EP0097924A2

EP0097924A2 - Turbine pump

Info

Publication number: EP0097924A2
Application number: EP83106165A
Authority: EP
Inventors: Friedrich Schweinfurter
Original assignee: Schweinfurter Friedrich
Current assignee: Assunzione O Variazione Mandato marchi & Mittler S
Priority date: 1982-06-25
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1984-01-11
Also published as: EP0097924A3; ATE29552T1; DE3223868A1; EP0097924B1; DE3373511D1

Abstract

1. Pump with drive motor and integrated energy recovery turbine, consisting of a pump part, which transfers the rotational energy of the drive motor to a delivery flow and with a turbine part which receives hydraulic energy from the delivery flow and delivers it as rotational energy to the pump part, characterized in that the turbine part has a "backwardly" running side channel pump with impeller (27) with blade cells (32, 33) separated by blade segments (35, 36) and opposite flow channel (17, 17').

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenpumpe, bestehend aus einem Turbinenteil, das aus einem Fluidstrom hydraulische Energie aufnimmt und als Rotationsenergie abgibt und einem hierzu invers arbeitenden Pumpenteil, das Rotationsenergie aufnimmt und hydraulische Energie abgibt, wobei mindestens ein Laufrad vorgesehen ist.The invention relates to a turbine pump, consisting of a turbine part, which absorbs hydraulic energy from a fluid stream and emits it as rotational energy, and a pump part which works inversely for this purpose, which absorbs rotational energy and emits hydraulic energy, at least one impeller being provided.

Bei vielen chemisch/physikalischen Prozessen werden Gase oder Flüssigkeiten unter Druck gesetzt, dem Verfahren unterworfen und danach wieder entspannt. Zum Druckabbau werden hierfür gewöhnlich Drosselventile verwendet, die jedoch zum einen bei höherem abzubauenden Druckgefälle schnell verschleißen, zum anderen die aufgebrachte pump-Energie in nicht nutzbare Wärmeenergie umsetzen. Ähnliches tritt auch bei hydraulischen Anlagen, wie z. B. in Schmierkreisläufen auf. Um nun wenigstens einen Teil der aufgebrachten Energie zurückgewinnen zu können, wurde vorgeschlagen, Spiralgehäuse- oder Difusorpumpen als Turbinen, also Rotationsenergie erzeugende Maschinen zu verwenden, um diesen notwendigen Druckabbau eines fluiden Mediums vorzunehmen. Hierbei werden der Turbinenteil und der Pumpenteil im allgemeinen synchron, das heißt also mit fest gekoppelten Wellen betrieben.In many chemical / physical processes, gases or liquids are pressurized, subjected to the process and then relaxed again. For pressure reduction, throttle valves are usually used for this, but on the one hand they wear out quickly with a higher pressure drop to be reduced, and on the other hand convert the pump energy applied into unusable thermal energy. Something similar also occurs with hydraulic systems, such as. B. in lubrication circuits. In order to be able to recover at least some of the energy applied, it has been proposed to use spiral casing or diffuser pumps as turbines, that is to say machines that generate rotational energy, in order to carry out the necessary pressure reduction of a fluid medium. In this case, the turbine part and the pump part are generally operated synchronously, that is to say they are operated with firmly coupled shafts.

Aus den DE-OS'en 28 31 133 und 29 47 778 sind Turbinenpumpen bekannt, die als Antriebssysteme Pelton-Turbinen bzw. Spiralgehäusepumpen verwenden, wobei Pumpen- und Turbinenteil auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, wodurch sich eine äußerst gedrängte Bauweise ergibt.From DE-OS'en 28 31 133 and 29 47 778 turbine pumps are known which use Pelton turbines or volute casing pumps as drive systems, the pump and turbine parts being arranged on a common shaft, which results in an extremely compact design.

Aus der DE-OS 29 20 683 ist eine Turbinenpumpe bekannt, bei der ein Propeller-Laufrad als Turbinen-Laufrad dient und das Förder-Laufrad über eine gemeinsame Welle direkt antreibt.From DE-OS 29 20 683 a turbine pump is known in which a propeller impeller serves as a turbine impeller and drives the conveying impeller directly via a common shaft.

Alle oben genannten, bekannten Systeme sind jedoch ausschließlich dann verwendbar, wenn sehr große Volumenströme zur Verfügung stehen. Wenn hohe Drücke zu reduzieren sind, so muß man vielstufige, komplizierte und wartungsunfreundliche Turbinensysteme vorsehen, wobei diese Anlagen dann in die hohen und höchsten Leistungsbereiche fallen.However, all of the known systems mentioned above can only be used if very large volume flows are available. If high pressures have to be reduced, multi-stage, complicated and maintenance-unfriendly turbine systems have to be provided, these systems then falling into the high and highest performance ranges.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Turbinenpumpe aufzuzeigen, die einen hohen Wirkungsgrad des Antriebsteils bei geringen Volumenströmen und hohem Druckgefälle mit einfachen konstruktiven Merkmalen ermöglicht.The object of the present invention is to show a turbine pump which enables a high efficiency of the drive part with low volume flows and high pressure drop with simple design features.

Diese Aufgabe wird von einer Turbinenpumpe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Turbinenteil eine "rückwärts" laufende Seitenkanalpumpe mit einem Laufrad und mit durch Schaufelstege getrennten Schaufelzellen und gegenüberliegendem Strömungskanal aufweist.This object is achieved by a turbine pump according to the preamble of the main claim, which is characterized in that the turbine part has a "reverse" running side channel pump with an impeller and with blade cells separated by blade webs and opposite flow channel.

Vorzugsweise sind hierbei die Schaufelstege schräg oder in Form einer logarithmischen bzw. arithmetischen Spirale gekrümmt zur Radialrichtung des Laufrades angeordnet. Die Turbinenpumpe wird hierbei zumindest während des Anlaufvorganges von einer externen Energiequelle, z. B. einem Elektromotor, in Drehung versetzt, so daß sich durch das entstehende Fliehkraftfeld eine Zirkulationsströmung ausbilden kann, wie sie für die Energieübertragung durch Impulsaustausch zwischen Schaufelzellen und Volumenstrom bekanntermaßen notwendig ist. Sobald sich dieser Zirkulationsstrom ausgebildet hat, arbeitet die Seitenkanal-Turbine mit hohem Wirkungsgrad und kann bei geringen .Volumenströmen sehr hohe Druckgefälle zwischen Ein- und Auslaß abbauen. Gegenüber herkömmlichen Turbinen ist der mit einstufigen Seitenkanalpumpen erzielbare Druckgradient bei niedrigem Volumenstrom absolut unerreichbar.In this case, the blade webs are preferably arranged obliquely or curved in the form of a logarithmic or arithmetic spiral with respect to the radial direction of the impeller. The turbine pump is at least during the start-up process from an external energy source, for. B. an electric motor, rotated so that a circulating flow can develop through the resulting centrifugal force field, as is known to be necessary for the energy transfer by pulse exchange between blade cells and volume flow. As soon as this circulation flow has developed, the side channel turbine operates with high efficiency and can with very low pressure flows very high pressure drops between Remove inlet and outlet. Compared to conventional turbines, the pressure gradient that can be achieved with single-stage side channel pumps is absolutely unattainable with a low volume flow.

Die schräg gestellten Schaufelstege der Förderzellen ergeben im Vergleich zu geraden, nicht schräg gestellten Schaufelstegen eine wesentliche Verringerung der hydraulischen Verluste der Zirkulationsströmung und erhöhen somit den Wirkungsgrad einer Energieübertragung, und zwar sowohl im Turbinen- als auch im Pumpenbetrieb. Weiterhin wird durch die Schrägstellung eine Art "Freilauf" der Turbine erreicht, wenn, z. B. während des Anlaufvorganges, das in seinem Druck zu reduzierende Medium eine zur Laufradgeschwindigkeit zu geringe Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Bei gerade angestellten Schaufelstegen würde dann die Turbine mit dem gleichen Wirkungsgrad als Pumpe arbeiten und dem Volumenstrom, dem ja Energie entzogen werden soll, Energie zuführen. Durch die schräg angestellten Schaufeln jedoch ist der Wirkungsgrad in "Turbinenrichtung" wesentlich höher als der in "Pumpenrichtung", so daß die Rotationsenergie des Turbinenlaufrades nur zu einem geringen Teil an den Volumenstrom abgegeben wird.The inclined blade webs of the conveyor cells result in a substantial reduction in the hydraulic losses of the circulation flow in comparison to straight, non-tilted blade webs and thus increase the efficiency of energy transmission, both in the turbine and in the pump operation. Furthermore, a kind of "freewheeling" of the turbine is achieved by the inclination if, for. B. during the start-up process, the medium to be reduced in its pressure has a flow velocity which is too low for the impeller speed. If the blade webs were just employed, the turbine would then work with the same efficiency as a pump and supply energy to the volume flow from which energy is to be extracted. Due to the inclined blades, however, the efficiency in the "turbine direction" is significantly higher than that in the "pump direction", so that the rotational energy of the turbine impeller is only released to a small extent to the volume flow.

Bei Umkehrosmose-Anlagen werden hohe Drücke und geringe Volumenströme verwendet, so daß die erfindungsgemäße Anordnung von Seitenkanalturbine und Seitenkanalpumpe allen anderen bisher bekannten Lösungen zur Energierückgewinnung weit überlegen ist.In reverse osmosis systems, high pressures and low volume flows are used, so that the arrangement of the side channel turbine and side channel pump according to the invention is far superior to all other previously known solutions for energy recovery.

Sieht man als Pumpenteil ebenfalls eine Seitenkanalpumpe vor, so kann man in vorteilhafter Weise Pumpen-und Turbinenteil in einem einzigen Laufrad vorsehen und die beiden Teile jeweils gegebenenfalls zwei-oder mehr stufig ausführen, wodurch sich sehr hohe Druckziffern bei gleichzeitig besonders kompakter Bauweise und höchstem Wirkungsgrad ergeben.If a side channel pump is also provided as the pump part, the pump and turbine part can advantageously be provided in a single impeller and if necessary, the two parts each have two or more stages, which results in very high pressure digits combined with a particularly compact design and maximum efficiency.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, die anhand von Abbildungen näher erläutert sind. Hierbei zeigen

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Turbinenpumpe,
Figur 2 einen Querschnitt in der Ebene I-I aus Figur 1,
Figur 3 eine Ansicht eines mehrstufigen Strömungsgehäuses mit strichpunktiert angedeutetem mehrstufigem Laufrad,
Figur 4 einen Schnitt in der Ebene II-II aus Figur 3,
Figur 5 eine Ansicht eines mehrstufigen kombinierten Seitenkanal-Turbinen- und Förderlaufrades mit geraden,schräg angestellten Schaufelstegen, von denen ein Teil gegenläufig angeordnet ist,
Figur 6 einen Schnitt in der Ebene III-III durch die Figur 5 mit zum Teil einseitiger Anordnung der Schaufelkränze und doppelseitiger Anordnung des im Durchmesser größten Schaufelkranzes,
Figur 7 eine Ansicht eines mehrstufigen Seitenkanal Turbinen- und Förderlaufrades mit spiralförmig gekrUmmten Schaufel Stegen in teilweise gegenläufiger Anordnung mit strichpunktiert angedeuteten Strömungskanälen für den Turbinenbetrieb und strichliert angedeuteten Strömungskanälen für den Förderbetrieb,
Figur 8 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Turbinenpumpe mit einem einstufigen Laufrad mit axial und radial offenen Schaufelzellen für den Turbinenbetrieb und einem einstufigen Laufrad mit nur axial offenen Schaufelzellen für den gleichzeitigen Förderbetrieb,
Figur 9 einen Querschnitt in der Ebene IV-IV aus Figur 8,
Figur 10 eine Ansicht eines Seitenkanalteiles, das dem Vorderlaufrad mit axial offenen Schaufelzellen gegenüberliegend in Figur 8 angeordnet ist,
Figur 11 einen Schnitt in der Ebene V-V aus Figur 10,
Figur 12 eine Ansicht der einstufigen Förderlaufrades mit axial offenen Schaufelzellen der Figur 8,
Figur 13 einen Schnitt in der Ebene VI-VI aus Figur 12,
Figur 14 einen Schnitt in der Ebene VII-VII aus Figur 15,
Figur 15 eine Ansicht eines Seitenkanalteiles, das dem Turbinenlaufrad mit axial und radial offenen Schaufelzellen gegenüberliegend in Figur 8 angeordnet ist,
Figur 16 eine Ansicht des einstufigen Turbinenlaufrades mit axial und radial offenen Schaufelzellen aus Figur 8,
Figur 17 einen Schnitt in der Ebene VIII-VIII der Figur 16,
Figur 18 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Turbinenpumpe mit einem mehrstufigen Seitenkanal-Turbinenlaufrad und, als Förderteil, einer mehrstufigen, in Gliederbauweise angeordneten Seitenkanalpumpe mit Flügel- oder Sternrädern.

Further preferred embodiments result from the subclaims and the following exemplary embodiments, which are explained in more detail with the aid of figures. Show here

FIG. 1 shows a longitudinal section through a turbine pump designed according to the invention,
FIG. 2 shows a cross section in plane II from FIG. 1,
FIG. 3 shows a view of a multi-stage flow housing with a multi-stage impeller indicated by dash-dotted lines,
FIG. 4 shows a section in the plane II-II from FIG. 3,
5 shows a view of a multi-stage combined side-channel turbine and delivery impeller with straight, inclined blade webs, some of which are arranged in opposite directions,
FIG. 6 shows a section in the plane III-III through FIG. 5 with a partially one-sided arrangement of the blade rings and a double-sided arrangement of the largest blade diameter,
Figure 7 is a view of a multi-stage side channel turbine and conveyor impeller with spirally curved blade webs in part against current arrangement with flow channels indicated by dash-dotted lines for turbine operation and flow channels indicated by dash-dotted lines for conveying operation,
8 shows a longitudinal section through a turbine pump designed according to the invention with a single-stage impeller with axially and radially open blade cells for turbine operation and a single-stage impeller with only axially open blade cells for simultaneous conveying operation,
FIG. 9 shows a cross section in the plane IV-IV from FIG. 8,
10 shows a view of a side channel part which is arranged opposite the front impeller with axially open blade cells in FIG. 8, FIG.
FIG. 11 shows a section in the plane VV from FIG. 10,
FIG. 12 shows a view of the single-stage conveyor impeller with axially open blade cells from FIG. 8,
FIG. 13 shows a section in the plane VI-VI from FIG. 12,
FIG. 14 shows a section in the plane VII-VII from FIG. 15,
FIG. 15 shows a view of a side channel part which is arranged opposite the turbine impeller with axially and radially open blade cells in FIG. 8,
FIG. 16 shows a view of the single-stage turbine impeller with axially and radially open blade cells from FIG. 8,
FIG. 17 shows a section in the plane VIII-VIII of FIG. 16,
FIG. 18 shows a longitudinal section through a turbine pump designed according to the invention with a multi-stage side channel turbine impeller and, as a conveying part, a multi-stage, side-link pump with impeller or star wheels arranged in a link structure.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Turbinenpumpe ist mehrstufig und doppelströmig ausgebildet und besteht aus einem Gehäuse 10 und zwei Laufrädern 27 und 27'. Das Gehäuse 10 setzt sich zusammen aus einem Gehäusering 11 mit Eintrittsöffnungen 12 und 13 und Austrittsöffnungen 14 und 15, einem Gehäusedeckel 16 mit Seitenkanal 17, einem doppelseitigen Strömungskanalgehäuse 18 mit den Seitenkanälen 17' und 20', und einem Strömungskanalgehäuse 19 mit Seitenkanl 20. Ein Lagerdeckel 21 und ein Gehäusedeckel 16 sind mit Gehäuseschrauben 22 am Gehäusering 11 befestigt und durch Runddichtringe 23 abgedichtet.The turbine pump shown in Figures 1 and 2 is multi-stage and double-flow and consists of a housing 10 and two impellers 27 and 27 '. The housing 10 is composed of a housing ring 11 with inlet openings 12 and 13 and outlet openings 14 and 15, a housing cover 16 with a side channel 17, a double-sided flow channel housing 18 with the side channels 17 'and 20', and a flow channel housing 19 with a side channel 20 Bearing cover 21 and a housing cover 16 are fastened to the housing ring 11 with housing screws 22 and sealed by O-rings 23.

Im Lagerdeckel 21 des Gehäuses 10 ist eine über Packungsringe 24 nach außen abgedichtete Welle 25 gelagert angeordnet, die durch einen nicht dargestellten Antriebsmotor, beispielsweise einen Elektromotor, in Pfeilrichtung in Drehung versetzt wird. Auf dem freien Ende der Welle 25 sind mittels Paßfedern 26 die Laufräder 27 und 27'- befestigt und durch Gleitringdichtungen 28 und 29 voneinander auf der Welle 25 und im doppelseitigen Strömungskanalgehäuse 18 abgedichtet. Zur axialen Sicherung der Laufräder 27 und 27' dient ein Sicherungsring 30 mit Distanzscheibe 31.In the bearing cover 21 of the housing 10, a shaft 25, which is sealed to the outside by packing rings 24, is arranged, which is set in rotation in the direction of the arrow by a drive motor, not shown, for example an electric motor. On the free end of the shaft 25, the impellers 27 and 27 ′ are fastened by means of feather keys 26 and sealed from one another on the shaft 25 and in the double-sided flow channel housing 18 by mechanical seals 28 and 29. A locking ring 30 with a spacer disk 31 serves to axially secure the impellers 27 and 27 ′.

Die als Stufenscheiben ausgebildeten Laufräder 27 und 27' sind mit Schaufelkranzzellen 32 und 33 versehen, die durch spiralförmig gekrümmte Schaufelstege 35 und 36 voneinander getrennt sind. Den Schaufelkränzen gegenüberliegend sind in die Strömungskanalgehäuse 18 und 19 und in den Gehäusedeckel 16 Seitenkanäle 17, 17' bzw. 20 und 20' eingearbeitet.The impellers 27 and 27 ′, which are designed as stepped disks, are provided with blade ring cells 32 and 33, which are separated from one another by spirally curved blade webs 35 and 36. Opposite the blade rings, side channels 17, 17 'or 20 and 20' are incorporated into the flow channel housings 18 and 19 and 16 in the housing cover.

Der durch die Eintrittsöffnung 13 in das Gehäuse 10 eintretende Volumenstrom geringeren Energiezustandes erfährt eine Energieübertragung durch Impulsaustausch zwischen der sich aus den Schaufelzellen 32' und 33' durch die Fliehkraft ausbildenden Zirkulationsströmung und dem Volumenstrom in den Seitenkanälen 20 und 20'. Das Medium durchströmt den Förderteil der Turbinenpumpe ausgehend von einer Ansaugöffnung 34 zuerst über den im Durchmesser kleinsten Schaufelkranz 32' des Förderlaufrades 27', fließt über den Dberleitungskanal 37 in den nächst größeren Schaufelkranz 33' und verläßt dann durch die Austrittsöffnung 14 das Gehäuse 10 der Turbinenpumpe in einem erhöhten Energiezustand.The volume flow of lower energy state entering the housing 10 through the inlet opening 13 experiences an energy transfer through an exchange of momentum between the circulation flow formed by the centrifugal force from the blade cells 32 'and 33' and the volume flow in the side channels 20 and 20 '. The medium flows through the delivery part of the turbine pump, starting from a suction opening 34, first via the smallest diameter blade ring 32 'of the delivery impeller 27', flows via the conduit 37 into the next larger blade ring 33 'and then leaves the housing 10 of the turbine pump through the outlet opening 14 in an increased energy state.

Auf der Turbinenseite tritt gleichzeitig ein getrennter Volumenstrom höheren Energiezustandes in die Eintrittsöffnung 12 im Gehäuse 10 ein und erfährt durch das mit der Schaufelstegkrümmung gegenläufige Laufrad 27 mit Schaufel kränzen 32 und 33 mit gegenüberliegenden Seitenkanälen 17 und 17' eine Energiereduzierung und tritt durch die Austrittsöffnung 15 im Gehäuse 10 aus der Turbinenpumpe mit geringerem Energiezustand aus.At the same time, on the turbine side, a separate volume flow of a higher energy state enters the inlet opening 12 in the housing 10 and is reduced in energy by the impeller 27 with the blade web curvature in the opposite direction with the blade ring 32 and 33 with opposite side channels 17 and 17 'and passes through the outlet opening 15 in Housing 10 from the turbine pump with a lower energy state.

Der mit höherem Energiezustand in die Eintrittsöffnung 12 des Gehäuses 10 eintretende Volumenstrom gelangt durch die Eintrittsöffnung 38 in den äußeren, doppelseitigen Schaufelkranz 33 des umlaufenden Turbinenrades 27, wobei die Seitenkanäle 17 und 17' in ihren Querschnitten so bemessen sind, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Volumenstromes in den Seitenkanälen wesentlich höher ist als die Umlaufgeschwindigkeit der Schaufelkränze 32 und 33 des Turbinenlaufrades 27. Durch die Fliehkräfte in den Schaufelzellen 33 des zwangsläufig mitlaufenden Turbinenlaufrades 27 bildet sich eine Verdrängerströmung aus, die wechselseitig von den Schaufelzellen der Schaufelkränze in den schneller fließenden Volumenstrom in den Seitenkanälen eintritt und dadurch die Energie durch Impulsaustausch vom Volumenstrom höheren Energiezustandes auf die Schaufelstege 35 und 36 des Turbinenlaufrades 27 als Rotationsenergie überträgt. Nach Durchströmen der äußeren Stufe gelangt der dadurch verlangsamte, etwas gedrosselte Volumenstrom über den Oberleitungskanal 39 in die auf einem kleineren Kreis verteilten kleineren, doppelseitigen Schaufelkränze 32 mit gegenüberliegenden Seitenkanälen 17 und 17', wo in gleicher Weise wie in der vorhergehenden Stufe eine weitere Energiereduzierung bzw.-Drosselung erfolgt. Der in zwei Stufen gedrosselte Volumenstrom verringerten Energiezustandes verläßt die Turbinenpumpe durch die doppelseitigen Seitenkanalaustrittsöffnungen 40 und die Austrittsöffnung 15 im Gehäuse 10.The volume flow entering the inlet opening 12 of the housing 10 with a higher energy state passes through the inlet opening 38 in the outer, double-sided blade ring 33 of the rotating turbine wheel 27, the side channels 17 and 17 'being dimensioned in their cross sections such that the flow rate of the volume flow in the side channels is substantially higher than the rotating speed of the blade rings 32 and 33 of the turbine wheel 27. The centrifugal forces in the blade cells 33 of the inevitably rotating turbine impeller 27 form a displacer flow, which alternately enters the faster flowing volume flow in the side channels from the blade cells of the blade rings and thereby the energy by impulse exchange from the volume flow of higher energy state on the blade webs 35 and 36 of the turbine impeller 27 as rotational energy. After flowing through the outer stage, the slowed, somewhat throttled volume flow passes via the overhead line duct 39 into the smaller, double-sided blade rings 32 with opposing side ducts 17 and 17 'distributed over a smaller circle, where in the same way as in the previous stage a further energy reduction or Throttling occurs. The volume flow of reduced energy state throttled in two stages leaves the turbine pump through the double-sided side channel outlet openings 40 and the outlet opening 15 in the housing 10.

In den Figuren 3 und 4 ist ein mehrstufiges Strömungskanalgehäuse mit Seitenkanälen und Seitenkanaleintritts- öffnungen 34 und Austrittsöffnungen 38 dargestellt. Durch die Strömungskanalunterbrecher 41 und 42 wird jeweils das überströmen des Fördermediums auf die Gegenseite verhindert. Der Oberleitungskanal 37 verbindet die Strömungskanäle der beiden Stufen. Wie mit den Richtungspfeilen A und B dargestellt ist, kann dieses Laufrad, je nach Strömungsrichtung als Turbine bzw. als Pumpe betrieben werden. Die Eintrittsöffnungen 34 werden im Umkehrbetrieb natürlich dann zu Austrittsöffnungen, die Austrittsöffnungen 38 zu Eintrittsöffnungen.FIGS. 3 and 4 show a multi-stage flow channel housing with side channels and side channel inlet openings 34 and outlet openings 38. The flow channel interrupters 41 and 42 in each case prevent the medium from flowing over to the opposite side. The overhead line channel 37 connects the flow channels of the two stages. As with the Directional arrows A and B are shown, this impeller can be operated as a turbine or as a pump, depending on the direction of flow. In reverse operation, the inlet openings 34 then naturally become outlet openings, and the outlet openings 38 become inlet openings.

Die Figuren 5 und 6 zeigen ein Laufrad mit zwei einseitigen, einflutigen Schaufel kränzen 46 und 47, die gerade, schräg angestellte Schaufelstege 43 und 44 haben und einen äußeren, doppelseitigen, doppelflutigen Schaufelkranz 48 mit ebenfalls geraden, schräg angestellten Schaufelstegen 45, die jedoch zu den einseitigen Schaufel kränzen 46 und 47 eine gegenläufige Schrägstellung der Schaufelstege zeigen. Die Anwendung dieses kombinierten Turbinen- und Pumpenlaufrades ist anhand von Figur 7 (dort mit spiralig gekrümmten Schaufelstegen) näher erläutert:

Im Turbinenbetrieb tritt ein Volumenstrom hohen Energiezustandes durch die Eintrittsöffnung 51 in den äußeren Strömungskanal 57 ein und erfährt beim Durchströmen der Schaufelzellen 50 (mit gekrümmten Schaufelstegen 45) und des strichpunktiert angedeuteten Strömungskanals 57 eine Energiereduzierung, wobei er um fast 320¹ bis zum Strömungskanalunterbrecher 55 den Seitenkanal 57 durchläuft, worauf der Volumenstrom durch die Austrittsöffnung 52 mit reduziertem Energieinhalt die Turbinenstufe verläßt. Im Förderbetrieb (gegenläufige Anordnung der Schaufelkrümmung) tritt ein Volumenstrom niedrigen Energiezustandes durch die Eintrittsöffnung 53 und die öffnung 46 in die innere Förderstufe mit Schaufelkranz 48 und Schaufelstegen 43 und durchläuft den strichliert angedeuteten Strömungskanal 58 bis zum Strömungskanalunterbrecher 56 und erfährt hier eine erste Energiezufuhr. Vom ersten Strömungskanal 58 strömt der Volumenstrom über den Oberströmkanal 47 in die zweite Förderstufe, die einen Schaufelkranz 49 mit ebenfalls spiralförmig gekrümmten Schaufelstegen 44 und einem strichliert angedeuteten Strömungskanal 59 aufweist. In dieser zweiten Stufe wird der Energiezustand des Volumenstroms weiter erhöht bis das Medium vor dem Strömungskanalunterbrecher 60 die Turbinenpumpe über die Austrittsöffnung 54 mit wesentlich erhöhtem Energiezustand verläßt.

Figures 5 and 6 show an impeller with two single-sided, single-flow blade rings 46 and 47, which have straight,

inclined blade webs

43 and 44 and an outer, double-sided, double-flow blade ring 48 with also straight, inclined blade webs 45, which, however, are closed the one-

sided shovel

46 and 47 show an opposite inclined position of the shovel webs. The use of this combined turbine and pump impeller is explained in more detail with reference to FIG. 7 (there with spirally curved blade webs):

In turbine operation, a volume flow of high energy occurs through the inlet opening 51 into the outer flow channel 57 and experiences an energy reduction as it flows through the blade cells 50 (with curved blade webs 45) and the flow channel 57 indicated by dash-dotted lines, reducing it by almost 320 ¹ to the flow channel interrupter 55 Passes side channel 57, whereupon the volume flow through the outlet opening 52 with reduced energy content leaves the turbine stage. In the conveying operation (opposing arrangement of the blade curvature), a volume flow of low energy state enters through the inlet opening 53 and the opening 46 into the inner conveying stage with the blade ring 48 and blade webs 43 and passes through the flow channel 58 indicated by the broken line to the flow channel interrupter 56 and experiences a first energy here drove. The volume flow flows from the first flow channel 58 via the upper flow channel 47 into the second conveying stage, which has a blade ring 49 with likewise spirally curved blade webs 44 and a flow channel 59 indicated by a broken line. In this second stage, the energy state of the volume flow is increased further until the medium before the flow channel interrupter 60 leaves the turbine pump via the outlet opening 54 with a substantially increased energy state.

Aus den Figuren 8 und 9 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform ersichtlich, bei der einstufige Laufräder verwendet werden. Das Turbinenlaufrad 67 hat hierbei axial und radial offene Schaufelzellen mit gegenüberliegend angeordneten Seitenkanälen 69 und 69', während das Förderlaufrad 63 lediglich axial offene Schaufelzellen mit gegenüberliegend angeordneten Seitenkanälen 62 und 62' aufweist. Das Strömungskanalgehäuse 61 aus Figur 8 ist in den Figuren 10 und 11 genauer dargestellt. Das Fördermedium tritt hierbei durch die Seitenkanaleintrittsöffnung 65 ein und durchströmt den Seitenkanl 62 bis zur Austrittsöffnung 64, wobei es immer wieder in die Förderzellen des Laufrades eintritt, das auf diese Weise seine Rotationsenergie auf das Fördermedium überträgt. Der Seitenkanal ist zwischen den Ein- und Austrittsöffnungen durch die Unterbrecherstelle 66 unterbrochen, wodurch ein überströmen des Fördermediums vom Aus- zum Einlaß, also ein "Kurzschiuß" verhindert wird.A further preferred embodiment can be seen from FIGS. 8 and 9, in which single-stage impellers are used. The turbine impeller 67 in this case has axially and radially open blade cells with side channels 69 and 69 'arranged opposite one another, while the impeller 63 has only axially open blade cells with side channels 62 and 62' arranged opposite one another. The flow channel housing 61 from FIG. 8 is shown in more detail in FIGS. 10 and 11. The pumped medium enters through the side channel inlet opening 65 and flows through the side channel 62 to the outlet opening 64, repeatedly entering the pumping cells of the impeller, which in this way transmits its rotational energy to the pumped medium. The side channel is interrupted between the inlet and outlet openings by the interruption point 66, as a result of which an overflow of the conveyed medium from the outlet to the inlet, that is to say a “short circuit”, is prevented.

Das einstufige Förderlaufrad 63 zum Strömungskanalgehäuse 61 aus Figur8ist in den Figuren 12 und 13 gezeigt. Hierbei sind die axialen Förderzellen durch spiralförmig gekrümmte Schaufelstege getrennt. Der Gehäusedeckel 68 aus Figur 8 ist in den Figuren 14 und 15 näher gezeigt und weist einen eingearbeiteten Seitenkanal 69 auf, der sich von der Eintrittsöffnung 72 bis zur Austrittsöffnung 71 mit dazwischenliegendem Seitenkanalunterbrecher 70 erstreckt. Der bei 72 eintretende Volumenstrom höheren Energiezustandes erfährt beim Durchströmen dieser Turbinenstufe eine Energiereduzierung dadurch, daß der schneller fließende Volumenstrom immer wieder in die Schaufelzellen eintritt und diesen ein Drehmoment mitteilt. Der so gedrosselte Volumenstrom verläßt dann die Turbinenstufe mit geringerem Energiezustand durch die Austrittsöffnung 71.The single-stage delivery impeller 63 to the flow channel housing 61 from FIG. 8 is shown in FIGS. 12 and 13. Here, the axial feed cells are spiral curved blade webs separated. The housing cover 68 from FIG. 8 is shown in more detail in FIGS. 14 and 15 and has an incorporated side channel 69 which extends from the inlet opening 72 to the outlet opening 71 with the side channel interrupter 70 lying in between. The volume flow of higher energy state entering at 72 experiences an energy reduction when flowing through this turbine stage in that the faster flowing volume flow repeatedly enters the blade cells and communicates a torque to them. The volume flow thus throttled then leaves the turbine stage with a lower energy state through the outlet opening 71.

Das Turbinenlaufrad 67 aus Figur 8 ist in den Figuren 16 und 17 dargestellt und weist Schaufelzellen auf, die radial und axial offen und durch ebenfalls spiralförmig gekrümmte Schaufelstege voneinander getrennt sind. Die in Figur 16 angedeuteten Bohrungen im Inneren des Laufrades 67, die auch in der Figur 8 geschnitten dargestellt sind, verhindern einen Differenzdruck zwischen den beiden Seiten der Laufräder.The turbine impeller 67 from FIG. 8 is shown in FIGS. 16 and 17 and has blade cells which are open radially and axially and are separated from one another by blade vanes which are also spirally curved. The bores indicated in FIG. 16 in the interior of the impeller 67, which are also shown in section in FIG. 8, prevent a differential pressure between the two sides of the impellers.

Zu allen bisher gezeigten Ausführungsformen ist zu bemerken, daß Turbinen- und Pumpenteil jeweils umkehrbar verwendet werden können, wobei sich jedoch die Laufrichtung der Laufräder ebenfalls umkehrt.Regarding all the embodiments shown so far, it should be noted that the turbine and pump parts can each be used reversibly, but the direction of rotation of the impellers is also reversed.

Bei der in Figur 18 gezeigten bevorzugten AusfUhrungsform handelt es sich um eine Turbinenpumpe, bei der eine mehrstufige Seitenkanalpumpe mit Flügel oder Sternlaufrädern ir Gliederbauweise durch ein doppelflutiges Turbinenrad rit mehreren radialen voneinander getrennten Stufen unterstützt oder angetrieben wird.The preferred embodiment shown in FIG. 18 is a turbine pump, in which a multi-stage side channel pump with vanes or star impellers in a link construction by means of a double-flow turbine wheel with several radially separated ones Stages is supported or driven.

Bei dieser Ausführungsform besteht die Turbinenpumpe aus einem Turbinengehäuse 79 mit Strömungskanalgehäusen 77 und 78 und einem Turbinenlaufrad 75, sowie einem Lagerdeckel 80 mit einer darin über Packungsringe 74 abgedichteten gemeinsamen Welle 73. An das Turbinengehäuse 79 schließen sich die Stufengehäuse 84 mit den Seitenkanalgehäusen 85 und den Laufrädern 86 an. Die gemeinsame Welle 73 ist am Ende der Seitenkanal-Gliederstufen mit ihrer Verlängerung in einem Gleitlager 89 im Fußgehäuse 91 zusätzlich gelagert. Die einzelnen Gehäuseglieder werden durch Gehäuseschrauben 87 und Muttern 88 zusammengehalten.In this embodiment, the turbine pump consists of a turbine housing 79 with flow duct housings 77 and 78 and a turbine impeller 75, as well as a bearing cover 80 with a common shaft 73 sealed therein by packing rings 74. The stage housing 84 with the side duct housings 85 and the ones close to the turbine housing 79 Impellers 86 on. The common shaft 73 is additionally supported at the end of the side channel link stages with its extension in a slide bearing 89 in the foot housing 91. The individual housing members are held together by housing screws 87 and nuts 88.

Der zur EnergierUckgewinnung bestimmte Volumenstrom höheren Energiezustandes tritt durch die Eintrittsöffnung 81 im Turbinengehäuse 79 ein und durchströmt von der äußeren, im Durchmesser größeren Schaufelkranzstufe auf dem Turbinenlaufrad 75 über deren gegenüberliegend angeordnete Seitenkanäle die Turbine bis zur inneren, im Durchmesser kleinsten Schaufelkranzstufe, wobei der Volumenstrom eine erhebliche Energiereduzierung erfährt. Diese von den Laufradschaufelstegen der Schaufelzellen aufgenommene Energie wird unmittelbar auf die mehrstufige Seitenkanal-Förderpumpe übertragen, die auf der gleichen Wellen mit gleicher Drehrichtung und Drehzahl mitläuft. Die Seitenkanalpumpe ist vom Turbinenteil durch die Wellendichtringe 76 abgedichtet. Der gepumpte Förderstrom tritt durch die Gehäuseöffnung 83 ein und durchströmt die einzelnen Seitenkanalförderstufen bis zur Austrittsöffnung 90 im Fußgehäuse 91. Von Stufe zu Stufe wird an den Förderstrom durch Impulsaustausch Energie überiragen, wodurch vom Eintritt in die erste Stufe bis zum Austritt aus der letzten Stufe eine erhebliche Drucksteigerung erreicht wird. Zumindest während des Anlaufens eines Prozesses, währenddessen noch kein unter Druck stehendes Medium in den Turbinenteil gelangt und aufgrund der niederen Drehzahl des Turbinenlaufrades auch noch kein Impulsaustausch zwischen Volumenstrom und Laufrad stattfinden kann, wird die Anordnung über einen hier nicht dargestellten Elektromotor angetrieben, der mit der Welle 73 gekoppelt ist. Sobald jedoch der in den Turbinenteil eintretende Volumenstrom die entsprechende Geschwindigkeit bzw. den entsprechenden Druck aufweist, also einen hohen Energiezustand besitzt, und sobald gleichzeitig das Turbinenlaufrad eine solche Drehzahl erreicht hat, daß sich ein genügend großes Fliehkraftfeld ausbildet, um die Zirkulationsströmung zwischen Schaufelradzellen und Volumenstrom im Seitenkanal auszubilden,wird das vom hoch energetischen Volumenstrom an das Turbinenrad abgegebene Drehmoment über die gemeinsame Welle auf den Pumpenteil übertragen und vermindert somit die benötigte Antriebsleistung ganz erheblich, so daß die angestrebte Energierückgewinnung ein erhebliches Maß aufweist.The volume flow of higher energy state intended for energy recovery enters through the inlet opening 81 in the turbine housing 79 and flows through the outer, larger-diameter blade ring stage on the turbine impeller 75 via its side channels arranged opposite to it, through the turbine to the inner, smallest-diameter blade ring stage, the volume flow being one experienced significant energy reduction. This energy absorbed by the impeller blade webs of the blade cells is transferred directly to the multi-stage side channel feed pump, which runs on the same shaft with the same direction of rotation and speed. The side channel pump is sealed from the turbine part by the shaft sealing rings 76. The pumped delivery flow enters through the housing opening 83 and flows through the individual side channel delivery stages up to the outlet opening 90 in the foot housing 91. From stage to stage, energy is transferred to the delivery stream by pulse exchange protrude, whereby a considerable increase in pressure is achieved from entry into the first stage to exit from the last stage. At least during the start of a process, during which no pressurized medium gets into the turbine part and due to the low speed of the turbine impeller, no impulse exchange between volume flow and impeller can take place, the arrangement is driven by an electric motor, not shown here, which with the Shaft 73 is coupled. However, as soon as the volume flow entering the turbine part has the corresponding speed or pressure, i.e. has a high energy level, and as soon as the turbine impeller has reached such a speed that a sufficiently large centrifugal force field is formed around the circulation flow between the blade wheel cells and the volume flow To train in the side channel, the torque given off by the high-energy volume flow to the turbine wheel is transmitted to the pump part via the common shaft and thus considerably reduces the drive power required, so that the desired energy recovery has a considerable degree.

Claims

1. Turbine pump, consisting of a turbine part which emits ration energy and absorbs hydraulic energy and a pump part which works inversely for this purpose, with at least one impeller, characterized in that the turbine part has a "reverse" running side channel pump with impeller (27) with blade webs (35, 36) has separate blade cells (32, 33) and opposite flow channel (17, 20).

2. Turbine pump according to claim 1, characterized in that the blade webs (35, 36) are arranged obliquely, preferably spirally curved, to the radial direction of the impeller (27).

3. Turbine pump according to one of the preceding claims, characterized in that the axially and / or radially open blade cells (32, 33) in a plurality of blade rings, optionally of different diameters, are mounted in an impeller (27) and separate flow channels (17, 20) assigned.

4. Turbine pump according to one of the preceding claims, characterized in that the impeller (27) via a shaft (25) is connected to an impeller (27 ') which forms the rotor of a side channel pump with vane cells (32', 33 ') and the blade webs (35 ', 36') optionally oblique or spiral and that are arranged in the opposite direction to the turbine web curvature to the radial direction of the impeller (27 ').

5. Turbine pump according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channels (17, 20, 17 ', 20') assigned to the blade cells (32, 33, 32 ', 33') have cross sections which change in the circumferential direction and / or that the blade cells in (32, 33, 32 ', 33') have increasing cross sections in the radial direction.

6. Turbine pump according to one of claims 4 or 5, characterized in that the blade cells (32 ', 33') of the side channel pump are formed on the impeller (27) of the turbine part.

7. Turbine pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pump part is designed as a single or multi-stage side channel pump with vane or star impellers, in a link structure.

8. Turbine pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pump part is designed as an axial, semi-axial or radial single or multi-stage centrifugal pump in a link construction.

9. Turbine pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pump part is designed as a vane or rotary vane pump, gear pump, screwdriver spindle pump, rotary lobe pump, helical centrifugal pump, side channel compressor, side channel blower or as an axial or radial fan.

10. Turbine pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the delivery side of the turbine pump is designed as a liquid ring vacuum pump.