DE2612118A1 - Turbine mit peripherer beschaufelung - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Jürgen WEINMILLER 2 2. ΜδΓΖ 1976

PATENT ASSESSOR

SOSPl GmbH

80OO München

Zeppeiinatr. 63

SOCIETE RATEAU 40, rue du Colisee 75008 PARIS Frankreich

TURBINE MIT PERIPHERER BESCHAUFELUNG

Die Erfindung betrifft eine peripher beschaufelte Turbine, die im Kompressor- oder Turbinenbetrieb arbeiten kann.

Sie besteht aus einer rotierenden Scheibe, an deren Peripherie Schaufeln befestigt sind, sowie aus einem torischen Kanal, in dem die Schaufeln umlaufen, so daß das strömende I-odium im Innern der Maschine zwischen der Eingangsöffnung und der Äusgangsöf fnung eine schraubenlinienförmige Bahn beschreibt,

Derartige Maschinen sind an sich bekannt; die Schaufeln sind im allgemeinen plan und stehen radial und senkrecht zur Scheibe. Manchmal sind sie versetzt zueinander an beiden Seiten äer Scheibe montiert, und der sie umgebende torische Kanal weist

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einen Querschnitt auf, der über die Schaufeln seitlich und nach oben, d.h. nach außen hin verlängert ist, jedoch in praktisch.derselben Höhe wie die Schaufelbasis liegt, so daß die strömende Flüssigkeit nur seitlich in die zwischen den Schaufeln liegenden Kanäle eindringen kann.

Maschinen dieser Bauart sind wirtschaftlicher als die herkömmlichen axialen oder zentrifugalen Turbinen bzw. radialen Turbinen. Auch weisen sie niedrigere Periphergeschwindigkeiten auf und sind wesentlich robuster als die angeführten herkömmlichen Maschinen.

Im Kompressorbetrieb eignen sich diese Maschinen besonders gut für eine Kompression mit geringer Durchsat^menge, jedoch hohem Druckgewinn. Ihre Verdichtungsleistung ist hoch, jedoch bleibt ihr Wirkungsgrad mit 0,35 bis 0,38 bei industriellen Einsatzfällen gering.

Fiel der Erfindung ist die Schaffung einer peripher beschaufelten Turbine mit verbessertem Leistungs- Wirkungsgrad und mit hoher Verdichtung beim Kompressorbetrieb.

Die erfindungsgemäße peripher beschaufelte Turbine ist dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt durch die Schaufeln in einer senkrecht zur Rotationsachse der Scheibe liegerden Ebene ähnlich wie bei Aktionsturbinen halbmondförmig ist und daß der Querschnitt durch eine die Achse der Maschine einschließende Ebene Freiräume zwischen der Innenwandung des torischen Kanals und der Schaufelbasis sowie zwischen der Außenwandung des torischen Kanals und dem oberen Teil der Schaufeln und auch zwischen den Jeitenwandungen des torischen Kanals und den Seiten der Schaufeln zeigt.

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Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Äusfuhrungsbexspiels der Erfindung unter Bezugnahme auf sieben Figuren näher erläutert.

Die Fig. 1 und 2 stellen schematisch eine bekannte peripher beschaufelte Turbine dar, und zwar im Schnitt durch eine die Maschinenachse einschließende Ebene (Fig. 1) bzw. eine vergrößerte Aufsicht von oben auf das Rad mit seinen Schaufeln (Fig. 2).

Fig. 3 zeigt im Schnitt durch eine senkrecht zur

Rotationsachse verlaufende Ebene entlang der Linie I-I der Fig. eine Hälfte einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Turbine.

Fig. 4 stellt dieselbe Maschine im Schnitt durch II-II gemäß Fig. 3 dar.

Fig. 5 zeigt dieselbe Maschine im Schnitt entlang III-III gemäß Fig. 3.

Fig. 6 bildet einen Schnitt entlang IV-IV aus Fig.

Fig. 7 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Maschine in derselben Schnittdarstellung wie Fig. 6.

In den Fig. 1 und 2 wird in schematischer Teilansicht eine bekannte peripher beschaufelte Turbine gezeigt, zu der eine rotierende Scheibe 100 gehört, die auf ihrer Peripherie zu beiden Scheibenseiten Schaufeln 101 und 102 jeweils versetzt zu-' einander trägt. Die Scheibe ist in einem Gehäuse 103 untergebracht, das aus mehreren Teilen besteht (hier nicht dargestellt). Dieses Gehäuse weist einen torischen Kanal 104 auf, in dessen

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Innerem sich die Schaufeln 101 und 102 drehen. Im torischen Kanal 104 und zwischen den Schaufeln wird die Strömungsrichtung des Mediums durch zwei Pfeile 105 und 106 dargestellt. Es ist außerdem zu sehen, daß das Medium in die Räume 107 zwischen den Schaufeln von der Seite her eindringt.

Die in Fig. 3 und 4 dargestellte erfindungsgemäße Maschine weist eine Scheibe 1 auf, die auf einer Welle 2 sitzt und in einem Gehäuse 3 auf Kugellagern 4, 5 (Fig. 4) rotieren kann. Die Scheibe 1 trägt auf ihrem Umfang Schaufeln 6. Diese laufen in einem torischen Kanal 7, der an eine Eingangsöffnung 8 und eine Ausgangsöffnung 9 angeschlossen ist, die durch eine Wandung 10 voneinander getrennt sind. Die Strömung erfolgt in Richtung eines Pfeils 11 für eine Maschine im Kompressorbetrieb.

Im Falle eines Turbinenbetriebs werden Eingang 8 und Ausgang 9 umgekehrt. Das gleiche gilt für die Drehrichtung, die in diesem Falle durch den Pfeil II¹ angedeutet ist. Eine im torischen Kanal untergebrachte Sperre 12 ermöglicht es, die Verluste an Flüssigkeit von der Eingangsöffnung 8 zur Ausgangsöffnung 9 bzw. umgekehrt von der Ausgangsöffnung 8 zur Eingangsöffnung 9 für den Fall eines Turbinenbetriebs auf ein Minimum zu reduzieren. Zwei aufeinanderfolgende Schaufeln wie beispielsweise 6A und 6B werden von Zwischenräumen wie beispielsweise 13 getrennt, und sie weisen verjüngte Ränder wie beispielsweise 14, 15 auf, wobei die Flüssigkeit in die Zwischenräume 13 in der von einem Pfeil 16 angegebenen Richtung eintritt; für den Fall eines Turbinenbetriebs folgt die Flüssigkeit der vom Pfeil 16' angegebenen Richtung.

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Fig. 5 zeigt die Anordnung der Schaufeln auf dem Umfang der Scheibe 1 von der konkaven Seite dieser Schaufeln aus gesehen, die im torischen Kanal 7 umlaufen. Dieser Kanal wird in der Ebene der Fig. 4 durch die Sperre 12 unterteilt, die dazu dient, die Ausgangs- und Eingangsöffnungen für die Flüssigkeit voneinander zu trennen.

In Fig. 5 wird die Strömungsrichtung der Flüssigkeit in den Räumen 13 zwischen den Schaufeln durch Pfeile angedeutet. Der torische Kanal 7 wird durch eine Verlängerung 17 der die Schaufel tragenden Scheibe in eine rechte und eine linke Hälfte aufgeteilt. Die Flüssigkeit dringt in die zwischen den Schaufeln liegenden Räume 13 (Fig. 3) radial von innen her ein und verläßt diese Räume radial außen, um durch den Seitenteil des torischen Kanals 7 wieder in den radial innenliegenden Bereich des torischen Kanals 7 zu gelangen, wie es durch die Pfeile 18A, 18B angedeutet ist; die Strömungsbahnen liegen dabei praktisch kreisförmig in der Ebene der Figur 5. Die Kombination aus der kreisförmigen Bewegung entlang den Pfeilen 18A, 18B und der durch die Schaufeln aufgezwungenen Längsbewegung im torischen Kanal 7 ergibt eine schraubenlinienformige Bewegung der Wasserfäden im Kanal von der Eingangsöffnung bis zur Ausgangsöffnung. Die Flüssigkeit kann also mindestens teilweise von der Innenseite der Schaufeln und nicht lediglich wie im Falle-der in Fig. dargestellten herkömmlichen Maschine seitlich in die Zwischenräume zwischen den Schaufeln eindringen.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt in einer die Rotationsachse einschließenden Ebene durch den Bereich der Eingangsöffnung 8, d.h. durch die Schnittachse IV-IV gemäß Fig. 3.

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Fig. 7 stellt eine Variante der erfindungsgemäßen Turbine in derselben Schnittdarstellung wie Fig. 6 dar. In dieser Variante wird ein Ablenk- bzw. Führungsteil 19 vorgesehen, das' die Wasserfäden zu den Seitenbereichen des torischen Kanals 7 leitet, so daß die Flüssigkeit in die zwischen den Schaufeln befindlichen Räume radial von innen her eindringt. Außerdem sind die Schaufeln 6 mit Seitenteilen 20 versehen, durch die das Medium dazu gebracht wird, entlang den Pfeilen zu strömen, d.h. durch den am kleineren Scheibenradius befindlichen Querschnitt in den Zwischenraum 13 einzutreten und durch den am größeren Durchmesser des Rades befindlichen Querschnitt auszutreten. In der Figur entspricht die Höhe der Seitenteile der Höhe der Schaufeln, jedoch können die Seitenteile auch niedriger sein und lediglich einen Teil der Schaufelhöhe be·? decken, damit die Flüssigkeit auch teilweise von der Seite her in die zwischen den Schaufeln befindlichen Räume gelangen kann.

Der Wirkungsgrad einer derartigen Maschine im Kompressorbetrieb erreicht nach neuesten Versuchen 50% mit industriell herstellbaren Anlagen; mit anderen Worten erreicht man eine Verbesserung um 30 bis 40% im Verhältnis zu bisher bekannten Kompressoren mit peripherer Beschaufelung.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Iy- Peripher beschaufelte Turbine, die aus einer rotierenden Scheibe, an deren Peripherie Schaufeln befestigt sind, und aus einem torischen Kanal besteht, in dem die Schaufeln umlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt durch die Schaufeln (8) in einer senkrecht zur Rotationsachse der Scheibe (1) liegenden Ebene ähnlich wie bei Aktionsturbinen halbmondförmig ist und daß der Querschnitt durch eine die Achse der Maschine einschließende Ebene Freiräume zwischen der Innenwandung des torischen Kanals (7) und der Schaufelbasis sowie zwischen der Außenwandung des torischen Kanals und dem oberen Teil der Schaufeln und auch zwischen den Seitenwandungen des torischen Kanals und den Seiten der Schaufeln zeigt.

   2 - Maschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln im Verhältnis zur Symmetrie—"■ ebene der sie tragenden Scheibe symmetrisch angeordnet sind.

   3 - Maschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß der torische Kanal zwischen Mediumeingang und -ausgang in der Maschine eine Sperre (12) aufweist, deren Profil zwei kontinuierliche Krümmungen besitzt, die beide tangential an die zylindrische Innenwandung des Kanals heranreichen und von denen eine tangential zur Ausgangskanalwandung und die andere tangential zur Eingangskanalwandung verläuft.

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   4 - Maschine gemäß Anspruch 3, dadurch geken nzeichnet, daß die Schaufeln sich verjüngende Ränder aufweisen, deren Außen— und Innenteile mit den Ebenen, die tangential zu den von den Rändern beschriebenen Zylindern verlaufen, spitze Winkel bilden.

   5 - Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennze ichnet, daß der Eingangskanal für das strömende Medium in seinem mittleren Bereich ein Führungsteil (19) für die eintretenden Stromfäden enthält, durch das diese den Seitenteilen des torischen Kanals zugeleitet werden, so daß die Stromfäden mit den Schaufeln an deren radial innerem Bereich in Berührung treten.

   6 - Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe zu beiden Seiten über mindestens einen Teil der Höhe der Schaufeln hinweg Seitenteile aufweist, die mit umlaufen und die zwischen den Schaufeln liegenden Räume (13) wenigstens teilweise seitlich abschließen.

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