DE69219314T2 - Apparat zur energiegewinnung aus einem fluidumstrom - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zum Umwandeln einer Fluidenergie in eine mechanische Energie, und insbesondere einen Apparat zum Umwandeln einer Luftenergie in eine mechanische Umdrehungsenergie.
• Ein Apparat zur Erzeugung von Energie mittels einer oszillierenden Wassersäule (OWC -oscillating water column) ist für die Anwendung zur Umwandlung einer Wellenenergie in eine Luftenergie, und dann für eine Umwandlung dieser Luftenergie mittels einer Luftturbine in eine Rotationsenergie einer Turbinenwelle ausgelegt.
• Allgemein gesagt, ist bei dem OWC-Apparat ein kastenartiges Element, das aus Begrenzungsseitenwänden und einem Abschlußdeck besteht, im Meer in einem solchen Zustand installiert, daß sich der Sockel der Begrenzungsseitenwände in Normaltiefe im Meerwasser befindet, während das Abschlußdeck des kastenartigen Elementes als ein Luftkanal ausgebildet ist, um einen Führungspfad zum Führen der durch den Luftkanal hindurchtretenden Luft zu bilden. In dem Führungspfad ist die Luftturbine angeordnet. Ein Generator ist mit der Abtriebswelle der Luftturbine verbunden, um von dieser angetrieben zu werden.
• In dem OWC-Apparat wird mit dem Anstieg eines freien Wasserspiegels in einer in dem kastenartigen Element ausgebildeten Kammer Luft in der Kammer nach oben gedrückt, wodurch ein zu dem Führungskanal vom Inneren der Kammer aus strömender Luftstrom entsteht; umgekehrt tritt mit dem Absinken des freien Wasserspiegel in der Kammer ein Luftstrom in dem Führungspfad auf, der aus dem Führungspfad in die Kammer strömt. Das heißt, die Wellenenergie wird in die Luftenergie umgewandelt. Die Luftturbine wird durch den im Inneren des Führungspfades strömenden Luftstrom in Drehung versetzt, was die Luftenergie des Luftstroms in eine Rotationsenergie der Luftturbinen-Abtriebswelle umwandelt. Wenn ein Generator von der Abtriebswelle der Luftturbine angetrieben wird, wird die Rotationsenergie der Luftturbine in elektrische Energie umgewandelt.
• Bei dem vorstehenden beschriebenen OWC-Apparat kehrt sich die Richtung des in dem Führungspfad strömenden Luftroms abwechselnd um. In diesem Falle sollte angemerkt werden, daß der Wirkungsgrad der Energieumwandlung geringer wird, wenn die Welle aufgrund des abwechselnd in seiner Strömungsrichtung umgekehrten Luftstroms nicht immer in derselben Richtung gedreht wird.
• Eine Wales-Turbine ist als der Typ einer Luftturbine bekannt, deren Abtriebswelle sich trotz der wechselnden Strömungsrichtungsumkehrung des Luftstroms konstant in einer Richtung dreht. In dieser Wales-Turbine ist die Mittelachse der Zylinderwandinnenfläche eine Rotationsachse, auf welcher ein spindelförmiges an sein beiden Enden in der Axialrichtung konisch zulaufendes Rotationselement frei drehbar innerhalb des die Zylinderinnenwand aufweisenden Führungspfades gelagert ist, und das ferner einen symmetrischen beispielsweise als NACA0021 bekannten Schaufelradquerschnitt in dem Querschnitt des maximalen Durchmesser des Rotationselementes aufweist und ferner sind vier Turbinenrotorblätter in radialer Richtung hervorstehend in Inkrementen von 90-Grad-Winkeln angeordnet, wobei die Sehnenlinie des symmetrischen Schaufelradquerschnittes in einer senkrechten Ebene zu der Rotationsachse angeordnet ist.
• Die Turbinenrotorschaufeln mit dem symmetrischen Schaufelquerschnitt sind so ausgelegt, daß sie einen Anstellwinkel proportional zu der Geschwindigkeit des Luftstroms an einem gerundeten Vorderkantenquerschnitt des symmetrischen Schaufelquerschnittes aufweisen. Daher tritt eine Auftriebskraft an der Turbinenrotorschafeln auf, wobei die Tangentialkomponente der Auftriebskraft das spindelförmige Rotationselement dreht. Da die Turbinenrotorblätter die Sehnenlinie des symmetrischen Schaufelquerschnittes innerhalb einer senkrechten Ebene zur Rotationsachse liegen haben, ändert sich sogar dann, wenn sich die Richtung des Luftstroms im Führungspfad umkehrt, die Drehrichtung des spindelförmigen Rotationselementes nicht.
• In der Wales-Turbine liegt der Abschnitt der maximalen Dicke in dem Querschnitt der Turbinenrotorschaufeln an einer Stelle nahe an der Vorderkante der Schaufel, wenn ein symmetrischer Schaufelquerschnitt ein großes Schaufeldickenverhältnis (ein Verhältnis der maximalen Schaufeldicke zur Sehnenlänge) aufweist, können die Turbinenrotorschaufeln von sich aus starten. In diesem Falle verringert sich jedoch die Tangentialkomponente der an den Turbinenrotorschaufeln entstehenden Auftriebskraft bei einer relativ niedrigen Fluidgeschwindigkeit und gleichzeitig steigt eine Widerstandskomponente an, was zu einer Grenzdrehzahl der Turbine und zu einem schlechten Energieumwandlungswirkungsgrad führt. Andererseits kann bei einer Verschiebung des dicksten Abschnittes an die Hinterkantenseite und bei Verwendung eines symmetrischen Schaufelquerschnittes mit verringertem maximalen Dickenverhältnis eine hohe Drehzahl der Turbine bei einer hohen Fluidgeschwindigkeit erzielt und damit ein hoher Energieumwandlungswirkungsgrad erreicht werden. In diesem Fall tritt eine verschlechterte Starteigenschaft auf, was zu einer fehlenden Selbststartfähigkeit bei einer niedrigen Fluidgeschwindigkeit führt.
• Die DE-A-11 98 145 offenbart einen hydraulischen Körper mit symmetrischen Schaufelquerschnitt. Zwei befestigte Düsenauslässe sind an der Hinterkante des hydraulischen Körpers vorgesehen und eine Strömungszirkulation kann durch jede dieser Düsenauslässe stattfinden. Daher ist die Erzeugung eines dynamischen Auftriebs an der einen Seite des hydraulischen Körpers möglich, der größer ist als der, der auf der anderen Seite erzeugt wird, ohne daß Schwenkteile oder Klappen vorgesehen sind.
• Die CH-A-660 770 offenbart eine Luftturbine mit einer zylindrischen Führungsanordnung, welche nur einen Luftpfad erzeugt. Eine Nabe ist drehbar in einem Gehäuse in der Führungsanordnung gelagert, und mehrere Turbinenrotorschaufeln mit symmetrischen Schaufelquerschnitt weisen eine Sehnenlinie innerhalb einer senkrechten Ebene zu der Rotationsmittelachse der Nabe, die in dem und drehbar innerhalb des Luftpfades angeordnet ist. Ein Gruppe Hilfsschaufeln ist an einer vorderen Stelle jeder Turbinenrotorschaufel in der Drehrichtung der Nabe angeordnet. Die Stellung der Hilfsschaufel kann der Richtung des in den Luftpfad strömenden Luftstroms entsprechend verschoben werden, um auf diese Weise die Turbinenrotorschaufel zusammen mit der Hilfsschaufel als eine Einzel-Turbinenrotorschaufel mit einem Tragflächenpofil mit einer Sehnenlinie mit starker Krümmung funktionieren zu lassen.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Energieumwandlungsapparat bereitzustellen, bei dem die vorstehend beschriebene Wales-Turbine für die effiziente Umwandlung der Fluidströmungsenergie in die mechanische Energie der Turbinenabtriebswelle verbessert ist und die Selbststarteigenschaft verbessert ist.
• Allgemein gesagt, wird bei der vorliegenden Erfindung ein ringförmiger Fluidstrom gebildet, um die Turbinenrotorschaufeln der Wales-Turbine in der Fluidpfadanordnung für die Bildung des Fluidstroms zum Rotieren zu bringen, und auch ein weiterer ringförmiger Fluidstrom wird an der Außenseite in der Radiusrichtung des vorstehend erwähnten ringförmigen Fluidstroms gebildet, um die Turbinenrotorschaufeln bevorzugt einer Babintiev-Impulsturbine oder einer McCormick-Impulsturbine durch diese außenseitigen Fluidstrom zum Rotieren zu bringen, wird ein von dem Auslaß dieser Turbinen unter Druck gesetzter und beschleunigter Druckstrom aus jeder Schaufel der Wales-Turbine über einen in deren Schaufel ausgebildeten und zu deren Hinterkantenseite hin gebogenen Pfad ausgeblasen, wodurch die Selbststartfähigkeit der Wales-Turbine verbessert und ferner der Energieumwandlungswirkungsgrad verbessert wird, indem durch eine Fluidsteuerungsvorrichtung die Richtung des aus den Schaufeln der Wales-Turbine ausgeblasenen umgelenkten Fluidstroms gesteuert wird.
• Der erfindungsgemäße Fluidenergie-Umwandlungsapparat wird als ein Element zur Bildung eines Fluidpfades bereitgestellt, wobei eine Außenführungsanordnung einen Hauptteil der Innenwandoberfläche als eine zylindrische Wandinnenoberfläche aufweist, mindestens eine Innenführungsanordnung im Inneren der Außenführungsanordnung vorgesehen ist und eine Außenumfangsoberfläche aufweist, die in einer rotationssymmetrischen Form an der Symmetrieachse in der Mittelachse der zylindrischen Wandinnenoberfläche der Außenführungsanordnung angeordnet ist, eine zylindrische Zwischenwand, welche eine zu der Mittelachse der Zylinderwandinnenoberfläche ausgerichtete Mittelachse besitzt, und sich zwischen der Außenführungsanordnung und der Innenführungsanordnung erstreckt, um einen Pfad zwischen der zylindrischen Wandinnenoberfläche der Außenführungsanordnung und der Außenumfangsoberfläche der Innenführungsanordnung in zwei ringförmige Fluidpfade zu unterteilen, einen Außenpfad und einen Innenpfad umfaßt, und die Fluidpfadanordnung mehrere Unterstützungsstreben einer Form mit niedrigstem Fluidwiderstand aufweist, welche die Außenführungsanordnung, die Zwischenwand und die Innenführungsanordnung verbinden. Diese Fluidpfadanordnung lagert zwei Fluidpfade, die den vorstehend erwähnten ringförmigen Innenpfad und ringförmigen Außenpfad umfassen, der an der Außenseite des ringförmigen Innenpfades in einer Radiusrichtung angeordnet ist.
• Auf der Fluidpfadanordnung ist eine erste Rotorwelle drehbar mit ihrer Rotationsachse koaxial zu der Mittelachse der zylindrischen Wandinnenoberfläche der Außenführungsanordnung gelagert. Auf der ersten Rotorwelle ist ein erstes Rotationselement montiert, welches an den einem Ende in der Axialrichtung der Innenführungsanordnung angeordnet ist. Das erste Rotationselement weist eine auf der ersten Rotorwelle befestigte ringförmige Nabe und mehrere erste Turbinenrotorschaufeln auf, die auf dieser ringförmigen Nabe befestigt sind und sich radial nach außen in den zwischen der Außenumfangsoberfläche der Innenführungsanordnung und der Zwischenwand ausgebildeten Innenpfad erstrecken.
• Jede erste Turbinenrotorschaufel weist einen symmetrischen Schaufelquerschnitt mit einer Sehnenlinie innerhalb einer senkrechten Ebene zu der Drehachse der ersten Rotorwelle auf und ist zu jeweiligen Turbinenrotorschaufel der Wales-Turbine äquivalent. Die ersten Turbinenrotorschaufeln wandeln die parallel zu der ersten Rotorwelle in dem Innenpfad strömende Fluidenergie in Rotationsenergie um und geben sie an die erste Rotorwelle ab.
• Ein zweite Rotorwelle ist koaxial und wechselseitig dagegen drehbar auf der ersten Rotorwelle in der Fluidpfadanordnung montiert und ist an dem axial anderem Ende der Innenführungsanordnung positioniert. Ein zweites Rotationselement ist koaxial und drehbar auf der zweiten Rotorwelle gelagert und besitzt eine Scheibennabe, welche koaxial und drehbar auf der zweiten Rotorwelle gelagert und antriebsmäßig damit über ein Übersetzungsgetriebe gekoppelt ist, ein Ringelement, welches im wesentlichen denselben Radius wie den der Zwischenwand aufweist und koaxial zu der zweiten Motorwelle mittels mehrerer Lagerstreben mit geringsten Fluidwiderstand gelagert ist, die in den ringförmigen Innenpfad ragen, und eine Anzahl zweiter Turbinenrotorschaufeln, die jeweils an der Außenumfangsoberfläche des Ringelementes befestigt sind und in den zwischen der zylindrischen Wandinnenoberfläche der Außenführungsanordnung und der Trennwand ausgebildeten Außenpfad hineinragen.
• Auf der zylindrischen Wandinnenoberfläche der Außenführungsanordnung sind mehrere Gruppen von Statorschaufeln an ihrem einen Ende an der zylindrischen Wandinnenoberfläche befestigt und ragen radial in Außenpfad hinein. Jede Gruppe enthält zwei Statorschaufeln, die an beiden Seiten neben der jeweils entsprechenden zweiten Turbinenrotorschaufel liegen, und mehrere Statorschaufelgruppen sind in gleichen Intervallen in tangentialer Richtung angeordnet. Der Querschnitt jeder Schaufel der einen Statorschaufelgruppe ist in einem Anstellungswinkel in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu der Drehachse des zweiten Rotationselementes geneigt, wobei sich deren Sehnenlinien an einem Punkt außerhalb der Statorschaufeln miteinander schneiden, so daß die Rotorschaufeln der zweiten Turbine das Rotationselement nur in der einen Drehrichtung drehen können. Das heißt, daß das zweite Rotationselement, das eine Anzahl von Turbinenrotorschaufeln radial außerhalb der Rotorschaufeln der ersten Turbine aufweist, leichter als die Turbinenrotorschaufeln der ersten Turbine zu starten ist, demzufolge die zweiten Turbinen schaufeln selbst mit der Drehung der zweiten Rotorwelle über das Übersetzungsgetriebe bei einer niedrigen Fluidgeschwindigkeit zu starten beginnen, bei welcher die ersten Turbinenrotorschaufeln nur schwierig selbst mit dem Antrieb der ersten Rotorwelle starten können.
• > Innerhalb der Innenführungsanordnung ist eine Fluid- Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung angeordnet, welche eine an der Innenführungsanordnung befestigte Gehäuseeinrichtung und eine zu der Nabe des ersten Rotationselementes hin gerichteten Abgabeauslaß aufweist, welcher auf der zweiten Rotorwelle befestigt ist um sich zusammen mit der zweiten Rotorwelle zu drehen. Das Rotationselement der Fluid- Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung wird von dem Übersetzungsgetriebe mit einer erhöhten Rotationsgeschwindigkeit zusammen mit der zweiten Rotorwelle gegenüber der Rotationsgeschwindigkeit eines Ringelementes gedreht, auf welchen die zweiten Turbinenrotorschaufeln hervorstehend angeordnet sind; weshalb unmittelbar nach dem Start der Drehung des zweiten Rotationselementes ein Fluid mit erhöhtem Druck und erhöhter Geschwindigkeit gegenüber dem in den Innen- und Außenführungspfaden an den Abgabeauslaß abgegeben wird.
• Die vorstehend erwähnte Nabe des ersten Rotationselementes ist mit Sammelports an ihren kreisförmigen Kantenabschnitt an ihrer einen Seite für die Aufnahme des von dem Abgabeauslaß der Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung abgegebenen Fluids versehen und ist ebenfalls im Inneren jeder ersten Turbinenrotorschaufel und in einer Ebene senkrecht zu der ersten Rotorwelle mit einem Fluidabgabepfad mit einem gekrümmten Abschnitt versehen, der mit den Sammelports in der vorgenannten Nabe an einem Ende und mit einer auf beiden Seitenflächen der Schaufeln offenen Abgabedüse an einer Stelle neben der Vorderkante der ersten Rotationselementschaufeln an anderen Ende in Verbindung steht. Daher wird das von der Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung unter Druck gesetzte und beschleunigte Fluid umgelenkt, wenn es den gekrümmten Abschnitt des Fluidabgabepfades während der Abgabe in den Innenpfad ausgehend von der Aufnahme des Fluids in den Fluidauslaßpfad über den in der Nabe des ersten Rotationselementes angeordneten Sammelport durchtritt, und dadurch als seine Reaktion das Starten des ersten Rotationselementes auch dann ermöglicht, wenn die Fluidgeschwindigkeit in den in der Fluidpfadanordnung ausgebildeten Innen- und Außenpfad niedrig ist.
• Ferner ist in der vorliegenden Erfindung jede erste Turbinenrotorschaufel mit einer Fluidsteuervorrichtung mit einer Fluideinlaßstutzenöffnung auf der Sehnenlinie der Vorderkante, einem Paar von Steuerfluideinlaßöffnungen in symmetrischen Stellungen in Bezug auf die Sehnenlinie auf beiden Seitenoberflächen in der Nähe der Vorderkante, einer Fluidsteuerkammer, die mit dem Fluideinlaßstutzen und den Fluidsteuereinläßen in Verbindung steht, und einem Paar von Steuerpfadöffnungen versehen, die sich an einem Ende in die Fluidkammer in einer bezogen auf die Sehnenlinie symmetrischen Ausgangsstellung öffnen und sich ferner an dem anderen Ende in einer symmetrischen Position bezogen auf die Sehnenlinie in die Innenwand des Fluidauslaßpfades öffnen; und die in der ersten Turbinenrotorschaufel geöffnete Auslaßdüse ist eine rechteckige Öffnung, die parallel zu der Hinterkante der Turbinenrotorschaufeln ausgebildet ist. Der Fluidstrom, der in die Fluidsteuerkammer über den Fluideinlaßstutzen eingespeist wird, welcher sich in der Vorderkante der ersten Turbinenrotorschaufel öffnet, ist mit der Niederdruckseite durch eine Differenz eines auf beide Seitenoberflächen der ersten Turbinenrotorschaufeln wirkenden statischen Drucks verbunden und strömt in beiden Steuerfluß pfaden, und wird in den Fluidauslaßpfad über eine in der Innenwand des Fluidauslaßpfades ausgebildete Öffnung als ein Steuerfluid gespeist. Daher wird durch das von einem Steuerpfad eingespeiste Steuerfluid das von der Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung in den Fluidauslaßpfad abgegebene Fluid als eine umgeleitete ebene Strömung aus Auslaßdüse ausgeblasen, die in der Nähe der Hinterkante der hochdruckseitigen Oberfläche der ersten Turbinenrotorschaufeln ausgebildet und rechteckig parallel zu der Hinterkante geöffnet ist, und dadurch der Auftriebskoeffizient der ersten Turbinenrotorschaufeln erhöht und auch ein Auftriebstwiderstands-Verhältnis erhöht, so daß der Umwandlungswirkungsgrad der Abgabeenergie an die erste Abtriebswelle verbessert wird, auf welcher die ersten Turbinenrotorschaufeln befestigt sind.
• Ferner ist in der vorliegenden Erfindung eine zweite Innenführungsanordnung derselben Form wie die vorgenannte Innenführungsanordnung in dem Fluidpfad auf der anderen Seite in der Axialrichtung des ersten Rotationselementes angeordnet und ist koaxial an der zylindrischen Wandinnenoberfläche der Fluidpfadanordnung feststehend verbunden, während ein Ende davon auf der Oberfläche der anderen Seite der Nabe des ersten Rotationselementes angeordnet ist; ist eine dritte Rotorwelle in Linie mit der zweiten Rotorwelle auf der axial anderen Seite des ersten Rotationselementes plaziert, koaxial mit der ersten Rotorwelle innerhalb der Fluidpfadanordnung angeordnet; und ist ein drittes Rotationselement symmetrisch zu dem ersten Rotationselement bezogen auf eine Ebene senkrecht zu der Mittelachse der ersten Rotorwelle eingebaut. Daher kann dann, wenn sich das in dem Fluidpfad in der Fluidpfadanordnung strömende Fluid in axialer Richtung umgekehrt hat, das erste Rotationselement mittels des dritten Rotationselementes effektiv in derselben Richtung am Laufen gehalten werden.
• Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidenergie-Umwandlungsapparates;
• Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Hautteils davon; Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 2;
• Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B in Fig. 2;
• 1 0 Fig. 5 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie C-C in Fig. 2;
• Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie D-D in Fig. 2;
• Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer ersten Turbinenrotorschaufel entlang einer Linie E-E in Fig. 3;
• Fig. 8 ist eine Schnittansicht, die eine Beziehung zwischen zweiten Turbinenrotorschaufeln und vierten Turbinenrotorschaufeln, die in zwei Reihen angeordnet sind, und Statorschaufeln oder dritten Turbinenrotorschaufeln und fünften Turbinenrotorschaufeln, die in zwei Reihen angeordnet sind, und Statorschaufeln darstellt;
• Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die eine Beziehung zwischen den zweiten Turbinenrotorschaufeln und den Statorschaufeln oder dritten Turbinenrotorschaufeln und den Statorschaufeln darstellt;
• Fig. 10 ist eine Seitenansicht die in typischer Form einen Grundaufbau des Apparates zur Erzeugung von Energie mittels einer oszillierenden Wassersäule unter Verwendung der Wales-Turbine darstellt; und
• Fig. 11 ist eine Vorderansicht der Wales-Turbine.
• Vor der Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Grundaufbau eines Apparates zur Erzeugung von Energie mittels einer oszillierenden Wassersäule, welche sehr gut für die Anwendung eines erfindungsgemäßen Fluidenergie-Umwandlungsapparates geeignet ist, unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben.
• In den Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 200 eine Wales-Turbine, in welcher eine Turbinenwelle 203 in spindelförmiger Form mit einer Rotationsmittelachse 202 auf der Mittelachse einer zylindrischen Führungsanordnung 201 drehbar mittels Lagerungsstreben 204 und 205 gelagert ist. Auf der Turbinenwelle 203 sind daraus hervorstehend vier Rotorschaufeln 206 mit symmetrischen Schaufelquerschnitt mit einer Sehnenlinie in Ebene senkrecht zu der Rotationsmittelachse 203 angebaut. Die Turbinenrotorschaufeln 206 sind in einem zwischen der Führungsanordnung 201 und der Turbinenwelle 203 ausgebildeten Luftpfad 207 angeordnet.
• Ein Bezugszeichen 208 bezeichnet ein kastenförmiges Element, das aus Beton besteht und ein Abschlußdeck 209, Begrenzungseitenwände 210 und ein Bodendeck 211 besitzt. In den Seitenwänden 210 und zwischen den Seitenwänden 210 und dem Bodendeck 211 sind eine oder zwei Öffnungen 212 vorgesehen. Das Element 208 ist bei der Tiefe eingebaut, bei der die Öffnung 212 der Wände 210 unabhängig von der Wellenhöhe in Wasser eingetaucht ist, und eine untere Kante 213 der Wände 210 an der Oberkante der Öffnung 212 steht im Wasser und ist auf dem Meeresboden mit dem Bodendeck 211 befestigt. Das Abschlußdeck 209 ist mit einem in das Deck 209 integrierten Luftkanal 214 ausgebildet. An der Oberseite des Einbausitzes 215 ist Führungsanordnung 201 mit ihrem unteren Ende befestigt.
• Ein freier Wasserspiegel 216 in dem Element 208 liegt hoch über der Unterkante 213 der Seitenwand 210, wodurch eine Luftkammer 217 über dem freien Wasserspiegel 216 ausgebildet wird. Wenn sich die Wasserhöhe der umgebenden Welle 218 verändert, ändert sich der freie Wasserspiegel 216 in dem Element 208, wie es durch die vielen Wellenpegellinien in Fig. 10 andeutet ist. Mit dieser Veränderung findet eine volumetrische Verschiebung der Luft in der Kammer 217 in dem zwischen der Führungsanordnung 201 und der Turbinenwelle 203 ausgebildeten Luftpfad 207 statt, was einen Luftstrom erzeugt, der sich in einer Längsrichtung der Rotationsmittelachse 202 der Turbinenwelle 203 hin und her bewegt. Die Turbinenrotorschaufel 206 der Wales-Turbine weist eine Sehnenlinie in einer Ebene senkrecht zur Rotationsmittelachse der Turbinenwelle 203 auf, und weist ferner einen symmetrischen Schaufelquerschnitt an dieser Sehnenlinie als Symmetrieachse auf, wodurch sich die Turbinenwelle 203 nur in einer Drehrichtung durch den in dem Luftkanal 207 hin und her bewegenden Luftstrom dreht. Die Energie dieses Luftstroms wird dann in die Rotationsenergie der Turbinenwelle 203 umgewandelt. Wenn ein Generator 219 über die Turbinenwelle 203 rotierend angetrieben wird, wird die Rotationsenergie der Turbinenwelle 203 in eine elektrische Energie umgewandelt.
• Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftenergie-Umwandlungsapparates darstellt , welche mit der OWC angewendet werden soll. In den Fig. 2 bis 8 sind zum Teil Details der Ausführungsform dargestellt.
• In diesen Zeichnungen bezeichnet 1 eine Außenführungsanordnung. Die Außenführungsanordnung 1 weist eine zylindrische Wandinnenoberfläche 2 als Hauptabschnitt auf; und beide axialen Endabschnitte der zylindrischen Wandinnenoberfläche 2 sind als konische Wände 3 mit zu den Enden hin erweiterten Durchmesser ausgebildet, und sind über eine glatte Krümmung mit der zylindrischen Wandinnenoberfläche 2 verbunden. In dieser Außenführungsanordnung 1 sind eine erste und zweite Innenführungsanordnung 6 und 106 derselben Größe mit Außenumfangsflächen 5 bzw. 105, welche in einer symmetrischen Rotationsform an einer zentralen Achse 4 der zylindrischen Wandinnenoberfläche 2 als Symmetrieachse ausgebildet sind, auf der Außenführungsanordnung 1 gelagert, und bilden einen ringförmigen Fluidpfad zwischen der zylindrischen Wandinnenoberfläche 2 der Außenführungsanordnung 1 und den Außenumfangsflächen 5 und 105 der Innenführungsanordnungen 6 und 106. Als nächstes ist eine Trennwand 7 vom Typ einer zylindrischen Wand, die ihre Mittelachse auf der Mittelachse 4 liegen hat, so angeordnet, daß sie zwischen der zylindrischen Wandinnenoberfläche 2 der Außenführungsanordnung 1 und den Außenumfangsflächen 5 und 105 der Innenführungsanordnungen 6 und 106 positioniert ist, wobei die Trennwand 7 mit der Außenführungsanordnung 1 über mehrere Lagerungsstreben 8 verbunden ist, und ferner die Trennwand 7 mit den Innenführungsanordnungen 6 und 106 über eine Anzahl von Lagerungsstreben 9 verbunden ist. Somit sind die Trennwand 7 und die Innenführungsanordnung 6 und 106 durch die Außenführungsanordnung 1 gelagert, und der Fluidpfad wird durch die Trennwand 7 in einen zwischen der Trennwand 7 und den Außenumfangsflächen 5 und 105 der Innenführungsanordnungen 6 und 106 ausgebildeten ringförmigen Innenpfad 10 und einen zwischen der Trennwand 7 und der zylindrischen Wandinnenoberfläche 2 der Außenführungsanordnung 1 ausgebildeten ringförmigen Außenpfad 11 getrennt. Alle Streben 8 und 9 die innerhalb des Außenpfades 11 und des Innenpfades 10 angeordnet sind, sind mit einer Querschnittsform mit geringsten Widerstand zu dem parallel zur Mittelachse 4 innerhalb dieser Pfade 10 und 11 strömenden Luftstrom hergestellt.
• Ein Paar Lagerungselemente 12, 12 werden von Lagerungsstreben 13, 13 auf der Außenführungsanordnung 1 in voneinander axial beabstandeten Positionen auf der Mittelachse 4 der zylindrischen Wandinnenoberfläche 2 der Außenführungsanordnung 1 gelagert. Zwischen diesen Lagerungselementen 12, 12 ist eine erste Rotorwelle 14 auf der Mittelachse 4 als ihrer Rotationsmittelachse drehbar gelagert. Auf der ersten Motorwelle 14 ist eine Nabe 16 eines ersten Rotationselementes 15 zwischen gegenüberliegenden Enden der Innenführungsanordnungen 6 und 16 bezogen auf die axialen Richtung befestigt. Die Nabe 16 weist eine in einer Formsymmetrie mit einer Symmetrieebene senkrecht zu der Mittelachse 4 hergestellte Aufbaukonstruktion auf und besitzt eine ringförmige Form. Entlang der Außenumfangskante dieser Nabe 16 sind von der Anzahl her vier, die ersten Turbinenrotorschaufeln 17 hervorstehend angeordnet und ragen in den Innenpfad 10.
• Jede erste Turbinenrotorschaufel 17 weist gemäß Darstellung in Fig. 7 einen in einer Liniensymmetrie um die Sehnenlinie 18, welche die Symmetrieachse ist, herum ausgebildeten symmetrischen Tragflächen-Schaufelquerschnitt auf, und ist an der Nabe 16 mit der Sehnenlinie 18 innerhalb einer Ebene senkrecht zu der Mittelachse 4 befestigt. Die Turbinenrotorschaufeln 17 sind in 90 Grad Abstand um die Außenumfangskante der Nabe 16 bezogen auf den Mittelpunkt der Rotationsmittelachse der ersten Rotorwelle 14 angeordnet und bilden somit die Wales-Turbine. Das Bezugszeichen 19 be zeichnet einen innerhalb des Innenpfades 10 an beiden Seiten der ersten Turbinenrotorschaufel 17 angeordnete Führungsflügel. Die Führungsflügel dienen auch als die Lagerungsstreben 9.
• An dem anderen Außenumfang der ersten Rotorwelle 14 zwischen einem der Lagerungselemente 12 und der Nabe 16 der ersten Rotationselementes 15 ist eine zweite Rotorwelle 20 wechselseitig drehbar und koaxial zu der ersten Rotorwelle 14 befestigt. Die zweite Rotorwelle 20 ist eine zylindrische Welle und ist außenliegend auf der ersten Motorwelle 14 aufgesteckt, wobei ihr eines Ende drehbar in einem auf dem Lagerungselement 12 montierten Lager gelagert ist und das andere Ende ebenfalls drehbar in einem auf der ersten Welle 14 montierten Lager gelagert ist.
• Eine Nabe 22 eines zweiten Rotationselementes 21 ist drehbar auf der zweiten Rotorwelle 20 in einer Position in der Nähe des axialen freien Endabschnittes der Innenführungsanordnung 6 angeordnet, wo die zweite Rotorwelle 20 hindurchgebaut ist. Die Nabe 22 ist ein ringförmiges Scheibenelement und in einer Ebene senkrecht zu der Rotationsmittelachse der zweiten Rotorwelle 20 angeordnet und mit ihrer Mittenbohrung drehbar auf der zweiten Rotorwelle 20 gelagert. Auf der Nabe 22 des zweiten Rotationselementes 21 ist ein Zahnradring 23 koaxial zu der Rotationsmittelachse befestigt. Auf der zweiten Rotorwelle 20 ist ein Sonnenrad 24 befestigt, wobei dieses Sonnenrad 24 und der Zahnradring 23 zusammen mit Zahnrädern, die jeweils drehbar auf den Lagerungselement 12 gelagert sind, ein Übersetzungsgetriebe bilden. Die Außenumfangsfläche der Nabe 22 ist als eine verlängerte Krümmung der zylindrischen Außenumfangsfiäche 5 der Innenführungsanordnung 6 ausgebildet, wobei eine Anzahl von Speichen 26, die mit ihren einem Ende auf der Außenumfangsfläche der Nabe 22 befestigt sind an ihrem anderen Ende an einem ringförmigen Scheibenelement 27 befestigt sind, um auf diese Weise das ringförmige Scheibenelement auf der zweiten Rotorwelle 20 koaxial zu deren Rotationsmittelachse zu lagern. Das ringförmige Scheibenelement weist denselben Innen- und Außendurchmesser wie die Trennwand 7 auf. Auf der zylindrischen Außenumfangsfläche des ringförmigen Scheibenelementes 27 sind hervorstehend eine Anzahl zweiter Turbinenrotorschaufeln 28 eingebaut, welche radial innerhalb des Außenpfades 11 angeordnet sind. Die zweite Turbinenrotorschaufeln 28 weist einen Tragflächenschaufelquerschnitt auf, der in der Form dem einer Rotationsschaufel einer Impulsturbine wie z.B. einer Babintiev-Turbine oder einer McCormick-Turbine ähnlich ist.
• Auf dem Endabschnitt der Innenführungsanordnung 6 auf der Seite des ersten Rotationselementes 15 ist eine Gehäuseeinrichtung 31 einer Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs- Vorrichtung 30, beispielsweise ein Gehäuse eines Luftkompressors ausgebildet oder befestigt. Andererseits ist auf der zweiten Rotorwelle 20 eine Rotoreinrichtung 32 mit Schaufeln zur Druckerhöhung und Beschleunigung des Fluids, beispielsweise der Luft, in Zusammenwirken mit der Gehäuseeinrichtung 31 befestigt. Die Gehäuseeinrichtung 31 ist um den vollen Umfangskantenabschnitt herum offen, wenn die Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung 30 ein zentrifugal arbeitender Typ ist, in welchem die so von der Rotoreinrichtung 32 unter Druck gesetzte und beschleunigte Luft von der Umfangsfläche der Rotoreinrichtung 32 zu der Außenumfangsfläche der Nabe 16 des ersten Rotationselementes 15 abgegeben wird. Ferner sind vier Sammelpfade 34, jeder mit einem Sammelport 33, welcher ein Viertel einer vollen Umfangslänge der Rotoreinrichtung 32 entlang deren Umfangskante in einem Intervall von 90 Grad des Zentralwinkels belegt, wie es aus den Fig. 2 und 3 deutlich wird, in dem Umfangsseitenkantenabschnitt der Nabe 16 der ersten Rotationselementes 15 vorgesehen. Jeder Sammelpfad 34 weist eine Seitenwand 34 in einer Form einer Involutenkrümmung und entlang der Richtung der Luftabgabe von der Rotoreinrichtung 32 auf. Die von der Rotoreinrichtung 32 abgegebene Luft strömt in den Sammelpfad 34. Der Sammelpfad 34 ist gebogen, so daß er den Luftstrom zu einer radialen Richtung innerhalb der Nabe 16 entlang einer glatten Krümmung verteilt. Innerhalb des Sammelpfades 34 ist ein Führungsflügel 35 mit nahezu derselben Krümmung wie die Krümmung der Seitenwand des Sammelpfades 34 vorgesehen und stellt dadurch eine glatte Luftströmung sicher.
• In jeder ersten Turbinenrotorschaufel 17 ist ein Fluidaustrittspfad 36 vorgesehen, der sich in der radialen Richtung der Nabe 16 erstreckt, um mit einem der Sammelpfade 34 in Verbindung zu stehen. Der Fluidaustrittspfad 36 ist mit einer Endwand 37 in kreisförmiger Bogenform und einer Trennwand 38 mit einem Kreisbogenwandabschnitt an seinem Vorderende versehen, das dem Spitzendenabschnitt der ersten Turbinenrotorschaufel 17 entspricht, um den radial dadurch strömenden Luftstrom um 90 Grad in dieselbe Richtung wie die Umlenkrichtung des Sammelpfades 34b umzulenken, und dadurch den Fluidaustrittspfad 36 strömenden Luftstrom zu der Hinterkante der ersten Turbinenrotorschaufel 17 zu leiten. Die Trennwand 38 trennt den Fluidaustrittspfad 36 auch in zwei Fluidpfade 39 und 40 in der radialen Richtung der Nabe 16. Der Fluidpfad 39 gemäß Darstellung in Fig. 7 ist in zwei Zweigpfade 42 und 43 in der Querschnittsansicht der Schaufel 17 getrennt. Die Zweigpfade 42 und 43 stehen mit den rechteckigen Austrittsdüsen 44 und 45 in Verbindung, die parallel entlang der Hinterkante zu beiden Seitenoberflächen der ersten Turbinenrotorschaufel 17 vorgesehen sind. Der andere Fluidpfad 40 ist ebenfalls in ähnlicher Weise in zwei Fluidpfade getrennt, die mit den rechteckigen Auslaßdüsen in Verbindung stehen, die parallel zu beiden Seitenoberflächen entlang der Hinterkante der ersten Turbinenrotorschaufel 17 vorgesehen sind. In Fig. 3 ist eine auf der einen Seite vorgesehene Düse 46 dargestellt.
• Mehrere Gruppen mit zwei Statorschaufeln 48 und 49 sind in einer radialen Richtung hervorstehend innerhalb des Außenpfades 11 eingebaut, wobei ein Ende jeder Gruppe von Statorschaufeln 48 und 49 an der zylindrischen Wandinnenoberfläche 2 der Außenführungsanordnung 1 an beiden Seiten in der axialen Richtung der zweiten Turbinenrotorschaufeln 28 des zweiten Rotationselementes 21 befestigt ist. Das andere Ende der Statorschaufel 48 ist an einer Seite mit einer geformten Trenneinrichtung 50 verbunden, welche auf der Außenführungsanordnung 1 über das Lagerungselement 12 und die Lagerungsstrebe 9 gelagert ist. Das andere Ende der anderen Schaufel 49 ist auf der Trennwand 7 gelagert. Fig. 1 zeigt ein weiteres anderes Rotationselement, das neben dem zweiten Rotationselement 21 angeordnet ist. Wo kein anderes Rotationselement angeordnet ist, sind die Statorschaufeln 48 und 49 neben beiden Seite der zweiten Turbinenrotorschaufel 28 gemäß Darstellung in Fig. 9 angeordnet. In diesem Fall sind die Statorschaufeln 48 und 49 bezpgen auf ein Ebene senkrecht zu der Rotationsmittelebene des zweiten Rotationselementes 21 geneigt und weisen einen Tragflächenschaufelquerschnitt auf, bzw. weisen Sehnenlinien auf, die sich außerhalb der Schaufelquerschnitte miteinander schneiden. Das zweite Rotationselement 21 bildet die Babintiev-Impulsturbine mit den Statorschaufeln 48 und 49 als stationären Schaufeln und den zweiten Turbinenrotorschaufeln 28 als rotierenden Schaufeln.
• Wenn in dem Luftenergie-Umwandlungsapparat mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ein Luftstrom in die ringförmigen Führungspfade zwischen der Turbinenwelle 203 und der zylindrischen Wandinnenoberfläche 2 der Außenführungsanordnung 1 geliefert wird, und ein in dem Innenpfad 10 strömender Luftstrom und ein in dem Außenpfad 11 strömender Luftstrom erzeugt sind, beginnt das zweite Rotationselement 21 mit den zweiten Turbinenrotorschaufeln 28 in dem Außenpfad angeordnet, mit der Rotation sogar bei einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit, bei welcher die ersten Turbinenrotorschaufeln 17 mit dem vorstehend beschriebenen symmetrischen Schaufelquerschnitt schwer zu starten sind. Die Rotationsgeschwindigkeit des zweiten Rotationselementes 21 und der Nabe 22 sind aufgrund des Übersetzungsgetriebes 25 erhöht und wird auf die zweite Rotorwelle 20 übertragen, um die zweite Welle 20 in Fig. 3 in Gegenuhrzeigersinn zu drehen. Die Rotorenrichtung 32 der Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs- Vorrichtung 30, d.h. ein Luftkompressor, dreht sich in derselben Richtung wie sich die Rotorwelle 20 dreht und gibt dann die so druckerhöhte und beschleunigte Luft an die in der Nabe 16 des ersten Rotationselementes 15 ausgebildeten Sammelports 33 ab. Die in die Sammelports 33 abgegebene Luft wird bei den Austrittsdüsen 44, 45 und 46, die in der Schaufeloberfläche neben der Hinterkante der ersten Turbinenrotorschaufel 17 offen sind, über den Sammelpfad 34, den Fluidaustrittspfad 36 und die Fluidpfade 39 und 40 ausgeblasen. Die Richtung des Luftstroms wird zweimal in die dieselbe Richtung durch den gebogenen Pfadabschnitt des Sammelpfades 34, wo die Führungsflügel 35 eingebaut sind, die Endwand 37 des Fluidaustrittspfades 36, und die Trennwand 38 mit dem Kreisbogenwandabschnitt geändert. Auf diese Weise erteilt die Energie des in dem Sammelpfad 34 zu dem Fluidaustrittspfad 36 strömenden Luftstroms dem erste Rotationselement 15 eine Rotationskraft im Gegenuhrzeigersinn. Daher wird bei dem Start des Luftenergie-Umwandlungsapparates das zweite Rotationselement 21 vor dem Start des ersten Rotationselementes 15 gestartet, wodurch eine Rotationskraft an das erste Rotationselement abgegeben wird. Und ferner wird dann, wenn sich der Luftstrom in der Außenführungsanordnung 1 hinsichtlich Geschwindigkeit und Druck vergrößert hat, das erste Rotationselement 15 durch den aus den Austrittsdüsen 44, 45 und 46 austretenden Luftstrom beschleunigt.
• Wenn der Luftenergie-Umwandlungsapparat der vorliegenden Erfindung bei dem OWC-Prinzip angewendet wird, ändert sich die Strömungsrichtung des in der Außenführungsanordnung 1 strömenden Luftstroms abwechselnd. Da die ersten Turbinenrotorschaufel 17 des ersten Rotationselementes 15 einen symmetrischen Schaufelquerschnitt mit einer Sehnenlinie in einer Ebene senkrecht zu der Rotationsmittelachse 4 des Rotationselementes 15 aufweist, dreht sich das erste kotationselement 15 auch dann nur in ein und dieselbe Richtung, wenn sich die Strömungsrichtung des Luftstroms abwechselnd umkehrt. Da sich in diesem Fall die zweiten Turbinenrotorschaufeln 28 des zweiten Rotationselementes 21 aufgrund der Statorschaufeln 48 und 49 nur in eine Richtung gedreht werden, ändert sich die Drehrichtung des zweiten Rotationselementes 21 auch dann nicht, wenn sich die Strömungsrichtung des Luftstroms umkehrt.
• Ferner ist im Inneren der Innenführungsanordnung 106 eine als ein zylindrische Welle ausgebildete dritte Rotorwelle 51 koaxial und wechselseitig gegeneinander drehbar auf der Außenumfangsfläche der ersten Rotorwelle 14 ähnlich wie die zweite Rotorwelle 20 gelagert, und eine Nabe 53 eines dritten Rotationselementes 52 ist drehbar in einer Position neben den freien Endabschnitt der Innenführungsanordnung 106 gelagert. Dieses dritte Rotationselement 52 weist eine zu dem zweiten Rotationselement 21 äquivalente Konstruktion auf. Die Nabe 53 ist antriebsmäßig mit der dritten Rotorwelle 51 über ein Übersetzungsgetriebe 54 zum Antrieb der dritten Rotorwelle verbunden, welche wiederum von Schaufeln 55 eines dritten Turbinenrotors, die in den Außenpfad 11 ragen und von Statorschaufeln 56 und 57, die feststehend in den Außenpfad 11 axial an beiden Seiten der Turbine nrotorschaufeln 55 ragen, so angetrieben wird, daß sie sich in dieselbe Richtung wie die zweite Rotorwelle 20 dreht. Die relative Konfiguration der Statorschaufeln 56 und 57 und die der dritten Turbinenrotorschaufeln 55 ist dieselbe wie die der Statorschaufeln 48 und 49 und die der zweiten Turbinenrotorschaufeln 28.
• An einem Endabschnitt der zweiten Innenführungsanordnung 106 auf der Seite des ersten Rotationselementes 15 ist eine Gehäuseeinrichtung 59 einer Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung 58, beispielsweise das Gehäuse eines Luftkompressors ausgebildet oder befestigt und ferner ist auf der dritten Rotorwelle 51 eine Rotoreinrichtung 60 befestigt, die mit Schaufeln versehen ist, um das Fluid, beispielsweise die Luft, in Zusammenwirken mit der Gehäuseeinrichtung unter Druck zu setzen und zu beschleunigen. In einer Außenumfangsoberfläche der Nabe 16 des ersten Rotationselementes 15 sind vier Sammelports 61 in derselben Form wie die Sammelports 33 ausgebildet um die abgegebene Luft von der Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung 30 aufzunehmen, welche von der zweiten Rotorwelle 20 angetrieben wird. Die von der Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung 58 abgegebene Luft wird in den in der ersten Turbinenrotorschaufel 17 ausgebildeten Fluidaustritt 36 über die Sammelports 61 und einen Sammelpfad 62 gespeist.
• Da das dritte Rotationselement 52 die dritte Rotorwelle 51 in derselben Richtung wie die zweite Rotorwelle 20 rotierend antreibt, kann entweder das zweite Rotationselement 21 oder das dritte Rotationselement 52, welche sich gerade auf der Anströmseite befindet, auch dann effektiv betrieben werden, wenn sich die Strömungsrichtung des Luftstroms umkehrt, wodurch sie eine Verbesserung des Energieumwandlungswirkungsgrades der ersten Turbinenrotorschaufeln 17 ermöglichen. Da auch der von den zwei Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtungen 30 und 58 druckerhöhte und beschleunigte Luftstrom in die Fluidaustrittspfade 36 der Schaufeln 17 in dem ersten Turbinenrotor gespeist wird, erhalten die ersten Turbinenrotorschaufeln 17 auch eine höhere Drehgeschwindigkeit.
• Eine vierte Rotorwelle 63 ist koaxial zu der ersten Rotorwelle 14 und wechselseitig dagegen drehbar auf dem Außenumfang der zweiten Rotorwelle 20 gelagert. Diese vierte Rotorwelle 63 ist eine zylindrische Welle und ist mit einem Lager auf der zweiten Rotorwelle 20 gelagert. Auf dieser vierten Rotorwelle 63 eine Nabe 65 eines vierten Rotationselementes 64 in einer Position neben dem zweiten Rotationselement 21 gelagert und ist antriebsmäßig mit der vierten Rotorwelle 63 über ein Übersetzungsgetriebe 66 verbunden, das ein auf der Innenführungsanordnung 6 gelagertes Räderwerk mit einschließt. Da das vierte Rotationselement 64 im wesentlichen dieselbe Konstruktion wie das zweite Rotationselement 21 aufweist, werden dieselben Elemente wie die in dem zweiten Rotationselement 21 nicht weiter erläutert. Alle vierten Turbinenrotorschaufeln 67, die auf dem vierten Rotationselement 64 installiert sind und in den Außenpfad 11 ragen, weisen einen Schaufelquerschnitt der zweiten Turbinenrotorschaufel 28 mit von innen nach außen umgekehrter Form gemäß Darstellung in Fig. 8 auf, und demzufolge weist der Schaufelquerschnitt aller auf der Seite der vierten Turbinenrotorschaufeln 67 angeordneten Statorschaufeln 49 eine Sehnenlinie auf, die bezogen auf eine Ebene senkrecht zu der Rotationsmittelachse der zweiten der zweiten Rotorwelle 20 geneigt und parallel zu der Sehnenlinie des Schaufelquerschnittes aller Statorschaufeln 48 ist, die auf der Seite der zweiten Turbinenrotorschaufeln 28 angeordnet sind. Das vierte Rotationselement dreht sich daher in die entgegengesetzte Drehrichtung zu dem des zweiten Rotationselementes 21.
• In der Innenführungsanordnung 6 ist eine Gehäuseeinrichtung 69 einer Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung 68, beispielsweise das Gehäuse eines Luftkompressors ausgebildet oder befestigt. Ferner ist auf der vierten Rotorwelle 61 eine Rotoreinrichtung 70 feststehend eingebaut, die mit Schaufeln versehen ist, um das Fluid, beispielsweise die Luft, in Zusammenwirken mit der Gehäuseeinrichtung 69 unter Druck zu setzen und zu beschleunigen. Die Abgabeseite der Gehäuseeinrichtung 69 steht mit der Einlaßseite der Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung 30 in Verbindung. Die Einlaßseite der Gehäuseeinrichtung 59 steht mit einer äußeren Umgebungsatmosphäre über einen Strömungseinlaß 71 in Verbindung, der in den Naben 22 und 65 des zweiten und vierten Rotationselementes 21 bzw. 64 ausgebildet ist.
• In der zweiten Innenführungsanordnung 106 ist auch eine fünfte Rotorwelle 75 koaxial und wechselseitig dazu drehbar auf der dritten Rotorwelle 51 gelagert und ferner eine Nabe 77 einer fünften Rotationselementes 76 drehbar auf der fünften Rotorwelle 75 gelagert und antriebsmäßig mit der fünften Rotorwelle 75 über ein Übersetzungsgetriebe 78 verbunden, das ein auf der Innenführungsanordnung 106 gelagertes Räderwerk mit einschließt.
• Da dieses fünfte Rotationselement 764 im wesentlichen dieselbe Konstruktion wie das dritte Rotationselement 52 aufweist, werden dieselben Elemente wie die in dem dritten Rotationselement 52 nicht weiter erläutert. Alle fünften Turbinenrotorschaufeln 79, die auf dem fünften Rotationselement 76 eingebaut sind und in den Außenpfad 11 ragen, weisen eine umgekehrte Form des Schaufelquerschnitts jeder dritten Turbinenrotorschaufel 55 auf, und demzufolge weist der Schaufelquerschnitt der auf der Seite der fünften Turbinenrotorschaufeln 79 angeordneten Statorschaufeln 57 eine ]5 Sehnenlinie auf, die bezogen auf eine Ebene senkrecht zu der Rotationsmittelachse der dritten Rotorwelle 51 geneigt und parallel zu der Sehnenlinie des Schaufelquerschnittes aller Statorschaufeln 56 ist, die auf der Seite der dritten Turbinenrotorschaufeln 55 angeordnet sind (siehe Fig. 8). Das fünfte Rotationselement 76 dreht sich daher in die entgegengesetzte Drehrichtung wie die des dritten Rotationselementes 52.
• In der zweiten Innenführungsanordnung 106 ist eine Gehäuseeinrichtung 82 einer Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung 81 ausgebildet oder befestigt, und ferner ist auf der fünften Rotorwelle 75 eine Rotoreinrichtung 83 befestigt, die mit Schaufeln versehen ist, um das Fluid in Zusammenwirken mit der Gehäuseeinrichtung 82 unter Druck zu setzen und zu beschleunigen. Die Abgabeseite der Gehäuseein richtung 82 steht mit der Einlaßseite der Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung 58 in Verbindung. Die Einlaßseite der Gehäuseeinrichtung 82 steht mit der äußeren Umgebungsatmosphäre über Strömungseinlässe in Verbindung, die in den Naben 53 und 77 des dritten und fünften Rotationselementes 52 bzw. 75 ausgebildet sind, und über einen Strömungseinlaß, der in dem Lagerungselement 12 definiert ist.
• Die zweiten und die vierten Turbinenrotorschaufeln 28 und 67 des zweiten und des vierten Rotationselementes 21 und 64 und die zwei Statorschaufeln 48 und 49 bilden eine McCormick-Impulsturbine, und auch die dritten und fünften Turbinenrotorschaufeln 55 und 79 des dritten und des fünften Rotationselementes 52 und 76 und zwei Statorschaufeln 56 und 57 bilden eine McCormick-Impulsturbine. Zwei Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtungen, welche von diesen Mc-Cormick- Impulsturbinen angetrieben werden, sind in Serie miteinander verbunden und erhöhen dadurch den Abgabedruck des in die Fluidaustrittspfade 36 der ersten Turbinenrotorschaufeln 17 eingespeisten Fluids.
• In dem in Fig. 7 dargestellten Querschnitt der ersten Turbinenrotorschaufel 17 sind an der Vorderkante der ersten Turbinenrotorschaufel 17 ein Einlaßpfad 91, wo ein Fluideinlaßstutzen 90 in deren Sehnenlinie offen ist, Steuerfluideinlässe 92 und 93, welche in symmetrischen Stellungen in Bezug auf die Sehnenlinie des Querschnittes der Turbinenrotorschaufel 17 auf beiden Seitenoberflächen in der Nähe der Vorderkante offen sind, und eine Fluidsteuerkammer 94 angeordnet, die mit dem Fluideinlaßpfad 91 und den Fluidsteuereinläßen 92 und 93 in Verbindung steht. Ferner sind Steuerpfade 95 und 96 ausgebildet, die sich von der Fluidsteuerkammer 94 zu dem Fluidpfad 39 über beide Seiten des Fluidaustrittspfades 36 erstrecken. Diese Konstruktion stellt eine Fluidsteuervorrichtung 97 bereit, welche das Ausblasen des Strahlluftstroms entweder aus der Austrittsdüse 44 oder der Austrittsdüse 45 über die Zweigpfade 42 oder 43 durch die Differenz des in den Steuerfluideinlässen vorliegenden statischen Drucks steuert. Eine Fluidsteuerfunktion derselben Konstruktion wie diese Fluidsteuervorrichtung 97 ist auch in den Fluidpfad 40 eingebaut.
• In Fig. 7 werde angenommen, daß sich die erste Turbinenrotorschaufel 17 mit hoher Geschwindigkeit in dem Innenpfad 10 dreht und daß gleichzeitig der Luftstrom in den Innenpfad 10 in der Richtung des Pfeiles F auf die erste Turbinenrotorschaufel 10 zuströme. Da in diesem Fall ein dynamischer Druck auf den Steuerfluideinlaßstutzen 90 wirkt, welcher sich an der Vorderkante der Schaufel 17 in Fig. 7 öffnet, strömt die Luft von dem Einlaßpfad 91 aus in die Fluidsteuerkammer 94. Da ferner ein positiver statischer Druck auf die Unterseite der Schaufel 17 ausgeübt wird, während ein negativer statischer Druck auf deren Oberseite ausgeübt wird, findet, je schneller die Luft strömt, eine um so größere Druckverschiebung des statischen Drucks an den Steuerfluideinlässen 92 und 93 statt, welche in symmetrischen Positionen bezogen auf einen Sehnenlinie offen sind. Wenn der Luftstrom in der Richtung des Pfeils F strömt, strömt der Steuerluftstrom von der Steuerfluideinlaßöffnung 93 in die Fluidsteuerkammer 94 und demzufolge an dem von dem Einlaßpfad 91 in die Fluidsteuerkammer 94 strömenden Luftstrom anhaftend zu der oben liegenden Seite des Steuerpfades 95. Somit lenkt der aus dem Steuerpfad 95 in den Fluidpfad 95 ausgeblasene Luftstrom in Richtung des unten liegenden Zweigpfades 43 ab, was dazu führt, daß der von dem Fluidaustrittspfad 36 in den Fluidpfad 39 abgegebene Luftstrom nur an der unten liegenden Austrittsdüse 45 als ein Strahlstrom ausgeblasen wird.
• Je schneller die ersten Turbinenrotorschaufeln 17 drehen, um so höher erhöhen die zweiten bis fünften Rotationselemente ihre Drehgeschwindigkeit und daher wird die von den Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtungen, welche von die sen Rotationselementen angetrieben werden, in die Fluidaustrittspfade 36 gelieferte Luft ebenfalls unter Druck gesetzt und beschleunigt. Der Luftstrom wird daher aus der Austrittsdüse 45 in einer Form eines dünnen Films bei hoher Geschwindigkeit unter einem hohen Druck ausgeblasen. Dieser in der Form eine dünnen Films ausgeblasene Luftstrom erhöht nicht nur als Reaktion auf das Blasen die Drehgeschwindigkeit der Schaufeln 17, sondern bildet für die Schaufeln 17 eine Strahlklappe gegen den in der Richtung des Pfeils strömenden Luftstrom. Ein Strahlklappeneffekt erhöht den Auftriebskoeffizienten der Schaufel 17 und erhöht somit auch das Auftriebs/Widerstands-Verhältnis. Während sich die herkömmliche Wales-Turbine mit einer Geschwindigkeit von etwa 3000 Upm drehen konnte, erweitert jedoch demzufolge die dargestellte und vorstehend beschriebene Ausführungsform mit denselben Abmessungen der ersten Turbinenrotorschaufeln 17 wie die Turbinenrotorschaufeln der herkömmlichen Wales-Turbine die Drehgeschwindigkeit auf 6000 bis 9000 Upm.
• In Fig. 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 99 eine an einem Ende der ersten Rotorwelle 14 befestigte Verbindungseinrichtung. Die Verbindungseinrichtung 99 ist in einer vereinfachten Form in der Zeichnung dargestellt. Durch Verbinden der ersten Rotorwelle 14 beispielsweise mit der Energieeingabewelle eines Generators über die Verbindungseinrichtung 99 kann die Energie des Luftstroms in elektrische Energie umgewandelt werden.
• In der Zeichnung zeigen Bezugsziffern 110 und 111 Rohre, welche in der Nähe der Sammelports 33 und 61 in der Nabe 16 des ersten Rotationselementes 15 mit ihrem einen Ende offen sind und in den Innenraum der ersten Innenführungsanordnung und der zweiten Innenführungsanordnung 106 hinein freiliegen und an dem anderen Ende über ein Metallfitting 112 verbunden sind. Das Metallfitting 112 ist mit einem Entlastungsventil versehen, welches so ausgelegt ist, daß es so arbeitet, daß es, wenn ein Fluiddruck in diesen Rohren 110 und 111 einen spezifischen Wert überschreitet, das Hochdruckfluid aus diesen Rohren 110 und 111 abbläst. Diese Rohre 110 und 111 dienen dazu, den durch die merklich erhöhte Drehzahl entweder der von der zweiten Rotorwelle 20 angetriebenen Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung 30 oder der von der dritten Rotorwelle 51 angetriebenen Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung 58 druckerhöhten und beschleunigten Luftstrom an einen der Sammelports zu senden, wenn der so druckerhöhte und beschleunigte Luftstrom aus den anderen Sammelports 33 und 61 des ersten Rotationselementes 15 ausgetreten ist.
• Ein bevorzugter symmetrischer Schaufelquerschnitt der ersten Turbinenrotorschaufel 17 ist ein Laminarströmungs- Tragflächenquerschnitt mit einem großen Auftriebs/Widerstandsverhältnis, beispielsweise NACA64A010, einer aus der NACA64-, NACA65- und NACA67-Reihe, bei der Festlegung des NACA-Querschnitts.
• Der vorliegenden Erfindung entsprechend ist eine sogenannte Wales-Turbine mit einer Fluidpfadanordnung, einer ersten Rotorwelle, die drehbar in der Fluidpfadanordnung gelagert ist, und ein erstes Rotationselement mit auf der ersten Rotorwelle befestigten ersten Turbinenrotorschaufeln aufgebaut, weisen alle erste Turbinenrotorschaufeln eine Sehnenlinie innerhalb einer Ebene senkrecht zu der ersten Rotorwelle auf und besitzen einen symmetrischen Schaufelquerschnitt mit einer Liniensymmetrie bezogen auf die Sehnenlinie. Jede Fluidpfadanordnung weist eine Außenführungsanordnung, eine zylindrische Trennwand und eine Innenführungsanordnung zur Ausbildung eines ringförmigen Außenpfades zwischen der Außenführungsanordnung und der zylindrischen Trennwand und eines ringförmigen Innenpfades zwischen der zylindrischen Trennwand und der Innenführungsanordnung auf. Die ersten Turbinenrotorschaufeln sind in den Innenpfad hineinragend ausgebildet. Es ist daher möglich, die Energie eines in dem Innenpfad strömenden Fluids in eine Rotationsenergie der ersten Rotorwelle umzuwandeln, aus welcher die Rotationsenergie entnommen werden kann.
• Ferner sind eine oder mehrere Rotorwelle wechselseitig gegeneinander drehbar koaxial zu der ersten Rotorwelle angeordnet. Mindestens ein Rotationselement, nämlich ein zweites Rotationselement mit zweiten Turbinenrotorschaufeln, die in den Außenpfad ragen, ist antriebsmäßig mit einer der Rotorwellen, nämlich einer zweiten Rotorwelle über ein Übersetzungsgetriebe für den Antrieb einer Rotoreinrichtung einer Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung verbunden. Das von der Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung druckerhöhte und beschleunigte Fluid wird von Sammelports, die in dem ersten Rotationselement ausgebildet sind, in einen Fluidaustrittspfad mit einer Kreisbogenwand in jeder ersten Turbinenrotorschaufel gespeist und aus Austrittsdüsen, welche in beiden Seiten einer Position neben der Hinterkante der ersten Turbinenrotorschaufel angeordnet sind ausgeblasen, und dadurch die Selbststarteigenschaft und die Umdrehungsgeschwindigkeit der ersten Turbinenrotorschaufeln verbessert.
• Innerhalb des Hochgeschwindigkeitsbereichs der ersten Turbinenrotorschaufeln wird das in den Fluidaustrittspfad eingespeiste Hochgeschwindigkeits-, Hochdruck-Fluid mittels einer darin aufgebauten Fluidsteuervorrichtung nur aus der Auslaßdüse ausgeblasen, die in der Seitenfläche der Hochdruckseite der ersten Turbinenrotorschaufel offen ist, um dadurch die Umdrehungsgeschwindigkeit der ersten Turbinenrotorschaufel noch weiter zu steigern und den Energieumwandlungswirkungsgrad der ersten Turbinenrotorschaufeln zu verbessern.
• Die mit den ersten Turbinenrotorschaufeln mit dem symmetrischen Schaufelquerschnitt versehene Turbine ist als eine Turbine bekannt, welche die Turbinenrotorwelle konstant in eine Richtung dreht, auch wenn sich die Strömungsrichtung des Fluids umkehrt. Der erfindungsgemäße Fluidenergie-Umwandlungsapparat ist daher besonders für den Einsatz in einer Anlage, wie z.B. einer OWC-Anlage vorzuziehen, welche eine Höhenänderung von Wellen in einen Luftstrom umwandelt, welcher abwechselnd die Strömungsrichtung der Luft von einer normalen Richtung zu einer umgekehrten Richtung und umgekehrt wechselt und dadurch einen Generator über die durch den Luftstrom in Drehung versetzte Turbinenrotorwelle antreibt.

Claims (5)

1. Fluidenergie-Umwandlungsapparat mit:

einer Fluidpfadanordnung, die eine Außenführungsanordnung (1), die mit einer zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) an einen Hauptabschnitt ihrer Innenwand versehen ist, mindestens eine Innenführungsanordnung (6) mit einer Außenumfangsoberfläche (5), die in einer rotationssymmetrischen Form symmetrisch auf einer Mittelachse (4) der zylindrischen Wand innenoberfläche (2) ausgebildet ist, eine zylindrische Zwischenwand (7), welche sich zwischen der Außenführungsanordnung (1) und der Innenführungsanordnung (6) erstreckt, wobei deren Mittelachse auf die Mittelachse (4) der zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) liegt, die zylindrische Wandinnenoberfläche (2) der Außenführungsanordnung (1) und die zylindrische Trennwand (7) einen ringförmigen Außenpfad (11) dazwischen definieren, die Außenumfangsoberfläche (5) der Innenführungsanordnung (6) und die zylindrische Trennwand (7) einen ringförmigen Innenpfad (10) dazwischen definieren, und mehreren Lagerungsstreben (8, 9) enthält, welche die Außenführungsanordnung (1), die Innenführungsanordnung (6) und die zylindrische Trennwand (7) verbindet,

einer ersten Rotorwelle (14), die eine Rotationsmittelachse auf der Mittelachse (4) der zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) der Außenführungsanordnung (1) liegen hat, und drehbar auf der Fluidpfadanordnung gelagert ist;

einer zweiten Rotorwelle (20), die koaxial und drehbar auf der ersten Rotorwelle (14) gelagert ist;

einem ersten Rotationselement (15), das eine erste ringförmige Nabe (16), die neben einem ersten Endabschnitt der Innenführungsanordnung (6) in deren axialer Richtung angeordnet und koaxial auf der ersten Rotorwelle (14) befestigt ist, und mehrere erste Turbinenrotorschaufeln (17) aufweist, die auf der ersten ringförmigen Nabe (16) befestigt sind und radial in den ringförmigen Innenpfad (10) ragen;

einem zweiten Rotationselement (21), das eine zweite ringförmige Nabe (22), die neben einem zweiten Endabschnitt der Innenführungsanordnung (6) in deren axialer Richtung angeordnet, koaxial und drehbar auf der zweiten Rotorwelle (20) befestigt und antriebsmäßig mit der zweiten Rotorwelle (20) über ein Übersetzungsgetriebe (25) verbunden ist; ein erstes ringförmiges Ringelement (27), das im wesentlichen denselben Radius wie die zylindrische Trennwand (7) aufweist und auf der zweiten ringförmigen Nabe (22) koaxial zu der zweiten Rotorwelle (20) durch mehrere Lagerungsstreben (26) gelagert in den ringförmigen Innenpfad (10) ragt; und mehrere zweite Turbinenrotorschaufeln (28) aufweist, die alle auf einer Außenoberfläche des ersten ringförmigen Ringelementes (27) befestigt sind und radial in den ringförmigen Außenpfad (11) ragen;

einer ersten Statorschaufelanordnung, die eine erste Reihe mehrerer Statorschaufeln (48) und eine zweite Reihe mehrerer Statorschaufeln (49), wobei jede Statorschaufel (48) in der ersten Reihe eine entsprechende Statorschaufel (49) in der zweiten Reihe besitzt, jede von den entsprechenden Statorschaufeln (48, 49) ein Statorschaufelpaar innerhalb der Statorschaufelanordnung bildet, jede von den Statorschaufeln (48, 49) an ihrem einen Ende an der zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) der Außenführungsanordnung (1) befestigt ist, wobei jedes Statorschaufelpaar (48, 49) radial in den Außenpfad (11) an beiden Seiten der zweiten Turbinenrotorschaufeln (28) in der Richtung der Mittelachse (4) der zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) an einen im wesentlichen gleichen Abstand in einer Umfangsrichtung der zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) ragt; und

einer Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung (30), die eine Gehäuseeinrichtung (31), die auf der Innenführungsanordnung (6) an deren Innenseite befestigt ist und einen Abgabeauslaß aufweist, der zu der ersten ring förmigen Nabe (16) des ersten Rotationselementes (15) hin gerichtet ist, und eine Rotoreinrichtung (32) enthält, die im Inneren der Gehäuseeinrichtung (31) angeordnet ist und feststehend auf der zweiten Rotorwelle (20) montiert ist;

wobei die erste ringförmige Nabe (16) des ersten Rotationselementes (15) in einem Außenumfangskantenbereich auf einer ihrer Seiten einen Sammelport (33) für die Aufnahme eines Fluids von dem Abgabeauslaß der Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung (30) aufweist; alle ersten Turbinenrotorschaufeln (17) einen symmetrischen Tragflächenquerschnitt mit einer Sehnenlinie, die in einer Ebene senkrecht zu der ersten Rotorwelle (14) vorliegt,und einen Fluidaustrittspfad (36) aufweisen, welcher an seinem einen Ende mit dem Sammelport (33) der ersten ringförmigen Nabe (16) in Verbindung steht und ferner an seinem anderen Ende mit einer Auslaßdüse (44, 45) in Verbindung steht, die in beiden Seiten aller ersten Turbinenrotorschaufeln (17) in einer Position neben einer Hinterkante aller ersten Turbinenrotorschaufeln (17) ausgebildet sind; und

wobei die erste Reihe der Statorschaufeln (48) und die zweite Reihe der Statorschaufeln (49) jeweils in einer Reihe angeordnet sind, die sich in der Umfangsrichtung der zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) erstreckt, eine von der ersten Reihe der Statorschaufeln (48) und eine von der zweiten Reihe der Statorschaufeln (49) ein Paar sind und an gegenüberliegenden Seiten der zweiten Turbinenrotorschaufeln (28), die in einem Tragflächenquerschnitt ausgebildet sind, positioniert sind; alle Statorschaufeln (48, 49), die die erste Statorschaufelanordnung bilden, eine Sehnenlinie aufweisen, die bezogen auf eine Ebene senkrecht zu der Rotationsmittelachse (4) des zweiten Rotationselementes (21) geneigt ist, die Sehnenlinien der ersten und zweiten Reihe der Statorschaufeln (48, 49) sich miteinander an der Außenseite der Schaufelquerschnitte überschneiden, wodurch das zweite Rotationselement (21) nur in einer Richtung aufgrund der zweiten Turbinenrotorschaufeln (28) und der ersten Statorschaufelanordnung gedreht wird.

2. Apparat nach Anspruch 1, wobei die Fluidpfadanordnung versehen ist mit: einer zweiten Innenführungsanordnung (106) mit einer ähnlichen Form wie die zuerst erwähnte Innenführungsanordnung (6) auf der anderen Seite in der axialen Richtung des ersten Rotationselements (15) und koaxial zu der zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) der Außenführungsanordnung (1), wobei ein erster Endabschnitt der zweiten Innenführungsanordnung (106) der anderen Seitenoberfläche der ersten ringförmigen Nabe (16) des ersten Rotationselementes (15) gegenüberliegend positioniert ist; einem drittem Rotationselement (52), das eine dritte Rotorwelle (51), die koaxial zu und drehbar auf der ersten Rotorwelle (14) angeordnet ist, eine dritte ringförmige Nabe (53) aufweist, die an einer benachbarten Position zu einem zweiten Endabschnitt der zweiten Innenführungsanordnung (106) angeordnet koaxial zu und drehbar auf der dritten Welle (51) gelagert ist; einem Übersetzungsgetriebe, wobei die dritte ringförmige Nabe (53) antriebsmäßig mit der dritten Rotorwelle (51) über das Übersetzungsgetriebe (54) verbunden ist; einem zweiten ringförmigen Ringelement (27) mit im wesentlichen demselben Radius wie die Trennwand (7) und gelagert auf der dritten ringförmigen Nabe (53) des dritten Rotationselementes (52) koaxial zu der dritten Rotorwelle (51) über mehrere Lagerungsstreben (26), die in einen zwischen der zweiten Innenführungsanordnung (106) und der zylindrischen Trennwand (7) ausgebildeten ringförmigen Innenpfad (10) ragen; mehreren dritten Turbinenrotorschaufeln (55), die feststehend auf dem Außenumfang des zweiten ringförmigen Ringelementes (27) eingebaut sind und radial in den ringförmigen Außenpfad (11)ragen; einer zweiten Statorschaufelanordnung, die eine dritte Reihe mehrerer Statorschaufeln (56) und eine vierte Reihe mehrerer Statorschaufeln (57), wovon jede Statorschaufel (56) in der dritten Reihe eine entsprechende Statorschaufel (57) in der vierten Reihe besitzt, jede von den entsprechenden Statorschaufeln (56, 57) ein Statorschaufelpaar innerhalb der Statorschaufelanordnung bildet, jede der Statorschaufeln (56, 57) an ihrem einen Ende an der zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) der Außenführungsanordnung (1) befestigt ist, wobei jedes Statorschaufelpaar (56, 57) radial in den ringförmigen Außenpfad (11) an beiden Seiten der dritten Turbinenrotorschaufeln (55) in die Richtung der Mittelachse der zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) der Außenführungsanordnung (1) ragt, und an einen im wesentlichen gleichen Abstand in einer Umfangsrichtung der zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) angeordnet ist; einer zweiten Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung (58), die eine Gehäuseeinrichtung (59), die an und im Inneren der zweiten Innenführungsanordnung (106) befestigt ist und einen Abgabeauslaß aufweist, der in einer Richtung einer Seitenoberfläche der ersten ringförmigen Nabe (16) des ersten Rotationselementes (15) hin offen ist, und eine Rotoreinrichtung (60) enthält, die in dem Inneren der Gehäuseeinrichtung (59) angeordnet ist und feststehend auf der dritten Rotorwelle (59) montiert ist; wobei die erste ringförmige Nabe (16) des ersten Rotationselementes (15) in dem Außenumfangsabschnitt aufdieser ihrer einen Seite einen zweiten Sammelport (61) aufweist, welcher das Fluid von dem Abgabeauslaß der zweiten Fluid Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung aufnimmt und mit dem an der anderen Seite der ersten ringförmigen Nabe (16) ausgebildeten Sammelauslaß (33) verbunden ist; wobei die dritte Reihe der Statorschaufeln (56) und die vierte Reihe der Statorschaufeln (57) jeweils in einer Reihe angeordnet sind, die sich in der Umfangsrichtung der zylindrischen Wandinnenoberfläche (2) erstreckt, eine von der dritten Reihe der Statorschaufeln (56) und eine von der vierten Reihe der Statorschaufeln (57) ein Paar sind und an gegenüberliegenden Seiten der dritten Turbinenrotorschaufeln (55), die in einem Tragflächenquerschnitt ausgebildet sind, positioniert sind; alle Statorschaufeln (56, 57), die die zweite Statorschaufelanordnung bilden, eine Sehnenlinie aufweisen, die bezogen auf eine Ebene senkrecht zu der Rotationsmittelachse des dritten Rotationselementes (52) geneigt ist, und die Sehnenlinien der dritten und vierten Reihe der Statorschaufeln (56, 57) sich miteinander an der Außenseite der Schaufelquerschnitte überschneiden, wodurch das dritte Rotationselement (52) nur in einer Richtung aufgrund der dritten Turbinenrotorschaufeln (55) und zweiten Statorschaufelanordnung gedreht wird.

3. Apparat nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede erste Turbinenrotorschaufel (17) mit einer Fluidsteuervorrichtung (97), die einen Fluideinlaßport (90), welcher in einer Vorderkante der ersten Turbinenrotorschaufel (17) und auf deren Sehnenlinie offen ist, ein Paar Steuerfluideinlässen (92, 93), welche in den Seitenwänden der ersten Turbinenrotorschaufel (17) nahe an deren Vorderkante in symmetrischen Positionen bezogen auf die Sehnenlinie offen sind, und eine Fluidsteuerkammer (94) aufweist, welche mit dem Fluideinlaßport (90) und den Steuerfluideinlässen (92, 93) in Verbindung steht; und mit einem Paar Steuerpfaden (95,96) versehen ist, welche mit ihrem jeweiligen ersten Ende mit der Fluidsteuerkammer (94) an zumindest im wesentlichen symmetrisch beabstandeten Positionen bezogen auf die Sehnenlinie in Verbindung stehen und ferner an ihren jeweiligen zweiten Enden mit Öffnungen in Verbindungen stehen, die an zumindest im wesentlichen symmetrisch beabstandeten Positionen bezogen auf die Sehnenlinie in einer Wand eines Fluidpfades (39) ausgebildet sind, der den Fluidaustrittspfad (36) und ein Paar Zweig pfade (42, 43) verbindet, die mit den Austrittsdüsen (44, 45) in Verbindung stehen, die in beiden Seitenoberflächen der ersten Turbinenrotorschaufel (17) ausgebildet sind, wobei jede Austrittsdüse (44, 45) in einer ersten Turbinenrotorschaüfel (17) mit einer zumindest im wesentlichen rechteckigen Öffnung mit einer ihrer Seiten zumindest im wesentlichen parallel zu der Hinterkante der Turbinenrotorschaufel (17) angeordnet ist.

4. Apparat nach Anspruch 1,2 oder 3, welcher ferner aufweist: eine vierte Rotorwelle (63), die koaxial zu und drehbar auf dem Außenumfang der zweiten Rotorwelle (20) gelagert ist; ein viertes Rotationselement (64), das eine vierte ringförmige Nabe (65) enthält, die koaxial zu und drehbar auf der vierten Rotorwelle (63) an einer Position neben der zweiten ringförmigen Nabe (22) des zweiten Rotationselementes (21) in axialer Richtung davon gelagert ist; wobei das vierte Rotationselement (64) antriebsmäßig mit der vierten Rotorwelle (63) über ein Übersetzungsgetriebe (66) verbunden ist, ein drittes ringförmiges Ringelement (27) zumindest im wesentlichen denselben Radius wie die zylindrische Trennwand (7) aufweist und gelagert auf der vierten ringförmigen Nabe (65) des vierten Rotationselementes (64) koaxial zu der vierten Rotorwelle (63) über mehrere Lagerstreben (26) ist, die indenringförmigen Innenpfad (10)ragen; mehrere vierte Turbinenrotorschaufeln (67), die jeweils auf einer Außenoberfläche des dritten ringförmigen Ringelementes (27) befestigt sind und radial in den ringförmigen Außenpfad (11) zwischen den zweiten Turbinenrotorschaufeln (28) des zweiten Rotationselementes (21) und einer Reihe von Statorschaufeln (49), ragen, die die erste Statorschaufelanordnung bilden, und an beiden axialen Seiten der zweiten Turbinenrotorschaufeln (28) angeordnet sind; eine dritte Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung (68), die eine Rotoreinrichtung (70) enthält, die auf der vierten Rotorwelle (63) be festigt ist, und ferner eine Gehäuseeinrichtung (69) mit einem Abgabeauslaß enthält, der mit einem Einlaßport der ersten Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs- Vorrichtung (30) verbunden ist, die in der ersten Innenführungsanordnung (6) befestigt ist; wobei alle Statorschaufeln (48, 49), die die erste Statorschaufelanordnung bilden, einen Tragflächenquerschnitt aufweisen, deren Sehnenlinie bezogen auf eine Ebene senkrecht zu der Rotationsmittelachse des zweiten Rotationselementes (21) geneigt ist und die Sehnenlinien aller Statorschaufeln (48, 49), die die erste und die zweite Reihe der Statorschaufeln bilden, zumindest im wesentlichen parallel zueinander liegen, wodurch sich das vierte Rotationselement (64) nur in die entgegengesetzte Richtung bezogen auf das zweite Rotationselement (21) drehen kann.

5. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welcher ferner aufweist: eine fünfte Rotorwelle (75), die koaxial zu und drehbar auf dem Außenumfang der dritten Rotorwelle (51) gelagert ist; ein fünftes Rotationselement (76), das eine fünfte ringförmige Nabe (77) enthält, die koaxial zu und drehbar auf der fünften Rotorwelle (75) an einer Position neben der dritten ringförmigen Nabe (53) des dritten Rotationselementes (52) in axialer Richtung davon gelagert ist; wobei das fünfte Rotationselement (76) antriebsmäßig mit der fünften Rotorwelle (75) über ein Übersetzungsgetriebe (78) verbunden ist, ein viertes ringförmiges Ringelement (27) zumindest im wesentlichen denselben Radius wie die zylindrische Trennwand (7) aufweist und gelagert auf der fünften ringförmigen Nabe (77) des fünften Rotationselementes (76) koaxial zu der fünften Rotorwelle (75) über mehrere Lagerstreben (26) ist, die in den ringförmigen Innenpfad (10)ragen;mehrere fünfte Turbinenrotorschaufeln (79), die jeweils auf einer Außenoberfläche des vierten ringförmigen Ringelementes (27) befestigt sind und radial in den ringförmigen Außenpfad (11) zwischen den dritten Turbinenrotorschaufeln (55) des dritten Rotationselementes (52) und einer Reihe der dritten und vierten Reihe von Statorschaufeln (57) ragen, die die zweite Statorschaufelanordnung bilden, und an beiden axialen Seiten der dritten Turbinenrotorschaufeln (55) angeordnet sind; eine vierte Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs- Vorrichtung (81), die eine Rotoreinrichtung (83) enthält, die auf der fünften Rotorwelle (75) befestigt ist und ferner eine Gehäuseeinrichtung (82) mit einem Abgabeauslaß enthält, der mit einen Einlaßport der zweiten Fluid-Druckerhöhungs/Beschleunigungs-Vorrichtung (58) in der zweiten Innenführungsanordnung (106) verbunden ist; wobei alle Statorschaufeln (56 57), die die zweite Statorschaufelanordnung bilden, einen Tragflächenquerschnitt aufweisen, wobei eine Sehnenlinie davon bezogen auf eine Ebene senkrecht zu der Rotationsmittelachse des dritten Rotationselementes (52) geneigt ist und die Sehnenlinien aller Statorschaufeln (56, 57), die die dritte und die vierte Reihe der zweiten Statorschaufelanordnungbilden, zumindest im wesentlichen parallel zueinander liegen, wodurch sich das fünfte Rotationselement (76) nur in die entgegengesetzte Richtung bezogen auf das dritte Rotationselement (52) drehen kann.