit möglichst gleichmäßig den einzelnen Schaufeln der einzelnen Laufräder zugeführt wird. Mit Pfeilrichtung 23 ist die Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Rohr 11 angegeben. Bevorzugt handelt es sich hierbei um Wasser und über die Laufräder 12, 13, 14 verbunden mit den Wellen 15, 16, 17 werden einzelne Generatoren angetrieben. Die Generatoren können auch im Bedarfsfall zusammengeschaltet sein oder mit den Wellen 15, 16, 17 wird ein einziger Generator betrieben.On an inner surface 18 are first vanes 19 . 20 and second vanes 21 . 22 arranged. The first vanes 19 . 20 are convexly extending and the second vanes 21 . 22 also have a convex surface when viewed in the flow direction of the liquid. The curvature of the individual vanes, the punctiform on the inner surface 18 of the pipe 11 attached or ring-shaped within the tube 11 can be arranged are formed depending on the requirements of the turbomachine according to the invention and arranged accordingly. The length of the individual vanes 19 . 20 . 21 . 22 can be different, so that in the pipe 11 flowing liquid is supplied as evenly as possible to the individual blades of the individual wheels. With arrow direction 23 is the flow direction of the liquid in the pipe 11 specified. This is preferably water and over the wheels 12 . 13 . 14 connected with the waves 15 . 16 . 17 individual generators are driven. The generators can also be interconnected if necessary or with the waves 15 . 16 . 17 a single generator is operated.

Eine Laufradanordnung 10 einer Strömungsmaschine für Flüssigkeiten zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Rohr 11 ein erstes Laufrad 12, ein zweites Laufrad 13 und ein drittes Laufrad 14 hintereinander auf Wellen 15, 16, 17 angeordnet sind. Mit einer derartigen Anordnung der Laufräder 12, 13, 14 lassen sich Kavitationen beim Betrieb einer Strömungsmaschine mit gelenkten Strömungen vermeiden und die einzelnen Laufräder werden gleichmäßiger belastet.An impeller assembly 10 A fluid flow machine is characterized in that in a pipe 11 a first impeller 12 , a second wheel 13 and a third wheel 14 in a row on waves 15 . 16 . 17 are arranged. With such an arrangement of the wheels 12 . 13 . 14 Cavitation during operation of a turbomachine with steered flows can be avoided and the individual impellers are loaded more evenly.

Claims (8)

Laufradanordnung einer Strömungsmaschine für Flüssigkeiten mit einem Rohr (11), in dem mindestens ein erstes und ein zweites Laufrad (12, 13) hintereinander auf mindestens einer Welle (15, 16, 17) angeordnet sind und dass die durch das Rohr (11) in Strömungsrichtung (23) strömende Flüssigkeit die Laufräder (12, 13) in eine Drehbewegung versetzt.Impeller assembly of a fluid flow machine with a pipe ( 11 ), in which at least a first and a second impeller ( 12 . 13 ) in succession on at least one shaft ( 15 . 16 . 17 ) and that through the pipe ( 11 ) in the flow direction ( 23 ) flowing fluid the wheels ( 12 . 13 ) is set in a rotary motion. Laufradanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradanordnung (10) aus einem ersten, zweiten und einem dritten Laufrad (12, 13, 14) gebildet ist.Impeller assembly according to claim 1, characterized in that the impeller assembly ( 10 ) of a first, second and a third impeller ( 12 . 13 . 14 ) is formed. Laufradanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Laufrad (12) eine kleinere Durchflussfläche als das zweite Laufrad (13) und das dritte Laufrad (14) eine größere Durchflussfläche als das zweite Laufrad (13) aufweist.Impeller assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the first impeller ( 12 ) has a smaller flow area than the second impeller ( 13 ) and the third impeller ( 14 ) has a larger flow area than the second impeller ( 13 ) having. Laufradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Laufrad (12, 13, 14) mit einer Welle (15, 16, 17) verbunden ist.Impeller assembly according to one of claims 1 to 3, characterized in that each impeller ( 12 . 13 . 14 ) with a wave ( 15 . 16 . 17 ) connected is. Laufradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Laufrad (12, 13, 14) eine Nabe aufweist, an der Schaufeln befestigt sind, die gemeinsam mit der Nabe ein Laufrad (12, 13, 14) bilden.Impeller assembly according to one of claims 1 to 4, characterized in that each impeller ( 12 . 13 . 14 ) has a hub, are secured to the blades, which together with the hub an impeller ( 12 . 13 . 14 ) form. Laufradanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln eine beliebige geometrische Form aufweisen.Impeller assembly according to claim 5, characterized in that that the blades have any geometric shape. Laufradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenoberfläche (18) des Rohres (11) Leitschaufeln (19, 20, 21, 22) vorgesehen sind, die zwischen den Laufrädern (12, 13, 14) und/oder vor dem ersten Laufrad (12) angeordnet sind.Impeller assembly according to one of claims 1 to 6, characterized in that on the In surface ( 18 ) of the pipe ( 11 ) Guide vanes ( 19 . 20 . 21 . 22 ) provided between the wheels ( 12 . 13 . 14 ) and / or before the first impeller ( 12 ) are arranged. Laufradanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (19, 20, 21, 22) in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen eine konvexe oder eine konkave Anströmfläche für die Flüssigkeit aufweisen.Impeller assembly according to claim 7, characterized in that the guide vanes ( 19 . 20 . 21 . 22 ) seen in the flow direction of the liquid have a convex or a concave inflow surface for the liquid.
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