DE1915623A1 - Turbine with a turbine wheel and a number of feed nozzles for a drive medium - Google Patents
Turbine with a turbine wheel and a number of feed nozzles for a drive mediumInfo
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Description
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Braunschweig, 26 „ März 1969 Unser Zeichen: G 1024- - Al/LieBraunschweig, March 26, 1969 Our reference: G 1024- - Al / Lie
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Turbine mit einem Turbinenlaufrad und einer Anaahl von Zuführdüsen für ein Antriebsmedium Turbine with a turbine wheel and a number of feed nozzles for a drive medium
Die Erfindung bezieht sich auf Turbinen und betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, sogenannte Impulsturbinen, beispielsweise Impuls- oder Freistrahlwasserturbinen.The invention relates to turbines and particularly relates to but not exclusively, so-called impulse turbines, for example impulse or free jet water turbines.
Bei der Ausbildung von derartigen Turbinen ist es üblich, Wasser durch feststehende Düsen den Bechern oder Schaufeln des drehbaren Turbinenlaufrades zuzuführen, wobei das Wasser die Düsen mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit verläßt und auf die Becher oder Schaufeln des Hades auftrifft, so daß dieses durch die Änderung der Geschwindigkeit des auftreffenden Wasser hinsichtlich der Richtung oder der Größe in drehende Bewegung gesetzt wird.In the construction of such turbines, it is customary to feed water through fixed nozzles to the buckets or blades of the rotatable To the turbine runner, the water leaves the nozzles at a relatively high speed and opens hits the cups or scoops of Hades so that this by changing the speed of the hitting water in terms of direction or magnitude in rotating motion is set.
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Beispiele derartiger Turbinen sind die Peltonturbine, die Girardturbinen und die Turgo-Impulsturbinen, von denen die erstgenannte becherförmige Schaufeln verwendet, während die anderen mit flügelähnlichen Schaufeln arbeiten.Examples of such turbines are the Pelton turbine, the Girard turbines and the Turgo impulse turbines, of which the the former used cup-shaped blades, while the other work with wing-like blades.
Bei Turbinen, die in der beschriebenen Art und Weise arbeiten, ist es klar, daß die einzige Bewegung oder Antriebskraft, die ausgenutzt werden kann, die des umlaufenden Turbinenrades ist, wodurch notwendigerweise eine Beschränkung in der Wirksamkeit der Turbinen gegeben ist. Weiterhin kann mit der Turbine nurIn the case of turbines that work in the manner described, it is clear that the only movement or driving force that can be exploited is that of the rotating turbine wheel, whereby there is necessarily a limitation in the efficiency of the turbines. Furthermore, with the turbine only
vorbefore
ein Arbeitsgang ausgeführt xirerden, wie z.B. der Antrieb eines Gebläselaufrades, da nur eine einzige Abtriebswelle der Turbine vorhanden ist, mit der der Arbeitsvorgang ausgeführt v/erden kann.an operation carried out, such as the drive of a Fan impeller, since there is only a single output shaft of the turbine with which the work is carried out v / can earth.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese ITachteile zu vermeiden und eine einfache Einrichtung zu schaffen, mit der der Wirkungsgrad der Turbinen verbessert v/erden kann. The object of the invention is to avoid these disadvantages and to provide a simple means by which the efficiency of the turbines can be improved.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Turbinenlaufrad und. die Düsengruppe relativ zueinander frei drehbar angeordnet sind.This object is achieved according to the invention in that the turbine wheel and. the nozzle group relative to each other are arranged freely rotatable.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenlaufrad und die zugehörige Düsengruppe je auf einer frei drehbaren Welle angeordnet sind, wodurch das aus den Düsen austretende und auf die Becher oder Schaufeln des Laufrades auftreffende Medium die Düsen in einer der Bewegungsrichtung des Mediums entgegengesetzten Eichtung bewegt, d.h.A preferred embodiment is characterized in that that the turbine wheel and the associated group of nozzles are each arranged on a freely rotatable shaft, which makes the The medium emerging from the nozzles and striking the buckets or blades of the impeller moves the nozzles in one of the directions of movement of the medium is moved in the opposite direction, i.e.
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entgegen der Drehrichtung des Turbinenlaufrades., Die Wellen sind dabei vorzugsweise koaxial ineinander angeordnet*against the direction of rotation of the turbine wheel., The shafts are preferably arranged coaxially inside each other *
Zweckmäßig sitzt das !Turbinenlaufrad auf einer Hohlwelle, die drehbar auf einer innenliegenden Welle gelagert ist, die die Düsengruppe trägt.The turbine runner is conveniently seated on a hollow shaft, which is rotatably mounted on an internal shaft that carries the nozzle group.
Eine besondere Verbesserung der Förderwirkungsgrade kann dabei dadurch erzielt werden, daß die innenliegende, die Düsen tragende Welle eine größere Länge als die das Turbinenlaufrad tragende Welle besitzt und an ihrem vorstehenden Ende ein Gebläselaufrad trägt, und daß die das Turbinenlaufrad tragende Hohlwelle ebenfalls mit einem Gebläselaufrad versehen ist, das mit dem ersten Gebläselaufrad innerhalb einer gemeinsamen Ummantelung zusammenwirkt.A particular improvement in the pumping efficiency can be achieved in that the inner shaft carrying the nozzles is longer than the shaft carrying the turbine runner and protruding from it End carries a fan impeller, and that the hollow shaft carrying the turbine impeller is also equipped with a fan impeller is provided which cooperates with the first fan impeller within a common shell.
Die Wellen können auch koaxial und mit ihren Stirnflächen gegeneinanderweisend angeordnet sein,The shafts can also be arranged coaxially and with their end faces facing one another,
Jede Welle kann dabei in geeigneter Weise über Getrieberäder mit einer gemeinsamen Abtr.iebswelle verbunden werden$ so daß sie die Abtriebswelle in einer Srehrichtung gemeinsam aufreiben. Each shaft can be connected to a common output shaft in a suitable manner via gear wheels so that they rub the output shaft together in one direction of rotation.
Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung beispielsweise in mehreren Ausführungsformen dargestellt und wird im folgenden im einzelnen erläuterteThe invention is shown in the accompanying drawings, for example, in several embodiments and is illustrated in explained in detail below
Fig. 1 zeigt in einem Teilschnitt eine Turbine gemäß der Erfindung, die als einziger Antrieb für zwei gegenläufige Gebläselaufräder dient, die in einer gemeinsamen Gebläseummantelung umlaufen.Fig. 1 shows in a partial section a turbine according to the invention, which serves as the only drive for two counter-rotating fan impellers, which are in a common Rotate the fan casing.
Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsförm»Fig. 2 shows a modified embodiment
Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform.Fig. 3 is another embodiment.
Fig. 4- zeigt einen Teilschnitt durch eine weitere Aüsführungsform, bei der eine einzige Abtriebswelle angetrieben wird»Fig. 4- shows a partial section through a further embodiment, in which a single output shaft is driven »
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Nach Pig. 1 ist eine senkrechte Welle 1 vorgesehen, die einen oberen Abschnitt 1a und einen unteren Abschnitt 1b aufweist, und die frei drehbar in im Abstand voneinander angeordneten Lagern 2, 3 gelagert ist, welche in geeigneten .Befestigungsteilen 2a, 3a sitzen. Die Welle trägt am unteren Ende des Abschnitts 1a eine Anzahl von radial vorstehenden Düsen 4 für . eine Impulsturbine A, durch die Wasser oder ein anderes geeignetes Medium unter Druck zugeführt wird. Das Medium gelangt dadurch in die Düsen 4, daß es durch den Hohlen Abschnitt 1b der Welle 1 unterhalb der Düsen 4 nach oben strömt* In der Nähe des oberen Endes des Abschnitts 1a der Welle 1 ist starr ein Gebläselaufrad 5 angebracht. Außerhalb dieser Welle 1a und konzentrisch dazu ist eine Hohlwelle 6 vorgesehen, die in Lagern 7» 8 gelagert ist, so daß sie sich frei relativ zu der die Düsen tragenden Welle 1a drehen kann. Die Hohlwelle 6 trägt in der Nähe ihres unteren Endes das Laufrad 9 der Turbine A, dessen Schaufeln 10 im Wege des aus den Düsen austretenden Mediums liegen. Die Hohlwelle 6 ist kürzer als die #el— Ie 1a, auf der sie gelagert ist, und trägt in der Nähe ihres oberen Endes ein zweites Gebläselaufrad 11, das unterhalb des Gebläselaufrades 5 innerhalb einergeeigneten Gebläseummantelung 12 angeordnet ist. Das zweite Gebläselaufrad 11 ist atarr an der Welle 6 befestigt und läuft somit in der Drehrichtung des Turbinenlaufrades 9 um die Welle 1a um.After Pig. 1 a vertical shaft 1 is provided, which has an upper section 1a and a lower section 1b, and which is freely rotatably mounted in bearings 2, 3 which are arranged at a distance from one another and which are in suitable fastening parts 2a, 3a sit. The shaft carries at the lower end of the section 1a a number of radially projecting nozzles 4 for. a pulse turbine A, through which water or some other suitable Medium is supplied under pressure. The medium enters the nozzles 4 in that it passes through the hollow section 1b the shaft 1 flows upwards below the nozzles 4 * Near the upper end of the section 1a the shaft 1 is rigid Fan impeller 5 attached. Outside this shaft 1 a and concentrically therewith, a hollow shaft 6 is provided which is in bearings 7 »8 so that it can rotate freely relative to the shaft 1a carrying the nozzles. The hollow shaft 6 carries in the vicinity of its lower end the impeller 9 of the turbine A, the blades 10 of which emerge from the nozzles Medium. The hollow shaft 6 is shorter than the # el- Ie 1a on which it is mounted and carries in the vicinity of your upper end a second fan impeller 11, which is below the Fan impeller 5 within a suitable fan shroud 12 is arranged. The second fan impeller 11 is inert attached to the shaft 6 and thus rotates in the direction of rotation of the turbine impeller 9 around the shaft 1a.
Die Düsen 4 sind so angeordnet, daß die durch, die Düsen austretende Flüssigkeit im wesentlichen tangential zur Achse der Welle 1a austritt.The nozzles 4 are arranged so that the exiting through the nozzles Liquid emerges substantially tangential to the axis of the shaft 1a.
Da bei dieser Anordnung das Austreten des Mediums aus den Düsen 4 wegen der freien Bewegungsmöglichkeit der Düsen eineSince with this arrangement the emergence of the medium from the nozzle 4 because of the free movement of the nozzle a
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Reaktion auf die Düsen ausübt, werden die Düsen zusammen mit der tfelle 1 in einer Richtung umlaufen, die der Bewegungsrichtung des Mediums entgegengesetzt ist. Weiterhin bewirbt aber das auf die Schaufeln 10 der Turbinenlaufrades 9 auftreffende Medium eine Drehbewegung des Laufrades in Richtung der Bewegung des auftreffenden Mediums. Aus diesem Grunde laufen die beiden konzentrischen «fellen 1 und 6 in entgegengesetzten Drehrichtungen um, so daß auch die an den entsprechenden ,vellen angebrachten Gebläselaufräder gleichzeitig in entgegengesetzten Eichtungen innerhalb der Gebläseummantelung 12 umlaufen.Reaction exerted on the nozzles, the nozzles along with the skin 1 revolve in a direction which is opposite to the direction of movement of the medium. But continues to apply that impinging on the blades 10 of the turbine runner 9 Medium a rotary movement of the impeller in the direction of the movement of the impinging medium. Because of this, the two run concentric “shafts 1 and 6 in opposite directions of rotation, so that also those attached to the corresponding shafts Fan impellers rotate simultaneously in opposite directions within the fan casing 12.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform ist derin Fig. 1. ähnlich, so daß gleiche Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. 3ine Abweichung besteht hier darin, daß die die Düsen tragende ;velle 1a, 1b nicht unabhängig in im Abstand1 voneinander liegenden Lagern 2, 3 gelagert ist, wie es Fig. 1 zeigt, sondern zusammen mit der sie umgebenden, das Turbinenlaufrad tragenden Welle 6 in einem gemeinsamen Lagergehäuse 1;5 gelagert ist, in dem im Abstand voneinander Lager 14, 15 vorgesehen sind, in denen die Welle 6 gelagert ist. Das Antriebsmedium wird den Düsen 4- wie auch bei der Ausführung nach der Fig. 1 durch die Hohlwelle 1b zugeführt, die in einer umlaufenden Dichtung 1c im Einlaßrohr 1d gelagert ist. The embodiment shown in Fig. 2 is similar to that in Fig. 1, so that like parts are denoted by the same reference numerals. One difference here is that the shaft 1a, 1b carrying the nozzles is not supported independently in bearings 2, 3 at a distance 1 from one another, as shown in FIG is mounted in a common bearing housing 1; 5, in which bearings 14, 15 are provided at a distance from one another, in which the shaft 6 is supported. The drive medium is fed to the nozzles 4-, as in the embodiment according to FIG. 1, through the hollow shaft 1b, which is mounted in a circumferential seal 1c in the inlet pipe 1d.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform, weicht von den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 dadurch ab, daß die äußere, das Turbinenlaufrad tragende welle 6 und die innere, die Düsen tragende Welle 1 drehbar auf einer festen Tragwelle 16 gelagert sind, die von einer geeigneten Grundplatte, die in der ZeichnungThe embodiment shown in Fig. 3 differs from the embodiments according to FIGS. 1 and 2 in that the outer, the turbine wheel supporting shaft 6 and the inner one, the nozzles supporting shaft 1 rotatably mounted on a fixed supporting shaft 16 are that of a suitable base plate shown in the drawing
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nicht dargestellt ist* nach oben ragt» Wie dargestellt ist die das Laufrad 9 tragende v'/elle 6 wieder in Lagern 7> 8 gelagert f die die ,Zelle 1 umschließen, wahrend, die -Welle 1 selbst) die die Düsen 4 trägt, in Lagern 17* 18 gelagert ist» welche auf der feststehenden Tr'agwelle 16 sitzeii» Die V/ellen 1 Und 6 sind zwischen den Enden dieser feststehenden Tragwelle 16 angeordnet j wobei der untere Abschnitt 16ä der Welle 16$ der bis unter die Turbine A herunterreicht,· hohl ausgebildet ist* so daß die Antriebsflüssigkeit durch eine Öffnung 16b in der Welle 16 zu den Düsen 4· gelangen kann* Die Ausbildung ist sonst genauso wie bei den anderen Pigurehj wobei wieder gleiche Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind* tritt einen Austritt des Antriebsmediums außer durch die Düsen 4- zu verhindern, sind zwischen den Wellen .1 und 16 Dichtungen Ic vorgesehen.is not shown * projects upward "As shown, the bearing, the impeller 9 v '/ 6 elle stored again in bearings 7> 8 f enclosing the, cell 1, while, the -wave 1 itself) which carries the nozzles 4, is mounted in bearings 17 * 18 which are seated on the stationary support shaft 16, the V / ellen 1 and 6 are arranged between the ends of this stationary support shaft 16 with the lower section 16a of the shaft 16 $ which extends to below the turbine A reaches down, · is hollow * so that the drive fluid can pass through an opening 16b in the shaft 16 to the nozzles 4 · The construction is otherwise the same as with the other Pigurehj, with the same parts being denoted by the same reference numerals * occurs To prevent leakage of the drive medium except through the nozzles 4-, seals Ic are provided between the shafts .1 and 16.
Eig. 4- zeigt eine weitere, abgeänderte Ausführungsform, bei der die beiden gegenläufigen Wellen der Turbine, die die Düsen bzw. das Laufrad tragen* zum Antrieb einer einzigen Abtriebswelle in einer einzigen Drehrichtung ausgenutzt werden» Bei dieser Ausführüngsform sitzen die Düsen 19 der Turbine A an einem Ende einer Welle 20:, die drehbar in Lagern 21, 22 in einem Gehäuse 25 gelagert ist und am anderen Ende ein Ritzel 24- trägt i Ein Teil der felle 20 ist bei 20a durchbohrt, so daß das Antriebsmedium. unter Druck aus einem Eüführrühr 25 über eine Stopfbüchse 25a und eine Öffnung 20b in der Welle -20 den Düsen zuströmen kann. Das Ritzel 24- ist mit einem Ritzel 26» das am Ende einer Äbtriebsweile 27 sitfctj über ein SiWischenrad 28 verbunden, das auf einer felle 29 sitzt* die frei drehbar in einem Gehäuse 30 gelagert ist* so daß die Antriebswelle in •derselben Drehrichtung umläuft * wie die die Susen tragende felle 20. Die Abtriebswelle 27 ist awisöfren ikren Enden in Lagern 31 'gelagert:, die in einem Gehäuse $2 sitzen*Prop. 4- shows a further, modified embodiment in which the two opposing shafts of the turbine, which carry the nozzles or the impeller *, are used to drive a single output shaft in a single direction of rotation one end of a shaft 20: which is rotatably mounted in bearings 21, 22 in a housing 25 and at the other end a pinion 24 carries i Part of the skins 20 is pierced at 20a, so that the drive medium. can flow under pressure from a feed stirrer 25 via a stuffing box 25a and an opening 20b in the shaft -20 to the nozzles. The pinion 24- is connected to a pinion 26 »which sits at the end of an output shaft 27 via a Si wiper wheel 28 which sits on a skin 29 * which is freely rotatable in a housing 30 * so that the drive shaft rotates in the same direction of rotation * like the skins 20 that carry the Susen. The output shaft 27 is supported by its own ends in bearings 31 ', which sit in a housing $ 2 *
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Koaxial zur Welle 20 liegt eine von dem die Düsen tragenden •Ende wegweisende Welle 33, die an ihrem einen Ende das Laufrad 34 der Turbine A trägt, das mit Schaufeln 35 versehen ist, die mit den Düsen 19 zusammenwirkeηο Die Welle 53 ist zwischen ihren Enden drehbar in Lagern 36, 37 gelagert, die in einem Gehäuse 38 sitzen, und trägt an ihrem anderen Ende ein Ritzel 39, das mit einem weiteren Hitzel 40 kämmt, das auf der Abtriebswelle 27 sitzt. Die Drehbewegung des Laufrades und der Welle 3^j die durch das Auftreffen des aus den Düsen austretenden Mediums auf die Schaufeln 3p hervorgerufen wird, bewirkt somit eine Drehung der Abtriebswelle 27 in der entgegengesetzten Drehrichtung, d.h. also in derselben Drehrichtung wie sie die Welle 20 besitzt» Auf diese Weise wird die gesamte abgegebene Leistung der Jurbine A auf die Abtriebswelle 27 übertragen. Falls es gewünscht wird, können die beiden Wellen dieser Ausführungsform auch konzentrisch angeordnet werden.Coaxially to the shaft 20 lies a shaft 33 which points away from the end that carries the nozzles and which has the impeller at one end 34 carries the turbine A, which is provided with blades 35, which cooperate with the nozzles 19 The shaft 53 is between their ends rotatably mounted in bearings 36, 37 which are seated in a housing 38, and carries a pinion at its other end 39, which meshes with another Hitzel 40 that is on the output shaft 27 seated. The rotary movement of the impeller and the shaft 3 ^ j caused by the impact of the medium emerging from the nozzles on the blades 3p thus a rotation of the output shaft 27 in the opposite direction of rotation, i.e. in the same direction of rotation as it Shaft 20 has »In this way, the entire power output of Jurbine A is transferred to output shaft 27. If desired, the two shafts of this embodiment can also be arranged concentrically.
Versuche haben gezeigt, daß eine Turbine gemäß der Erfindung einen wesentlich verbesserten Wirkungsgrad im Vergleich mit einer normalen Turbine mit festen Düsen aufweist. Wem beispielsweise eine normale, mit festen Düsen arbeitende Turbine einen Wirkungsgrad von 50% besitzt, wird eine entsprechend beschaufelte Turbine gemäß der Erfindung einen Wirkungsgrad von wenigstens 60% besitzen. In gleicher Weise würde ein Wirkungsgrad von 70% auf wenigstens 81% angehoben werden, wenn die Turbine entsprechend der Erfindung ausgebildet wird.Tests have shown that a turbine according to the invention has a significantly improved efficiency compared with a normal turbine with fixed nozzles. For example, a normal turbine that works with fixed nozzles has an efficiency of 50%, becomes a corresponding bladed turbine according to the invention have an efficiency of at least 60%. In the same way, an efficiency of 70% would be increased to at least 81% if the Turbine is designed according to the invention.
Wenn auch in der vorstehenden Beschreibung bestimmte Ausführungsformen der Erfindung erläutert worden sind, so ist doch klar, daß es sich hierbei nur um Beispiele handelt, und daß die Anord-Even if certain embodiments of the invention have been explained in the above description, it is clear that these are only examples, and that the arrangement
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nungen in vielfältiger Weise abgewandelt oder geändert werden können, ohne daß der Umfang der Erfindung verlassen wird.can be modified or changed in a variety of ways can without departing from the scope of the invention.
Wenn beispielsweise die Turbine gemäß der Erfindung zum Antrieb einer einzigen Abtriebswelle verwendet werden soll, brauchen die Wellen, die die Düsen bzw. das Turbinenlaufrad tragen, nicht genau koaxial zu liegen, wie es oben erläutert wurde, vielmehr kann eine gewisse .Exzentrizität zugelassen werden. Weiterhin kann auch eine Turbine mit konzentrisch angeordneten Wellen zum Antrieb einer einzigen Abtriebswelle benutzt werden, und braucht nicht die koaxiale Anordnung aufzuweisen, wie sie oben beschrieben wurde.For example, if the turbine according to the invention is to be used to drive a single output shaft, the shafts that carry the nozzles or the turbine runner do not need to be exactly coaxial, as explained above on the contrary, a certain eccentricity can be allowed. Furthermore, a turbine with concentrically arranged shafts can also be used to drive a single output shaft and need not have the coaxial arrangement as described above.
Die Turbine, gemäß der Erfindung kann aus irgendeinem der heute für die Herstellung von Turbinen benutzten Materialien hergestellt sein, wobei das Material in erster Linie von dem Zweck abhängt, für den die Turbine bestimmt istoThe turbine, according to the invention, can be any of the today Materials used for the manufacture of turbines must be made, the material primarily of the purpose for which the turbine is intended
Wenn auch eine Turbine gemäß der Erfindung bei jeder Anwendung, ™ die heute für Turbinen gebräuchlich ist, Vorteile aufweist, so ist sie doch besonders dort zweckmäßig, wo sie als Impulswas— serturbine zum Antrieb von gegenläufigen Gebläselaufräderη von Wasser-Kühltürmen oder luftgekühlten wärmetauschern Verwendung findet.Even if a turbine according to the invention in every application, ™ which is used today for turbines has advantages, it is particularly useful where it is used as a pulse serturbine to drive counter-rotating blower impellers from Water cooling towers or air cooled heat exchangers use finds.
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Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
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