DE3418946A1

DE3418946A1 - Radial-flow reaction turbine

Info

Publication number: DE3418946A1
Application number: DE19843418946
Authority: DE
Inventors: Elmar Dipl.-Ing. Putz (FH), 8380 Landau
Original assignee: PUTZ ELMAR DIPL ING FH
Current assignee: PUTZ ELMAR DIPL ING FH
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1985-11-28

Abstract

In the radial-flow reaction turbine, the entire flow of medium which impinges on the turbine is caught with the aid of a concomitantly rotating disc (No. 1) or by means of a fixed rear wall. In this arrangement, the axially inflowing flow of medium is deflected in a star shape through 90 degrees onto the sliding surfaces (No. 2), which are bent at only one end, and, at the said surfaces, brings about a rotation (No. 5) of the cylindrical unit. In order to avoid disturbing the throughflow of the medium in the manner described, a ring (No. 11) is attached at the front side, in the region of the sliding surfaces (No. 2). Depending on the construction, it is possible to dispense with the concomitant rotation of the ring (No. 11) and the disc (No. 1). <IMAGE>

Description

Dipl.-Ing. (PK) Elmar PutaJ-.Bi-Vol&iaiirsTarl'y 8380 LandauDipl.-Ing. (PK) Elmar PutaJ-.Bi-Vol & iaiirsTarl'y 8380 Landau

^. . Tel. 09951/390^. . Tel. 09951/390

Beschreibung nach § 3 der Anmeldebestimmungen Description according to § 3 of the registration requirements

Titel:Title:

Reaktions-Radial-Turbine (=RRT)Reaction Radial Turbine (= RRT)

Anwendungsgebiet :Field of use :

1.1.

Die Erfindung betrifft eine für flüssigkeiten und G-ase geeignete Turbine mit axialem Zufluß und radialem Abfluß.The invention relates to one for liquids and Gaseous turbine with axial inflow and radial outflow.

Zweck:Purpose:

Lösung:Solution:

2.2.

Es wird der Zweck verfolgt, eine Turbine zu schaffen, die ohne bewegliche Bauteile auskommt und dabei eine optimale Wirkungsgradbandbreite aufweist. Besonders zur Gewinnung von Energie aus V/ind wird bezweckt, durch gehäuseähnliche Verhältnisse Staudruck aufzubauen und die gesamte,von der RRT bestrichene Fläche zu nutzen.The aim is to create a turbine that does without moving parts and thereby has an optimal range of efficiency. Especially for the production of energy from V / ind The aim is to build up back pressure through housing-like conditions and the entire, swept by the RRT To use space.

3.13.1

Auf einer kreisförmigen Scheibe (1) aus stabilem Material werden im peripheren Bereich, mehrere zur Drehebene parallele (rechtwinkelig zur Scheibenebene) Gleitflächen (2) derart starr in der Zone(3) mit der Scheibe (1) verbunden, sodaß ein dem Kreissägenblatt ähnliches Profil entsteht. Die Gleitflächen (2) sind dabei von außen zum Zentrum hin um. den Neigungswinkel (4) insgesamt geneigt und in sich parallel zur Drehachse (23) gekrümmt (Fig. 2), sodaß sich bei axialem Mediumzufluß eine Orenung(5) der RP₁T ergibt. Die Gleitflächen (2) belegen einen möglichst geringen Teil des äußeren Randes der Scheibe (1). der i>;eiguttgswinkel(4), den die Gleitflächen (2) mit dem Radius (6) der Scheibe bilden, hängt von der Mediumgeschwindigkeit, von der Anzahl der Gleitflächen und von der gewünschten r.otationszahl ab. Je gröber der Neigungswinkel (a) ist, um so größerOn a circular disc (1) made of stable material, several sliding surfaces (2) parallel to the plane of rotation (at right angles to the plane of the disc) are rigidly connected to the disc (1) in the zone (3) so that a profile similar to the circular saw blade arises. The sliding surfaces (2) are around from the outside towards the center. the angle of inclination (4) inclined overall and curved in itself parallel to the axis of rotation (23) (FIG. 2), so that an orenation (5) of the RP ₁ T results with an axial flow of medium. The sliding surfaces (2) occupy the smallest possible part of the outer edge of the disc (1). the angle (4) that the sliding surfaces (2) form with the radius (6) of the disc depends on the speed of the medium, the number of sliding surfaces and the desired number of rotations. The coarser the angle of inclination (a), the greater

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ist die Rot&Mc««·, tfzwV.tfmgekohrit bei gleichem Mediumzufluß. Das günstigste Drehmoment wird mit gekrümmten Gleitflächen- nach Fig. 2 erreicht. Dabei wird die von den Gleitflächen (2) belegte Zone(3) radial in eine beliebige Anzahl gleicher Teile geteilt und der vor. einer Gleitfläche gebildete Zentriwinkel (7) wird in ebensoviele Teilw:ikel geteilt Die jeweiligen Schnittpunkte der Teile, beginnend bei Punkt A in aufsteigender Reihenfolgt· bis r"ankt B, ergeben die Krümmung der Gleitflächen. Bei radialer Beschaufelung wird somit an jedem Punkt der Gleitfläche die gleich= Winkelgeschwindigkeit erzeugt Es ist günstig, wenn zur stabileren Konstrukion "vor Punkt A (Fig.3) aus parallele Flächen (8) zurvorauslaufenden Gleitfläche (2) eingebaut werden, sodaß ein gebogener'Keil (9) entsteht, der für das Medium verschlossen ist.is the Rot & Mc «« ·, tfzwV.tfmgekohrit with the same medium inflow. The most favorable torque is achieved with curved sliding surfaces according to FIG. 2. Included the zone (3) occupied by the sliding surfaces (2) is divided radially into any number of equal parts and the before. A central angle (7) formed on a sliding surface is divided into just as many Teilw: ikel The respective intersections of the parts, starting at point A in ascending order · until r "ankt B, give the curvature of the sliding surfaces. With radial blading, the Sliding surface that generates the same = angular velocity. It is beneficial if for a more stable construction "before Point A (Fig. 3) from parallel surfaces (8) to the leading one Sliding surface (2) are installed, so that a curved 'wedge (9) is created for the medium is locked.

Zur einfacheren, aber weniger effektiven Konstruktion, kann es günstig sein, wenn ebene C-leitf lachen (29) eingebaut werden (Fig.4). Hierzu ergibt sich analog zu den gebogenen Keilen nach Fig. 3 eine v/eitere Stabilisierungsmcglichkeit zum Einrau von parallelen ebenen Flächen (10) nach Fig. z. Di-ε Gleitflächen(2) werden parallel zur Scheibe (1) von einem Ring (11), der die gleiche Gr^;:.'ie wie di^a Zone(3) hat, gegen den Mediumstrom abgedeckt. Lie axiale Hohe (12) zwischen der Scheibe (1) und dem Ring ("11) wird vorn Zulaufdurchrnesser (13) bestimmt. Es ist günstig, wenn die axiale Höhe so gewählt wird, da.i die Summe aller Austrittsflachen gleich oder kleiner ist, als die sich aus dem Zulaufdurchmesser (13) ergebende Kreisfläche. Eine Austrittsfläche ergibt sich aus der Breite der Zone (3) und aus der axialen Höhe"(12), bzw. bei Ausführung nach Fig. 3 und 5 aus dem kürzesten Abstand zwischen der Gleitfläche (2.bzw.29) und der Parallelfläche (S, bzw.10) und der axialen Höhe (12).For a simpler, but less effective construction, it can be beneficial if flat C-conductive surfaces (29) are installed (Fig. 4). For this purpose, analogous to the curved wedges according to FIG. 3, there is a further possibility of stabilization for roughening parallel flat surfaces (10) according to FIG . Di-ε sliding surfaces (2) are parallel to the disk (1) by a ring (11) of the same ^size; has .'ie as di ^a zone (3), covered against flow. The axial height (12) between the disk (1) and the ring ("11) is determined at the inlet diameter (13). It is advantageous if the axial height is chosen so that the sum of all exit areas is the same or smaller , as the circular area resulting from the inlet diameter (13). An exit area results from the width of the zone (3) and from the axial height "(12), or in the embodiment according to FIGS. 3 and 5 from the shortest distance between the sliding surface (2. or 29) and the parallel surface (S or 10) and the axial height (12).

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Zur Verwendung als Windturbine (Fig. 6) wird die Scheibe geteilt und zwar in eine kreisrunde, nicht drehbare Prallscheibe (18) in der Gröiae der Zulauföffnung (13) und in eine Ringkonstruktion (19), die der Zone (3) entspricht. Die Ringkonstruktion (19) ist, zusammen mit den Gleitflächen (2) und dem Ring (11), mit einem die Drehachse entbehrlich machenden Rad (20) verbunden, welches am Systemträger (21) drehbar befestigt ist. Der Systemträger (21) und die Prallscheibe (18) sind auf einem Drengesteil(^2; fest verankert, welches horizontal gegen den V/ind gedreht werden kann. Durch die axiale Verlagerung des Rades (20) hinter die Ringkonstruktion (19) und Prallscheibe (18) wird der drehbare Teil vom 'Vinddruck wesentlich entlastet, weil der axiale Druck von der fest verankerten Prallscheibe (18) aufgefangen wird und in einen radialen Druck umgelenkt. Der radiale Druck wird von den jeweils gegenüberliegenden Gleitflächen (2) statisch ausgeglichen. Zur Sturmsicherung besteht die Möglichkeit im Spalt (30) zwischen Prallscheibe (18) und Ringkonstruktion (19) eine Stabilisierung anzubringen.For use as a wind turbine (Fig. 6), the disc is divided into a circular one, not rotatable baffle plate (18) in the size of the inlet opening (13) and a ring construction (19), which corresponds to zone (3). The ring construction (19) is, together with the sliding surfaces (2) and the ring (11), with one that makes the axis of rotation unnecessary Wheel (20) connected, which is rotatably attached to the system carrier (21). The system carrier (21) and the baffle plate (18) are on a Drengesteil (^ 2; firmly anchored, which can be rotated horizontally against the V / ind. Due to the axial displacement of the wheel (20) behind the ring structure (19) and baffle plate (18) is the rotatable part of the 'Vinddruck significantly relieved because the axial pressure is absorbed by the firmly anchored baffle plate (18) and is deflected into a radial pressure. The radial pressure is of the opposite one Sliding surfaces (2) statically balanced. There is a possibility of storm protection in the gap (30) to attach a stabilization between the baffle plate (18) and the ring structure (19).

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit als Windturbine (Fig. 7), ebenfalls auf einer Drehplatte wie Fig. 6, jedoch nicht dargestellt, besteht darin, die RR¹T zwischen zwei frei stehenden Flächen einzubauen. Dabei hat die Frontfläche (25) eine, mit der Zulauföffnung (13) übereinstimmende, kreisförmige Öffnung¹·, die den Winddruck im Bereich des Ringes (11) aufnimmt. Die Rückwand (26) hat eine öffnung mit Lagerung für die Drehachse (23). Die Rückwand (26) erfillt die gleiche Funktion wie die unter 3.2 beschriebene Prallscheibe. Die Drehachse (23) '-"'ird bis zur Ebene des Rir.ges (11) verlängert, um auch den Ring (11) mit der Dre-r.achse (23) zu stabilisieren (27). Un den Axialdruck euf die RRT möglichst .gering zu halten, wird der zentrale Bereich der·Another possible application as a wind turbine (FIG. 7), also on a rotating plate like FIG. 6, but not shown, consists in installing the RR ¹ T between two free-standing surfaces. ^{The front surface (25) has a circular opening 1} , which corresponds to the inlet opening (13) and which absorbs the wind pressure in the area of the ring (11). The rear wall (26) has an opening with a bearing for the axis of rotation (23). The rear wall (26) fulfills the same function as the baffle plate described under 3.2. The axis of rotation (23) '- "' is extended to the level of the ridge (11) in order to also stabilize the ring (11) with the rotary axis (23) (27) To keep RRT as low as possible, the central area of

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Scheibe inr'aer-S-roSe"-de*r Zulauföffnung mit Sr>eich>=r. (28) ausgeführt. Das Umlenken des tfediwns von =>xinach radial wird von der Rückwand (26) -sr'.ncg Licht Front fläche (25) und Rückwand (26) wer-, ^n mc" ;licr. · nahe an der RRT angebracht.Disc inr'aer-S-roSe "-de * r inlet opening with Sr> eich> = r. (28) executed. The redirection of the tfediwns from => xinach radial is from the rear wall (26) -sr'.ncg light front surface (25) and rear wall (26) are, ^ n mc "; licr. · attached close to the RRT.

An der Frontfläche eines Fahrzeugs (Fi;-. 8) werden im Bereich des größten Luftwiderstandes eine oder mehrere RRT (14) angebracht und deren ürehenergie, die durch den Fahrtwind entsteht, auf einer Yieile (15) zusammengefaßt. Die Luftmenge welche auf die RRT's trifft, müßte vom Fahrzeug such ohne die eingebauten RRT's weggeschoben werden. Lurch die Drehung der RRT's entsteht somit kein Mehraufwand an Energie für den Motor. Durch die Energieaufnahme der RRT's wird die vom Fahrzeug zur Seite gedrängte Luft langsamer und es entstehen sogar bessere aerodynamische Verhältnisse.On the front surface of a vehicle (Fi; -. 8), one or more RRTs (14) are attached in the area of the greatest air resistance and their thermal energy, which is generated by the airstream, is combined on a yieile (15). The amount of air that hits the RRTs would have to be pushed away by the vehicle without the built-in RRTs. As a result of the rotation of the RRTs, no additional energy is required for the motor. Due to the energy absorption of the RRTs, the air pushed to the side by the vehicle becomes slower and even better aerodynamic conditions are created.

Das Einspeisgetriebe (16) ist mit eine.:· Freilauf ausgestattet, der derart geschaltet ist, da..-, die Antriebswelle (17) schneller drehen kam air -.ie Welle (15) und somit eine Beschleunigung des Fahrzuegs unabhängig von der Turbinendrehzahl mc".elicr. ist. Außerdem wird das Einspeisgetriebe (16) mit einer Kupplung ausgerüstet, die bei Sc;-üb (Tremsen, G-aswegnehmen oder Treten der Fahrzeugkupplung) ευζ matisch entkuppelt, damit die Turbinen nicht auc'r abgebremst weraen müssen.The feed gear (16) is equipped with a.:· freewheel, which is switched in such a way that ..-, the drive shaft (17) turned faster air -.ie shaft (15) and thus an acceleration of the vehicle independent of the turbine speed mc ".elicr is also the Einspeisgetriebe (16) is equipped with a clutch in Sc;.. matically disengaged -üb (Tremsen, G-aswegnehmen or kicking of the vehicle clutch) ευζ so that the turbines do not necessarily weraen auc'r decelerated .

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BADBATH

Leger.de de-r TextbeiGoieie: 4.Leger.de de-r TextbeiGoieie: 4.

Figur 1 : Schrägansicht einer RRTFigure 1: Oblique view of an RRT

Figur 2: Konstruktion der KrümmungskurveFigure 2: Construction of the curvature curve

Figur~3"Figure ~ 3 "

bis 5: Weitere Profilformen der Gleitflächen Figur 6: Senkrechter Schnitt durch eine ERT beito 5: Other profile shapes of the sliding surfaces Figure 6: Vertical section through an ERT at

Verwendung als Windturbine nach Pt. Figur 7: Schrägansicht (gestreckt) beiUse as a wind turbine according to Pt. Figure 7: oblique view (stretched) at

Verwendung als Windturbine nach Pt. Figur 8: Schematischer Aufbau bei VerwendungUse as a wind turbine according to Pt. Figure 8: Schematic structure when used

als Antriebshilfe nach Pt. 3.4as a driving aid according to Pt. 3.4

ZifferDigit 1 :1 : Scheibedisc ZifferDigit 17:17: Antriebswelledrive shaft 1111th 2:2: Gleitf] ächeSliding surface I!I! 18:18: PrallscheibeBaffle plate IlIl 3:3: ZoneZone IlIl 19:19: RingkonstrulrtionRing construction IlIl 4:4: NeigungswinkelTilt angle ΠΠ 20:20: Radwheel IlIl 5:5: DrehrichtungDirection of rotation I!I! 21:21: SystemträgerSystem carrier IlIl 6:6: Radiusradius IlIl 22:22: Drehgestellbogie 1111th 7:7: ZentriwinkelCentral angle ItIt 23:23: DrehachseAxis of rotation itit 8·:8th·: gekrümmte Parallelflächecurved parallel surface ■ ti■ ti 24:24: Keilwedge HH 9:9: gebogener Keilcurved wedge IlIl 2525th FrontflächeFront surface IlIl 10:10: ebene Parallelflächeflat parallel surface !I! I 26:26: RückwandBack wall ππ 11 :11: KingKing I!I! 27:27: Stabilisierungstabilization ππ 12:12: axiale Höheaxial height IlIl 28:28: SpeichenSpokes IlIl 13:13: Zulaufdurchmesser-ÖffnungInlet diameter opening IlIl 29:29: ebene Gleitflächeflat sliding surface 1111th H:H: RRT nach Fig. 1RRT according to FIG. 1 IlIl 30:30: Spaltgap 1111th 15:15: Wellewave 1111th 31:31: T ur bir.end urch-Door bir.end urch- IlIl 16:.16 :. EinspeisgetriebeFeed gear messerknife

ßi.chst'"'.he A: Pumct mit k^;'rzestem Abstand zwischen Gleitfläche unG Drehachseßi.chst '"'. he A: Pumct with k ^; 'remaining distance between the sliding surface and the axis of rotation

E; Punkt mit lengtem Abstand zwischen Gleitfläche und Drer.achseE; Point with a long distance between the sliding surface and Drer.axis

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Claims

Dipi.-Ing. (IPE) Elmar Putz.j'.H. ^ YogliHai ^ rs ^ ri "7" 8380 j> .ndau

Claims for reaction radial turbine C = RRT ₁ ;

/1.)Reaction radial turbine consisting of "a flat disc, several curved GIe it surfaces, which in the axial direction; are parallel to the axis of rotation, consisting of a flat ring that covers and stabilizes the sliding surfaces and ε us of an axis of rotation the side opposite the inlet opening with the Disk firmly connected in the center, is characterized by

daL with the disc (1) in the zone (3) firmly connected Sliding surfaces (2), in the direction of rotation (5) to the axis of rotation (23) are inclined by the angle of inclination (4-), which is between 30 and SG degree can be

that the sliding surfaces (2) are axially parallel to the axis of rotation (53) and all have the same axial height (12), since the sliding surfaces (2) are firmly connected to a ring (11) at the distance from the axial height (1?) and that the curvature of the sliding surfaces (2) is determined according to the following method (Fig. 2): The central angle (7) and the radial width of the zone (3) are converted into any number = ¹ M ( gripper? ls 3) graphically or mathematically serlert of equal parts. The respective intersection points of the parts, starting at point A in ascending order to point B, each result in eir ^si point of the sliding surface (2).

• the sum of all exit areas, one formed from the more radial. The width of the zone (3) and from the axial height (12) is equal to or smaller than that resulting from the inlet diameter: (13) resulting in ^ circular area.

2. RR ¹ T according to claim 1, characterized and shown in Figure 3,

dais to the leading sliding surface through point A a curved one Parallel surface (S) is built in and thus a curved one Wedge (9) is created, which is closed to the medium.

3 · RRT according to claim 1 and characterized in Figure 4 shown,

that the points A and E are connected to a flat surface, and replace the curved sliding surface.

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4. RRT according to'Anspruch 1 ua & -3-.iand * .ih. * 3'Igü * r. * 5 shown, d. G. daio to the leading flat sliding surface through point A. eberie parallel surface (10) is installed and thus a wedge (24) is created, dex. is closed to the medium.

5. Use of an RRT according to claim 1 to 4 as a wind turbine, characterized and shown in Figure 6 that, in deviation from claim 1, divided by 4 ciie disc (1) and by a circular, fixed baffle plate (18) the size of the inlet opening (13) and by a ring construction. (19) is replaced in the size of the zone (3) that the ring structure (19), together with sliding surfaces (2) and ring (11) attached to a wheel (20), which in turn is rotatably attached to the system carrier (21) so that the system carrier (21) is firmly connected to the baffle plate (18) is and is firmly connected to the bogie (22) together with other static components, that the bogie (22) can be rotated horizontally through 360 degrees.

6. Use of an RRT according to claim 1 to 4 as a wind turbine, characterized and shown in Figure 7, that notwithstanding claim 1 with 4, the axis of rotation (23) is extended to the plane of the ring (11), that the ring (11) is stabilized (27) on the axis of rotation, that the central area of the disc (1) in the size of the Inlet opening (13) is formed with spokes (28), that the RRT between a front surface (25) parallel to its plane of rotation and a rear wall also parallel to the plane of rotation (26) runs in the shortest possible axial distance that the front surface (25) is congruent with the inlet opening (13) Has opening

The rear wall (26) is windproof and can be rotated and stored for storage - '' Π Attachment of the axis of rotation (23) is suitable that the front surface (25) and rear wall (26) at least the turbine diameter (31) have - that all components are mounted on a bogie, which • can be rotated horizontally by 360 degrees

al «,

7. Use eiier RRT üiAch claim 1 to ^ ^v Antrietshilfe for

Vehicle ?, characterized and shown in Figure 8, that one or more RRTs are attached to the front surface of a vehicle in the area of the greatest air resistance,

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whose l / series energy is expressed in eiwtelj.We! ü.e.J, 1 5 /.^ u.sfinmen, that the shaft (15) drives a feed gear (16) that the feed gear (16) is equipped with a freewheel is, which allows a faster rotation of the drive shaft (17) as the shaft (15),

that the feed gear (16) is equipped with an automatic clutch which gives the turbines when braking, when thrusting and when the vehicle clutch is actuated.

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