DE19950642A1 - Hydraulische Strömungsmaschinen - Google Patents
Hydraulische StrömungsmaschinenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Strömungsmaschine zur Energieumwandlung für die Energieversorgung von Energieverbrauchern jeglicher Art. Es war Aufgabe, eine hydraulische Strömungsmaschine zu schaffen die, die ausschließlich durch den atmosphärischen Luftdruck bedingte Strömungsleistung einer aufsteigenden Wassersäule nutzt, die Strömungsleistung des ausfließenden Wasserstroms negativ beeinflussenden Energieverlustse minmiert und den Wirkungsgrad einer solchen Maschine optimiert. Die Erfindung ist gekennzeichnet, durch einen im Ausgangsbereich eines Saugrohrs angeordneten Einlaufgleichrichter, einen am Außendurchmesser eine Drehscheibe angeordneten Ringkanal mit an dessen Mantelfläche angeordneten Austrittsöffnungen, der auf dem Ausgangsbereich mit der Drehscheibe um eine Vertikale drehbar angeordnet ist, daß der Einlaufgleichrichter Strömungskanäle mit definierten Neigungswinkeln aufweist, die die aufsteigende Wassersäule in Richtung ihrer Absolutbahn lenken und auf ihre Absolutgeschwindigkeit im Ringkanal beschleunigen und daß im Ringkanal angeordnete Mitnehmer das Wasser auf Umlaufgeschwindigkeit halten und durch die Drehzahl der Drehscheibe die Zentrifugalkraft einen Druck auf das umlaufende Wasser ausübt, der zusammen mit der Strömungsleistung der Wassersäule einen Überdruck erzeugt.
Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Strömungsmaschine zur
Energieumwandlung für die Energieversorgung von Energieverbrauchern jeglicher
Art.
Aus Fritz Dietzel, "Turbinen, Pumpen und Verdichtet"; 1. Auflage 1980, 195-199
und 260-261, sowie aus Dubbel, Band II, 13. Auflage 414-415, sind hydraulische
Strömungsmaschinen wie zum Beispiel Kreiselpumpen bekannt, die durch ein
feststehendes vertikales Saugrohr gekennzeichnet sind, daß einerseits in das
Zentrum eines horizontal zur Achse des Saugrohrs rotierenden Schaufelrades mit
radial vom Zentrum zum Außendurchmesser des Schaufelrades verlaufenden
Schaufelkanälen und andererseits in ein Wasserreservoir mündet, um mittels des
Schaufelrads eine bestimmte Wassermenge/Zeiteinheit aus dem Wasserreservoir
vertikal auf eine bestimmte Förderhöhe zu bringen. Um das Schaufelrad in
Drehung zu versetzen, wird die Antriebsleistung einer Pumpe benötigt, wobei der
atmosphärische Luftdruck die Wassersäule in das Saugrohr und von da in das
Schaufelrad drückt. Dabei muß das Wasser von der vertikalen Richtung im
Saugrohr in eine radiale Richtung im Schaufelrad umgelenkt werden. Mittels des
Drehmoments am Schaufelrad sowie der Zentrifugalkraft muß das Wasser
innerhalb der Schaufelkanäle von der im Zentrum des Schaufelrads bestehenden
kleineren Umlaufgeschwindigkeit auf die am Außendurchmesser erforderliche
Umlauf- und Austrittsgeschwindigkeit beschleunigt und transportiert werden. Die
dafür erforderlichen Beschleunigungskräfte müssen von dem Antrieb der Pumpe
zur Verfügung gestellt werden. Beim Verlassen des Schaufelrads trifft das Wasser
auf ein feststehendes Leitrad der Pumpe oder in ein Spiralgehäuse, wodurch die
Austrittsgeschwindigkeit des Wassers beim Austreten aus dem Schaufelrad in
Druckenergie umwandelt wird. Das Wasser wird aus dem Spiralgehäuse in einen
Druckstutzen geleitet, in dem es auf seine Förderhöhe gebracht wird. Bei dieser
Konstruktion wird die Antriebsleistung des Schaufelrades von der Förderhöhe und
dem Fördervolumen des Wassers/pro Zeiteinheit sowie von den Energieverlusten
bestimmt.
Ein teilweise vor dem Schaufelrad vorgeschalteter Einlaufgleichrichter lenkt zwar
das Wasser vor Eintritt desselben in das Schaufelrad und gibt ihm einen Drall,
wodurch die erforderliche Antriebsleistung bei der Umlenkung des vertikal aus
dem Saugrohr aufsteigenden Wassers in die radiale Bewegungsrichtung im
Schaufelrad und dessen Beschleunigung verringert wird. Trotzdem ist die
erforderliche Antriebsleistung für die Beförderung des Wassers zum
Außendurchmesser des Schaufelrads sowie dessen erforderliche
Restbeschleunigung noch so hoch, daß hohe Energieverluste die Folge sind, die
wiederum durch ständige kontinuierliche Energiezufuhr ausgeglichen werden
müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische
Strömungsmaschine zu schaffen die, die ausschließlich durch den
atmosphärischen Luftdruck bedingte Strömungsleistung einer in einem Saugrohr
aufsteigenden Wassersäule eines beliebigen Wasserreservoirs nutzt, die
Strömungsleistung des ausfließenden Wasserstroms negativ beeinflussenden
Energieverluste minimiert und den Wirkungsgrad einer solchen Maschine
optimiert.
Die Aufgabe wird durch eine hydraulische Strömungsmaschine mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 1 zeichnet sich dadurch
aus, daß sie das herkömmliche Laufrad ablöst und durch einen im
Ausgangsbereich eines Saugrohrs angeordneten Einlaufgleichrichter, dessen
Einmündung in einen am Außendurchmesser einer Drehscheibe angeordneten
Ringkanal und an der Mantelfläche des Ringkanals angeordnete
Austrittsöffnungen ersetzt. So wird die im Saugrohr vertikal aufsteigende
Wassersäule bereits im Ausgangsbereich des Saugrohrs durch im
Einlaufgleichrichter angeformte, in bestimmten Neigungswinkeln zu einer
Horizontalen der Drehscheibe und radial unter dem Ringkanal angeordnete
Strömungskanäle, in Richtung ihrer Absolutbahn in den Ringkanal gelenkt. Ein
großer Vorteil wird durch die Einmündung des Ausgangsbereiches mit dem
Einlaufgleichrichter in den am Außendurchmesser der Drehscheibe angeordneten
Ringkanal bewirkt. Der bisherige Weg des Wassers vom Zentrum zum
Außendurchmesser eines Laufrads verkürzt sich auf ein Minimum, da die aus dem
Ausgangsbereich des Saugrohrs durch den Einlaufgleichrichter geführte
Wassersäule erfindungsgemäß direkt in den am Außendurchmesser der
Drehscheibe angeordneten Ringkanal gelenkt wird. Dabei verhält sich die Summe
der Querschnitte aller Strömungskanäle des Einlaufgleichrichters zur Summe der
Querschnitte aller Austrittsöffnungen des Ringkanals so, daß die im Saugrohr
aufsteigende Wassersäule im Einlaufgleichrichter auf ihre Absolutgeschwindigkeit
im Ringkanal beschleunigt wird, wodurch die bisher erforderliche Beschleunigung
des Wassers auf dem Weg vom Zentrum zum Außendurchmesser des Laufrades
und der für diesen Vorgang erforderliche Energieaufwand entfällt und das Wasser
im Ringkanal durch die dort angeordneten Mitnehmer nur noch auf
Umlaufgeschwindigkeit gehalten werden muß. Da die Strömungsleistung des aus
dem Saugrohr aufsteigenden Wassers ebenso groß ist wie die Strömungsleistung
des aus den Austrittsöffnungen ausströmenden Wassers ist gegenüber dem
atmosphärischen Luftdruck ein Überdruck notwendig, damit das Wasser aus den
Austrittsöffnungen ausfließen kann. Dieser wird dadurch erreicht, daß die
Drehzahl der Drehscheibe und des Ringkanals so definiert ist, daß die
Zentrifugalkraft einen Druck auf das im Ringkanal umlaufende Wasser ausübt, der
zusammen mit der Strömungsleistung des aufsteigenden Wassers aus dem
Saugrohr den Überdruck bildet. Die Drehbewegung der Drehscheibe und des
Ringkanals und die dabei entstehende Zentrifugalkraft wird nicht mehr zur
Beschleunigung des Wassers benötigt.
Das Saugrohr gemäß Anspruch 2 besitzt vom Eingang des Saugraums unterhalb
der Wasseroberfläche bis zum Ausgangsbereich des Saugrohrs im Ringkanal
einen ringförmigen Saugraum und ermöglicht die vorteilhafte Anordnung des
Lagersatzes und des Antriebs wahlweise innerhalb des Saugrohrs oder oberhalb
der Drehscheibe. Außerdem unterstützt die verjüngte Ausführung des Saugraums
in dessen Ausgangsbereich durch den in diesem Bereich angeordneten
Einlaufgleichrichter die Beschleunigung der im ringförmigen Saugraum
aufsteigenden Wassersäule vorteilhaft.
Von großem Vorteil ist auch die durch die konstruktive Ausführung des Ringkanals
gemäß Anspruch 3 bedingte kurze Wegstrecke, die das Wasser vom Austritt aus
dem ringförmigen Saugraum über den am Außendurchmesser der Drehscheibe
angeordneten Ringkanal bis zu den Austrittsöffnungen an dessen Mantelfläche
zurücklegen muß, wobei die im Ringkanal vertikal zum Ausgangsbereich des
Saugrohrs gerichteten Mitnehmer das Wasser im Ringkanal auf dessen erreichter
Umlaufgeschwindigkeit halten.
Eine zweite Ausführungsvariante des Ringkanals nach Anspruch 4, in der der
Ringkanal in mehrere parallel zur Vertikalen verlaufende Bereiche untergliedert ist,
die in eine entsprechend größere Anzahl von Austrittsöffnungen münden, die
nebeneinander und übereinander auf dem Kreisumfang der Mantelfläche des
Ringkanals verteilt sind, unterstützt einen größeren Wasserdurchsatz pro
Zeiteinheit und minimiert den Weg des Wassers vom Austritt aus dem Saugrohr
im Ringkanal bis zu den Austrittsöffnungen nochmals.
Schließlich ist die abzugebende Energiemenge der erfindungsgemäßen
hydraulischen Strömungsmaschine gemäß Anspruch 6 in Abhängigkeit vom
Durchmesser der Drehscheibe, der Anzahl, Größe und Anordnungshöhe der über
dem Wasserspiegel des Wasserreservoirs angeordneten Austrittsöffnungen sowie
durch Bemessung der Antriebsleistung für die Energiezufuhr in der Startphase der
Anlage sowie zum Ausgleich der Anlagen bedingten Verluste bestimmt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher
beschrieben werden. Dabei zeigen die Zeichnungen in
Fig. 1 die Vorderansicht einer Ausführungsvariante einer hydraulischen
Strömungsmaschine mit einem hohlwandigen Saugrohr,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 von der Mündungsstelle des
Einlaufgleichrichters im Ausgangsbereich des Saugrohrs in den Ringkanal,
Fig. 3 eine Teilabwicklung A-A aus Fig. 2,
Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 1 bei nebeneinander und dreifach übereinander
angeordneten Austrittsöffnungen in der Mantelfläche des Ringkanals,
Fig. 5 eine Teilabwicklung B-B aus Fig. 4
Fig. 6 die Vorderansicht einer zweiten Ausführungsvariante der hydraulischen
Strömungsmaschine,
Fig. 7 Schnitt A-B aus Fig. 6 mit einer Draufsicht auf den Einlaufgleichrichter im
Ausgangsbereich des Saugrohrs,
Fig. 8 Schnitt C-D aus Fig. 6 mit einem Längsschnitt durch die hydraulische
Strömungsmaschine,
Fig. 9 Teilabwicklung E-F aus Fig. 8.
Fig. 1 zeigt die Vorderansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen
hydraulischen Strömungsmaschine, die aus einem Saugrohr 1, das sich mit
seinem Eingangsbereich 1" in einem Wasserreservoir 2 unterhalb des
Wasserspiegels befindet und dort mit einem Deckel 12 verschlossen oder
geöffnet werden kann. Das Saugrohr 1 besteht hier beispielsweise aus einem
hohlwandigen Zylinder, der durch eine Innenwand und eine Außenwand begrenzt
ist und einen ringförmigen Saugraum 16 bildet, der von einem ringförmigen
Eingangsbereich 1" und einem ringförmigen Ausgangsbereich 1' begrenzt ist. Der
Saugraumausgang 1' ist mit einem Einlaufgleichrichter 4 ausgestattet. Der in Fig. 2
dargestellte Ausschnitt zeigt, daß der ringförmige Saugraum 16 im
Ausgangsbereich 1' vorzugsweise verjüngt ausgeführt ist und daß in dem
verjüngten Bereich des Ausgangsbereichs 1' ein Einlaufgleichrichter 4 ringförmig
angeordnet ist. In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Anordnung der
Strömungskanäle 10, die in definierten Neigungswinkeln α1 und α2 zu einer
Horizontalen X der Drehscheibe 8 eingeformt sind und den Einlaufgleichrichter 4
bilden, ringförmig unter einem Ringkanal 7 einer Drehscheibe 8 verlaufen und mit
dem Ausgangsbereich 1' in den Ringkanal 7 münden. Auf dem ringförmigen
Ausgangsbereich 1' des Saugrohrs 1 ist der Ringkanal 7 aufgesetzt, der am
Außendurchmesser der Drehscheibe 8 angeformt und an seiner Mantelfläche mit,
in der Zeichnung nicht näher dargestellten, Austrittsöffnungen 9 ausgestattet ist
und gemäß Fig. 1 axial um die Vertikale Y des Saugrohrs 1 drehbar gelagert ist.
Die Drehscheibe 8 mit dem Ringkanal 7 wird durch einen beliebig angeordneten
Antrieb 5 in Drehung versetzt. Ein Lagersatz 13 trägt zur Minimierung der
Reibungsverluste der Drehscheibe 8 bei. In der Anlaufphase der Maschine ist das
Saugrohr 1 unterhalb der Wasseroberfläche durch einen Deckel 12 geschlossen.
Ein Ventil 14 läßt Wasser 3 aus einem über dem Ringkanal 7 angeordneten
Vorratsbehälter 15 in den Saugraum 16 des Saugrohrs 1 und den Ringkanal 7
fließen. Wenn diese mit Wasser 3 gefüllt sind und die Drehscheibe 8 mit dem
Ringkanal 7 eine definierte Drehzahl erreicht hat, wird der Deckel 12 vom Eingang
des Saugraums 1" entfernt und der Saugraum 16 kontinuierlich aus dem
Wasserreservoir 2 mit Wasser 3 versorgt. Die vorzugsweise ringförmige
Wassersäule steigt in den Einlaufgleichrichter 4 im Ausgangsbereich 1' und wird
durch die in den Neigungswinkeln α1 und α2 zu einer Horizontalen X der
Drehscheibe angeordneten Strömungskanäle 10 des Einlaufgleichrichters 4 in
seine Absolutbahn gelenkt durch entsprechende Auslegung eines etwa
trapezförmigen Querschnitts der Strömungskanäle 10 im Einlaufgleichrichter 4
und der Austrittsöffnungen 9 in der Mantelfläche des Ringkanals 7 wird die
Wassersäule im Einlaufgleichrichter 4 auf ihre Absolutgeschwindigkeit im
Ringkanal 7 beschleunigt, wobei das Wasser 3 durch in Fig. 3 näher dargestellte
Mitnehmer 11 auf Umlaufgeschwindigkeit gehalten wird. Die durch die definierte
Drehzahl der Drehscheibe 8 erzeugte Zentrifugalkraft im Ringkanal 7 übt einen
Druck aus auf das im Ringkanal 7 befindliche Wasser 3, der zusammen mit der
Strömungsleistung des aus dem Einlaufgleichrichter 4 austretenden Wassers 3
den erforderlichen Überdruck bildet, den das Wasser 3 benötigt, um aus den
Austrittsöffnungen 9 des Ringkanals 7 fließen und einen Energiewandler 6
antreiben zu können. Der Ringkanal 7 kann in einer weiteren Ausführungsform,
die in den Fig. 4 und 5 in einem Ausschnitt und einer Teilabwicklung näher
dargestellt ist, auch in mehrere vertikale Bereiche untergliedert sein, die in eine
Vielzahl in der Mantelfläche des Ringkanals 7 nebeneinander und übereinander
angeordnete Austrittsöffnungen 9 münden. Diese Variante hat den Vorteil, daß die
aus dem Ringkanal 7 abgegebene Wassermenge/Zeiteinheit weiter erhöht werden
kann. Die gewählte konstruktive Ausführung zum Start der Maschine stellt eine
von vielen möglichen Varianten dar. Dabei ist der Verschluß des Saugrohrs 1
unterhalb der Wasseroberfläche während der Anlaufphase der Maschine
besonders vorteilhaft, da er eine einfache Füllmöglichkeit der Strömungsmaschine
gewährleistet und das Ansaugen von Luft oder Schmutzteilchen vermeidet.
In Fig. 6 ist das Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Strömungsmaschine
dargestellt, die ein vorzugsweise 490 mm hohes Saugrohr 1 mit einem
Außendurchmesser von vorzugsweise 996 mm, einem Innendurchmesser von
960 mm aufweist. Gemäß Fig. 8 bildet der innere Durchmesser des Saugraums 16
von vorzugsweise 760 mm mit dem Außendurchmesser des Saugraums 16 von
960 mm am Ausgangsbereich 1' einen ringförmigen Raum mit vorzugsweise 100 mm
Höhe. Darunter erweitert sich der Saugraum 16 zum Zentrum hin mit einem
Winkel α von 30° zur Senkrechten. Im Ausgangsbereich 1' des Saugrohrs 1 ist ein
Einlaufgleichrichter 4 angeordnet, dessen fest mit dem Saugrohr 1 verbundene,
14 Schaufeln, gemäß Fig. 7, ringförmig im Ausgangsbereich 1' verteilt sind und
Strömungskanäle 10 bilden. Im Ausgangsbereich 1' nach Fig. 9 beträgt an der
äußeren Begrenzung der Strömungskanäle 10 der Neigungswinkel α2
vorzugsweise 32,2° zur Horizontalen X der Drehscheibe 8. Der Neigungswinkel
ändert sich stetig über die Breite der Strömungskanäle 10. An der inneren
Begrenzung der Strömungskanäle 10 weist er einen Neigungswinkel α1 von
vorzugsweise 48° zur Horizontalen X der Drehscheibe 8 auf. Am Ausgangsbereich
1' beträgt der etwa trapezförmige Querschnitt der Strömungskanäle 10, gemäß
Fig. 7, jeweils 88,15 cm2. Die Summe der Querschnitte der Strömungskanäle 10
beträgt somit 14 × 88,15 = 1234,1 cm. Eine Drehscheibe 8 ist vorzugsweise mit
einem Außendurchmesser von 1000 mm und einer Höhe von 150 mm ausgeführt.
Im Bereich des Außendurchmessers der Drehscheibe 8 ist ein Ringkanal 7 mit
vorzugsweise einer Breite von 100 mm und einer Höhe von 110 mm eingeformt.
Die Mantelfläche des Ringkanals 7 ist mit beispielsweise 26 gleichmäßig über die
Mantelfläche verteilt angeordneten Austrittsöffnungen 9 ausgestattet, die
vorzugsweise einen Querschnitt von 100 cm2 aufweisen. Die Summe der
Querschnitte der Austrittsöffnungen beträgt somit 26 × 100 = 2600 cm2. Die
Drehscheibe 8 ist mit dem an ihrem Außendurchmesser angeformten Ringkanal 7
ringförmig auf dem Ausgangsbereich 1' mit dem darin befindlichen
Einlaufgleichrichter 4 drehbar angeordneten, wobei der Ausgangsbereich 1' mit
dem Einlaufgleichrichter 4 um vorzugsweise 40 mm in die Drehscheibe 8 hinein
ragt und zum Ringkanal 7 geöffnet ist. Die Drehscheibe 8 mit dem Ringkanal 7 ist
um eine längs durch das Zentrum des Saugrohrs 1 verlaufende Vertikale Y mittig
mit einem Lagersatz 13 drehbar gelagert, wobei die Drehbewegung durch einen
Antrieb 5 erzeugt wird. Die Drehzahl der Drehscheibe 8 ist vorzugsweise auf 7,36 U/s
ausgelegt. Das Saugrohr 1 taucht mit seinem Eingangangsbereich 1"
vorzugsweise in einer Tiefe von 200 mm in ein Wasserreservoir 2 ein. Unter
Berücksichtigung eines atmosphärischen Luftdrucks von 10 N/cm2, einer
vorzugsweisen Breite des Ringkanals 7 einschließlich der Wanddicke der
Mantelfläche der Drehscheibe 8 von 12 cm, einer mittleren Höhe der Wassersäule
an den Austrittsöffnungen 9 von 0,35 m über dem Wasserspiegel und einer
Zentrifugalkraft von 10 N besteht an den Austrittsöffnungen 9 des Ringkanals 7,
unter Berücksichtigung eines Verlustes von 15%, ein Überdruck gegenüber dem
atmosphärischen Luftdruck von 8,2 N/cm2, wodurch eine Abflußgeschwindigkeit
von 12,42 m/s erreicht wird. Das Verhältnis der Summe der Querschnitte der
Austrittsöffnungen 9 zur Summe der Querschnitte der Strömungskanäle 10
beträgt 2600/1234,1 = 2,1. Das im Saugrohr 1 aufsteigende Wasser 3 wird im
Einlaufgleichrichter 4 auf eine Absolutgeschwindigkeit von 2,1 × 12,42 = 26,24 m/s
beschleunigt und in den Ringkanal 7 geleitet. Die aus der zwischen der
Abflußgeschwindigkeit von 12,42 m/s an den Austrittsöffnungen 9 und der
Umlaufgeschwindigkeit der Drehscheibe 8 von 23,12 m/s resultierende
Geschwindigkeit ist die Absolutgeschwindigkeit von 26,24 m/s.
Bedingt durch die Neigungswinkel α1 und α2 der Strömungskanäle 10 fließt das
Wasser aus den Strömungskanälen 10 in den Ringkanal 7 ohne einen größeren
Impuls an das im Ringkanal 7 umlaufende Wasser 3 abzugeben. Die horizontale
Geschwindigkeitskomponente des in den Ringkanal 7 einfließenden Wassers 3 ist
gleich der radiusbedingten Umlaufgeschwindigkeit des Ringkanals 7. Bei gut
gerundet ausgeführten Austrittsöffnungen 9 wird eine Gesamtausflußmenge des
Wassers von 3,14 m3/s erreicht. Unter Berücksichtigung der Verluste durch
Reibung und Umlenkung in Höhe von 15% kann die hydraulische
Strömungsmaschine im Ausführungsbeispiel eine Leistung von 253 kW abgeben.
1
Saugrohr,
1
' Ausgangsbereich,
1
" Eingangsbereich,
2
Wasserreservoir,
3
Wasser,
4
Einlaufgleichrichter,
5
Antrieb,
6
Energiewandler,
7
Ringkanal,
8
Drehscheibe,
9
Austrittsöffnungen,
10
Strömungskanäle,
11
Mitnehmer,
12
Deckel,
13
Lagersatz,
14
Ventil,
15
Vorratsbehälter,
16
Saugraum,
17
Öffnungs- und Schließvorrichtung
Claims (6)
1. Hydraulische Strömungsmaschine, bestehend aus einem Saugrohr (1) mit
Eingangsbereich (1") und Ausgangsbereich (1'), einem Wasserreservoir (2),
Wasser (3), einem Antrieb (5) und einem rotierenden Laufrad, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Ausgangsbereich (1') des Saugrohrs (1) ein
Einlaufgleichrichter (4) angeordnet ist und daß der Ausgangsbereich (1')
zusammen mit dem Einlaufgleichrichter (4) in einen Ringkanal (7) einer
Drehscheibe (8) mündet, wobei der Einlaufgleichrichter (4) und die Drehscheibe
(8) mit dem Ringkanal (7) das rotierende Laufrad ersetzen, daß der Ringkanal (7)
am Außendurchmesser der Drehscheibe (8) angeordnet ist, zu seiner
Mantelfläche gerichtete Austrittsöffnungen (9) aufweist, auf dem Ausgangsbereich
(1') mit der Drehscheibe (8) um eine Vertikale (Y) drehbar und zum
Ausgangsbereich (1') des Saugrohrs (1) geöffnet ist, daß der Einlaufgleichrichter
(4) radial unter dem Ringkanal (7) verlaufende Strömungskanäle (10) aufweist,
daß die Strömungskanäle (10) zum Ringkanal (7) verengt und in definierten
Neigungswinkeln (α1) und (α2) zu einer Horizontalen (X) der Drehscheibe (8)
ausgerichtet sind, im Ausgangsbereich (1') einen etwa trapezförmigen Querschnitt
aufweisen und das im Saugrohr (1) aufsteigende Wasser (3) in Richtung seiner
Absolutbahn im Ringkanal (7) lenken, wobei sich die Summe der Querschnitte
aller Strömungskanäle (10) des Einlaufgleichrichters (4) zur Summe der
Querschnitte aller Austrittsöffnungen (9) des Ringkanals (7) so verhält, daß die
Strömungskanäle (10) das aufsteigende Wasser (3) auf eine
Absolutgeschwindigkeit im Ringkanal (7) beschleunigen, daß im Ringkanal (7)
angeordnete Mitnehmer (11) das Wasser (3) auf einer Umlaufgeschwindigkeit
halten, wobei das Verhältnis der Summe der Querschnitte aller Austrittsöffnungen
(9) zur Summe der Querschnitte aller Strömungskanäle (10) dem Verhältnis der
Absolutgeschwindigkeit zur Abflußgeschwindigkeit des aus den Austrittsöffnungen
(9) abfließenden Wassers entspricht, daß die Drehzahl der Drehscheibe (8) und
des Ringkanals (7) so definiert ist, daß die auftretende Zentrifugalkraft einen
Druck auf das im Ringkanal (7) umlaufende Wasser (3) ausübt, der zusammen
mit der Strömungsleistung des aus dem Saugrohr (1) aufsteigenden Wassers (3)
einen Überdruck erzeugt und das Wasser (3) aus den Austrittsöffnungen (9) mit
der Strömungsleistung des aus dem Saugrohr (1) aufsteigenden Wassers (3)
ausfließen läßt und daß die Absolutgeschwindigkeit im Ringkanal (7) aus der
Abflußgeschwindigkeit an den Austrittsöffnungen (9), die durch den Überdruck
zustande kommt, und der Umlaufgeschwindigkeit der Drehscheibe (8) resultiert.
2. Hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Saugrohr (1) einen Saugraum (16) aufweist, der von
einer Innenwand und einer Außenwand sowie von dem Ausgangsbereich (1') und
dem Eingangsbereich (1") begrenzt ist, wobei der Saugraum (16) einen
ringförmigen Hohlraum bildet, der sich vom Eingangsbereich (1") zum
Ausgangsangsbereich (1') durch die über die Breite des Saugraums (16) radial
verlaufenden Strömungskanäle (10) des Einlaufgleichrichters (4) verengt.
3. Hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ringkanal (7) ein zur Decke und zum Zentrum der
Drehscheibe (8) geschlossener und zu seiner Mantelfläche sowie zum
Ausgangsbereich (1') des Saugrohrs (1) offener Hohlraum ist, wobei
nebeneinander auf dem Kreisumfang der Mantelfläche verteilt mehrere
Austrittsöffnungen (9) und im Hohlraum des Ringkanals (7) mehrere Mitnehmer
(11) vertikal zum Ausgangsbereich (1') des Saugrohrs (1) gerichtet angeordnet
sind.
4. Hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ringkanal (7) in mehrere parallel zur Vertikalen (Y) der
Drehscheibe (8) verlaufende Bereiche untergliedert ist, die in eine Vielzahl
nebeneinander und übereinander auf den Kreisumfang der Mantelfläche des
Ringkanals (7) verteilt angeordnete Austrittsöffnungen (9) münden.
5. Hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Saugraum (16) mit dem in das Wasserreservoir (2)
mündenden Eingangsbereich (1") und der Ringkanal (7) der Drehscheibe (8) in
den der Ausgangsbereich (1') mit dem Einlaufgleichrichter (4) münden mit Wasser
(3) gefüllt sind, daß der Antrieb (5) über den Lagersatz (13) die Drehscheibe (8)
mit dem Ringkanal (7) axial um die Vertikale (Y) bewegt, wobei nach Erreichung
einer definierten Drehzahl der Drehscheibe (8) mit dem Ringkanal (7) die
Zentrifugalkraft einen Druck auf das im Ringkanal (7) befindliche Wasser (3)
ausübt, das Wasserreservoir (2) den Saugraum (16) kontinuierlich mit Wasser (3)
versorgt, die Strömungsleistung im Saugrohr (1) und die Zentrifugalkraft im
Ringkanal (7) das Wasser (3) aus den Austrittsöffnungen (9) des Ringkanals (7)
austreten läßt und einem Energiewandler (6) zuführt.
6. Hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die abzugebende Energiemenge in Abhängigkeit vom
Durchmesser der Drehscheibe (8), der Anzahl, Größe und Anordnungshöhe der
über dem Wasserspiegel des Wasserreservoirs (2) angeordneten
Austrittsöffnungen (9) sowie von den jeweils auftretenden Verlusten bestimmt ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19950642A DE19950642A1 (de) | 1998-11-10 | 1999-10-20 | Hydraulische Strömungsmaschinen |
PCT/EP1999/008541 WO2000029747A2 (de) | 1998-11-10 | 1999-11-08 | Hydraulische strömungsmaschine |
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
DE19851779 | 1998-11-10 | ||
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19950642A1 true DE19950642A1 (de) | 2000-05-11 |
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ID=7887291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19950642A Withdrawn DE19950642A1 (de) | 1998-11-10 | 1999-10-20 | Hydraulische Strömungsmaschinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19950642A1 (de) |
-
1999
- 1999-10-20 DE DE19950642A patent/DE19950642A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |