DE202010017157U1 - Einrichtungen zur Effizienzerhöhung für Radialturbinen in ORC-Anlagen - Google Patents
Einrichtungen zur Effizienzerhöhung für Radialturbinen in ORC-Anlagen Download PDFInfo
- Publication number
- DE202010017157U1 DE202010017157U1 DE202010017157U DE202010017157U DE202010017157U1 DE 202010017157 U1 DE202010017157 U1 DE 202010017157U1 DE 202010017157 U DE202010017157 U DE 202010017157U DE 202010017157 U DE202010017157 U DE 202010017157U DE 202010017157 U1 DE202010017157 U1 DE 202010017157U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- axis
- turbines
- rotation
- steam
- guide body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
- F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
- F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/40—Application in turbochargers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
- Definition
- Als Turbine wird hier ein System bezeichnet, in denen Dampf unter einem Druck einströmt, in einem feststehenden Düsensystem (Leitbeschaufelung) entspannt und hierbei beschleunigt wird. Nach dem Düsensystem wird der Dampf über einem rotierenden Schaufelsystem (Laufbeschaufelung) umgelenkt, eventuell weiter entspannt und gibt dabei seine Strömungsenergie über die Schaufeln an eine verbundene Welle ab. Von der Welle wird die Rotationsenergie danach zur weiteren Nutzung übertragen. U. a. können durch die Welle Generatoren zur Stromerzeugung angetrieben werden.
- Radialturbinen sind gegenüber Axialturbinen dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf sich durch das Düsensystem zur Rotationsachse des Laufrades hin bewegt und nach Nutzung der Strömungsenergie parallel zu dieser Rotationsachse abströmt.
- Eine ORC-Anlage ist durch das Vorhandensein von Verdampfern, Kondensatoren, Turbinen und Pumpen gekennzeichnet, in denen ein anderes Medium als Wasser zum Zwecke der Umwandlung von thermischer in elektrischer Energie die Zustände von flüssig zu gasförmig und umgedreht wechselt.
- Anwendung
- Radialturbinen finden oft in ORC-Anlagen mit geringer Leistung zum Antrieb eines elektrischen Generators Anwendung. Mittels dieser ORC-Anlagen wird z. B. aus der Abwärme von Verbrennungsmotoren noch zusätzlich elektrische Energie gewonnen.
- Sowohl Düsenkränze als auch Schaufelräder von Radialturbinen können oft preisgünstig als prismatische Körper meist aus jeweils einem Stück gefertigt werden.
- Die Erfindung bewirkt mit einfachen Mitteln durch ein preiswertes zusätzliches Teil eine Effizienzerhöhung solcher Turbinen und damit der gesamten ORC-Anlagen.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1) Stand der Technik – Schnittbild eines üblichen Düsen-Schaufelsystem einer Turbine mit Dampfströmung unterhalb der Schallgeschwindigkeit. Man kann die um 90° in axiale Richtung unterschiedlichen Winkel der Schaufelein- und Austrittskanten erkennen. -
2) Stand der Technik – Zeigt das Schnittbild ein Düsen-Schaufelsystem für Überschallströmung ohne zusätzliche Maßnahmen zur Vergleichmäßigung der Dampfströmung nach dem Passieren des Schaufelrades. -
3) Stand der Technik – Zeigt das Schaufelrad und den Diffuser von2) wobei im Diffuser Strömungsleitkörper zur Verringerung der Wirbelbildung eingebaut sind. -
4) Zeigt das System von2) mit den axial innerhalb des Schaufelrades liegenden erfindungsgemäßen Leitkörpern. -
5a) Zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus4) zur Verdeutlichung der Wirkung der Leitkörper. -
5b) Zeigt einen Teil der Schaufeln des Schaufelrades, die zur Verdeutlichung ihrer Geometrie quer zur Schaufelachse geschnitten wurden. - Stand der Technik
-
1) Eine Anzahl radialer Turbinen besitzen Schaufeln (21 ), deren Kanten am Dampfeintritt axial ausgerichtet sind und am Dampfaustritt in radiale Richtung weisen. Das Schaufelrad (2 ) einer solchen Turbine ist dann ähnlich wie das Schaufelrad eines Verdichters gestaltet, bei dem der Dampf durch die Schaufeln getrieben, in die entgegen zur Turbine gesetzte Richtung strömt. - Die Dampfströmung (
51 ) wird bereits innerhalb der Schaufel (21 ) umgelenkt und ist nach dem Austritt aus den Schaufelkanälen (20 ) bereits axial zum Schaufelrad gerichtet (53 ). - Diese Bauart von Schaufelrädern bzw. Beschaufelung ist nur für Dampfgeschwindigkeiten unterhalb der Schallgeschwindigkeit geeignet.
-
2) Für Überschallströmungen durch das Schaufelrad (2 ) sind in der Regel sowohl die angeströmte als auch die in Abströmungsrichtung liegenden Kanten der Schaufeln (21 ) und somit auch diese selbst parallel (axial) zur Welle ausgerichtet. - Der überwiegende Teil der Dampfströmung (
51 ) wird erst nach dem Passieren der Schaufeln (21 ) bzw. des Schaufelkanals (20 ) parallel zur Rotationsachse des Schaufelrades gelenkt (53 ). Hierbei entstehen an der äußeren Umlenkkante meist unerwünschte Wirbel (54 ), welche die noch nutzbare Strömungsenergie lediglich in Wärme umwandeln. -
3) Bekannte Maßnamen zur Verminderung dieses Effektes der Wirbelbildung (54 ) ist ein im Schaufelrad (2 ) längs zur Rotationsachse eingearbeiteter gekrümmter Kegel und das Einbringen von Leitkörpern (31 ) in die Strömung (53 ) im Abströmkanal bzw. Diffuser (4 ) hinter dem Schaufelrad. Trotz dieser Maßnahmen verbleiben Restwirbel (54 ). Insbesondere der geometrisch vorgegebene große Unterschied zwischen dem Krümmungsradius des Laufradkegels und dem der inneren Kante der Bandage (22 ) über den Schaufeln (21 ) sowie eine hohe Abströmgeschwindigkeit verhindern ein gleichmäßiges Abströmen des Dampfes. - Beschreibung der Erfindung
-
4 ,5) Erfindungsgemäß wird der radial aus die Dampfströmung (53 ) schon unmittelbar nach den Schaufeln axial durch Leitkörper (31 ) mehrfach aufgeteilt und zum großen Teil noch innerhalb des Schaufelrades (2 ) parallel zu dessen Rotationsachse gelenkt. - Der oder die Leitkörper (
31 ) sind ringförmig gestaltet. Das Profil der Ringe ist strömungsgünstig. Die zum Schaufelrad weisende Kante ist radial vom Zentrum weg gekrümmt. Die auf der axialen Gegenseite befindliche Kante weist vom Schaufelrad weg. Die Krümmung des Profils der Leitkörper ist so gestaltet, dass der Sie umströmende Dampf (53 ) kontinuierlich parallel zur Maschinenachse gelenkt wird. - Werden mehrere ringförmige Leitkörper (
31 ) verwendet, so weisen die Abströmkanten dieser Körper unterschiedliche Durchmesser auf, während es zweckmäßig ist, dass die Anströmkanten den gleichen Durchmesser besitzen und möglichst dicht an den Austrittskanten der Schaufeln positioniert sind. - Der oder die Leitkörper bzw. Ringe (
31 ), (32 ) werden über Stege (33 ) vorzugsweise mit dem Dampfgehäuse oder dem Diffuser der Turbine verbunden, so dass auf sie wegen der Umlenkung des Dampfes wirkende Kräfte nicht auf die Welle übertragen werden. Die Befestigung am Dampfgehäuse kann ebenfalls als Ring (34 ) ausgeführt sein. - Es ist auch denkbar, diese Ringe am Schaufelrad zu befestigen, so dass sie mit rotieren.
- Bezugszeichenliste
-
- Fig. 1)
- Schnitt durch Teile einer herkömmlichen Axialturbine für Unterschallströmung
- Fig. 2)
- Schnitt durch Teile einer herkömmlichen Axialturbine für Überschallströmung
- Fig. 3)
- Schnitt durch Teile einer Axialturbine für Überschallströmung mit herkömmlichen Leitkörpern nach dem Schaufelrad
- Fig. 4)
- Schnitt durch Teile einer Axialturbine für Überschallströmung mit erfindungsgemäßen Leitkörpern im Schaufelrad
- Fig. 5a)
- Details aus
4) - Fig. 5b)
- Schnitt durch Schaufeln des Schaufelrades aus
5a) - Fig. 1–5)
- Bezeichnung der Details
- 1
- Düsenring
- 2
- Laufrad
- 3
- Leitkörper
- 4
- Diffuser
- 5
- Strömungsrichtung
- 6
- Abstände
- 10
- Düsenkanal
- 11
- Abdeckung der Düsen
- 20
- Schaufelkanal
- 21
- Schaufel
- 22
- Bandage an Schaufel
- 30
- Kanal zwischen den Leitkörpern
- 31
- Leitkörper 1
- 32
- Leitkörper 2
- 33
- Verbindungssteg zwischen den Leitkörpern und der Befestigung
- 34
- Befestigungsring der Leitkörper
- 40
- Kanal im Diffuser
- 50
- Strömung im Düsenkanal
- 51
- Strömung im Schaufelkanal
- 52
- Strömung zwischen den Leitkörpern
- 53
- Strömung im Diffuser
- 54
- Strömungsablösung im Diffuser
- 60
- Schaufelhöhe am Schaufelkanalaustritt
- 61
- Axialer Abstand zwischen Schaufelradscheibe und Leitkörper 1
- 62
- Axialer Abstand zwischen Leitkörper 1 und Leitkörper 2
- 63
- Axialer Abstand zwischen Leitkörper 2 und dem Schaufelkopf bzw. der Bandage
Claims (5)
- Turbinen, die mindestens einen Leitkörper besitzen, von dem eine Kante in radialer Richtung zur Rotationsachse des Schaufelrades weist und dessen andere Kante in die gleiche Richtung wie die Rotationsachse zeigt, wobei dieser Leitkörper betriebsmäßig den aus den Schaufelkanälen strömenden Dampf von radialer Richtung in axiale Richtung lenkt und sowohl die zur Rotationsachse des Schaufelrades weisende Seite als auch die gegenüber liegende Seite des Leitkörpers betriebsmäßig von Dampf umströmt werden.
- Turbinen nach 1. die mehrere wie in 1. beschriebenen Leitkörper aufweisen, deren in Richtung der Rotationsachse weisende Kanten einen unterschiedlichen radialen Abstand zu dieser haben und deren an den entgegen gesetzten Enden liegenden Kanten vorzugsweise in radiale Richtung zu den Schaufeln des Schaufelrades weisen.
- Turbinen mit auf der mit dem Schaufelrad verbundenen Welle befindlichen Permanentmagneten, welche auch als so genannte Turbogeneratoren bezeichnet werden auf deren Turbinenteil die Ansprüche von 1. und 2. zutreffen.
- ORC-Anlagen, die Komponenten nach 1., 2. oder 3. enthalten.
- Verdichter, die wie 1., 2. oder 3. aufgebaut sind, bei denen der Dampf aber funktionsbedingt entgegen der bei den Turbinen beschriebenen Richtung fließt.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202010017157U DE202010017157U1 (de) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Einrichtungen zur Effizienzerhöhung für Radialturbinen in ORC-Anlagen |
EP18209322.9A EP3480425B1 (de) | 2010-12-30 | 2011-12-30 | Radialturbine |
PCT/EP2011/074330 WO2012089837A1 (de) | 2010-12-30 | 2011-12-30 | Strömungsmaschine |
EP11802969.3A EP2659093B1 (de) | 2010-12-30 | 2011-12-30 | Strömungsmaschine |
US13/718,582 US9322414B2 (en) | 2010-12-30 | 2012-12-18 | Turbomachine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202010017157U DE202010017157U1 (de) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Einrichtungen zur Effizienzerhöhung für Radialturbinen in ORC-Anlagen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202010017157U1 true DE202010017157U1 (de) | 2011-03-17 |
Family
ID=43799270
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202010017157U Expired - Lifetime DE202010017157U1 (de) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Einrichtungen zur Effizienzerhöhung für Radialturbinen in ORC-Anlagen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202010017157U1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3480425A1 (de) | 2010-12-30 | 2019-05-08 | Duerr Cyplan Ltd. | Strömungsmaschine |
CN110382869A (zh) * | 2017-03-07 | 2019-10-25 | Ifp新能源公司 | 用于流体回路、具体是用于特别是朗肯循环型的闭合回路的涡轮泵 |
CN113074022A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-06 | 北京理工大学 | 一种使用轴流导叶的向心涡轮 |
-
2010
- 2010-12-30 DE DE202010017157U patent/DE202010017157U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3480425A1 (de) | 2010-12-30 | 2019-05-08 | Duerr Cyplan Ltd. | Strömungsmaschine |
CN110382869A (zh) * | 2017-03-07 | 2019-10-25 | Ifp新能源公司 | 用于流体回路、具体是用于特别是朗肯循环型的闭合回路的涡轮泵 |
CN113074022A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-06 | 北京理工大学 | 一种使用轴流导叶的向心涡轮 |
CN113074022B (zh) * | 2021-04-12 | 2022-06-14 | 北京理工大学 | 一种使用轴流导叶的向心涡轮 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2526285B1 (de) | Wasserturbine | |
DE3213810A1 (de) | Turbine und deren verwendung | |
DE102016201256A1 (de) | Strömungsmaschine mit beschaufeltem Diffusor | |
WO2019076514A1 (de) | Strömungsenergieanlage, insbesondere mantelwindturbine | |
DE202010017157U1 (de) | Einrichtungen zur Effizienzerhöhung für Radialturbinen in ORC-Anlagen | |
DE102010056557A1 (de) | Einrichtung zur Effizienzerhöhung für Radialturbinen in ORC-Anlagen | |
EP3164578B1 (de) | Abströmbereich einer turbine eines abgasturboladers | |
EP2519739B1 (de) | Turbinenanordnung zur umwandlung von in einer strömung eines fluids enthaltener energie in elektrische energie | |
DE102014017372A1 (de) | Pumpturbine sowie Pumpspeicherkraftwerk mit einer solchen Pumpturbine | |
DE202007010614U1 (de) | Windkraftanlage mit einer Ummantelung der Schaufelturbinen und mit Anwendung von Vorrichtungen zur Erzeugung von Drehströmungen hinter der Anlage | |
DE202008000543U1 (de) | Turbine | |
DE102006019345A1 (de) | Windkraftanlage | |
DE102011107557A1 (de) | Strömungspumpe | |
EP2659093B1 (de) | Strömungsmaschine | |
EP2369171B1 (de) | Wasserkraftanlage | |
AT518291A1 (de) | Laufradschaufel einer hydraulischen strömungsmaschine mit antikavitationsleiste und antikavitationsleiste für eine laufradschaufel | |
DE102008051953A1 (de) | Antriebssystem zur Optimierung von Windkraftanlagen | |
EP4031752B1 (de) | Konzentrische einleitung des waste-gate-massenstroms in einen strömungsoptimierten axialdiffusor | |
DE102011117593A1 (de) | Verbesserte Beschauflung für Gleichdruckturbinen mit Überschallströmung | |
DE10028053C2 (de) | Strömungskraftmaschine zur Nutzung geringer Druckdifferenzen | |
DE202017005512U1 (de) | Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Rotationsenergie in Vortrieb durch Erzeugung von Strömungsenergie | |
DE102011111144A1 (de) | Propulsionsmittel für Fluggeräte oder Schiffe | |
DE102018006175B4 (de) | Kaskadenturbine | |
EP3147458A1 (de) | Niederdrucksystem für eine dampfturbine und dampfturbine | |
DE10027676C2 (de) | Bauteil für eine Strömungsmaschine zur Erzeugung einer gerichteten Kraft |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20110421 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: WOLF & LUTZ, 70193 STUTTGART, DE Representative=s name: WOLF & LUTZ, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: DUERR CYPLAN LTD., GB Free format text: FORMER OWNER: DUERR CYPLAN LTD., READING, GB Effective date: 20120206 Owner name: ECKERT, FRANK, DE Free format text: FORMER OWNER: DUERR CYPLAN LTD., READING, GB Effective date: 20120206 Owner name: DUERR CYPLAN LTD., GB Free format text: FORMER OWNER: ECKERT, FRANK, 07356 BAD LOBENSTEIN, DE Effective date: 20120206 Owner name: ECKERT, FRANK, DE Free format text: FORMER OWNER: ECKERT, FRANK, 07356 BAD LOBENSTEIN, DE Effective date: 20120206 Owner name: DUERR CYPLAN LTD., READING, GB Free format text: FORMER OWNER: DUERR CYPLAN LTD., READING, BERKSHIRE, GB Effective date: 20120206 Owner name: ECKERT, FRANK, DE Free format text: FORMER OWNER: DUERR CYPLAN LTD., READING, BERKSHIRE, GB Effective date: 20120206 Owner name: DUERR CYPLAN LTD., READING, GB Free format text: FORMER OWNER: ECKERT, FRANK, 07356 BAD LOBENSTEIN, DE Effective date: 20120206 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE WOLF & LUTZ, DE Effective date: 20120206 Representative=s name: PFIZ/GAUSS PATENTANWAELTE PARTMBB, DE Effective date: 20120206 Representative=s name: WOLF, PFIZ & GAUSS PATENTANWAELTE PARTNERSCHAF, DE Effective date: 20120206 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20140116 |
|
R087 | Non-binding licensing interest withdrawn | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: DUERR CYPLAN LTD., READING, GB Free format text: FORMER OWNERS: DUERR CYPLAN LTD., READING, BERKSHIRE, GB; ECKERT, FRANK, 07356 BAD LOBENSTEIN, DE Owner name: DUERR SYSTEMS AG, DE Free format text: FORMER OWNERS: DUERR CYPLAN LTD., READING, BERKSHIRE, GB; ECKERT, FRANK, 07356 BAD LOBENSTEIN, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PFIZ/GAUSS PATENTANWAELTE PARTMBB, DE |
|
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: DUERR SYSTEMS AG, DE Free format text: FORMER OWNER: DUERR CYPLAN LTD., READING, BERKSHIRE, GB |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PFIZ/GAUSS PATENTANWAELTE PARTMBB, DE |
|
R071 | Expiry of right |