NL2012503C2 - Waaier voor een pomp of turbine en pomp of turbine met waaier. - Google Patents

Description

WAAIER VOOR EEN POMP OF TURBINE EN POMP OF TURBINE MET WAAIER

De uitvinding heeft betrekking op een waaier voor een pomp of turbine, omvattende ten minste één schoep. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een open waaier, nog meer in het bijzonder op een axiale of gemengde stroming (“mixed flow”) waaier. De uitvinding heeft tevens betrekking op een pomp voor het pompen van water, omvattende een mantel en een in de mantel opgestelde waaier, welke waaier ten minste één schoep omvat. De uitvinding heeft voorts betrekking op een turbine voor het opwekken van energie uit water, omvattende een mantel en een in de mantel opgestelde waaier, welke waaier ten minste één schoep omvat. De pomp en turbine kunnen eventueel dezelfde inrichting zijn, namelijk een pompturbine, waarbij de stromingsrichting door de waaier en de draaiingsrichting van de waaier in omgekeerde richting zal plaatsvinden en de inrichting zowel als pomp of als turbine kan fungeren.

Dergelijke waaiers en pompen of turbines voorzien van een dergelijke waaier zijn bekend. De pompen worden gebruikt voor het opvoeren van water. De turbines worden gebruikt voor het opwekken van energie uit water. Tijdens het opvoeren van water bij een pomp of bij het omlaag verplaatsen van water bij een turbine kunnen zich in het water bevindende vissen meegevoerd worden. Tussen de binnenomtrekswand van de mantel en de waaier is veelal een kleine spleet aanwezig, waardoorheen water weglekt. Door de zuigkracht van het weglekkende water kan een met het water meegevoerde vis in de spleet gezogen worden, welke vis daardoor beschadigd kan raken of zelfs kan sterven. In het bijzonder bij paling treedt dit probleem op, daar paling een vissoort is die de neiging heeft langs wanden te zwemmen, ofwel in de nabijheid van de spleet.

Een bekende oplossing voor dit probleem is om de schoep(en) van de waaier met de mantel te verbinden en de mantel mee te laten roteren met de waaier. Een nadeel hiervan is het verlies van rendement door de extra wrijving van de mee roterende mantel.

Het is een doel van de uitvinding het hierboven beschreven probleem althans ten dele te ondervangen. In het bijzonder is het een doel van de uitvinding om een althans relatief visvriendelijke waaier, pomp en turbine te verschaffen, meer in het bijzonder met geen of een relatief klein rendementsverlies.

Hiertoe is de waaier volgens de uitvinding er in gekenmerkt dat de schoep aan zijn buitenste omtreksrandzone aan de perszijde daarvan van een opstaande rand is voorzien.

De hierboven beschreven lekstroom verloopt van de perszijde naar de zuigzijde van de schoep, zowel bij een pomp als bij een turbine. Door de schoep aan zijn buitenste omtreksrandzone aan de perszijde daarvan van een opstaande rand te voorzien zullen de vissen tegen de opstaande rand aanzwemmen en zullen zij daardoor niet, of althans met een verminderde kans, in de spleet worden gezogen, waardoor beschadiging en/of sterfte van vis kan worden voorkomen of althans verminderd. De lekstroom kan door de opstaande rand aan de perszijde verminderd zijn, waardoor de zuigkracht van de lekstroom kan afnemen. Hierdoor neemt de kans op het meezuigen van een vis in de lekstroom verder af. Doordat de mee roterende opstaande rand relatief klein is ten opzichte van een mee roterende mantel zal het rendementsverlies kleiner zijn dan bij de hierboven beschreven bekende oplossing.

De opstaande rand kan zich zowel over de gehele lengte als over een deel van de buitenste omtreksrandzone uitstrekken.

De opstaande rand kan zowel continu zijn uitgevoerd als een aantal onderbrekingen vertonen, waarbij de onderbrekingen een zodanige afmeting bezitten, dat deze kleiner is dan een mee te voeren vis.

De opstaande rand heeft bij voorkeur een hoogte die is gekozen in overeenstemming met een in gebruik mee te voeren vis en/of maximaal toelaatbaar rendementsverlies.

Bijvoorbeeld kan de hoogte worden afgestemd op een gemiddelde dwarsdoorsnedeafmeting van een paling, daar men met name beschadiging en sterfte van paling voorkomen wil gezien de schaarste van deze vissoort. Door de hoogte gelijk aan de gemiddelde dwarsdoorsnedeafmeting van de paling of andere vis te kiezen, bij voorkeur groter dan de gemiddelde dwarsdoorsnedeafmeting van de paling of andere vis, kan meezuigen van de paling of andere vis in de lekstroom worden voorkomen of althans verminderd. Echter, hoe groter de hoogte hoe groter de wrijving en daardoor rendementsverlies. Derhalve wordt de hoogte bij voorkeur niet onnodig groot gekozen, maar in overeenstemming met een maximaal toelaatbaar rendementsverlies. Het maximaal toelaatbare rendementsverlies en daardoor de hoogte van de rand kan naar wens worden gekozen. De uiteindelijke hoogte van de rand is daarmee bij voorkeur een afweging tussen de dwarsdoorsnedeafmeting van de in gebruik mee te voeren vis en een wenselijk of acceptabel rendementsverlies.

Praktisch heeft de opstaande rand aan de perszijde en/of zuigzijde een hoogte die ligt tussen 2 cm en 25 cm, bij voorkeur tussen 3 cm en 10 cm, meer bij voorkeur tussen 4 cm en 6 cm, nog meer bij voorkeur ongeveer 5 cm.

Voor bijvoorbeeld paling is een hoogte van 5 cm geschikt, waarbij het rendementsverlies acceptabel kan worden bevonden. Afhankelijk van de vis kan de hoogte naar wens worden gekozen en verschillen van de hierboven genoemde waarden.

De hoogte van de opstaande rand kan nabij een in rotatierichting van de waaier gezien voorste en/of achterste eindzone van de schoep afnemen, waarbij deze bijvoorbeeld nul wordt.

Nabij de voorste en/of achterste eindzone van de schoep heeft de opstaande rand geen of een verminderde functie, waardoor het voordelig is als de hoogte daarvan afneemt om de door de rand verschafte wrijving zo laag mogelijk te houden. De hoogte van de opstaande rand kan zowel geleidelijk of abrupt afnemen. De voorkant van de opstaande rand kan zowel gelijk liggen als zich naar voren uitstrekken ten opzichte van de voorrand van de schoep. De vorm waarmee de hoogte van de opstaande rand afneemt kan naar wens worden gekozen.

Bij voorkeur strekt de opstaande rand zich in hoofdzaak parallel aan een binnenomtreksoppervlak van de mantel uit. De hoek tussen het perszij deoppervlak van de schoep en de opstaande rand wordt hierop aangepast en kan derhalve variëren afhankelijk van het samenstel van waaier en mantel. Bijvoorbeeld kan de hoek tussen het perszij deoppervlak van de schoep en de opstaande rand tussen 60° en 150° liggen. De opstaande rand kan in dwarsdoorsnede gezien zowel recht als gebogen verlopen.

De schoep en/of opstaande rand kan nabij zijn in rotatierichting gezien voorste eindzone een relatief scherpe punt vertonen. Deze punt strekt zich nabij het binnenste omtreksoppervlak van de mantel uit.

De opstaande rand aan de schoep heeft tevens een stijfheid/sterkte-technische functie. De opstaande rand vergroot namelijk de stijfheid en sterkte van de min of meer sikkelvormige punt van de schoep waardoor de schoep vormvaster wordt.

Vissen die meegevoerd worden door de pomp, in het bijzonder palingen die zoals reeds eerder vermeld geneigd zijn om in de nabijheid van de mantel te zwemmen, kunnen tegen de punt van de schoep en/of de punt van de opstaande rand aan zwemmen en daardoor beschadigd raken of zelfs sterven. Om dit te voorkomen of om althans de kans daarop te verlagen kan de mantel aan een inlaatopening daarvan, of in het geval van een turbine aan een uitlaatopening daarvan, van een zich binnenwaarts uitstrekkende rand voorzien zijn. Deze zich binnenwaarts uitstrekkende rand schermt de scherpe punt van de schoep en/of opstaande rand af, waardoor de vissen daar niet of althans met een kleinere kans tegenaan zwemmen. Hierdoor kan vissterfte en/of beschadigingen aan vis nog verder gereduceerd worden met de pomp volgens de uitvinding.

De zich binnenwaarts uitstrekkende rand van de mantel bezit bij voorkeur een breedte die minimaal gelijk is aan een dikte van de opstaande rand van de waaier en een afmeting van een spleet tussen de opstaande rand van de waaier en het binnenomtreksoppervlak van de mantel. Hierdoor wordt de punt van de schoep en/of opstaande rand goed afgeschermd.

Praktisch heeft de zich binnenwaarts uitstrekkende rand van de mantel een breedte die ligt tussen 1 mm en 5 cm, bij voorkeur tussen 5 mm en 2 cm, meer bij voorkeur ongeveer 1 cm. De breedte is mede afhankelijk van de diameter van de waaier. De voorkeursbreedte van ongeveer 1 cm geldt voor een waaier met diameter van lm. De waarden kunnen echter variëren per waaier en kunnen naar wens worden gekozen. Bij deze waarden heeft de spleet een radiale dikte van tussen 0.2 mm en 5 mm, afhankelijk van de diameter van de waaier, en de opstaande rand heeft een dikte tussen 2 mm en 4 cm, mede ook afhankelijk van de diameter van de waaier.

De hoek tussen het binnenomtreksoppervlak van de mantel en de zich binnenwaarts uitstrekkende rand kan naar wens worden gekozen, zodanig, dat de punt van de waaier goed afgeschermd wordt en de kans verkleind wordt dat de vissen daar tegenaan zwemmen. De hoek kan bijvoorbeeld tussen 45° en 150° liggen, meer in het bijzonder tussen 60° en 120°, nog meer in het bijzonder ongeveer 90°. De rand kan in dwarsdoorsnede gezien zowel recht als gebogen zijn. In het bijzonder kan de rand elke geschikte vorm vertonen.

Zoals hierboven reeds is toegelicht is bij de pomp of turbine volgens de uitvinding er sprake van, dat de mantel in hoofdzaak vast is opgesteld en de waaier is ingericht voor rotatie ten opzichte van de mantel.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven figuren, waarin:

Figuur 1 schematisch een pomp volgens de stand der techniek toont;

Figuur 2 schematisch een pomp volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding toont;

Figuur 3 de pomp volgens de eerste uitvoeringsvorm in perspectivisch aanzicht met deels weggelaten mantel toont;

Figuren 5-7 schematisch een pomp volgens een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding tonen, waarin figuur 5 de pomp met deels weggelaten mantel toont, figuur 6 de pomp schuin van boven toont; en figuur 7 de pomp schuin van onder toont,

Opgemerkt wordt, dat in de figuren gelijke onderdelen met gelijke verwijzingsgetallen zijn aangeduid. Opgemerkt wordt voorts, dat van de pomp slechts een samenstel van een mantel en een waaier zijn weergegeven. Omwille van de vereenvoudiging zijn de overige onderdelen van de pomp, welke algemeen bekend zijn voor de vakman, weggelaten.

Figuur 1 toont schematisch een pomp volgens de stand der techniek. De pomp omvat een mantel 1 en een waaier met schoep 2. De waaier met schoep 2 roteert in richting 3 om een centrale as 4, welke centrale as de hartlijn is van een hier niet afgebeelde naaf. Flet water wordt via een inlaatopening 6 in richting 5 aangezogen door de pompwerking van de pomp. Een zich in het water bevindende vis 7 zwemt hierbij in de richting 5 van het aangezogen water en wordt vervolgens meegenomen met de waaier. Tussen de binnenomtreksrand van de mantel 1 en de waaier is een spleet 10 aanwezig, waardoorheen water weglekt in de richting van de pijlen 13. Door de zuigkracht van het weglekkende water kan een met het water meegevoerde vis 7 in de spleet 10 gezogen worden, welke vis 7 daardoor beschadigd kan raken of zelfs kan sterven.

Figuur 2 toont schematisch de pomp volgens de uitvinding, waarbij de schoep 2 aan zijn buitenste omtreksrandzone aan de perszijde daarvan van een opstaande rand 14 is voorzien. Deze opstaande rand 14 kan effectief verhinderen, of de kans daarop verkleinen, dat de vis in de spleet 10 wordt gezogen, doordat de vis 7 tegen de rand 14 aan zwemt. Er is nog wel een lekstroom 13 aanwezig, echter is deze lekstroom kleiner dan bij de pomp uit figuur 1. Flierdoor wordt de kans op het meezuigen van een vis 7 in de spleet 10 verder verkleind. De opstaande rand 14 heeft een hoogte h, een dikte d, en strekt zich in hoofdzaak parallel aan het binnenomtreksoppervlak van de mantel 1 uit.

Figuur 3 toont de pomp uit figuur 2 in perspectivisch aanzicht. Hierin is de aan de naaf 11 bevestigde schoep 2 met opstaande rand 14 duidelijk getoond. Hieruit blijkt, dat de rand 14 nabij de in rotatierichting 3 voorste eindzone 16 en achterste eindzone 15 van de schoep 2 geleidelijk afloopt tot nul.

Naast de hiervoor omschreven visvriendelijke functie van de opstaande rand 14 heeft de opstaande rand 14 ook een stijfheid/sterkte-technische functie. De opstaande rand 14 vergroot namelijk de stijfheid en sterkte van de min of meer sikkelvormige punt van de schoep 2 waardoor de schoep 2 vormvaster en trillingsbestendiger wordt.

Uit de figuur 3 blijkt verder, dat de waaier twee schoepen 2 omvat. Het is met het oog op de vis vriendelijkheid van de pomp wenselijk om zo min mogelijk aantal schoepen te verschaffen, bijvoorbeeld één of in dit geval twee schoepen. Alternatief kan de waaier ook drie, vier of meer schoepen omvatten, maar daardoor neemt de visvriendelijkheid van de pomp af.

De vorm van de schoepen 2 is min of meer sikkelvormig, hetgeen een visvriendelijke vorm is gebleken.

De waaier roteert bij voorkeur met een relatief laag toerental, bijvoorbeeld met 200 rotaties per minuut voor een waaier met een diameter van 1 m bij een debiet van 1 m3/s en opvoerhoogte van 2 m, hetgeen de visvriendelijkheid verder ten goede komt.

Figuur 1 toont voorts, dat de zich in het water bevindende vis 7 die in de richting 5 van het aangezogen water zwemt tegen de schoep 2 van de waaier aan kan zwemmen. De schoep kan een scherpe punt 8 vertonen , en/of de opstaande rand kan een scherpe punt 16 vertonen, aan hun in rotatierichting 3 gezien voorste eindzones. Wanneer de vis 7 tegen de scherpe punt 8 of de scherpe punt 16 aan zwemt kan de vis 7 daardoor beschadigd raken of zelfs sterven.

Om dit verdere probleem van de pomp uit figuur 1 te ondervangen toont figuur 4 een tweede uitvoeringsvorm van de pomp, waarbij de mantel 1 aan zijn inlaatopening 6 van een zich binnenwaarts uitstrekkende rand 9 is voorzien. De rand 9 heeft een breedte b die net groter is dan de som van de afmeting a van een spleet 10 tussen de schoep 2 en het binnenomtreksoppervlak van de mantel 1 en de dikte d van de rand 14, zodanig, dat de rand 9 de scherpe punt 8 van de schoep 2 en/of de scherpe punt 16 van de opstaande rand 14 afschermt. Hierdoor kan effectief worden voorkomen, of kan de kans daarop althans worden verminderd, dat de vis 7 tegen de scherpe punt 8 aan zwemt.

De figuren 5-7 tonen de pomp uit figuur 4 in perspectivisch aanzicht. In bijvoorbeeld figuur 6 is goed zichtbaar, dat de rand 9 zich tot net voorbij de punt 8 van de schoep 2 en/of de scherpe punt 16 van de opstaande rand 14 uitstrekt, waardoor de punt 8 en/of punt 16 daardoor is afgeschermd. Figuur 6 toont de mantel 1 met waaier vanaf de bovenzijde, ofwel aan de zijde van de uitlaatopening 12 van de mantel 1. Figuur 7 toont de mantel 1 met waaier vanaf de onderzijde, ofwel vanaf de inlaatopening 6 van de mantel 1.

Opgemerkt wordt, dat de uitvinding zich niet beperkt tot de getoonde uitvoeringsvormen, maar zich tevens uitstrekt tot varianten binnen het bereik van de aangehechte conclusies.

Opgemerkt wordt voorts, dat de uitvinding ook van toepassing is in turbines. In turbines zal de stromingsrichting door de waaier en de draaiingsrichting van de waaier in omgekeerde richting plaatsvinden. De perszijde en zuigzijde van de schoep zijn dezelfde zijden voor een turbine als voor een pomp, waarmee ook de lekstroom in dezelfde richting is voor zowel een pomp als een turbine. De inlaatopening van de turbine is juist de uitlaatopening van de pomp en vise versa. Derhalve wordt bij een turbine gesproken over een zich binnenwaarts uitstrekkende rand aan de uitlaatopening daarvan. De pomp en turbine kunnen dezelfde inrichting zijn, welke inrichting in dat geval een zogeheten pompturbine is.

Claims (22)

1. Waaier voor een pomp of turbine, omvattende ten minste één schoep, met het kenmerk, dat de schoep aan zijn buitenste omtreksrandzone aan de perszijde daarvan van een opstaande rand is voorzien.

2. Waaier volgens conclusie 1, waarbij de opstaande rand een hoogte heeft die is gekozen in overeenstemming met een in gebruik mee te voeren vis en/of maximaal toelaatbaar rendements verlies.

3. Waaier volgens conclusie 1 of 2, waarbij de opstaande rand een hoogte heeft die ligt tussen 2 cm en 25 cm, bij voorkeur tussen 3 cm en 10 cm, meer bij voorkeur tussen 4 cm en 6 cm, nog meer bij voorkeur ongeveer 5 cm.

4. Waaier volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de hoogte van de opstaande rand nabij een in rotatierichting van de waaier gezien voorste en/of achterste eindzone van de schoep afneemt, en bijvoorbeeld nul wordt.

5. Waaier volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de hoek tussen het perszijdeoppervlak van de schoep en de opstaande rand ligt tussen 60° en 150°.

6. Pomp voor het pompen van water, omvattende een mantel en een in de mantel opgestelde waaier, welke waaier ten minste één schoep omvat, met het kenmerk, dat de schoep aan zijn buitenste omtreksrandzone aan de perszijde daarvan van een opstaande rand is voorzien.

7. Pomp volgens conclusie 6, waarbij de opstaande rand een hoogte heeft die is gekozen in overeenstemming met een in gebruik mee te voeren vis en/of maximaal toelaatbaar rendements verlies.

8. Pomp volgens conclusie 6 of 7, waarbij de opstaande rand een hoogte heeft die ligt tussen 2 cm en 25 cm, bij voorkeur tussen 3 cm en 10 cm, meer bij voorkeur tussen 4 cm en 6 cm, nog meer bij voorkeur ongeveer 5 cm.

9. Pomp volgens een der voorgaande conclusies 6-8, waarbij de hoogte van de opstaande rand nabij een in rotatierichting van de waaier gezien voorste en/of achterste eindzone afneemt, en bijvoorbeeld nul wordt.

10. Pomp volgens een der voorgaande conclusies 6-9, waarbij de opstaande rand zich in hoofdzaak parallel aan een binnenomtreksoppervlak van de mantel uitstrekt.

11. Pomp volgens een der voorgaande conclusies 6-10, waarbij de mantel aan een inlaatopening daarvan van een zich binnenwaarts uitstrekkende rand is voorzien.

12. Pomp volgens conclusie 11, waarbij de zich binnenwaarts uitstrekkende rand een breedte heeft die minimaal gelijk is aan een dikte van de opstaande rand van de waaier en een afmeting van een spleet tussen de opstaande rand van de waaier en het binnenomtreksoppervlak van de mantel.

13. Pomp volgens conclusie 11 of 12, waarbij de zich binnenwaarts uitstrekkende rand een breedte heeft die ligt tussen 1 mm en 5 cm, bij voorkeur tussen 5 mm en 2 cm, meer bij voorkeur ongeveer 1 cm.

14. Pomp volgens conclusie 11, 12 of 13, waarbij de hoek tussen het binnenomtreksoppervlak van de mantel en de zich binnenwaarts uitstrekkende rand tussen 45° en 150° ligt, meer in het bijzonder tussen 60° en 120°, nog meer in het bijzonder ongeveer 90°.

15. Pomp volgens een der voorgaande conclusies 6 - 14, waarbij de mantel in hoofdzaak vast is opgesteld en de waaier is ingericht voor rotatie ten opzichte van de mantel.

16. Turbine voor het opwekken van energie uit water, omvattende een mantel en een in de mantel opgestelde waaier, welke waaier ten minste één schoep omvat, met het kenmerk, dat de schoep aan zijn buitenste omtreksrandzone aan de perszijde daarvan van een opstaande rand is voorzien.

17. Turbine volgens conclusie 16, waarbij de opstaande rand een hoogte heeft die is gekozen in overeenstemming met een in gebruik mee te voeren vis en/of maximaal toelaatbaar rendements verlies.

18. Turbine volgens conclusie 16 of 17, waarbij de opstaande rand een hoogte heeft die ligt tussen 2 cm en 25 cm, bij voorkeur tussen 3 cm en 10 cm, meer bij voorkeur tussen 4 cm en 6 cm, nog meer bij voorkeur ongeveer 5 cm.

19. Turbine volgens een der voorgaande conclusies 16 - 18, waarbij de hoogte van de opstaande rand nabij een in rotatierichting van de waaier gezien voorste en/of achterste eindzone afneemt, en bijvoorbeeld nul wordt.

20. Turbine volgens een der voorgaande conclusies 16 - 19, waarbij de opstaande rand zich in hoofdzaak parallel aan een binnenomtreksoppervlak van de mantel uitstrekt.

21. Turbine volgens een der voorgaande conclusies 16 - 20, waarbij de mantel aan een uitlaatopening daarvan van een zich binnenwaarts uitstrekkende rand is voorzien.

22. Turbine volgens een der voorgaande conclusies 16-21, waarbij de mantel in hoofdzaak vast is opgesteld en de waaier is ingericht voor rotatie ten opzichte van de mantel.