DE1915623B2

DE1915623B2 - LIQUID TURBINE

Info

Publication number: DE1915623B2
Application number: DE19691915623
Authority: DE
Inventors: Edmund London Murphy
Original assignee: Cooling Developments Ltd., Luzern (Schweiz)
Priority date: 1968-04-05
Filing date: 1969-03-27
Publication date: 1976-05-13
Also published as: FR2005633A1; US3589840A; GB1208797A; JPS4831163B1; DE1915623A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fiüssigkeitsturbinc zum gegenläufigen Antrieb von zwei koaxialen Wellen, von denen die äußere auf der inneren gelagert ist, wobei die eine Welle mit der Düsenanordnung und die andere Welle mit dem Prallelemente tragenden Rad verbunden sind.The invention relates to a liquid turbine for counter-rotating drive of two coaxial shafts, the outer one of which is mounted on the inner one, the one shaft is connected to the nozzle arrangement and the other shaft is connected to the wheel carrying the impact elements are.

Eine Flüssigkeitsturbine dieser Art ist aus der CH-PS 27 984 bekannt, aber diese Turbine dient dem Zweck, die beiden zunächst gegenläufigen Bewegungen der angetriebenen Wellen wieder in eine gleichlaufende Bewegung umzuformen und dadurch eine Wirkungsgraderhöhung zu erzielen.A liquid turbine of this type is known from CH-PS 27 984, but this turbine serves the purpose of the two initially opposing movements of the driven shafts back into a concurrent one Reshape movement and thereby achieve an increase in efficiency.

Aus der US-PS 2129 808 ist eine Dampfturbine bekannt, bei der hohe Relativgeschwindigkeiten auf den Schaufeln erreicht werden sollen, um den Dampfturbinenwirkungsgrad zu steigern, ohne die Absolutgeschwindigkeit der Schaufeln zu erhöhen. Die dazu vorgesehenen, gegenläufig angetriebenen Gebläse, bei denen es sich einerseits um ein Axialgebläse und andererseits um ein Radialgebläse handelt, sind übereinander angeordnet, wobei das Radialgebläse in spezieller und aufgrund seines Einsatzzweckes auch relativ komplizierter Weise gelagert werden muß.From US-PS 2129 808 a steam turbine is known, at which high relative speeds on the blades should be achieved in order to improve the steam turbine efficiency without increasing the absolute speed of the blades. The intended, counter-rotating blower, at which are, on the one hand, an axial fan and, on the other hand, a radial fan arranged one above the other, with the radial fan in special and due to its intended use must be stored in a relatively complicated manner.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flüssigkeitsturbine der eingangs definierten Art unter gleichzeitiger Wirkungsgradverbesserung und Sicherstellung einer möglichst einfachen Konstruktion zum Zwecke des Kühlens oder des Wärmeaustausches einzusetzen.The object of the present invention is to provide a liquid turbine of the type defined at the outset simultaneous improvement in efficiency and ensuring the simplest possible construction for Use for cooling or heat exchange purposes.

Diese Aufgabe wird mittels der Erfindung dadurch gelöst, daß die Turbine zum Antrieb von gegenläufigen Gebläselaufrädern von Wasser-Kühltürmen oder luftgekühlten Wärmetauschern verwendet ist, wobei an den der Turbine gegenüberliegenden Endbereichen der beiden Wellen jeweils ein Gebläselaufrad angebracht ist.This object is achieved by means of the invention in that the turbine is used to drive counter-rotating Fan impellers of water cooling towers or air-cooled heat exchangers is used, with the the turbine opposite end areas of the two shafts each attached a fan impeller is.

Diese überaus einfache Konstruktion bringt den überraschenden Vorteil einer wesentlichen Erhöhung des Wirkungsgrades verglichen, mit einze'c angetriebenen Gebläselaufrädern. Vorzugsweise sind die beiden Geb'äselaufräder innerhalb einer gemeinsamen Ummantelung angeordnet. ;,■-■·
Die beiden Wellen können nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung in einem gemeinsamen Lagergehäuse gelagert sein, aber es ist auch möglich, die beiden Wellen als Hohlwellen auszubilden und auf einer festen Trägerwelle zu lagern.This extremely simple construction has the surprising advantage of a substantial increase in efficiency compared to single-drive fan impellers. The two blower impellers are preferably arranged within a common casing. ;, ■ - ■ ·
According to a further advantageous embodiment, the two shafts can be mounted in a common bearing housing, but it is also possible to design the two shafts as hollow shafts and to mount them on a fixed support shaft.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläuterten der Zeichnung zeigtThe invention is explained below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawing illustrated drawing shows

Fig. 1 einen Teilschnitt einer Flüssigkeitsturbine nach der Erfindung, die zum Antrieb von zweiFig. 1 is a partial section of a liquid turbine according to the invention, which is used to drive two

gegenläufigen Gebläselaufrädern verwendet ist.counter-rotating fan impellers is used.

Fig.2 eine Ausführungsvariante der Anordnung nach Fig. 1,und2 shows a variant of the arrangement according to Fig. 1, and

Fig.3 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung.3 shows a further advantageous embodiment of the invention.

ίο Nach F i g. 1 ist eine senkrechte Welle 1 vorgesehen, die ;inen oberen Abschnitt Xa und einen unteren Abschnitt \b aufweist, und die frei drehbar in im Abstand voneinander angeordneten Lagern 2, 3 gelagert ist, welche in geeigneten Befestigungsarten 2n. ίο According to F i g. 1, a vertical shaft 1 is provided, which has an upper section Xa and a lower section \ b , and which is freely rotatably supported in bearings 2, 3 which are arranged at a distance from one another and which are fastened in suitable types of fastening 2n.

3a sizew. Die Welle trägt am unteren Ende des Abschnitts la 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 die3a size. At the lower end of the section la, the shaft carries a number of radially projecting nozzles 4 for a pulse turbine A, through which water or another suitable medium is supplied under pressure. The medium gets into the

Düsen 4, daß es durch den Hohlen Abschnitt ib der Welle i unterhalb der Düsen 4 nach oben strömt. In der Nähe des oberen Endes des Abschnitts lader Welle 1 ist starr ein Gebläselaufrad 5 angebracht. Außerhalb dieser Welle la 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 la 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 Welle la. auf der sie gelagert ist, und trägt in der Nähe ihres oberen Endes ein zweites Gebläselaufrad 11, das unterhalb des Gebläseiaufrades 5 innerhalb einer geeigneten Gebläseummantelung 12 angeordnet ist. Das zweite Gebläselaufrad 11 ist starr an der Welle 6 befestigt und läuft somit in der Drehrichtung des Turbinenlaufrades 9 um die Welle la um.Nozzles 4, that it flows through the hollow section ib of the shaft i below the nozzles 4 upwards. In the vicinity of the upper end of the section loader shaft 1, a fan impeller 5 is rigidly attached. Outside this shaft la and concentrically therewith, a hollow shaft 6 is provided which is supported in bearings 7, 8 so that it can rotate freely relative to the shaft la carrying the nozzles. In the vicinity of its lower end, the hollow shaft 6 carries the impeller 9 of the turbine A, the blades 10 of which lie in the path of the medium emerging from the nozzles. The hollow shaft 6 is shorter than the shaft la. on which it is mounted and in the vicinity of its upper end carries a second fan impeller 11 which is arranged below the fan impeller 5 within a suitable fan casing 12. The second fan impeller 11 is rigidly attached to the shaft 6 and thus rotates around the shaft la in the direction of rotation of the turbine impeller 9.

Die Düsen 4 sind so angeordnet, daß die durch die Düsen austretende Flüssigkeit im wesentlichen tangential zur Achse der Welle la austritt.The nozzles 4 are arranged so that the liquid emerging through the nozzles is essentially tangential to the axis of the shaft la emerges.

Da bei dieser Anordnung das Austreten des Mediums aus den Düsen 4 wegen der freien Bewegungsmöglichkeit der Düsen eine Reaktion auf die Düsen ausübt, werden die Düsen zusammen mit der Welle 1 in einer Richtung umlaufen, die der Bewegungsrichtung des Mediums entgegengesetzt ist. Weiterhin bewirkt aber das auf die Schaufeln 10 des Turbinenlaufrades 9 auftreffende Medium eine Drehbewegung des Laufrades in Richtung der Bewegung des auftreffenden Mediums. Aus diesem Grunde laufen die beiden konzentrischen Wellen 1 und 6 in entgegengesetzten Drehrichtungen um, so daß auch die an den entsprechenden Wellen angebrachten Gebläselaufräder gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen innerhalb derWith this arrangement, the medium emerges from the nozzles 4 because of the freedom of movement of the nozzles exerts a reaction on the nozzles, the nozzles are together with the shaft 1 in one Revolve in the opposite direction to the direction of movement of the medium. However, it continues to cause the medium impinging on the blades 10 of the turbine runner 9 causes a rotary movement of the runner 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 the corresponding Shafts attached fan impellers simultaneously in opposite directions within the

Gebläseummantelung 12 umlaufen.Circumferential fan casing 12.

Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform ist der in F i g. 1 ähnlich, so daß gleiche Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Eine AbweichungThe in F i g. 2 is the embodiment shown in FIG. 1 similar so that like parts by the same Reference numerals are designated. A deviation

besteht hier darin, daß die die Düsen tragende Welle la, \b nicht unabhängig in im Abstand 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 13 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 F i g. 1 durch die Hohlwelle \b zugeführt, die in einer umlaufenden Dichtung leim Einlaßrohr Ic/gelagert ist. Die in Fig.3 dargestellte Ausführungsform weicht von den Ausführungsformen nach den F i g. 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 Zeichnung nicht dargestellt ist, nach oben ragt. Wie dargestellt ist die das Laufrad 9 tragende Welle 6 wieder in Lagern 7, 8 gelagert, die die Welle 1 umschließen, während die Welle 1 selbst, die die Düsen 4 trägt, in Lagern 17,18 gelagert ist, welche auf der feststehenden Tragwelle 16 sitzen. Die Wellen 1 und 6 sind zwischen den Enden dieser feststehenden Tragwelle 16 angeordnet, wobei der untere Abschnitt 16a der Welle 16, der bis unter die Turbine A herunterreicht, hohl ausgebildet ist.consists here in that the shaft la, \ b carrying the nozzles is not supported independently in spaced apart bearings 2, 3, as shown in FIG Bearing housing 13 is mounted, in which bearings 14, 15 are provided at a distance from one another, in which the shaft 6 is mounted. The drive medium is fed to the nozzles 4, as is the case with the embodiment according to FIG. 1 fed through the hollow shaft \ b , which is mounted in a circumferential seal on the inlet pipe Ic /. The embodiment shown in FIG. 3 differs from the embodiments according to FIGS. 1 and 2 in that the outer shaft 6 carrying the turbine wheel and the inner shaft 1 carrying the nozzles are rotatably mounted on a fixed support shaft 16 which protrudes upward from a suitable base plate, which is not shown in the drawing . As shown, the shaft 6 carrying the impeller 9 is again supported in bearings 7, 8 which enclose the shaft 1, while the shaft 1 itself, which carries the nozzles 4, is supported in bearings 17, 18 which are mounted on the stationary support shaft 16 sit. The shafts 1 and 6 are arranged between the ends of this stationary support shaft 16, the lower section 16a of the shaft 16, which extends down to below the turbine A , is hollow.

so daß die Antriebsflüssigkeit durch eine Öffnung 166 in der Welle 16 zu den Düsen 4 gelangen kann. Die Ausbildung ist sonst genauso wie bei den anderen Figuren, wobei wieder gleiche Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Um einen Austritt des Aniriebsmediums außer durch die Düsen 4 zu verhindern, sind zwischen den Wellen 1 und 16 Dichtungen Ic vorgesehen.so that the drive fluid through an opening 166 in the shaft 16 can reach the nozzles 4. The training is otherwise the same as with the others Figures, the same parts again being denoted by the same reference numerals. To allow the Abrasive medium to be prevented except through the nozzles 4 are between shafts 1 and 16 Seals Ic provided.

Versuche haben gezeigt, daß eine Turbine gemäß der Erfindung einen wesentlich verbesserten Wirkungsgrad im Vergleich mit einer normalen Turbine mit festen Düsen aufweist. Wenn 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 to a normal turbine with fixed nozzles. If, for example, a normal turbine working with fixed nozzles has an efficiency of 50%, a correspondingly bladed turbine according to the invention will 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 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 Impulswasserturbine zum Antrieb von gegenläufigen Gebläselaufrädern von Wasser-Kühltürmen oder luftgekühlten Wärmetauschern Verwendung findet.Even if a turbine according to the invention is used in every application that is used today for turbines is, has advantages, it is special there expedient where it is used as a pulse water turbine to drive counter-rotating fan impellers from Water cooling towers or air-cooled heat exchangers are used.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claims: '

1. Liquid turbine to drive two coaxial shafts in opposite directions, of which the outer one is mounted on the inner one, one shaft being connected to the nozzle arrangement and the other shaft being connected to the wheel carrying the impact elements. characterized in that the turbine (A) is used to drive counter-rotating fan impellers of water cooling towers or air-cooled heat exchangers, - a fan wheel (5, 8) being attached to the end area of the two shafts opposite the turbine

2. Liquid turbine according to claim 1, characterized in that the two fan impellers (5, 8) are arranged within a common casing (12).

3. Liquid turbine according to claim 1, characterized in that the two shafts (1, 6) in a common bearing housing (13) are mounted.

4. Liquid turbine according to claim 1, characterized in that the two shafts (1, 6) as Hollow shafts are formed and mounted on a fixed support shaft (16).