DE69218232T2

DE69218232T2 - Verfahren, um eine turbine mittels eines strahlapparates anzutreiben

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Publication number: DE69218232T2
Application number: DE69218232T
Authority: DE
Inventors: Michele Saint-Nicolas-De-La-Grave Martinez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-10-11
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2012-10-10
Also published as: DE69218232D1; EP0607357B1; CA2121029C; FR2682428B1; AU2907492A; ES2101877T3; CA2121029A1; EP0607357A1; WO1993007361A1; US5553995A; JPH06511528A; JP3320718B2; FR2682428A1; ATE150133T1; AU673658B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum rotativen Antrieb einer Turbine und eine entsprechende Turbine.
Turbinen sind seit langem bekannt und bestehen im wesentlichen aus einer Welle, die Schaufeln trägt und die durch ein Fluid (gasförmig oder flüssig), das durch die Schaufein strömt, in Drehung versetzt wird.
Auf bekannte Weise erlaubt es das Betreiben einer Turbine durch ein Fluid, Energie vom Fluid auf die Drehachse der Turbine zu übertragen. Es kann beispielsweise die Drehung dieser Achse dem Antrieb eines Generators dienen, um elektrischen Strom herzustellen oder um verschiedene Werkzeuge (Bohrer, Sägen ...) anzutreiben.
Bis zum heutigen Tag liegen Probleme bei diesen bekannten Vorrichtungen in den notwendigen hohen Strömungsgeschwindigkeiten, die notwendig sind, um die höchstmöglichen Leistungen zu erzielen. Es führen diese hohen Strömungsgeschwindigkeiten zu Störungskräften, beispielsweise, wenn das Fluid ein Gas ist, kommt es zur Bildung von:
- Schockwellen,
- Verdichtungs- oder Verdünnungsstößen, die auf die verschiedenen Bestandteilen der Vorrichtungen einwirken.
Die Konsequenzen solcher Störungen sind unter anderem:
- die Bestandteile solcher Vorrichtungen müssen besondere Formen aufweisen, die insbesondere präzise und optimiert sein müssen (was es mit sich bringt, daß sie nur ein sehr begrenztes Anwendungsgebiet, eigentlich ein extrem begrenztes Anwendungsgebiet haben),
- die Bestandteile müssen mechanisch den Kräften widerstehen können, die durch die Vibrationsphänomene eingeleitet werden, die diese Störungen begleiten,
- die genannten Störungen bewirken akustische Phänomene, die oft äußerst heftig sind.
Durch die Verwendung des Ventun-Effektes oder den Wasserstrahlpumpeneffekt ist es möglich, ein Sekundärfluid durch die Ejektion eines Primär-Fluids durch eine Düse mitzureißen. Es gibt zahlreiche Vorrichtungen, um dies zu bewirken, insbesondere:
- Thermische Antriebsysteme auf Düsenbasis, die eine Kraft dadurch erzeugen, daß sie eine Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärts gelegenen Ende und dem stromabwärts gelegenen Ende des Systems schaffen. Die Vorrichtung, die im Patent FR 522.163 beschrieben ist, verwendet auch einen Teil der Energie eines Gasstromes, der hauptsächlich durch Geschwindigkeitsangaben gekennzeichnet ist, um mit Hilfe einer Turbine Brennstoffe und Brennmittel, die zum Funktionieren des Systems notwendig sind, zu verdichten,
- thermische Systeme, wie sie im Patent GB 1.140.543 beschrieben sind, bei denen die Temperatur der Hitzequelle zu hoch ist, um direkt verwendet zu werden und die dazu ausgelegt sind, durch Verdünnung einen Abkühleffekt zu erlauben.
Es muß festgestellt werden, daß die in den beiden Dokumenten beschriebenen Vorrichtungen umfassen:
- einen stromaufwärts gelegenen Zufuhrkanal für ein Fluid, eine Turbine, einen stromabwärts gelegenen Kanal, Injektionsmittel für ein Primärfluid, Zufuhrmittel für ein Sekundärfluid und Mittel um das Primärfluid und das Sekundärfluid zu mischen.
Ein anderer Aspekt begrenzt die Verwendung der vorbekannten Turbinenvorrichtungen und liegt in den hohen, ja sogar sehr hohen Drehgeschwindigkeiten dieser Vorrichtungen.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die Gesamtheit dieser Unzulänglichkeiten zu beseitigen und insbesondere eine Turbine zu schaffen, deren nomineller Arbeitspunkt nicht mit einer transsonischen Strömungsgeschwindigkeit verbunden ist, um all die Probleme zu vermeiden, die in den Störungen liegen, die durch eine solche Strömungsgeschwindigkeit indiziert werden.
Es wird daran erinnert, daß ein Arbeitspunkt durch ein Wertepaar (Drehgeschwindigkeit, Leistung) oder (Drehgeschwindigkeit, Drehmoment) gekennzeichnet wird. In der vorliegenden Beschreibung nennt man den nominalen Arbeitspunkt einen Arbeitspunkt, der der maximalen Leistung entspricht. Man nennt den Arbeitspunkt mit nomilellem Drehmoment den Arbeitspunkt, der einem maximalen Drehmoment entspricht.
Eines der Ziele der Erfindung ist es, Leistungen zu erhalten, die mit solchen vergleichbar sind, die mit klassischen Turbinen erhalten werden, aber mit Strömungsgeschwindigkeiten, die mit ungestörten oder wenig gestörten Strömungen kompatibel sind.
Zu diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum rotativen Antrieb einer Turbine, wobei diese Turbine mit einem stromaufwärts gelegenen Zufuhrkanal für ein Fluid und mit einem stromabwärts gelegenen Ausströmkanal verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: π- Zuführen eines Sekundärfluids Fs in den Zufuhrkanal für das Fluid, wobei der Zufuhrkanal einen solchen Eingangsquerschnitt aufweist, daß er einen Durchfluß des Sekundärfluids mit großem Massendurchsatz Dms, einer Geschwindigkeit Vs und einem Druck Ps erlaubt, π- simultanes Injizieren eines Primärfluids Fp, das einen Druck Pp und eine Geschwindigkeit Vp, die sehr viel größer sind als die des Sekundärfluids, aufweist und eine vorbestimmte Durchflußrate dmp hat, auf eine solche Weise, daß man im Zufuhrkanal für das Fluid eine homogene Mischung erhält, die einen Massendurchsatz aufweist, der gleich ist der Summe (Dms + Dmp) des Primär- und des Sekundärfluids und eine zur Turbine gerichtete Strömungsgeschwindigkeit, die bezüglich der Geschwindigkeit des Primärfluids Fp gering ist,
- in Rotation Versetzen der Turbine durch den Durchgang der Fluidmischung durch Flügel dieser Turbine und
- Ausstoßen der Fluidmischung mit Hilfe eines Ausströmkanals für das Fluid, dessen Ausgangsquerschnitt sich erweitert, um das Druckniveau am Ausgang im wesentlichen an den des außerhalb des Ausströmquerschnittes vorliegenden Fluids anzupassen.
Es wird durch das Einbringen eines Primärfluids mit einem Druck und mit einer Geschwindigkeit, die höher sind als die des Sekundärfluids, dieses zur Turbine bewegt. Dieser Effekt ist unter dem Namen Venturi-Effekt oder Wasserstrahlpumpeneffekt bekannt. Es wird dieser Effekt durch die vorliegende Erfindung aber als Energietransformationsund Geschwindigkeitsverringerungseffekt benutzt. Es wird im vorliegenden Fall tatsächlich durch den Ventun-Effekt Energie des Primärfluids, das durch eine Düse mit geringem Massendurchsatz und hoher Geschwindigkeit und hohem Druck injiziert wird, in die Energie eines Fluides verwandelt (das aus der Mischung des Primärfluids mit dem durch den Ventun-Effekt angesaugten Sekundärfluid besteht), das durch einen wesentlich größeren Massendurchsatz und eine geringe Strömungsgeschwindigkeit gekennzeichnet ist.
Es ist auf bekannte Weise die auf der Drehachse der Turbine verfügbare Leistung:
P = C.ω, wobei C das wirkende Drehmoment und ω die Drehgeschwindigkeit der Turbine bedeutet. Das Drehmoment wird durch C = F.d ausgedrückt, wobei F die globale radiale Kraft ist, die durch das Durchströmen des Fluids durch die Zwischenflügelkanäle der Turbine resultiert und d der Abstand des Wirkungspunktes dieser Kraft zur Achse der Turbine.
Darüberhinaus wird die Kraft F im Falle eines strömenden Gases in erster Näherung durch folgende Formel ausgedrückt:
F = Dmm (We sin(ße) - Ws sin(ßs)), wobei:
- Dmm der Massendurchsatz des Fluides durch die Turbine (d.h. der Mischung der Fluide)
- ße der Winkel der Eintrittskanten der Turbinenflügel,
- ßs der Winkel der Austrittskanten der Turbine,
- We der Modul der Relativgeschwindigkeit (bezogen auf die Drehung der Turbine) am Eintritt der Turbine,
- Ws der Modul der Relativgeschwindigkeit des Fluids am Austritt aus der Turbine ist.
Für einen gegebenen nominalen Arbeitspunkt, der somit durch eine gegebene Leistung und eine gegebene Drehge schwindigkeit (ω) gekennzeichnet ist, sucht man ein Drehmoment (C) und damit eine Kraft (F). Diese Kraft F wird erhalten, indem man einen Massendurchsatz Dmm realisiert, der gleich ist der Summe der Massendurchsätze dmp + Dms, wobei man Strömungsgeschwindigkeiten des Fluides We und Ws genügend klein hat, um mit einer wenig gestörten Strömung kompatibel zu sein.
Es erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren darüberhinaus, indem man kontinuierlich auf den Druck und/oder die Geschwindigkeit des Primärfluids und/oder auf alle anderen Abmessungs - oder Funktionsparameter der Turbinenvorrichtung einwirkt, den nominalen Arbeitspunkt der Vorrichtung auf den beabsichtigten Arbeitspunkt zu bringen.
Die reale Drehgeschwindigkeit wird kontinuierlich gemessen und mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit verglichen. Diese vorbestimmte Drehgeschwindigkeit wird durch eine vorgegebene Anwendung bestimmt. Wenn beispielsweise die Turbine ein Fräswerkzeug antreibt, kann diese Geschwindigkeit 36 000 U/min betragen.
Zufolge dieses Vergleichs ändert man kontinuierlich einen oder mehrere Abmessungsparameter oder Funktionsparameter bis die gemessene Drehgeschwindigkeit der vorbestimmten Drehgeschwindigkeit gleich ist.
Vorteilhafterweise ändert man als Abmessungsparameter die Eintrittsquerschnitte des Sekundärfluids, der Einspritzöffnung des Primärfluides und des Ausganges des Ausströmkanal des Fluids auf kontinuierliche Weise, um, so weit dies möglich ist, den vorbestimmten Arbeitspunkt mit dem Nominalarbeitspunkt in übereinstimmung zu bringen.
Vorteilhafterweise wählt man als Veränderung der funktionellen Parameter den Druck des Primärfluids, wobei das Einbringen des Primärfluids entlang einer Schraubenlinie erfolgen kann, die eine Selbstbeschränkung und eine Seibstanpassung der Betriebsweise der Turbine bewirkt. Ein solcher Einspritzmodus wird schraubenförmige Einspritzung genannt.
Gleicherweise erfolgt die Einspritzung des Primärfluids in Bereiche nahe den Wänden des Zufuhrkanales. Ein solcher Einspritzmodus wird Wandeinspritzung genannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Turbinenvorrichtung, mit der das oben beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann, eine solche Vorrichtung umfaßt:
- eine Turbine, einen stromaufwärts gelegener Zufuhrkanal für ein Fluid, das zur Turbine fließt und einen stromabwärts gelegenen Ausströmkanal des Fluids, die innerhalb eines im wesentlichen Drehsymmetrie aufweisenden Körper untergebracht sind,
- Injektionsmittel, um ein Primärfluid Fp mit vorbestimmtem Druck, Geschwindigkeit und Massendurchsatz Dmp in den Zufuhrkanal für das Fluid zu injizieren,
- Zufuhrmittel im Zufuhrkanal für das Fluid, um ein Sekundärfluid Fs mit dem Massendurchsatz Dms einzubringen,
- der Zufuhrkanal für das Fluid weist einen Eingangsquerschnitt auf, der es erlaubt, eine Strömung des Sekundärfluids mit großem Massendurchsatz Dms, einer Geschwindigkeit vs und einem Druck Ps zu erzeugen,
- die Injektionsmittel sind so ausgelegt, daß sie ein Primärfluid Fp zuführen, das einen Druck und eine Geschwindigkeit aufweist, die wesentlich größer sind als die des Sekundärfluids und sind so angeordnet, daß sie es erlauben, im Inneren des Zufuhrkanals für das Fluid eine homogene Mischung zu erhalten, die einen großen Massendurchsatz gleich der Summe (Dms + Dmp) des Primär- und Sekundärfluids aufweist, und eine Strömungsgeschwindigkeit zur Turbine, die im Vergleich zur Geschwindigkeit des Primärfluids Fp gering ist,
- der Auslaßkanal weist einen Auslaßquerschnitt auf, der es erlaubt, das Druckniveau im Auslaß im wesentlichen dem des außerhalb des Auslaßquerschnittes vorhandenen Fluids anzupassen.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung dazu ausgelegt, eine Turbine mit einer veränderlichen vorbestimmten Drehgeschwindigkeit anzutreiben und weist zu diesem Zweck die folgenden Regelvorrichtungen (50) auf:
- Mittel zum Messen einer Größe, die der Drehgeschwindigkeit ω der Turbine entspricht,
- Aufnahmemittel für die gemessene Drehgeschwindigkeit,
- Behandlungsmittel, die so ausgebildet sind, daß sie die gemessene Drehgeschwindkeit mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit vergleichen,
- Betätigungsorgane, die so ausgebildet sind, daß sie funktionelle und/oder dimensionelle Parameter der Strömung regulieren, um den gemessenen Drehgeschwindigkeitswert mit dem vorbestimmten Wert dieser Geschwindigkeit in Einklang zu bringen und mit
- einem Absperrventil.
Dank dieser Vorkehrungen erhält man einen nominalen Arbeitspunkt der Turbine mit einem hohen Drehmoment und einer geringen Drehgeschwindigkeit, verglichen mit denen, die man ohne die Verwendung solcher Vorkehrungen mit einer vergleichbaren Turbine erhält.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Betätigungseinrichtungen versehen, die in der Lage sind, die Zufuhrquerschnitte für das Primärfluid und Sekundärfluid zu verändern und auch um den Querschnitt des Auslaßkanals zu verändern. Man kann so den nominalen Arbeitspunkt der Turbine frei ändern und ihn kontinuierlich aem vorbestimmten Arbeitspunkt anpassen.
Andere Merkmale, Gegenstände oder Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel zeigen, näher erläutert wird, wobei:
- die Fig. 1 eine schematische Ansicht des Arbeitsverfahrens bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist,
- die Fig. 2 ein Longitudinaischnitt durch eine erfindungsgemäße Turbinenvorrichtung ist,
- die Fig. 3 und 4 Längsschnitte bzw. Draufsichten auf eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind,
- die Fig. 5 eine Ansicht im Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist,
- die Fig. 6 ein Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist,
- die Fig. 7 eine Vergrößerung des mit E bezeichneten Details der Fig. 6 ist und
- die Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht einer auf einer Welle montierten Schaufel, die dazu bestimmt ist, eine Turbine zu bilden, die in einer der erfindungsgemäßen Vorrichtungen verwendet werden kann, ist.
Wie bereits angegeben, ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Turbine in Drehung zu versetzen, wobei die Drehgeschwindigkeit ω relativ gering ist, in der Größenordnung von 0 bis 60 000 U/min, aber dies mit einem hohen Drehmoment C. Es bleibt somit das Produkt C.ω, das die Leistung P der Turbine angibt, hoch, ohne daß die Drehgeschwindigkeit ω groß ist.
Es wird das diesbezügliche erfindungsgemäße Verfahren zum Antrieb einer Turbine im folgenden beschrieben.
Die Turbine liegt zwischen einem stromaufwärts gelegenen Zufuhrkanal für das Fluid und einem stromabwärts gelegenen Auslaßkanal, wobei das Verfahren darin besteht:
- Einspritzen eines Primärfluides in einen stromaufwärts gelegenen Zufuhrkanal für das Fluid. Dieses Einspritzen erfolgt mit einem bestimmten Druck Pp, einer bestimmten Geschwindigkeit Vp und einem bestimmten Massendurchsatz dmp.
- Zuführen eines Sekundärfluids Fs in den stromaufwärts gelegenen Zufuhrkanal. Der Druck ps und die Geschwindigkeit vs des Sekundärfluids sind kleiner als die des Primärfluides. Der Massendurchsatz des Sekundärfluides ist dms.
- Mischen des Primär- und Sekundärfluides im Zufuhrkanal. Die erhaltene Mischung weist eine Geschwindigkeit Vm und einen Druck Pm auf, die höher sind als die des Sekundärfluides und niedrigetr als die des Primärfluides. Der Massendurchsatz deer Fluidmischung ist gleich der Summe der Massendurchsätze dmp und Dms des Primärfluides und des Sekundärfluides.
- Zuleiten der Fluidmischung zur Turbine,
- in Rotation Versetzen der Turbine durch den Durchgang der Fluidmischung und
- Ausstoßen der Fluidmischung nach Außen.
Vorteilhafterweise erlaubt es dieses Verfahren, eine Turbine nach zugeordneten, veränderlichen Parametern anzutreiben und besteht darüberhinaus aus:
- kontinuierlich eine Größe zu messen, die für die momentante Drehgeschwindigkeit der Turbine repräsentativ ist,
- diese Momentandrehgeschwindigkeit mit der Solldrehgeschwindigkeit zu vergleichen. Diese gemessene Momentandrehgeschwindigkeit ist unter anderem eine Funktion der Abmessungsparameter und der funktionellen Parameter der Strömung,
- kontinuierlich einen oder mehrere Strömungsparameter so zu verändern, daß der Nominalbetriebspunkt der Turbine dem vorbestimmten Betriebspunkt entspricht.
In vorteilhafter Weise sieht man eine Veränderbarkeit der dimensionalen Parameter der Turbinenvorrichtung vor (Veränderung des Querschnittes, des Einlasses, des Sekundärfluids, des Querschnittes der Injektionsöffnung des Primärfluids und des Querschnittes des Auslasses des Auslaßkanals). Auf diese Weise verändert man den nominalen Betriebspunkt der lurbine und man regelt kontinuierlich die Drehgeschwindigkeit so, daß sie mit der vorbestimmten Drehgeschwindigkeit übereinstimmt.
Die erfindungsgemäße Turbinenvorrichtung wird im folgenden beschrieben.
Gemäß der Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 im wesentlichen (Fig. 2):
- einen stromaufwärts gelegenen Fluidzufuhrkanal 11,
- eine Turbine 12,
- einen stromabwärts gelegenen Auslaßkanal 13,
- Einspritzmittel 14 und
- Kontroll- und Regelmittel 50 (Fig. 1). Diese Mittel 50 bestehen aus:
- einem Absperrventil 22,
- Meßmittel 19,
- Aufnahmemittel 20 und
- Reguliermittel 52, umfassend:
. Behandlungsmittel 21 und
. Betätigungsorgane 51.
Das Einspritzmittel 14 (Fig. 1) des Primärfluides Fp im Zufuhrkanal 11 ist in der stromaufwärts gelegenen Partie 11a des Zufuhrkanales 11 gelegen. Dieses Mittel 14 weist eine Düse 15 auf.
Ein Sekundärfluid Fs wird im stromaufwärts gelegenen Zufuhrkanal durch den Unterdruck angesaugt, der durch das Einspritzen des Primärfluids entsteht. Einmal im stromaufwärts gelegenen Zufuhrkanal befindlich, mischen sich die beiden Fluide in der stromabwärts gelegenen Partie 11b des Zufuhrkanales 11. Die Länge dieses Zufuhrkanals bestimmt teilweise die Kennzeichen der Fluidmischung.
Wenn notwendig, wird ein konvergenter Kanal 16 stromaufwärts der Turbine 12 vorgesehen, um die Mischung der Fluide zu beschleunigen. Ein Ablenkmittel 17, genannt stromaufwärts gelegener Verteiler oder Leitapparat, bestehend aus einem feststehenden Turbinenrad, ist stromaufwärts der Turbine 12 angeordnet, um die Mischung der Fluide auf optimale Weise auf die Schaufeln 18 der Turbine 12 zu lenken.
Die Turbine 12 wird so in Rotation versetzt.
Die Mischung der Fluide wird sodann durch den Auslaßkanal 13 aus der Turbinenvorrichtung ausgebracht. Das Ziel eines solchen Kanales ist es, insbesondere den Druck des Fluids am Auslaß der Turbine an den Druck anzupassen, der außerhalb des Auslasses herrscht.
Die Rotation der Turbine kann für jeden Anwendungszweck verwendet werden, beispielsweise zum Antrieb von Werkzeugen etc., wie dies detailliert unter Bezugnahme auf die Fig. 3 erläutert werden wird. Die Turbinenvorrichtung ist weiters mit Kontrollmitteln und Regulationsmitteln 50 verbunden. Diese Mittel 50 umfassen:
- Meßmittel 19 für eine Größe, die der Drehgeschwindigkeit der Turbine 12 entspricht. Diese Meßmittel bestehen aus zwei piezoelektrischen Aufnehmern (nur einer davon ist in Fig. 1 sichtbar), die den statischen Druck stromaufwärts und stromabwärts der Turbine in ungestörten Fließbereichen messen. Das Vorsehen der beiden Aufnehmer hat das Ziel, die Anzahl der Meßpunkte zu vervielfachen, um ihre Werte zu vergleichen und wenn notwendig, ein Absperrventil 22 zu aktivieren, das im Zuflußkanal des Primärfluids angeordnet ist. Diese Mittel müssen zuverlässig sein und wiederholbare und signifikante Messungen liefern,
- Aufnahmemittel 20, die die elektrischen Werte, die durch die Mittel 19 gemessen werden, aufnehmen und adaptieren,
- Behandlungsmittel 21, die so ausgebildet sind, daß sie die gemessene Momentandrehgeschwindigkeit der Turbine (gemessene Geschwindigkeit) feststellen und diese gemessene Drehgeschwindigkeit mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit vergleichen. Wenn die gemessene Drehgeschwindigkeit von der vorbestimmten Drehgeschwindigkeit abweicht, schicken die Behandlungsmittel einen Befehl ab,
- Betätigungsorgane 51, die hier aus einem Druckregler bestehen, der die Befehle der Behandlungsmittel erhält und so adaptiert, daß der Druck des Einspritzens des Primärfluids verändert wird, so daß die gemessene Drehgeschwindigkeit der vorbestimmten Drehgeschwindigkeit gleicht und
- ein Sicherheits-Absperrventil 22, das stromauf der Einspritzvorrichtung für das Primärfluid angeordnet ist, um den Betrieb der Vorrichtung notwendigenfalis zu stoppen. Dieses Absperrventil wird auch durch die Behandlungsmittel 21 gesteuert.
Es wird so die erfindungsgemäße Vorrichtung kontinuierlich durch die gesamte Kontroll- und Regelvorrichtung 50 geregelt.
In Abwandlung dieser Vorrichtung kann der konvergente Kanal 16 in den stromaufwärts liegenden Leitapparat 17 integriert sein.
Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, können die Injektionsmittel 14 unterschiedliche Formen annehmen.
In dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausfühungsbeispiel tragen die Mittel, die denen entsprechen, die an Hand der Fig. 2 beschrieben wurden, die gleichen Bezugszeichen, wie die in der Fig. 2, wobei jedoch in der Hunderterstelle der Bezugszeichen eine Erhöhung um einen Wert stattgefunden hat.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Einspritzmittel 114 bestehen aus zwei Leitungen 130, die in die Seitenwand des stromaufwärts gelegenen Zufuhrkanales 111 einmünden. Vorteilhafterweise sind diese Leitungen um einen bestimmten Winkel α (Fig. 3) bezüglich der Achse A der Vorrichtung geneigt und um einen Winkel β (Fig. 4) zwischen der Achse der Leitung 130 und einer diametralen Ebene F, die durch die Turbinenachse und das Zentrum des Schnittes der Injektionsvorrichtung am Punkt der Wand des Kanals 111 geht.
Auf diese Weise zieht das Primärfluid Fp das Sekundärfluid Fs in einer schraubförmigen Bahn (Schraubeinspritzung) entlang der Wände (Wandeinspritzung) des stromaufwärts gelegenen Zufuhrkanals 111 mit sich. Diese Art der Einsprit zung wird Wand-Schraub-Einspritzung genannt.
Dieser Einspritzmodus weist den Vorteil auf, selbstregulierend zu sein. Es ist tatsächlich so, daß beim Zunehmen der Drehgeschwindigkeit der Turbine der Massendurchsatz Dms des Sekundärfluids ebenfalls steigt. Die Geschwindigkeit des Sekundärfluids in der Einspritzebene des Primärfluids im Zufuhrkanal weist einen Modul auf, der zunimmt und eine Richtung, die dazu neigt, sich der Turbinenachse zu nähern. Auf diese Weise weist die Mischung eine allgemeine Neigung auf, die sich in der Eintrittsebene der Turbine verringert. Auf diese Weise neigt die verfügbare Leistung dazu, sich zu verringern, wenn die Erhöhung des sekundären Massendurchsatzes nicht in Rechnung gestellt wird und umgekehrt, wenn die Drehgeschwindigkeit der Turbine sich verringert. Daraus resultiert eine Turbinenvorrichtung, deren Freilaufeigenschaften (d.h. ohne Drehmoment, das von außen auf die Turbinenachse wirkt) selbstbegrenzt ist und das eine hohe Leistungsspitze bei einer geringen Drehgeschwindigkeit aufweist, ein Kennzeichen für das Selbstregulierungsphänomen der Strömung.
Es ist beispielsweise die Drehgeschwindigkeit, die einer solchen Leistungsspitze entspricht, 12 000 U/min für eine Turbine mit 30 mm Durchmesser bei einer Zufuhr des Primärfluids auf wand-schraubförmige Weise mit drei gleichmäßig über den Umfang des Zufuhrkanals verteilten Einmündungen (die Winkel α und β der Eingangsleitungen sind 45º).
Es ist festzuhalten, daß die Anzahl der Leitungen 130 für die Einspritzung des Primärfluids variieren kann. Für eine bestmögliche Homogenität der Mischung des Primärfluids mit dem Sekundärfluid ist es vorteilhaft, eine Vielzahl solcher Einspritzleitungen entlang des Umfanges des Zufuhrkanales angeordnet zu haben.
Man kann feststellen, daß bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 der Auslaßkanal 113 axial verläuft. Man kann auch feststellen, daß es mit einer solchen Einspritzmodalität (wand-schraubförmig) nicht notwendig ist, eine Leitvorrichtung stromaufwärts der Turbine 112 vorzusehen.
Gemäß einer (nicht dargestellten) Ausführungsvariante (der Winkel α fixiert die ursprüngliche Neigung der Schraube der Einspritzung, der Winkel β definiert den Nominaldurchmesser dieser Einspritzschraube) kann man kontinuierlich variieren:
- den Winkel α, was das Ziel hat, die Nominalgeschwindigkeit des nominalen Arbeitspunktes zu ändern und/oder
- den Winkel β, was das Ziel hat, die funktionellen Kennzeichen zu ändern, vorrangig den sekundären Massendurchsatz, somit die maximale Leistung am nominellen Arbeitspunkt.
Man kann feststellen, daß die Drehachse der Turbine direkt durch einen Schaft 160 eines Werkzeuges 180 gebildet werden kann.
Die übertragung der Antriebsstärke einer Turbine auf ein Werkzeug bringt beispielsweise die folgenden technischen Probleme mit sich:
- Kräfte, die den Organmassen der Transmission proportional sind und dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit proportional sind und
- die Notwendigkeit eine Transmission bereit zu stellen, deren Geometrie veränderlich sein muß, um eine gewisse Anzahl von Teilen zu erlauben, um schließlich ein Werkzeug auf der Transmission befestigen zu können.
Es ist jedoch im Fall des Werkzeug-Turbinenensembles, das in Fig. 3 dargestellt ist, und unter Berücksichtigung der niedrigen Drehzahlen der Vorrichtung möglich, einfache Drehlager und Axiallager zu verwenden, die dauerhaft und billig sind und in der Industrie schon heute üblicherweise verwendet werden.
Im Beispiel einer solchen Ausführungsform ist die Turbine 112 kraftschlüssig auf den hinteren Teil 160 (Welle eines Bohrfutters) des zylindrischen Werkzeuges 180, möglicherweise eines Fräsers, aufgesetzt.
Das Werkzeug kann zu diesem Zweck im Bereich seiner Welle des Werkzeughalters ein Ensemble geradliniger Richtung der Drehachse des Werkzeuges verlaufende Kanten aufweisen.
In einer Variante kann das Werkzeug einem Pefestigungszwischenstück (nicht dargestellt) zugeordnet sein.
Im dargestellten Beispiel besteht die Lagerung des Werkzeug-Turbinen-Ensembles aus Wälzlagern 183 und 184. Das Wälzlager 183 liegt an der Nabe der Turbine an. Eine Zwischenhülse 185, die gleitend auf dem Werkzeug anliegt, hält den Abstand zum Wälzlager 184 so, daß das funktionell notwendige Spiel entlang der Drehachse im Bereich des Lagerkörpers 186 gesichert ist.
Ein Ring 187, der aus einem Material hergestellt ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als der des Materials, aus dem das Werkzeug besteht, ist im Preßsitz auf dem Werkzeug montiert und verhindert die Verschiebung (entlang der Drehachse des Werkzeuges) der Wälzlager 183 und 184 und des Zwischenstückes 185.
Das so gebildete Ensemble besteht aus einer kleinen Anzahl einfacher, wenig kostender und geringe Trägheit um die Drehachse aufweisender Teile.
Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 5 (zweite Variante) erfolgt das Einspritzen des Primärfluids auf eine wieder andere Weise.
Wie vorstehend wurden die Bezugszeichen der Fig. 2, auch in diese Figur aufgenommen, aber um eine weitere Einheit in der Hunderterstelle erhöht.
Das Einspritzmittel 214 besteht hier aus vier Leitungen (drei davon sind dargestellt), die ins Innere des Zufuhrkanals 211 so münden, daß das Primärfluid Fp parallel zur Achse A der Vorrichtung und entlang der Wände eingespritzt wird. Eine solche Einspritzmethode wird Wandeinspritzung genannt.
Wie im Beispiel der Fig. 2 gezeigt, reißt das Primärfluid Sekundärfluid zur Turbine mit sich. Die Anzahl der Einbringungsleitungen 230 des Primärfluids variieren kann und das vorzugsweise die Vielzahl der Leitungen entlang des Umfanges des Zufuhrkanales 211 verteilt ist.
In einer Variante kann jede Leitung 230 um ihre horizontale Achse verschwenkt werden, um eine Strömung zu erzeugen, die nicht mehr axial, sondern schraubförmig ist. In diesem Fall erhält man eine schraubförmige Wandströmung, mit den Vorteilen, die unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 erläutert wurde, in Verbindung mit einem stromaufwärts liegenden Leitapparat 217.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine dritte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Turbine. Wie vorstehend wurden die Bezugszeichen der Fig. 2 übernommen, wobei jedoch die Hunderterstelle um drei Einheiten für die in den Fig. 2 und 6 äquivalenten Teile erhöht wurden.
Die Vorrichtung 310 gemäß der Fig. 6 weist die folgenden Besonderheiten auf:
- Eine primäre Lufteinspritzung ringförmiger Art und im Bereich der Wände (ringförmige Wandeinspritzung),
- Betätigungsmittel, die adaptiert sind, um den Einlaßquerschnitt des Sekundärfluids zu ändern, den Einspritzquerschnitt des Primärfluids und den Auslaßquerschnitt des Auslaßkanals.
Es wird tatsächlich das Sekundärfluid durch eine Eintrittsvorrichtung 350 in den Zufuhrkanal eingeführt, wobei die Zufuhrvorrichtung 350 eine Öffnung 351 mit variablem Querschnitt aufweist. Die Eintrittsvorrichtung wird auf den Körper des Zufuhrkanals 311 mittels eines Gewindes 352 mehr oder weniger aufgeschraubt bzw. abgeschraubt.
Dieses Aufschrauben (oder Abschrauben) wird durch eine Stelivorrichtung für den Eintrittsquerschnitt bewirkt, nämlich ein Betätigungsmittel 353. Dieses Betätigungsmittel 353 wird seinerseits durch das Behandlungsmittel 321 gesteuert. Wie es der Pfeil B zeigt, erlaubt es die Betätigung des Betätigungsmittels 353 den Eintrittsquerschnitt für das Sekundärfluid zu verändern.
Auf korrespondierende Weise erlaubt es ein Betätigungsmittel 354 für die Veränderung des Einspritzquerschnittes der Vorrichtung eine Ausgangsvorrichtung 356 mittels eines Gewindes 357 mehr oder weniger auf- oder abzuschrauben. Wie der Pfeil C zeigt, erlaubt es die Betätigung mittels 354 den Auslaßquerschnitt zu verändern.
Auf die gleiche Weise, wie weiter oben beschrieben, wird das Betätigungsmittel 354 durch das Behandlungsmittel 321 gesteuert.
Ein Betätigungsmittel 355 erlaubt es, den Injektionsquerschnitt des Primärfluids in den Zufuhrkanal 311 zu ändern.
Das Primärfluid Fp wird in den Zufuhrkanal 311 eingespritzt, in dem es durch einen minimalen Querschnitt 358 der Kragenabschnitt der Strömung genannt wird, durchströmt, dieser Querschnitt verändert sich durch die Betätigung des Betätigers 355.
Der Kragen wird (Fig. 7) einerseits durch einen ringförmigen Vorsprung 359 der Wand des Zufuhrkanals 311 gebildet und andererseits durch ein verschiebliches Element 360, das im stromaufwärts gelegenen Teil 311a des Zufuhrkanals 311 und gegenüber dem Ringvorsprung3sg angeordnet ist.
Durch Verschieben entlang des Pfeiles D des Elementes 360 wird der Querschnitt des Kragens 358 des Zuflusses des Primärfluids verändert. Das Verschieben erfolgt durch Zuschrauben oder Abschrauben des verschieblichen Elementes 360 im Zufuhrkanal 311, mit Hilfe des Gewindes 361.
Man stellt fest, daß das Einbringen des Primärfluids Fp in den Zufuhrkanal 311 parallel zur Längsachse A der Vorrichtung erfolgt. Dieses Einspritzen wird entlang des gesamten Umfanges des Zufuhrkanales und in Wandnähe durchgeführt. Diese Einspritzung wird ringförmige Wandeinspritzung genannt.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, bilden die Formen des Körpers 370 des Zufuhrkanales 311 und des verschieblichen Elementes 360, die ihm gegenüberstehen, eine ringförmige konvergente-divergente Düse. Diese konvergente-divergente kreisförmige Düse, die durch einen Ringabschnitt 371 mit Primärfluid versorgt wird, weist einen Kragen 358 und einen Ausgangsquerschnitt 372 auf, deren Oberflächen sich ändern können, wenn der Betätiger 355 das Element 360 verschiebt. Im konvergenten Teil der genannten Düse erfährt das Pnmärfluid eine subsonische Beschleunigung bis es Schallgeschwindigkeit am Kragen 358 erreicht. Im divergenten Teil dieser Düse erfährt das Primärfluid eine Überschallbeschleunigung. Im Betrieb muß der Zufuhrdruck des Primärfluids genügend groß sein, um unter Berücksichtigung der Größe der Oberfläche des Einspritzquerschnittes 372, das Einspritzen des Primärfluids in den Zufuhrkanal mit Überschallgeschwindigkeit und einem statischen Druck, größer als es der des Sekundärfluids im Querschnitt 373 des Elementes 360 ist, zu ermöglichen. Es werden dabei an den Lippen des Ausganges 374 des Elementes 360 Verdünnungsstöße und eine türbulente Strömung bewirkt, die den Energieaustausch zwischen dem Primärfluid und dem Sekundärfluid verbessern. Darüberhinaus erlaubt es die Wandeinspritzung entlang einer ringförmigen konvergenten-divergenten Düse einerseits die energetische Austauschfläche zwischen dem Primärfluid und dem Sekundärfluid zu vergrößern und andererseits in der Eintrittsebene 375 (Fig. 6) des Verteilers 317, ein optimales Geschwindigkeitsprofil zu erhalten, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß die mittlere lokale Geschwindigkeit größer ist, als die die nahe der Köpfe der Flügel 318 des Leitapparates 317 herrscht.
Eine solche Maßnahme bezüglich der Dimensionen und der Funktion einer konvergenten-divergenten Düse im Bereich des Einspritzens des Primärfluids, kann auf alle Einspritzungen des Primärfluids verallgemeinert werden, welches auch die in Betracht gezogenen Varianten sein mögen.
Eine solche Vorrichtung erlaubt es durch Einwirken auf die Größe des Zufuhrkanales des Primärfluids und des Sekundärfluids und auf die Größe des Auslaufkanals in nominalen Betriebspunkten der Turbine zu variieren.
Es wird selbstverständlich die Gesamtheit der Betätiger 353, 354, 355 durch die Behandlungsmittel 321 gesteuert.
Eine andere Variante der Auslaßvorrichtung besteht darin, einen Auslaßkanal zu bilden, der das Fluid von der Auslaßebene der Turbine auf das Zufuhrniveau des Sekundärfluids führt und es erlaubt, einen Teil des ausfließenden Fluids der Vorrichtung selbst wieder zuzuführen.
Die Bedeutung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche der Varianten man auch wählt, liegt in der Tatsache, daß das anliegende Drehmoment groß ist bei kleinen Drehgeschwindigkeiten und daß die abgegebene Leistung der bestehender Turbinen vergleichbar ist.
Im folgenden werden die Flügel beschrieben, die bei jeder der oben beschriebenen Varianten verwendet werden können.
Um das Verständnis dieser Beschreibung zu erleichtern, werden zuvor, daß die Definitionen der wichtigsten verwendeten Bezeichnungen gegeben.
- Die Eintrittskante eines Flügels ist der Teil der Kurve, die am weitesten stromauf des Flügels liegt und die die Strömung empfängt.
- Die Austrittskante eines Flügels ist der Teil der Kurve, die am stromabwärts gelegenen Ende des Flügels liegt und der Strömung enteilt.
- Ein Flügel besteht aus einer Eintrittsoberfläche genannten Oberfläche und einer Austrittsoberfläche genannten Oberfläche; die beiden Oberflächen sind entlang der Eintrittskante und der Austrittskante miteinander verbunden.
- Ein Flügelprofil ist die geschlossene Kurve, die aus dem Schnitt der Eintrittsoberfläche und der Austrittsoberfläche mit einer zylindrischen Oberfläche, die die Nabenachse der Nabe, die den Flügel trägt, zur Achse hat, schneidet.
- Die Sehne eines Profils ist der Abschnitt der Geraden, der auf einem Flügelprofil, die Punkte der Eintrittskante und der Austrittskante miteinander verbindet.
- Ein Winkel der Eintrittskante ist ein Winkel, den eine gerade Tangente mit dem Profil am Punkt der Eintrittskante mit der Richtung der Achse der Nabe einschließt.
- Ein Winkel der Austrittskante ist der Winkel, den eine Gerade die Tangente an das Profil am Punkt der Austrittskante mit der Achse der Nabe einschließt.
- Die Dicke eines Profils in einem gegebenen Punkt des Intrado ist die Länge des Segmentes der Gerade, die durch diesen Punkt des Intrado und den Punkt des Extrado, der durch den Schnitt des Extrado mit einer Geraden definiert ist, die rechtwinkelig auf den Intrado in diesem Punkt des Intrado steht.
- Der Fuß eines Flügels ist der Teil des Flügels der in die Nabe übergeht.
- Der Kopf eines Flügels ist der Teil des Flügels, der von der Nabe den größten Abstand hat.
- Die Flügel werden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, doch können sie auch bei den Varianten entsprechend den Fig. 3 bis 6 verwendet werden.
Die Turbine 12 (Fig. 8) besteht aus einer zylindrischen Nabe, auf der radial Flügel 18 in gleichem Umfangsabstand voneinander angeordnet sind. Diese Flügel sind für eine Turbine untereinander identisch. Die Winkel der Eintrittskanten sind entlang der Eintrittskanten für alle Flügel einer Turbine gleich, das gleiche gilt für die Winkel der Austrittskanten. Die Sehnen der Profile sind für alle Profile aller Flügel einer Turbine gleich. Die Dicke eines Profils ist konstant, ausgenommen in der unmittelbaren Nachbarschaft der Austrittskanten und der Eintrittskanten.
In einer Variante ist die Dicke der Profile eines Flügels vom Kopf zum Fuß des Flügels zunehmend, um die mechanischen Beanspruchungen, die vom Kopf zum Fuß eines Flügels zunehmen, zu berücksichtigen.
Man stellt fest, daß die Flügel eine konstante Sehne aufweisen, eine konstante Dicke entlang eines zylindrischen Schnittes, der als Achse die Turbinenachse hat, konstante Winkel der Eintrittskante und Winkel der Austrittskante, gekrümmte Oberflächen des Intrados und des Extrados, die durch eine konische Oberfläche erzeugt werden, deren Scheitel der Schnittpunkt der Achse der Turbine mit Ebenen ist, die lotrecht zur Turbinenachse stehen, am Einlaß für den stromaufwärts liegenden Teil und am Auslaß für den stromabwärts liegenden Teil und wobei der Scheitelwinkel eine Funktion des Winkels der Eintrittskante für den stromaufwärts liegenden Teil und des Winkels der Austrittskante für den stromabwärtsgelegenen Teil ist. Solche Flügel sind einfach und kostengünstig herzustellen (spanende Bearbeitung, Gießen, etc.)
Darüberhinaus weisen solche Flügel den Vorteil auf, daß, wenn die Geschwindigkeit der Turbine sich erhöht, sich auch die Geschwindigkeit des Durchströmens durch die Zwischenflügelkanäle erhöht. Ausgehend von einem gewissen Wert dieser Strömungsgeschwindigkeit beschränken die Druckverminderungen und Rekompressionen die Strömung im Zwischenflügelkanal. Daraus resultiert ein Selbstbegrenzungsphänomen der Geschwindigkeit im Leerlauf.
Man stellt fest, daß man dank der relativ geringen Drehgeschwindigkeiten (von 0 bis 60 000 U/min) Lager für die Turbinen verwenden kann, die einfach und üblich sind.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist ihre Leichtigkeit, ihre geringe Geräuschentwicklung und ihre Zuverlässigkeit. Darüberhinaus kann man auf eine solche Turbine leicht einfache, kostengünstige am Markt bestehende Transmissionen anpassen und befestigen, um Werkzeuge mit 0 bis 60 000 U/min anzutreiben.
Es ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle Varianten, die dem Fachmann zugänglich sind. Insbesondere ist es möglich, in einer Variante im Bereich der Ausströmebenen der Vorrichtung einen Druck zu schaffen, der kleiner ist, dem allgemein herrschenden Druck in der Umgebung der Vorrichtung. Der Bereich der nominalen Leistung der Vorrichtung ändert sich nicht wesentlich; im Gegenteil zum merklich verminderten injizierten Massendurchsatzes, dieses Phänomen kennzeichnet das Einbringen einer zweiten Energiequelle, die durch den Unterdruck am Auslaß des Auslaßkanals verwirklicht ist, zur Entlastung der Energiequelle, die durch das Primärfluid unter Druck definiert ist; es wird dadurch die Regelungspräzision der Drehgeschwindigkeit der Turbine durch das Einwirken auf den Druck Pp des injizierten Primärfluids geringer.

Claims

1. Verfahren zum rotativen Antrieb einer Turbine (12 112, 212, 312), wobei diese Turbine mit einem stromaufwärts gelegenen Zufuhrkanal (11, 111, 211, 311) für ein Fluid und mit einem stromabwärts gelegenen Ausströmkanal (13, 113, 213, 313) verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

- Zuführen eines Sekundärfluids Fs in den Zufuhrkanal (11, 111, 211, 311) für das Fluid, wobei der Zufuhrkanal einen solchen Eingangsquerschnitt aufweist, daß er einen Durchfluß des Sekundärfluids mit großem Massendurchsatz Dms, einer Geschwindigkeit Vs und einem Druck Ps zu erlaubt,

- simultanes Injizieren eines Primärfluids Fp, das einen Druck Pp und eine Geschwindigkeit Vp, die sehr viel größer sind als die des Sekundärfluids, aufweist und eine vorbestimmte Durchflußrate dmp hat, auf eine solche Weise, daß man im Zufuhrkanal (11, 111, 211, 311) für das Fluid eine homogene Mischung erhält, die einen Massendurchsatz aufweist, der gleich ist der Summe (Dms + Dmp) des Primärund des Sekundärfluids und eine zur Turbine (12, 112, 212, 312) gerichtete Strömungsgeschwindigkeit, die bezüglich der Geschwindigkeit des Primärfluids Fp gering ist,

- in Rotation Versetzen der Turbine durch den Durchgang der Fluidmischung durch Flügel (18, 118, 218, 318) dieser Turbine und

- Ausstoßen der Fluidmischung mit Hilfe eines Ausströmkanals (13, 113, 213, 313) für das Fluid, dessen Ausgangsquerschnitt sich erweitert, um das Druckniveau am Ausgang im wesentlichen an den des außerhalb des Ausströmquerschnittes vorliegenden Fluids anzupassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, um eine Turbine mit veränderlicher Geschwindigkeit in Drehung zu versetzen, dadurch gekennzeichnet, daß es darüber hinaus noch darin besteht:

- kontinuierlich eine Größe zu messen, die für die momentante Drehgeschwindigkeit w der Turbine repräsentativ ist,

- diese Momentandrehgeschwindigkeit mit der Solldrehgeschwindigkeit zu vergleichen,

- kontinuierlich einen oder mehrere Strömungsparameter so zu verändern, daß der Nominalbetriebspunkt der Turbine dem vorbestimmten Betriebspunkt entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Nominalbetriebspunktes besteht im:

- Verändern eines Zuflußquerschnittes (351) des Sekundärfluids im Zufuhrkanal und/oder im

- Verändern eines Injektorquerschnittes (358) des Primärfluids im Zufuhrkanal und/oder im

- Modifizieren eines Querschnittes des Ausflußkanal des Fluides und/oder im

- Modifizieren des Injektordruckes des Primärfluides.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Primärfluid Fp durch Einspritzung an der Wand in den Zufuhrkanal (11, 111, 211, 311) injiziert.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Primärfluid Fp durch Wandeinspritzung entlang axialer Richtung in den Zufuhrkanal (11, 111, 211, 311) injiziert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Primärfluid Fp so injiziert, daß die Mischung des Primär- und Sekundärfluids in einer Schraubenbewegung erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubbewegung entlang der Wand erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Primärfluid in Ringform in den Zufuhrkanal injiziert.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Primärfluid Fp verwendet, das im Bereich eines Injektionsquerschnittes (372) vor der Einbringung in den Zufuhrkanal (311) deutlich Überschallgeschwindigkeit aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, die Primär- und Sekundärfluide mittels Entspannungswellen, die durch das mit Überschall strömende Primärfluid in der Nachbarschaft seiner Einbringung in den Zufuhrkanal geschaffen werden, zu mischen.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es darüberhinaus darin besteht, die Winkel α und β der Fluidmischung in einer Ebene am Eingang der Turbine zu kalibrieren.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Größe mißt, die für die Drehgeschwindigkeit w der Turbine reprasentativ ist, indem man den statischen Druck stromaufwärts und stromabwärts der Turbine (12, 112, 212, 312) mißt.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem man die Geschwindigkeit der Fluidmischung erhöht, indem man sie stromaufwärts der Turbine (12, 112, 212, 312) durch einen konvergierenden Kanal (16, 116, 216, 316) fließen läßt.

14. Turbinenvorrichtung, die das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchführt, umfassend:

- eine Turbine (12, 112, 212, 312), einen stromaufwärts gelegenen Zufuhrkanal (11, 111, 211, 311) für ein Fluid, das zur Turbine fließt und einen stromabwärts gelegenen Ausströmkanal (13, 113, 213, 313) des Fluids, die innerhalb eines im wesentlichen Drehsymmetrie aufweisenden Körper untergebracht sind,

- Injektionsmittel (14, 114, 214, 314), um ein Primärfluid Fp mit vorbestimmtem Druck, Geschwindigkeit und Massendurchsatz Dmp in den Zufuhrkanal für das Fluid zu injizieren,

- Zufuhrmittel im Zufuhrkanal für das Fluid, um ein Sekundärfluid Fs mit dem Massendurchsatz Dms einzubringen,

- der Zufuhrkanal (11, 111, 211, 311) für das Fluid weist einen Eingangsquerschnitt auf, der es erlaubt, eine Strömung des Sekundärfluids mit großem Massendurchsatz Dms, einer Geschwindigkeit vs und einem Druck Ps zu erzeugen,

- die Injektionsmittel (14, 114, 214, 314) sind so ausgelegt, daß sie ein Primärfluid Fp zuführen, das einen Druck und eine Geschwindigkeit aufweist, die wesentlich größer sind als die des Sekundärfluids und sind so angeordnet, daß sie es erlauben, im Inneren des Zufuhrkanals für das Fluid eine homogene Mischung zu erhalten, die einen großen Massendurchsatz gleich der Summe (Dms + Dmp) des Primärund Sekundärfluids aufweist, und eine Strömungsgeschwindigkeit zur Turbine (12, 112, 212, 312), die im Vergleich zur Geschwindigkeit des Primärfluids Fp gering ist,

- der Auslaßkanal (13, 113, 213, 313) weist einen Auslaßquerschnitt auf, der es erlaubt, das Druckniveau im Auslaß im wesentlichen dem des außerhalb des Auslaßquerschnittes vorhandenen Fluids anzupassen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie so ausgebildet ist, daß sie die Turbine mit vorgegebener variabler Geschwindigkeit antreibt, wobei die Vorrichtung weiters Regel- und Steuermittel (50) aufweist, umfassend:

- Mittel (19) zum Messen einer Größe, die der Drehgeschwindigkeit w der Turbine entspricht,

- Aufnahmemittel (20) für die gemessene Drehgeschwindigkeit,

- Behandlungsmittel (21), die so ausgebildet sind, daß sie die gemessene Drehgeschwindkeit mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit vergleichen,

- Betätigungsorgane (51), die so ausgebildet sind, daß sie funktionelle und/oder dimensionelle Parameter der Strömung regulieren (21), um den gemessenen Drehgeschwindigkeitswert mit dem vorbestimmten Wert dieser Geschwindigkeit in Einklang zu bringen und mit

- einem Absperrventil (22).

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Injektionsmittel (14) ein Injektor mit Querschnittsvergrößerung ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionsmittel (114, 214) zumindest eine Leitung (130, 230) aufweist, die so ausgebildet ist, daß sie das Primärfluid entlang der Wand des Zufuhrkanals einbringt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionsmittel (114) zumindest eine Leitung (130) mit gegebener Neigung α bezüglich einer Achse A des Zufuhrkanals und einer Neigung β bezüglich einer Achse F des Zufuhrkanals aufweist, so ausgewählt, daß das Primärfluid Fp dem Zufuhrkanal in einer schraubförmigen Bahn zugeführt wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionsmittel (314) aus einem Ringraum im Inneren des Zufuhrkanals besteht, wobei dieser Ringraum einen konvergierenden Abschnitt, einen Abschnitt mit veränderlicher Breite (358) und einen divergierenden Abschnitt aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (13, 113, 213, 313) radial und/oder axial angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel aus zumindest zwei Aufnehmern (19) bestehen, die in der Lage sind, die statischen Drücke stromaufwärts und/oder stromabwärts der Turbine zu messen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiters umfaßt:

- ein Betätigungsorgan (355), das in der Lage ist, den Querschnitt des Injektors für das Primärfluid zu verändern und/oder

- ein Betätigungsorgan (353), das in der Lage ist, den Querschnitt der Zufuhr des Sekundärfluids zu verändern und/oder

- ein Betätigungsorgan (354), das in der Lage ist, den Auslaßquerschnitt der Fluidmischung zu verhindern.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Betätigungsorgan (353, 354, 355) durch das Regelorgan (21) betätigt wird.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse der Turbine aus einem Schaft (160) eines durch die Turbine angetriebenen Werkzeugs (180) besteht.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine und/oder ein stromaufwärts gelegener Verteiler mit Flügeln versehen sind, die konstante Bogenlänge aufweisen, im Zylinderschnitt mit einem Zylinder, der die gleiche Achse wie die Turbine hat, konstante Dicke aufweisen, deren Winkel der Eintrittskanten konstant sind, deren Winkel der Austrittskanten konstant sind, wobei die gekrümmten Oberflächen des Intrado und Extrado durch eine konische Oberfläche geschaffen werden, deren Scheitel der Schnittpunkt der Achse der Turbine mit den normal zur Turbinenachse verlaufenden Ebenen ist, mit der Eintrittsebene für den stromaufwärts gelegenen Teil und mit der Austrittsebene für den stromabwärts gelegenen Teil, wobei der Scheitelwinkel eine Funktion des Winkels der Eintrittskante für den stromaufwärts gelegenen Teil und des Winkels der Austrittskante für den stromabwärts gelegenen Teil ist.