DE3628946C2 - - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft eine Querstromströmungsmaschine zur Darstellung von mehrstufigen Pumpen, Verdichtern, Turbinen und Kombimaschinen gemäß Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Querstromströmungsmaschinen sind grundsätzlich bekannt. Dabei wird das Wirk­ medium quer zur Achse eines Trommelläufers transportiert. Es handelt sich bisher stets um einstufige Aggregate mit der im Einzelfall beschriebenen Möglich­ keit des Parallelbetriebes auch unterschiedlicher Laufradzellen in Achs­ richtung. Daneben sind mehrstufige Axial- und Radialmaschinen bekannt.

Gefehlt hat bisher die Darstellung mehrstufiger Turbomaschinen basierend auf dem Querstromprinzip, der analog den drei Raumebenen dritten Möglichkeit.

Diese Lücke im System der mehrstufigen Strömungs- (Turbo-)maschinen = Pumpe, Verdichter, Turbine einschließlich der Kombimaschinen : Strömungs­ kupplung und Brennkraftturbine soll durch die Erfindung gemäß Patentanspruch 1 mit den im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmalen geschlossen werden.

Die koaxial nebeneinander aber exzentrisch im Gehäuse angeordneten Trommel­ läufer sind durch die schraubenförmige Führung des Arbeitsmediums im Gehäu­ se in Strömungsrichtung gesehen hintereinandergeschaltet, so daß bei koaxialer Anordnung der Laufräder das Wirkmedium stets gleichsinnig dem nächsten quer zur Achse zugeführt wird.

Diese Maschinenkonzeption gestattet die Umsetzung auch höchster Druckdifferen­ zen bei relativ geringen Volumina und Drehzahlen, so daß ein kostengünstiger Ersatz von Kolbenmaschinen durch Turboaggregate denkbar erscheint.

Weitere Ausgestaltungen zur Darstellung der im Patentanspruch 9 erwähnten Maschinenvarianten der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 ange­ geben.

Wie bekannt, passiert bei allen Querstrommaschinen das Wirkmedium das Schaufel­ gitter des Laufrades zweimal; und zwar zuerst von außen nach innen und an­ schließend nach Durchqueren des Innenraumes von innen nach außen. Gegenüber bisherigen Laufradkonstruktionen werden hier die Laufräder optimiert dahin­ gehend, daß die am Umfang angeordneten Schaufeln im Inneren radial, also zur Laufradachse gerichtet sind, am äußeren Umfang fast tangential auslaufen und dazwischen einen Kreisbogen beschreiben. Die Laufräder sind entsprechend der jeweils ausgeführten Maschinenvariante koaxial nebeneinander auf gemeinsamer oder getrennten Wellen angeordnet und durch geschlossene Stirnflächen als Einzeleinheit begrenzt.

Jedem Laufrad ist ein Teilgehäuse zur schraubenförmigen Führung des Wirk­ mediums zugeordnet. Diese Modulgehäuse werden mittels Dichtung und Zugankern zu einer Einheit zusammengehalten. Sie sind bei kompressiblen Medien unter­ einander verschieden groß. Bei flüssigen Medien werden die Module etwa gleich groß gestaltet.

Die Dichtung im Inneren zwischen den einzelnen Arbeitsräumen der Laufräder ist als Labyrinthdichtung (Sprengringe) ausgeführt.

Einzelne oder mehrere Module (Stufengehäuse mit dazugehörigem Laufrad) können auch mit konventionellen (bekannten) Maschinen kombiniert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine dreistufige Querstrompumpe in Draufsicht mit Schnitt A-B. Hier geben die eingetragenen Pfeile die Drehrichtung des Laufrades und die Strömungsrichtung des Wirkmediums an.

Fig. 2 zeigt den Längsschnitt A-B und die Queransicht C-D der dritten Stufe eines dreistufigen Querstromverdichters. Die eingetragenen Pfeile geben wie in Fig. 1 die Drehrichtung des Laufrades und die Strömungsrichtung des Wirkmediums an. Die unterschiedlich großen Laufräder und Arbeitsräume sind durch das kompressible Medium bedingt. Hinzuweisen ist auf die Darstellung der Labyrinthdichtungen, die die einzelnen Arbeitsräume voneinander trennen.

Fig. 3 zeigt als Ansicht die Kombination eines zweistufigen Ver­ dichters gemäß Fig. 2 mit einer einstufigen Querstromturbine gemäß Fig. 4 mit Schnitt A-B, aus dem eine Möglichkeit der Energiezufuhr ersichtlich ist. Im Schnitt A-B ist das Turbinenrad abgebildet. Die hier eingetragenen Pfeile geben die Laufraddrehung und die Strömungsrichtung des Wirkmediums an.

Fig. 4 zeigt in Ansicht und Schnitt A-B ein dreistufiges Querstrom­ turbinenaggregat. Hier ist funktionsbedingt gegenüber Fig. 1 bei gleicher Geometrie nur die Drehrichtung und Strömungsrichtung entgegengesetzt.

Claims (9)

1. Querstromströmungsmaschine für flüssige oder gasförmige Arbeitsmedien mit in einem Gehäuse angeordnetem Laufrad, das am Umfang zwischen geschlos­ senen axialen Stirnflächen angeordnete Schaufeln aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Laufräder koaxial nebeneinander, exzentrisch im Ge­ häuse angeordnet, im Strömungsweg des Arbeitsmediums jedoch hintereinander­ geschaltet sind und daß das Arbeitsmedium im Gehäuse schraubenförmig geführt wird, um es dem nächsten Laufrad gleichsinnig quer zur Achse zuzuführen.

2. Querstromströmungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln nach innen radial, also zur Achse des Laufrades gerichtet sind, am Außenumfang fast tangential auslaufen und dazwischen einen Kreisbogen beschreiben.

3. Querstromströmungsmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufräder auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind.

4. Querstromströmungsmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufräder auf verschiedenen Wellen axial angeordnet sind.

5. Querstromströmungsmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus scheibenartigen Teilgehäusen besteht, zwischen denen Ge­ häusedichtungen angeordnet sind und die mittels Zugankern in Axialrichtung zusammengehalten werden.

6. Querstromströmungsmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen im Inneren zwischen den Arbeitsräumen der Laufräder der jeweiligen Maschinenvariante als Labyrinthdichtungen ausgebildet sind.

7. Querstromströmungsmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Laufräder mit den zugehörenden Gehäuseteilen unterschiedlich groß sind (bei gasförmigem Arbeitsmedium).

8. Querstromströmungsmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Laufräder mit den zugeordneten Gehäuseteilen im wesentlichen gleich groß sind (bei flüssigem Arbeitsmedium).

9. Querstromströmungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie als Querstrombrennkraftturbine mit Querstromkupplung ausgebildet ist.