WO2000029747A2 - Hydraulische strömungsmaschine - Google Patents

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WO2000029747A2
WO2000029747A2 PCT/EP1999/008541 EP9908541W WO0029747A2 WO 2000029747 A2 WO2000029747 A2 WO 2000029747A2 EP 9908541 W EP9908541 W EP 9908541W WO 0029747 A2 WO0029747 A2 WO 0029747A2
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outlet openings
area
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Johannes Van Berkum
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Johannes Van Berkum
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/02—Other machines or engines using hydrostatic thrust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/005—Installations wherein the liquid circulates in a closed loop ; Alleged perpetua mobilia of this or similar kind

Definitions

  • the acceleration forces required for this must be provided by the drive of the pump.
  • the water hits a fixed stator of the pump or in a volute casing, which converts the speed at which water exits the impeller into pressure energy.
  • the water is led from the volute casing into a pressure port, where it is brought up to its delivery head.
  • the drive power of the paddle wheel is determined by the head and the delivery volume of the water / per unit of time, as well as by the energy losses.
  • An inlet rectifier partly upstream of the impeller, directs the water into the impeller before it enters and gives it a twist, which reduces the drive power required when redirecting the water rising vertically from the intake manifold in the radial direction of movement in the impeller and its acceleration. Nevertheless, the drive power required to transport the water to the outer diameter of the paddle wheel and its required residual acceleration is still so high that high energy losses are the result, which in turn must be compensated for by constant, continuous energy supply.
  • the invention is therefore based on the object of creating a hydraulic fluid flow machine which uses the flow capacity of a water column of any water reservoir rising in a suction pipe solely as a result of the atmospheric air pressure, minimizes the flow losses of the outflowing water flow and negatively influences energy losses and optimizes the efficiency of such a machine .
  • the hydraulic fluid flow machine according to claim 1 is characterized in that it replaces the conventional impeller and is replaced by an inlet rectifier arranged in the outlet region of an intake manifold, the outlet of which flows into an annular channel arranged on the outside diameter of a turntable and outlet openings arranged on the lateral surface of the annular channel.
  • the water column, which rises vertically in the intake manifold, is directed in the direction of its absolute path into the annular duct already in the outlet area of the intake manifold by flow channels formed in the inlet rectifier and arranged at certain angles of inclination to a horizontal of the turntable and radially below the annular channel.
  • a great advantage is brought about by the confluence of the exit area with the inlet rectifier in the ring channel arranged on the outside diameter of the turntable.
  • the previous path of the water from the center to the outer diameter of an impeller is reduced to a minimum, since the water column guided from the outlet area of the suction pipe through the inlet rectifier is directed according to the invention directly into the annular channel arranged on the outer diameter of the turntable.
  • the suction pipe according to claim 2 has an annular suction space from the entrance of the suction space below the water surface to the exit area of the suction tube in the ring channel and enables the advantageous arrangement of the bearing set and the drive either inside the suction tube or above the turntable.
  • the tapered design of the suction chamber in its outlet area advantageously supports the acceleration of the water column rising in the annular suction chamber through the inlet rectifier arranged in this area.
  • the amount of energy to be delivered by the hydraulic fluid machine according to the invention is dependent on the diameter of the turntable, the number, size and arrangement height of the outlet openings arranged above the water level of the water reservoir, and by dimensioning the drive power for the energy supply in the starting phase of the system and to compensate for the Investment-related losses determined.
  • FIG. 1 is a front view of an embodiment variant of a hydraulic fluid machine with a hollow-walled suction pipe
  • FIG. 2 shows a detail from FIG. 1 from the mouth of the inlet rectifier in the outlet area of the intake manifold into the ring channel
  • FIG. 3 shows a partial processing A-A from FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a detail from FIG. 1 with outlet openings arranged side by side and three times one above the other in the lateral surface of the ring channel,
  • FIG. 5 shows a partial development BB from FIG. 4 6 shows the front view of a second embodiment variant of the hydraulic fluid machine
  • FIG. 1 shows the front view of an embodiment variant of a hydraulic fluid machine according to the invention, which consists of a suction pipe 1, which is located with its entrance area 1 "in a water reservoir 2 below the water level and can be closed or opened there with a cover 12.
  • the suction pipe 1 consists here, for example, from a hollow-walled cylinder which is delimited by an inner wall and an outer wall and forms an annular suction space 16 which is delimited by an annular inlet area 1 ′′ and an annular outlet area 1 ′.
  • the suction chamber outlet V is equipped with an inlet rectifier 4.
  • FIG. 2 shows that the annular suction space 16 in the exit area 1 'is preferably tapered and that an inlet rectifier 4 is arranged in a ring in the tapered area of the exit area 1'.
  • the arrangement of the flow channels 10 according to the invention which are formed at defined angles of inclination ⁇ 1 and ⁇ 2 to a horizontal X of the turntable 8 and form the inlet rectifier 4, run in a ring under an annular channel 7 of a turntable 8 and with the exit area 1 'in the ring channel 7 open.
  • the ring channel 7 On the annular exit area 1 'of the intake manifold 1, the ring channel 7 is placed, which is formed on the outer diameter of the turntable 8 and is provided on its outer surface with outlet openings 9, not shown in the drawing, and according to FIG. 1 axially around the vertical Y of the Suction pipe 1 is rotatably mounted.
  • the turntable 8 with the ring channel 7 is rotated by an arbitrarily arranged drive 5.
  • a bearing set 13 contributes to minimizing the friction losses of the turntable 8.
  • the suction pipe 1 below the water surface is closed by a cover 12.
  • a valve 14 allows water 3 to flow from a storage container 15 arranged above the ring channel 7 into the suction chamber 16 of the suction pipe 1 and the ring channel 7.
  • the cover 12 is removed from the inlet of the suction chamber 1 "and the suction chamber 16 is continuously supplied with water 3 from the water reservoir 2.
  • the preferably annular water column rises into the inlet rectifier 4 in the output region 1 'and is directed into its absolute path by the flow channels 10 of the inlet rectifier 4 arranged at an inclination angle ⁇ 1 and ⁇ 2 to a horizontal X of the turntable by appropriate design of an approximately trapezoidal cross section of the flow channels 10 in the inlet rectifier 4 and the Outlet openings 9 in the lateral surface of the ring channel 7 accelerate the water column in the inlet rectifier 4 to its absolute speed in the ring channel 7, the water 3 being kept at the speed of rotation by the carriers 11 shown in more detail in FIG be 8 generated centrifugal force in the ring channel 7 exerts a pressure on the water 3 located in the ring channel 7, which together with the flow capacity of the water emerging from the inlet rectifier 4 forms the
  • the ring channel 7 can also be subdivided into a plurality of vertical regions which are arranged in a plurality of outlet openings 9 arranged next to one another and one above the other in the lateral surface of the ring channel 7 flow out.
  • This variant has the advantage that the amount of water / unit of time discharged from the ring channel 7 can be increased further.
  • the selected design at the start of the machine represents one of many possible variants.
  • the closure of the suction pipe 1 below the water surface during the start-up phase of the machine is particularly advantageous since it ensures easy filling of the turbomachine and avoids the suction of air or dirt particles .
  • FIG. 6 shows the exemplary embodiment of a hydraulic fluid machine which has a preferably 490 mm high suction pipe 1 with an outer diameter of preferably 996 mm and an inner diameter of 960 mm.
  • the inner diameter of the suction space 16 of preferably 760 mm with the outer diameter of the suction space 16 of 960 mm at the exit area V forms an annular space with a height of preferably 100 mm.
  • the suction space 16 widens towards the center with an angle ⁇ of 30 ° to the vertical.
  • an inlet rectifier 4 Arranged in the outlet area V of the intake manifold 1 is an inlet rectifier 4, the 14 blades of which are fixedly connected to the intake manifold 1 and are distributed in a ring shape in the outlet area V according to FIG.
  • the angle of inclination ⁇ 2 at the outer boundary of the flow channels 10 is preferably 32.2 ° to the horizontal X of the turntable 8.
  • the angle of inclination changes continuously over the width of the flow channels 10.
  • the inner boundary of the flow channels 10 points he has an inclination angle ⁇ 1 of preferably 48 ° to the horizontal X of the turntable 8.
  • the approximately trapezoidal cross section of the flow channels 10, according to FIG. 7 is 88.15 cm 2 in each case.
  • a turntable 8 is preferably designed with an outer diameter of 1000 mm and a height of 150 mm.
  • annular channel 7 is formed, preferably with a width of 100 mm and a height of 110 mm.
  • the turntable 8 with the annular channel 7 formed on its outer diameter is arranged in a ring on the output area 1 'with the inlet rectifier 4 located therein, the output area 1' with the inlet rectifier 4 preferably projecting into the turntable 8 by 40 mm and to the annular channel 7 is open.
  • the turntable 8 with the ring channel 7 is rotatably supported in the center with a bearing set 13 about a vertical Y running longitudinally through the center of the suction pipe 1, the rotary movement being generated by a drive 5.
  • the speed of the turntable 8 is preferably designed for 7.36 r / s.
  • the suction pipe 1 dips with its entrance area 1 "preferably into a water reservoir 2 at a depth of 200 mm.
  • the speed resulting from the flow velocity of 12.42 m / s at the outlet openings 9 and the rotational speed of the turntable 8 of 23.12 m / s is the absolute speed of 26.24 m / s.
  • the hydraulic fluid machine in the exemplary embodiment can deliver an output of 253 kW. List of the reference symbols used

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Strömungsmaschine zur Energieumwandlung für die Energieversorgung von Energieverbrauchern jeglicher Art. Es war Aufgabe, eine hydraulische Strömungsmaschine zu schaffen, die die ausschliesslich durch den atmosphärischen Luftdruck bedingte Strömungsleistung einer aufsteigenden Wassersäule nutzt, die Strömungsleistung des ausfliessenden Wasserstroms negativ beeinflussenden Energieverluste minimiert und den Wirkungsgrad einer solchen Maschine optimiert. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen im Ausgangsbereich eines Saugrohrs angeordneten Einlaufgleichrichter, einen am Aussendurchmesser einer Drehscheibe angeordneten Ringkanal mit an dessen Mantelfläche angeordneten Austrittsöffnungen, der auf dem Ausgangsbereich mit der Drehscheibe um eine Vertikale drehbar angeordnet ist, dass der Einlaufgleichrichter Strömungskanäle mit definierten Neigungswinkeln aufweist, die die aufsteigende Wassersäule in Richtung ihrer Absolutbahn lenken und auf ihre Absolutgeschwindigkeit im Ringkanal beschleunigen und dass im Ringkanal angeordnete Mitnehmer das Wasser auf Umlaufgeschwindigkeit halten und durch die Drehzahl der Drehscheibe die Zentrifugalkraft einen Druck auf das umlaufende Wasser ausübt, der zusammen mit der Strömungsleistung der Wassersäule eine Überdruck erzeugt.

Description

HYDRAULISCHE STRÖMUNGSMASCHINE
Aus Fritz Dietzel, Turbinen, Pumpen und Verdichter" ; 1. Auflage 1980, 195- 199 und 260- 261 , sowie aus Dubbel, Band II 13. Auflage 414- 415 sind hydraulische Strömungsmaschinen wie zum Beispiel Kreiselpumpen bekannt, die durch ein feststehendes vertikales Saugrohr gekennzeichnet sind, daß einerseits in das Zentrum eines horizontal zur Achse des Saugrohrs rotierenden Schaufelrades mit radial vom Zentrum zum Außendurchmesser des Schaufelrades verlaufenden Schaufelkanälen und andererseits in ein Wasserreservoir mündet, um mittels des Schaufelrads eine bestimmte Wassermenge/Zeiteinheit aus dem Wasserreservoir vertikal auf eine bestimmte Förderhöhe zu bringen. Um das Schaufelrad in Drehung zu versetzen, wird die Antriebsleistung einer Pumpe benötigt, wobei der atmosphärische Luftdruck die Wassersäule in das Saugrohr und von da in das Schaufelrad drückt. Dabei muß das Wasser von der vertikalen Richtung im Saugrohr in eine radiale Richtung im Schaufelrad umgelenkt werden. Mittels des Drehmoments am Schaufeirad sowie der Zentrifugalkraft muß das Wasser innerhalb der Schaufelkanäle von der im Zentrum des Schaufelrads bestehenden kleineren Umlaufgeschwindigkeit auf die am Außendurchmesser erforderliche Umlauf- und Austrittsgeschwindigkeit beschleunigt und transportiert werden. Die dafür erforderlichen Beschleunigungskräfte müssen von dem Antrieb der Pumpe zur Verfügung gestellt werden. Beim Verlassen des Schaufelrads trifft das Wasser auf ein feststehendes Leitrad der Pumpe oder in ein Spiralgehäuse, wodurch die Austrittsgeschwindigkeit des Wassers beim Austreten aus dem Schaufelrad in Druckenergie umwandelt wird. Das Wasser wird aus dem Spiralgehäuse in einen Druckstutzen geleitet, in dem es auf seine Förderhöhe gebracht wird. Bei dieser Konstruktion wird die Antriebsleistung des Schaufelrades von der Förderhöhe und dem Fördervolumen des Wassers/pro Zeiteinheit sowie von den Energieverlusten bestimmt.
Ein teilweise vor dem Schaufelrad vorgeschalteter Einlaufgleichrichter lenkt zwar das Wasser vor Eintritt desselben in das Schaufelrad und gibt ihm einen Drall, wodurch die erforderliche Antriebsleistung bei der Umlenkung des vertikal aus dem Saugrohr aufsteigenden Wassers in die radiale Bewegungsrichtung im Schaufelrad und dessen Beschleunigung verringert wird. Trotzdem ist die erforderliche Antriebsleistung für die Beförderung des Wassers zum Außendurchmesser des Schaufelrads sowie dessen erforderliche Restbeschleunigung noch so hoch, daß hohe Energieverluste die Folge sind, die wiederum durch ständige kontinuierliche Energiezufuhr ausgeglichen werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Strömungsmaschine zu schaffen die, die ausschließlich durch den atmosphärischen Luftdruck bedingte Strömungsleistung einer in einem Saugrohr aufsteigenden Wassersäule eines beliebigen Wasserreservoirs nutzt, die Strömungsleistung des ausfließenden Wasserstroms negativ beeinflussenden Energieverluste minimiert und den Wirkungsgrad einer solchen Maschine optimiert.
Die Aufgabe wird durch eine hydraulische Strömungsmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, daß sie das herkömmliche Laufrad ablöst und durch einen im Ausgangsbereich eines Saugrohrs angeordneten Einlaufgleichrichter, dessen Einmündung in einen am Außendurchmesser einer Drehscheibe angeordneten Ringkanal und an der Mantelfläche des Ringkanals angeordnete Austrittsöffnungen ersetzt. So wird die im Saugrohr vertikal aufsteigende Wassersäule bereits im Ausgangsbereich des Saugrohrs durch im Einlaufgleichrichter angeformte, in bestimmten Neigungswinkeln zu einer Horizontalen der Drehscheibe und radial unter dem Ringkanal angeordnete Strömungskanäle, in Richtung ihrer Absolutbahn in den Ringkanal gelenkt. Ein großer Vorteil wird durch die Einmündung des Ausgangsbereiches mit dem Einlaufgleichrichter in den am Außendurchmesser der Drehscheibe angeordneten Ringkanal bewirkt. Der bisherige Weg des Wassers vom Zentrum zum Außendurchmesser eines Laufrads verkürzt sich auf ein Minimum, da die aus dem Ausgangsbereich des Saugrohrs durch den Einlaufgleichrichter geführte Wassersäule erfindungsgemäß direkt in den am Außendurchmesser der Drehscheibe angeordneten Ringkanal gelenkt wird. Dabei verhält sich die Summe der Querschnitte aller Strömungskanäle des Einlaufgleichrichters zur Summe der Querschnitte aller Austrittsöffnungen des Ringkanals so, daß die im Saugrohr aufsteigende Wassersäule im Einlaufgleichrichter auf ihre Absolutgeschwindigkeit im Ringkanal beschleunigt wird, wodurch die bisher erforderliche Beschleunigung des Wassers auf dem Weg vom Zentrum zum Außendurchmesser des Laufrades und der für diesen Vorgang erforderliche Energieaufwand entfällt und das Wasser im Ringkanal durch die dort angeordneten Mitnehmer nur noch auf Umlaufgeschwindigkeit gehalten werden muß. Da die Strömungsleistung des aus dem Saugrohr aufsteigenden Wassers ebenso groß ist wie die Strömungsleistung des aus den Austrittsöffnungen ausströmenden Wassers ist gegenüber dem atmosphärischen Luftdruck ein Überdruck notwendig, damit das Wasser aus den Austrittsöffnungen ausfließen kann. Dieser wird dadurch erreicht, daß die Drehzahl der Drehscheibe und des Ringkanals so definiert ist, daß die Zentrifugalkraft einen Druck auf das im Ringkanal umlaufende Wasser ausübt, der zusammen mit der Strömungsleistung des aufsteigenden Wassers aus dem Saugrohr den Überdruck bildet. Die Drehbewegung der Drehscheibe und des Ringkanals und die dabei entstehende Zentrifugalkraft wird nicht mehr zur Beschleunigung des Wassers benötigt.
Das Saugrohr gemäß Anspruch 2 besitzt vom Eingang des Saugraums unterhalb der Wasseroberfläche bis zum Ausgangsbereich des Saugrohrs im Ringkanal einen ringförmigen Saugraum und ermöglicht die vorteilhafte Anordnung des Lagersatzes und des Antriebs wahlweise innerhalb des Saugrohrs oder oberhalb der Drehscheibe. Außerdem unterstützt die verjüngte Ausführung des Saugraums in dessen Ausgangsbereich durch den in diesem Bereich angeordneten Einlaufgleichrichter die Beschleunigung der im ringförmigen Saugraum aufsteigenden Wassersäule vorteilhaft.
Von großem Vorteil ist auch die durch die konstruktive Ausführung des Ringkanals gemäß Anspruch 3 bedingte kurze Wegstrecke, die das Wasser vom Austritt aus dem ringförmigen Saugraum über den am Außendurchmesser der Drehscheibe angeordneten Ringkanal bis zu den Austrittsöffnungen an dessen Mantelfläche zurücklegen muß, wobei die im Ringkanal vertikal zum Ausgangsbereich des Saugrohrs gerichteten Mitnehmer das Wasser im Ringkanal auf dessen erreichter Umlaufgeschwindigkeit halten.
Eine zweite Ausführungsvariante des Ringkanals nach Anspruch 4, in der der Ringkanal in mehrere parallel zur Vertikalen verlaufende Bereiche untergliedert ist, die in eine entsprechend größere Anzahl von Austrittsöffnungen münden, die nebeneinander und übereinander auf dem Kreisumfang der Mantelfläche des Ringkanals verteilt sind, unterstützt einen größeren Wasserdurchsatz pro Zeiteinheit und minimiert den Weg des Wassers vom Austritt aus dem Saugrohr im Ringkanal bis zu den Austrittsöffnungen nochmals.
Schließlich ist die abzugebende Energiemenge der erfindungsgemäßen hydraulischen Strömungsmaschine gemäß Anspruch 6 in Abhängigkeit vom Durchmesser der Drehscheibe, der Anzahl, Größe und Anordnungshöhe der über dem Wasserspiegel des Wasserreservoirs angeordneten Austrittsöffnungen sowie durch Bemessung der Antriebsleistung für die Energiezufuhr in der Startphase der Anlage sowie zum Ausgleich der Anlagen bedingten Verluste bestimmt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden. Dabei zeigen die Zeichnungen in
Fig. 1 die Vorderansicht einer Ausführungsvariante einer hydraulischen Strömungsmaschine mit einem hohlwandigen Saugrohr,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig.1 von der Mündungsstelle des Einlaufgleichrichters im Ausgangsbereich des Saugrohrs in den Ringkanal,
Fig. 3 eine Teilabwicklung A- A aus Fig.2,
Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig.1 bei nebeneinander und dreifach übereinander angeordneten Austrittsöffnungen in der Mantelfläche des Ringkanals,
Fig. 5 eine Teilabwicklung B- B aus Fig.4 Fig. 6 die Vorderansicht einer zweiten Ausführungsvariante der hydraulischen Strömungsmaschine,
Fig. 7 Schnitt A-B aus Fig.6 mit einer Draufsicht auf den Einlaufgleichrichter im Ausgangsbereich des Saugrohrs,
Fig. 8 Schnitt C- D aus Fig.6 mit einem Längsschnitt durch die hydraulische Strömungsmaschine,
Fig. 9 Teilabwicklung E-F aus Fig. 8
Fig.1 zeigt die Vorderansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen hydraulischen Strömungsmaschine, die aus einem Saugrohr 1 , das sich mit seinem Eingangsbereich 1" in einem Wasserreservoir 2 unterhalb des Wasserspiegels befindet und dort mit einem Deckel 12 verschlossen oder geöffnet werden kann. Das Saugrohr 1 besteht hier beispielsweise aus einem hohlwandigen Zylinder, der durch eine Innenwand und eine Außenwand begrenzt ist und einen ringförmigen Saugraum 16 bildet, der von einem ringförmigen Eingangsbereich 1" und einem ringförmigen Ausgangsbereich 1' begrenzt ist. Der Saugraumausgang V ist mit einem Einlaufgleichrichter 4 ausgestattet. Der in Fig.2 dargestellte Ausschnitt zeigt, daß der ringförmige Saugraum 16 im Ausgangsbereich 1' vorzugsweise verjüngt ausgeführt ist und daß in dem verjüngten Bereich des Ausgangsbereichs 1' ein Einlaufgleichrichter 4 ringförmig angeordnet ist. In Fig.3 ist die erfindungsgemäße Anordnung der Strömungskanäle 10, die in definierten Neigungswinkeln α1 und α2 zu einer Horizontalen X der Drehscheibe 8 eingeformt sind und den Einlaufgleichrichter 4 bilden, ringförmig unter einem Ringkanal 7 einer Drehscheibe 8 verlaufen und mit dem Ausgangsbereich 1' in den Ringkanal 7 münden. Auf dem ringförmigen Ausgangsbereich 1' des Saugrohrs 1 ist der Ringkanal 7 aufgesetzt, der am Außendurchmesser der Drehscheibe 8 angeformt und an seiner Mantelfläche mit, in der Zeichnung nicht näher dargestellten, Austrittsöffnungen 9 ausgestattet ist und gemäß Fig.1 axial um die Vertikale Y des Saugrohrs 1 drehbar gelagert ist. Die Drehscheibe 8 mit dem Ringkanal 7 wird durch einen beliebig angeordneten Antrieb 5 in Drehung versetzt. Ein Lagersatz 13 trägt zur Minimierung der Reibungsverluste der Drehscheibe 8 bei. In der Anlaufphase der Maschine ist das Saugrohr 1 unterhalb der Wasseroberfläche durch einen Deckel 12 geschlossen. Ein Ventil 14 läßt Wasser 3 aus einem über dem Ringkanal 7 angeordneten Vorratsbehälter 15 in den Saugraum 16 des Saugrohrs 1 und den Ringkanal 7 fließen. Wenn diese mit Wasser 3 gefüllt sind und die Drehscheibe 8 mit dem Ringkanal 7 eine definierte Drehzahl erreicht hat, wird der Deckel 12 vom Eingang des Saugraums 1" entfernt und der Saugraum 16 kontinuierlich aus dem Wasserreservoir 2 mit Wasser 3 versorgt. Die vorzugsweise ringförmige Wassersäule steigt in den Einlaufgleichrichter 4 im Ausgangsbereich 1' und wird durch die in den Neigungswinkeln α1 und α2 zu einer Horizontalen X der Drehscheibe angeordneten Strömungskanäle 10 des Einlaufgleichrichters 4 in seine Absolutbahn gelenkt durch entsprechende Auslegung eines etwa trapezförmigen Querschnitts der Strömungskanäle 10 im Einlaufgleichrichter 4 und der Austrittsöffnungen 9 in der Mantelfläche des Ringkanals 7 wird die Wassersäule im Einlaufgleichrichter 4 auf ihre Absolutgeschwindigkeit im Ringkanal 7 beschleunigt, wobei das Wasser 3 durch in Fig.3 näher dargestellte Mitnehmer 11 auf Umlaufgeschwindigkeit gehalten wird. Die durch die definierte Drehzahl der Drehscheibe 8 erzeugte Zentrifugalkraft im Ringkanal 7 übt einen Druck aus auf das im Ringkanal 7 befindliche Wasser 3, der zusammen mit der Strömungsleistung des aus dem Einlaufgleichrichter 4 austretenden Wassers 3 den erforderlichen Überdruck bildet, den das Wasser 3 benötigt, um aus den Austrittsöffnungen 9 des Ringkanals 7 fließen und einen Energiewandler 6 antreiben zu können. Der Ringkanal 7 kann in einer weiteren Ausführungsform, die in den Figuren 4 und 5 in einem Ausschnitt und einer Teilabwicklung näher dargestellt ist, auch in mehrere vertikale Bereiche untergliedert sein, die in eine Vielzahl in der Mantelfläche des Ringkanals 7 nebeneinander und übereinander angeordnete Austrittsöffnungen 9 münden. Diese Variante hat den Vorteil, daß die aus dem Ringkanal 7 abgegebene Wassermenge/Zeiteinheit weiter erhöht werden kann. Die gewählte konstruktive Ausführung zum Start der Maschine stellt eine von vielen möglichen Varianten dar. Dabei ist der Verschluß des Saugrohrs 1 unterhalb der Wasseroberfläche während der Anlaufphase der Maschine besonders vorteilhaft, da er eine einfache Füllmöglichkeit der Strömungsmaschine gewährleistet und das Ansaugen von Luft oder Schmutzteilchen vermeidet. In Fig.6 ist das Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Strömungsmaschine dargestellt, die ein vorzugsweise 490 mm hohes Saugrohr 1 mit einem Außendurchmesser von vorzugsweise 996 mm, einem Innendurchmesser von 960 mm aufweist. Gemäß Fig.8 bildet der innere Durchmesser des Saugraums 16 von vorzugsweise 760 mm mit dem Außendurchmesser des Saugraums 16 von 960 mm am Ausgangsbereich V einen ringförmigen Raum mit vorzugsweise 100 mm Höhe. Darunter erweitert sich der Saugraum 16 zum Zentrum hin mit einem Winkel α von 30° zur Senkrechten. Im Ausgangsbereich V des Saugrohrs 1 ist ein Einlaufgleichrichter 4 angeordnet, dessen fest mit dem Saugrohr 1 verbundene, 14 Schaufeln, gemäß Fig.7, ringförmig im Ausgangsbereich V verteilt sind und Strömungskanäle 10 bilden. Im Ausgangsbereich V nach Fig.9 beträgt an der äußeren Begrenzung der Strömungskanäle 10 der Neigungswinkel α2 vorzugsweise 32,2° zur Horizontalen X der Drehscheibe 8. Der Neigungswinkel ändert sich stetig über die Breite der Strömungskanäle 10. An der inneren Begrenzung der Strömungskanäle 10 weist er einen Neigungswinkel α1 von vorzugsweise 48° zur Horizontalen X der Drehscheibe 8 auf. Am Ausgangsbereich V beträgt der etwa trapezförmige Querschnitt der Strömungskanäle 10, gemäß Fig.7, jeweils 88,15 cm2. Die Summe der Querschnitte der Strömungskanäle 10 beträgt somit 14X88,15=1234,1 cm2. Eine Drehscheibe 8 ist vorzugsweise mit einem Außendurchmesser von 1000 mm und einer Höhe von 150 mm ausgeführt. Im Bereich des Außendurchmessers der Drehscheibe 8 ist ein Ringkanal 7 mit vorzugsweise einer Breite von 100 mm und einer Höhe von 110 mm eingeformt. Die Mantelfläche des Ringkanals 7 ist mit beispielsweise 26 gleichmäßig über die Mantelfläche verteilt angeordneten Austrittsöffnungen 9 ausgestattet, die vorzugsweise einen Querschnitt von 100 cm2 aufweisen. Die Summe der Querschnitte der Austrittsöffnungen beträgt somit 26X100=2600 cm2. Die Drehscheibe 8 ist mit dem an ihrem Außendurchmesser angeformten Ringkanal 7 ringförmig auf dem Ausgangsbereich 1' mit dem darin befindlichen Einlaufgleichrichter 4 drehbar angeordneten, wobei der Ausgangsbereich 1' mit dem Einlaufgleichrichter 4 um vorzugsweise 40 mm in die Drehscheibe 8 hinein ragt und zum Ringkanal 7 geöffnet ist. Die Drehscheibe 8 mit dem Ringkanal 7 ist um eine längs durch das Zentrum des Saugrohrs 1 verlaufende Vertikale Y mittig mit einem Lagersatz 13 drehbar gelagert, wobei die Drehbewegung durch einen Antrieb 5 erzeugt wird. Die Drehzahl der Drehscheibe 8 ist vorzugsweise auf 7,36 U/s ausgelegt. Das Saugrohr 1 taucht mit seinem Eingangangsbereich 1" vorzugsweise in einer Tiefe von 200 mm in ein Wasserreservoir 2 ein. Unter Berücksichtigung eines atmosphärischen Luftdrucks von 10N/cm2, einer vorzugsweisen Breite des Ringkanals 7 einschließlich der Wanddicke der Mantelfläche der Drehscheibe 8 von 12 cm, einer mittleren Höhe der Wassersäule an den Austrittsöffnungen 9 von 0,35 m über dem Wasserspiegel und einer Zentrifugalkraft von 10 N besteht an den Austrittsöffnungen 9 des Ringkanals 7, unter Berücksichtigung eines Verlustes von 15%, ein Überdruck gegenüber dem atmosphärischen Luftdruck von 8,2 N/cm^, wodurch eine Abflußgeschwindigkeit von 12,42 m/s erreicht wird. Das Verhältnis der Summe der Querschnitte der Austrittsöffnungen 9 zur Summe der Querschnitte der Strömungskanäle 10 beträgt 2600/1234,1=2,1. Das im Saugrohr 1 aufsteigende Wasser 3 wird im Einlaufgleichrichter 4 auf eine Absolutgeschwindigkeit von 2,1X 12,42=26,24 m/s beschleunigt und in den Ringkanal 7 geleitet. Die aus der zwischen der Abflußgeschwindigkeit von 12,42 m/s an den Austrittsöffnungen 9 und der Umlaufgeschwindigkeit der Drehscheibe 8 von 23,12 m/s resultierende Geschwindigkeit ist die Absolutgeschwindigkeit von 26,24 m/s.
Bedingt durch die Neigungswinkel α1 und α2 der Strömungskanäle 10 fließt das Wasser aus den Strömungskanälen 10 in den Ringkanal 7 ohne einen größeren Impuls an das im Ringkanal 7 umlaufende Wasser 3 abzugeben. Die horizontale Geschwindigkeitskomponente des in den Ringkanal 7 einfließenden Wassers 3 ist gleich der radiusbedingten Umlaufgeschwindigkeit des Ringkanals 7. Bei gut gerundet ausgeführten Austrittsöffnungen 9 wird eine Gesamtausflußmenge des Wassers von 3,14 m3/s erreicht. Unter Berücksichtigung der Verluste durch Reibung und Umlenkung in Höhe von 15% kann die hydraulische Strömungsmaschine im Ausführungsbeispiel eine Leistung von 253 kW abgeben. Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Saugrohr, r Ausgangsbereich,
1 " Eingangsbereich.
2 Wasserreservoir,
3 Wasser,
4 Einlaufgleichrichter,
5 Antrieb,
6 Energiewandler,
7 Ringkanal,
8 Drehscheibe,
9 Austrittsöffnungen,
10 Strömungskanäle,
11 Mitnehmer,
12 Deckel,
13 Lagersatz,
14 Ventil,
15 Vorratsbehälter,
16 Saugraum,
17 Offnungs- und Schließvorrichtung

Claims

Ansprüche
1. Hydraulische Strömungsmaschine, bestehend aus einem Saugrohr (1) mit Eingangsbereich (1") und Ausgangsbereich (1'), einem Wasserreservoir (2), Wasser (3), einem Antrieb (5) und einem rotierenden Laufrad, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausgangsbereich (1') des Saugrohrs (1) ein Einlaufgleichrichter (4) angeordnet ist und daß der Ausgangsbereich (1') zusammen mit dem Einlaufgleichrichter (4) in einen Ringkanal (7) einer Drehscheibe (8) mündet, wobei der Einlaufgleichrichter (4) und die Drehscheibe (8) mit dem Ringkanal (7) das rotierende Laufrad ersetzen, daß der Ringkanal (7) am Außendurchmesser der Drehscheibe (8) angeordnet ist, zu seiner Mantelfläche gerichtete Austrittsöffnungen (9) aufweist, auf dem Ausgangsbereich (1') mit der Drehscheibe (8) um eine Vertikale (Y) drehbar und zum Ausgangsbereich (1') des Saugrohrs (1) geöffnet ist, daß der Einlaufgleichrichter (4) radial unter dem Ringkanal (7) verlaufende Strömungskanäle (10) aufweist, daß die Strömungskanäle (10) zum Ringkanal (7) verengt und in definierten Neigungswinkeln (α1) und (α2) zu einer Horizontalen (X) der Drehscheibe (8) ausgerichtet sind, im Ausgangsbereich (1') einen etwa trapezförmigen Querschnitt aufweisen und das im Saugrohr (1) aufsteigende Wasser (3) in Richtung seiner Absolutbahn im Ringkanal (7) lenken, wobei sich die Summe der Querschnitte aller Strömungskanäle (10) des Einlaufgleichrichters (4) zur Summe der Querschnitte aller Austrittsöffnungen (9) des Ringkanals (7) so verhält, daß die Strömungskanäle (10) das aufsteigende Wasser (3) auf eine Absolutgeschwindigkeit im Ringkanal (7) beschleunigen, daß im Ringkanal (7) angeordnete Mitnehmer (11) das Wasser (3) auf einer Umlaufgeschwindigkeit halten, wobei das Verhältnis der Summe der Querschnitte aller Austrittsöffnungen (9) zur Summe der Querschnitte aller Strömungskanäle (10) dem Verhältnis der Absolutgeschwindigkeit zur Abflußgeschwindigkeit des aus den Austrittsöffnungen (9) abfließenden Wassers entspricht, daß die Drehzahl der Drehscheibe (8) und des Ringkanals (7) so definiert ist, daß die auftretende Zentrifugalkraft einen Druck auf das im Ringkanal (7) umlaufende Wasser (3) ausübt, der zusammen mit der Strömungsleistung des aus dem Saugrohr (1) aufsteigenden Wassers (3) einen Überdruck erzeugt und das Wasser (3) aus den Austrittsöffnungen (9) mit der Strömungsleistung des aus dem Saugrohr (1) aufsteigenden Wassers (3) ausfließen läßt und daß die Absolutgeschwindigkeit im Ringkanal (7) aus der Abflußgeschwindigkeit an den Austrittsöffnungen (9), die durch den Überdruck zustande kommt, und der Umlaufgeschwindigkeit der Drehscheibe (8) resultiert.
2. Hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (1) einen Saugraum (16) aufweist, der von einer Innenwand und einer Außenwand sowie von dem Ausgangsbereich (1') und dem Eingangsbereich (1") begrenzt ist, wobei der Saugraum (16) einen ringförmigen Hohlraum bildet, der sich vom Eingangsbereich (1") zum Ausgangsangsbereich (1') durch die über die Breite des Saugraums (16) radial verlaufenden Strömungskanäle (10) des Einlaufgleichrichters (4) verengt.
3. Hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (7) ein zur Decke und zum Zentrum der Drehscheibe (8) geschlossener und zu seiner Mantelfläche sowie zum Ausgangsbereich (1') des Saugrohrs (1) offener Hohlraum ist, wobei nebeneinander auf dem Kreisumfang der Mantelfläche verteilt mehrere Austrittsöffnungen (9) und im Hohlraum des Ringkanals (7) mehrere Mitnehmer (11) vertikal zum Ausgangsbereich (1') des Saugrohrs (1) gerichtet angeordnet sind.
4. Hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (7) in mehrere parallel zur Vertikalen (Y) der Drehscheibe (8) verlaufende Bereiche untergliedert ist, die in eine Vielzahl nebeneinander und übereinander auf den Kreisumfang der Mantelfläche des Ringkanals (7) verteilt angeordnete Austrittsöffnungen (9) münden
5. Hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Saugraum (16) mit dem in das Wasserreservoir (2) mündenden Eingangsbereich (1") und der Ringkanal (7) der Drehscheibe (8) in den der Ausgangsbereich (1') mit dem Einlaufgleichrichter (4) münden mit Wasser (3) gefüllt sind, daß der Antrieb (5) über den Lagersatz (13) die Drehscheibe (8) mit dem Ringkanal (7) axial um die Vertikale (Y) bewegt, wobei nach Erreichung einer definierten Drehzahl der Drehscheibe (8) mit dem Ringkanal (7) die Zentrifugalkraft einen Druck auf das im Ringkanal (7) befindliche Wasser (3) ausübt, das Wasserreservoir (2) den Saugraum (16) kontinuierlich mit Wasser (3) versorgt, die Strömungsleistung im Saugrohr (1) und die Zentrifugalkraft im Ringkanal (7) das Wasser (3) aus den Austrittsöffnungen (9) des Ringkanals (7) austreten läßt und einem Energiewandler (6) zuführt.
6. Hydraulische Strömungsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die abzugebende Energiemenge in Abhängigkeit vom Durchmesser der Drehscheibe (8), der Anzahl, Größe und Anordnungshöhe der über dem Wasserspiegel des Wasserreservoirs (2) angeordneten Austrittsöffnungen (9) sowie von den jeweils auftretenden Verlusten bestimmt ist.
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