WO2010081464A2 - Fluidenergiemaschine - Google Patents

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WO2010081464A2
WO2010081464A2 PCT/DE2010/000018 DE2010000018W WO2010081464A2 WO 2010081464 A2 WO2010081464 A2 WO 2010081464A2 DE 2010000018 W DE2010000018 W DE 2010000018W WO 2010081464 A2 WO2010081464 A2 WO 2010081464A2
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Dirk Vinson
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Dirk Vinson
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/34—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F01C1/344—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F01C1/3441—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F01C1/3443—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation with a separation element located between the inlet and outlet opening
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F01C21/0818—Vane tracking; control therefor
    • F01C21/0827—Vane tracking; control therefor by mechanical means
    • F01C21/0836—Vane tracking; control therefor by mechanical means comprising guiding means, e.g. cams, rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings

Definitions

  • the invention relates to a fluid energy machine with a circular or elliptical housing which is cylindrical in one direction, with one or more fluid inlets and one or more fluid outlets, in which a circular rotary body of revolution is coaxial (centered, centered) and rotatably mounted.
  • the invention can find its application in the following fields of application.
  • Vacuum pump vacuum
  • the fluid energy machine With the fluid energy machine according to the invention, almost any field of application could be covered, since it combines various other properties in itself.
  • the fluid energy machine should have the highest possible efficiency.
  • the invention of this fluid energy machine can be made maintenance and wear. The underlying principle should be able to find application in the aforementioned fields of application.
  • fluid energy machine includes all machines in which a fluid in liquid or gaseous form participates in energy conversion. For example, this includes turbines, pumps, compressors, vacuum pump, power transmission (drives), and ultimately also Jet drives to count.
  • a turbine converts kinetic energy of fluids into rotational or rotational energy, they are thus assigned to the turbomachinery.
  • pumps are fluid energy machines in which the energy inherent in the fluid is increased by applying mechanical labor. The pressure of the fluid medium is increased or it is given kinetic energy, often for the purpose of a change of location.
  • a conventional pump is usually only suitable for a few applications. Basically, a variety of fluid energy machines are known, they are used in different designs specifically for only a few applications. All fluid energy machines have in common that they should have a construction with the highest possible efficiency. This means that the highest possible proportion of the underlying input energy is converted into the targeted output energy. For this purpose, it is necessary that the fluid energy machine itself has the lowest possible losses.
  • the fluid energy machine according to the invention has the characteristics of pumping back and forth, achieving high flow rates, generating high pressure or vacuum, and also achieving best dry suction values from high altitudes. Furthermore, the fluid power machine requires only a low speed (energy saving) or only a significantly lower use of fluid medium to achieve comparable or better levels of conventional fluid energy machines, turbines. Thus, the areas of application as a fluid energy machine pump, turbine, compressor, vacuum pump, power transmission (drives), jet propulsion, widely spread.
  • the fluid energy machine according to the invention has the following features:
  • An outer housing having a circular or elliptical inner bore (recess) which is cylindrical, with one or more fluid inlets and with one or more fluid outlets.
  • the radial outer diameter is smaller than the radial inner diameter of the inner bore (recess) of the outer housing, so that between a radial outer surface of the rotary rotation body and a radial inner bore (recess) of the outer housing results in a chamber (gap) for the fluid (medium) -
  • the axial width of the chamber (gap) is determined by the axial width of the inner bore (recess) of the outer housing and the axial width of the rotary body
  • the height of the chamber (gap) is determined by the cylindrical height of the housing and the cylindrical height of the rotary body of revolution, so that the fluid can flow from the fluid inlet through the chamber (gap) to the fluid outlet,
  • the rotation-rotation body which has at least one blade (preferably a plurality of blades are provided), which are arranged in a groove (recess) retractable in the rotary body rotation in order to close the chamber (gap) in the extended state,
  • the rotary body of rotation at the bottom and cover side behind the groove (recess) for the blade provided with a channel to discharge the fluid behind the blade during retraction, which fluid discharge can also be in the bottom or pump cover, in the case of a rotary body with more than one blade, the fluid outlet (channel) is guided behind the blade which extends at the same moment - That a positive control in the outer body bottom and lid is provided, which is designed as a combined circular and elypsenförmige two-stage stepped groove or toothed groove, the blade in the rotary-rotation body groove (recess) and extends (bucket stroke), when passing the Lock the bucket is retracted to the minus of the rotary body, after passing the lock is the
  • the principle of the fluid energy machine is that the fluid in the chamber (gap) between the inner circular rotary body and the inner bore (recess) of the outer housing is moved (pumped), with a barrier between the fluid inlet and outlet is provided. Against this barrier, a pressure is built up in the direction of rotation, wherein behind the lock in the direction of rotation, a vacuum builds up regardless of whether liquid or gaseous fluid media.
  • the blades are able to pass the barrier. For this purpose they must be retracted in the area of the lock in the groove (recess) of the rotary body rotation, so that they are sunk in the rotary body of rotation when passing the lock, after passing through the barrier, and reaching the fluid inlet they are extended again, this is done via a positive control in the outer body floor and lid, which is made as a circular and elliptical combined groove, which retract and extend the blade, in this case, the blade movement is converted into a linear movement during a rotational movement of the rotary body.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of FIG. 1:
  • Fluid energy machine pump, turbine, compressor, vacuum pump or
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation of FIG. 1
  • FIG. 3 is a diagrammatic representation of FIG. 3
  • FIG. 4 is a diagrammatic representation of FIG. 4
  • FIG. 5 is a diagrammatic representation of FIG. 5
  • FIG. 6 is a diagrammatic representation of FIG. 6
  • FIG. 7 is a diagrammatic representation of FIG. 7
  • FIG. 8 is a diagrammatic representation of FIG. 8
  • FIG. 9 An exemplified schematic representation of the fluid to dissipate behind the blades by means of channel or groove in the blade, when retracting or insert at the exit.
  • FIG. 1 shows the fluid energy machine 20, which is essentially an outer housing 21, with a circular or elliptical inner bore (recess) 23, whose shape is cylindrical, and a coaxially disposed in the interior of the housing 21 circular rotary body of revolution 24 through bearings 25th is rotatably mounted.
  • the rotary rotary body 24 at the bottom and lid side behind the groove (recess) 32 for the blade 31, with a fluid discharge groove (channel) 38 is provided to remove the fluid behind the blades 31 during retraction, this fluid discharge also may be located in the bottom or pump cover 36, in a rotary body rotation 24 with more than one blade 31, the fluid removal groove, (channel) 38 is guided behind the at the same moment extending blade 31.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the fluid energy machine 20 as a pump turbines, compressors, vacuum pump, power transmission (drives), jet propulsion.
  • the housing 21 has an inner diameter D1 which is smaller than the outer diameter D2 of the housing 21, the circular rotary body 24 in turn has a smaller outer diameter D3 than the inner diameter D1 of the housing 21, thereby remaining between the circular rotary rotary body 24th and the housing 21 a chamber (gap) 28 into which the fluid medium passes.
  • the fluid enters the chamber (gap) 28 through the fluid inlet 26 and leaves it in the direction of rotation through the fluid outlet 27, the direction of flow being dependent only on the direction of the input energy, so that the fluid inlet 26 and the fluid outlet 27 only depend on the Direction of rotation are dependent, and a back and forth pumps is possible.
  • the fluid is conveyed either from the blades 31 through the chamber (gap) 28 in the circular rotational direction of rotation, so it is the circular rotary body 24 driven in use as a pump, or the fluid itself acts on the blades 31 and drives the circular rotary body 24 like a turbine.
  • the blades 31 are completely retractable in the grooves (recess) 32 in the rotary body rotation.
  • the blades 31 are provided on both sides with axes 33 to attach to them two different sized bearings 34 on top of each other, the path of the stepped positive control 35 in the housing bottom
  • One of the two superimposed bearings 34 on the blade 31 for extending the blade 31 is used, and the other bearing 34 serves to retract the blade 31, this is achieved by the stepped positive control 35 in the housing bottom 36 and housing cover 36.
  • the blades 31 close the chamber (gap) 28 so that the fluid can not flow back, the seal should be as close as possible, and in the retracted state, the blade 31, the lock 37 pass, so that in the direction of rotation before the Lock 37 forms a back pressure, which is discharged through the fluid outlet 27, while the other two blades 31, the chamber (gap) 28 completely close.
  • a vacuum is built up behind the barrier 37 during the extension of the blade 31 in the direction of rotation regardless of whether liquid or gaseous fluid media.
  • the barrier 37 is provided between the radially outer surface of the rotary rotary body 24 and the radial inner bore (recess) 23 of the outer housing 21, which separates the chamber (gap) 28 between the fluid inlet 26 and the fluid outlet 27 to the chamber (gap) 28 to block the fluid to prevent flow of the fluid opposite to the desired direction of rotation of the circular rotary body of revolution 24.
  • the stepped positive control 35 already moves the blade 31 in the direction of rotation before reaching the barrier 37, but after the passage of the barrier 37 extends again, it is provided that the other blades 31 at the same time completely close the chamber (gap) 28.
  • the invention is not limited to the embodiments shown, but also includes other embodiments, such as e.g. the stepped positive control 35 blade control as a driver, gear on the top and bottom or a Schleifmit facilitator provided, also the shape of the blades 31 should be adapted according to the knowledge of fluid mechanics and flow technology to the required conditions.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschine (20) die als Pumpe, Turbine, Verdichter, Unterdruckpumpe, Kraftübertragung (Antriebe) und Jetantrieb einsetzbar ist. Diese weist auf: ein Außengehäuse (21), mit einer kreisförmigen oder ellipsenförmigen Innenbohrung (Ausnehmung) (23), dessen Form zylindrisch ausgeführt ist, das Gehäuse (21) mindestens einen Fluideinlass (26) und mindestens einen Fluidauslass (27) aufweist, einen koaxial im Inneren des Gehäuses (21) angeordnetem kreisförmigen Dreh-Rotationskörper (24) der mindestens eine Schaufel (31) aufweist, und die Schaufeln (31) an beiden Seiten mit Achsen (33) versehen sind, um an ihnen zwei unterschiedlich große Lager (34) übereinander zu befestigen, die die Bahn der abgestuften Zwangssteuerung (35) im Gehäuseboden (36) und Gehäusedeckel (36) zu beschreiben (abzufahren) um die Schaufel (31) vollständig ein- oder auszufahren. Dabei ist eines der beiden übereinander zu befestigen Lager (34) an der Schaufel (31) zum Ausfahren der Schaufel (31) Anwendung findet, und das andere Lager (34) zum Einfahren der Schaufel (31) dient, dieses wird durch die abgestufte Zwangssteuerung (35) im Gehäuseboden (36) und Gehäusedeckel (36) erreicht, und durch Lager (25) drehbar gelagert ist, dessen radialer Außendurchmesser geringer als der radiale Innendurchmesser des Gehäuses ist, hierdurch verbleibt zwischen dem kreisförmigen Dreh-Rotationskörper (24) und dem Innendurchmesser des Gehäuses (21) eine Kammer (Spalt) (28), in den das Fluidmedium gelangt, und vom Fluideinlass (29) in die Kammer (Spalt) (28) eintritt und verlässt diesen in Drehrichtung durch den Fluidauslass (30) wieder.

Description

Bezeichnung: Fluidenergiemaschine
Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschine mit einem kreisförmigen oder ellipsenförmigen Gehäuse, das in eine Richtung zylindrisch ausgeführt ist, mit einem oder mehreren Fluideinlässen und einem oder mehreren Fluidauslässen, in dem ein kreisförmiger Dreh- Rotationskörper koaxial (zentriert, mittig) und drehbar gelagert angeordnet ist.
Die Erfindung kann ihre Anwendung in den nachfolgenden Einsatzgebieten finden.
Einsatzgebiete der Erfindung als:
1 ) Pumpe für jegliche Einsatzgebiete, für alle Medien geeignet.
2) Turbine für jegliche Einsatzgebiete, flüssige und gasförmige Medien.
3) Verdichter für ölfreie Druckluft, Wasser-Hydraulik.
4) Fluidenergiemaschine Einsatzgebiete Unterdruckpumpe (Vakuum).
5) Pumpe, Turbine, Fluidenergiemaschine strömungsrichtungsunabhängig (vor und zurück mit gleicher Leistung)
6) Antriebsart, Kraftübertragung (Antriebe) nach diesem Prinzip.
7) Jetantrieb beschleunigen von Fluiden nach diesem Prinzip.
Mit der erfindungsgemäßen Fluidenergiemaschine könnte fast jedes Einsatzgebiet abgedeckt werden, da sie diverse andere Eigenschaften in sich vereint. Eine herkömmliche Pumpe oder Turbine, benötigt im Vergleich zu der Erfindung, einen höheren Energieaufwand oder Durchsatz, bei flüssigen oder gasförmigen Medien. Dieses wird mit der Erfindung umgangen, die Erfindung ist unabhängig von Leistung und Drehzahl. Zudem soll die Fluidenergiemaschine einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweisen. Weiterhin kann die Erfindung dieser Fluidenergiemaschine wartungs- und verschleißfrei hergestellt sein. Das ihr zugrunde liegende Prinzip soll dabei in den vorgenannten Einsatzgebieten Anwendung finden können.
Der Begriff Fluidenergiemaschine umfasst sämtliche Maschinen, bei denen ein Fluid in flüssiger oder gasförmiger Form an einer Energieumwandlung beteiligt ist. Beispielsweise sind hierzu Turbinen, Pumpen, Verdichter, Unterdruckpumpe, Kraftübertragung (Antriebe), und letztlich auch Jetantriebe zu zählen. Eine Turbine wandelt kinetische Energie von Fluiden in Dreh- oder Rotationsenergie um, sie sind somit den Strömungsmaschinen zuzuordnen. Pumpen sind dagegen Fluidenergiemaschinen, bei denen die dem Fluid innewohnender Energie durch Aufbringen mechanischer Arbeit erhöht wird. Der Druck des Fluidmediums wird erhöht oder ihm wird Bewegungsenergie mitgegeben, oftmals zum Zweck einer Ortsveränderung.
Eine herkömmliche Pumpe ist meist nur spezifisch für wenige Einsatzgebiete geeignet. Grundsätzlich sind eine Vielzahl von Fluidenergiemaschinen bekannt, sie werden in unterschiedlichen Bauweisen spezifisch für nur wenige Einsatzgebiete eingesetzt. Allen Fluidenergiemaschinen ist gemein, dass sie eine Konstruktion mit möglichst hohen Wirkungsgrad aufweisen sollen. Dies bedeutet, dass ein möglichst hoher Anteil der zugrunde liegenden Eingangsenergie in angestrebte Ausgangsenergie umgewandelt wird. Hierzu ist notwendig, dass die Fluidenergiemaschine selbst möglichst geringe Verluste aufweist.
In Form einer Flügelzellenpumpe ausgebildete herkömmliche Pumpen sind zum Beispiel aus den Druckschriften DE 691 25 372 T2, DE 10 2006 021 252 A1 und GB 319 467 A bekannt. Jede dieser Druckschriften offenbart eine Flügelzellenpumpe, deren Flügel mittels einer Zwangsführung in Schlitze, die einem Rotor ausgebildet sind, ein- und ausgefahren werden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Fluidenergiemaschine zu schaffen, die kostengünstig herstellbar und einfach aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Fluidenergiemaschine gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Fluidenergiemaschine hat die Eigenschaften vor und zurück zu pumpen, große Fördermengen zu erreichen, hohen Druck oder Unterdruck zu erzeugen, und auch beste Werte bei der Trockenansaugung aus großen Höhen zu erreichen. Des weiteren benötigt die Fluidenergiemaschine nur eine geringe Drehzahl (Energieeinsparung) oder nur einen wesentlich geringeren Einsatz von einem Fluidmedium um Vergleichbare oder bessere Werte von herkömmlichen Fluidenergiemaschinen, Turbinen zu erreichen. Somit sind die Einsatzgebiete als Fluidenergiemaschine Pumpe, Turbine, Verdichter, Unterdruckpumpe, Kraftübertragung (Antriebe), Jetantrieb, weit gestreut.
Die Erfindungsgemäße Fluidenergiemaschine hat folgende Merkmale:
- ein Außengehäuse mit einer Kreisförmigen oder ellipsenförmigen Innenbohrung (Ausnehmung) die zylindrisch ausgeführt ist, mit einem oder mehreren Fluideinlässen und mit einem oder mehreren Fluidauslässen.
- einen kreisförmigen Dreh- Rotationskörper der zylindrisch ausgeführt ist, der koaxial (zentriert, mittig) und drehbar gelagert angeordnet ist.
- dessen radialer Außendurchmesser kleiner als der radiale Innendurchmesser der Innenbohrung (Ausnehmung) des Außengehäuses ist, so dass sich zwischen einer radialen Außenfläche des Dreh- Rotationskörpers und einer radialen Innenbohrung (Ausnehmung) des Außengehäuses eine Kammer (Spalt) für das Fluid (Medium) ergibt - die axiale Breite der Kammer (Spalt) wird durch die axiale Breite der Innenbohrung (Ausnehmung) des Außengehäuses und der axialen Breite des Rotationskörpers bestimmt
- die Höhe der Kammer (Spalt) wird durch die zylindrische Höhe des Gehäuses und zylindrische Höhe des Dreh- Rotationskörpers bestimmt, so dass das Fluid vom Fluideinlass durch die Kammer (Spalt) zum Fluidauslass strömen kann,
- wobei mindestens eine Sperre zwischen der radialen Außenfläche des Dreh- Rotationskörpers und der radialen Innenbohrung (Ausnehmung) des Außengehäuses vorgesehen ist, die die Kammer (Spalt) zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass trennt, um die Kammer (Spalt) für das Fluid zu sperren
- dabei ist die Strömungsrichtung lediglich von der Richtung der Eingangsenergie abhängig , so das der Fluidein- Auslass nur von der Drehrichtung abhängig ist (vor und zurück Pumpen)
- der Dreh- Rotationskörper, der mindestens eine Schaufel aufweist (vorzugsweise sind mehrere Schaufeln vorgesehen), die in einer Nut (Ausnehmung) in dem Dreh- Rotationskörper versenkbar angeordnet sind, um die Kammer (Spalt) im ausgefahrenem Zustand zu schließen,
- weiterhin ist der Dreh- Rotationskörper an der Boden und Deckelseite hinter der Nut (Ausnehmung) für die Schaufel, mit einem Kanal versehen, um das Fluid hinter der Schaufel beim Einfahren abzuführen, wobei sich diese Fluidabführung auch im Boden- oder Pumpendeckel befinden kann, bei einem Dreh- Rotationskörper mit mehr als einer Schaufel wird die Fluidabführung (Kanal) hinter die sich im gleichen Moment ausfahrende Schaufel geleitet - dass eine Zwangssteuerung im Außenkörperboden und Deckel vorgesehen ist, die als eine kombinierte kreis- und elypsenförmige zweistufig abgestufte Nut oder gezahnte Nut ausgeführt ist, die die Schaufel in der Dreh- Rotationskörper Nut (Ausnehmung) ein und ausfährt (Schaufelhub), beim Passieren der Sperre wird die Schaufel bis ins Minus des Dreh- Rotationskörpers eingefahren, nach dem Passieren der Sperre wird die
- Schaufel bis an die Innenbohrung des Außengehäuses ausgefahren, um über den Einlass das Fluid zu fördern
- wobei die Schaufeln an der Ober und Unterseite mit einem Mitnehmer versehen ist, um die Bahn der Zwangssteuerung zu beschreiben (abzufahren) um die Schaufel ein- oder auszufahren, hierfür sind zwei übereinander angebrachte Kugellager oder ein Schleifmitnehmer, Zahnrad an der Ober und Unterseite vorgesehen
Das Prinzip der Fluidenergiemaschine besteht darin, dass das Fluid in der Kammer (Spalt) zwischen dem inneren kreisförmigen Dreh- Rotationskörper und der Innenbohrung (Ausnehmung) des Außengehäuse bewegt (gepumpt) wird, wobei eine Sperre zwischen dem Fluidein- und Auslass vorgesehen ist. Gegen diese Sperre wird in Drehrichtung ein Druck aufgebaut, wobei sich hinter der Sperre in Drehrichtung ein Vakuum aufbaut unabhängig ob flüssige oder gasförmige Fluidmedien.
Wesentlich ist auch, dass die Schaufeln hierbei in der Lage sind, die Sperre zu passieren. Zu diesem Zweck müssen sie im Bereich der Sperre in die Nut (Ausnehmung) des Dreh- Rotationskörper eingefahren werden, so dass sie versenkt in dem Dreh- Rotationskörper beim Passieren der Sperre sind, nach dem Passieren der Sperre, und das Erreichen des Fluideinlasses werden sie wieder ausgefahren, dieses geschieht über eine Zwangssteuerung im Außenkörperboden und Deckel, die als kreis- und ellipsenförmig kombinierte Nut hergestellt ist, die die Schaufel ein und ausfahren, hierbei wird bei einer Drehbewegung des Dreh- Rotationskörpers die Schaufelbewegung in eine lineare Bewegung umgesetzt. Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert, wobei diese lediglich Ausführungsbeispiele darstellen sollen. Es zeigen:
Figur 1:
Eine beispielhaft dargestellte Prinzipdarstellung der Erfindung als
Fluidenergiemaschine, Pumpe, Turbine, Verdichter, Unterdruckpumpe oder
Jetantrieb.
Figur 2:
Eine beispielhaft dargestellte Prinzipdarstellung der Zwangssteuerung im Boden und
Deckel des Außengehäuses.
Figur 3:
Eine beispielhaft dargestellte Prinzipdarstellung der Schaufel mit Kugellager.
Figur 4:
Eine beispielhaft dargestellte Prinzipdarstellung der Sperre.
Figur 5:
Eine beispielhaft dargestellte Prinzipdarstellung des Dreh- Rotationskörper.
Figur 6:
Eine beispielhaft dargestellte Prinzipdarstellung des Druckübergabebereich, mittels
Kanal oder Nut im Gehäuseboden und Gehäusedeckel
Figur 7:
Eine beispielhaft dargestellte Prinzipdarstellung Druckübergabebereich, mittels Kanal oder Nut im Außengehäuses.
Figur 8:
Eine beispielhaft dargestellte Prinzipdarstellung um das Fluid, hinter den Schaufeln mittels Kanal oder Nut in der Schaufel, beim Einfahren abzuführen oder beim Ausfahre Einzuführen. Figur 9:
Eine beispielhaft dargestellte Prinzipdarstellung um das Fluid, hinter den Schaufeln mittels Kanal oder Nut im Dreh-Rotationskörper, beim Einfahren abzuführen oder beim Ausfahre Einzuführen.
Figur 1 zeigt die Fluidenergiemaschine 20, die im wesentlichen ein Außengehäuse 21 , mit einer kreisförmigen oder elypsenförmigen Innenbohrung (Ausnehmung) 23, deren Form zylindrisch ausgeführt ist, und einen koaxial im Inneren des Gehäuses 21 angeordnetem kreisförmigen Dreh- Rotationskörpers 24, der durch Lager 25 drehbar gelagert ist. Weiterhin ist der Dreh- Rotationskörper 24 an der Boden und Deckelseite hinter der Nut (Ausnehmung) 32 für die Schaufel 31 , mit einer Fluidabführung Nut (Kanal) 38 versehen, um das Fluid hinter den Schaufeln 31 beim Einfahren abzuführen, wobei sich diese Fluidabführung auch im Boden- oder Pumpendeckel 36 befinden kann, bei einem Dreh- Rotationskörper 24 mit mehr als einer Schaufel 31 wird die Fluidabführung Nut, (Kanal) 38 hinter die sich im gleichen Moment ausfahrende Schaufel 31 geleitet.
Weiterhin weist das Gehäuse 21 mindestens einen Fluideinlass 26 und mindestens einen Fluidauslass 27 auf. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der Fluidenergiemaschine 20 als Pumpe Turbinen, Verdichter, Unterdruckpumpe, Kraftübertragung (Antriebe), Jetantrieb.
Das Gehäuse 21 weist einen Innendurchmesser D1 auf, der kleiner ist als der Außendurchmesser D2 des Gehäuses 21 , der kreisförmiger Dreh- Rotationskörpers 24 weist wiederum einen kleineren Außendurchmesser D3 auf als der Innendurchmesser D1 des Gehäuses 21, hierdurch verbleibt zwischen dem kreisförmigen Dreh- Rotationskörper 24 und dem Gehäuse 21 eine Kammer (Spalt) 28, in die das Fluidmedium gelangt. Das Fluid tritt durch den Fluideinlass 26 in die Kammer (Spalt) 28 ein und verlässt diesen in Drehrichtung durch den Fluidauslass 27 wieder, dabei ist die Strömungsrichtung lediglich von der Richtung der Eingangsenergie abhängig, so dass der Fluideinlass 26 und der Fluidauslass 27 nur von der Drehrichtung abhängig sind, und ein vor und zurück Pumpen möglich ist. Hierbei wird das Fluid entweder von den Schaufeln 31 durch die Kammer (Spalt) 28 in die kreisförmige Dreh- Rotationsrichtung gefördert, es wird also der kreisförmigen Dreh- Rotationskörper 24 bei der Verwendung als Pumpe angetrieben, oder das Fluid selbst wirkt auf die Schaufeln 31 und treibt den kreisförmigen Dreh- Rotationskörper 24 an wie eine Turbine. Die Schaufeln 31 sind in den Nuten (Ausnehmung) 32 im Dreh- Rotationskörper vollständig versenkbar.
Im gezeigtem Ausführungsbeispiel sind die Schaufeln 31 an beiden Seiten mit Achsen 33 versehen, um an ihnen zwei unterschiedlich große Lager 34 übereinander zu befestigen, die die Bahn der abgestuften Zwangssteuerung 35 im Gehäuseboden
36 und Gehäusedeckel 36 zu beschreiben (abzufahren), um die Schaufel 31 vollständig ein- oder auszufahren.
Wobei eines der beiden übereinander befestigte Lager 34 an der Schaufel 31 zum Ausfahren der Schaufel 31 Anwendung findet, und das andere Lager 34 zum Einfahren der Schaufel 31 dient, dieses wird durch die abgestufte Zwangssteuerung 35 im Gehäuseboden 36 und Gehäusedeckel 36 erreicht.
Im ausgefahrenen Zustand verschließen die Schaufeln 31 die Kammer (Spalt) 28 so, dass das Fluid nicht zurückströmen kann, die Abdichtung sollte dabei möglichst dicht sein, und im eingefahrenen Zustand kann die Schaufel 31 die Sperre 37 passieren, so dass sich in Drehrichtung vor der Sperre 37 ein Staudruck bildet, der durch den Fluidauslass 27 abgeführt wird, während die beiden anderen Schaufeln 31 die Kammer (Spalt) 28 vollständig verschließen. Wobei sich hinter der Sperre 37 beim Ausfahren der Schaufel 31 in Drehrichtung ein Vakuum aufbaut unabhängig ob flüssige oder gasförmige Fluidmedien. Wobei die Sperre 37 zwischen der radialen Außenfläche des Dreh- Rotationskörpers 24 und der radialen Innenbohrung (Ausnehmung) 23 des Außengehäuses 21 vorgesehen ist, die die Kammer (Spalt) 28 zwischen dem Fluideinlass 26 und dem Fluidauslass 27 trennt, um die Kammer (Spalt) 28 für das Fluid zu sperren, um ein Strömen des Fluids entgegen der gewünschten Drehrichtung des kreisförmigen Dreh- Rotationskörpers 24 zu verhindern. Wobei die abgestufte Zwangssteuerung 35 bereits vor dem Erreichen der Sperre 37 die Schaufel 31 in Drehrichtung einfährt, nach dem Passieren der Sperre 37 aber wieder ausfährt, hierbei ist vorgesehen, dass die anderen Schaufeln 31 zur gleichen Zeit die Kammer (Spalt) 28 vollständig verschließen.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch weitere Ausführungsformen, wie z.B. die abgestuften Zwangssteuerung 35 Schaufelsteuerung als Mitnehmer, Zahnrad an der Ober und Unterseite oder ein Schleifmitnehmer, vorgesehen, auch die Form der Schaufeln 31 sollte entsprechend der Kenntnisse der Strömungsmechanik und Strömungstechnik an die geforderten Bedingungen angepasst sein.

Claims

Patentansprüche
1. Fluidenergiemaschine (20), umfassend
- ein Außengehäuse (21), mit einer kreisförmigen oder ellipsenförmigen Innenbohrung (23), dessen Form zylindrisch ausgeführt ist, mindestens einem Fluideinlass (26, 27) und mindestens einem Fluidauslass (27, 26) wobei eine Sperre (37) zwischen dem Fluideinlass (26, 27) und dem Fluidauslass (27, 26) vorgesehen ist,
- einen Gehäuseboden (36) und einen Gehäusedeckel (36), die jeweils eine abgestufte Zwangssteuerung (35) umfassen, die als in sich geschlossene, abgestufte Nut ausgebildet ist und eine in sich geschlossene Bahn ausbildet,
- einen koaxial im Inneren des Außengehäuses (21) angeordneten kreisförmigen Dreh-Rotationskörper (24), der durch Lager (25) drehbar gelagert ist, wobei der Dreh-Rotationskörper (24) mehrere Nuten (32) zur Aufnahme jeweils einer Schaufel (31) aufweist, wobei die jeweilige Schaufel (31) an ihrer der Innenbohrung (23) zugewandten Seite mit einem Radius (41) versehen ist,
- wobei entweder der Dreh-Rotationskörper (24) an seiner dem Gehäuseboden (36) zugewandten Seite und an seiner dem Gehäusedeckel (36) zugewandten Seite hinter den mehreren Nuten (32) jeweils mit einer Fluidabführungsnut (38) versehen ist, um Fluid hinter den mehreren Schaufeln (31) beim Einfahren der Schaufeln (31) in die Nut (32) abzuführen, oder der Gehäuseboden (36) oder der Gehäusedeckel (36) mit einer Fluidabführungsnut (38) versehen sind, - wobei das Außengehäuse (21) einen Innendurchmesser D1 aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser D2 des Außengehäuses (21), und der kreisförmige Dreh-Rotationskörper (24) einen Außendurchmesser D3 aufweist der kleiner ist als der Innendurchmesser D1 des Außengehäuses (21), dergestalt, dass zwischen dem kreisförmigen Dreh- Rotationskörpers (24) und dem Innendurchmesser des Außengehäuses (21) eine Kammer (28) ausgebildet ist, in die Fluidmedium gelangt, wobei das Fluid durch den Fluideinlass (26, 27) in die Kammer (28) in Drehrichtung durch den Fluidauslass (27, 26) verlässt, wobei die Strömungsrichtung des Fluids in der Kammer (28) lediglich von der Drehrichtung des Dreh-Rotationskörpers (24) abhängt dergestalt, dass Position des Fluideinlasses (26, 27) bezogen auf die Position des Fluidauslasses (27, 26) nur von der Dreh-Rotationskörpers (24) abhängig ist, so dass ein Vor- und Zurückpumpen möglich ist,
- wobei zum Verwenden der Fluidenergiemaschine (20) als Pumpe der Dreh- Rotationskörper (24) angetrieben wird, wodurch das Fluid von den Schaufeln (31) durch die Kammer (28) gefördert wird, oder zum verwenden der Fluidenergiemaschine (20) als Turbine das Fluid auf den Schaufeln ( 31) wirkt, wodurch der Dreh-Rotationskörper (24) angetrieben wird,
- wobei die Schaufeln (31) an zwei gegenüberliegenden Seiten mit Achsen (33) versehen sind, an denen jeweils zwei unterschiedlich große Lager (34) übereinander Befestigt sind, die die Bahn der abgestuften Zwangssteuerung (35) im Gehäuseboden (36) und im Gehäusedeckel (36) abfahren, um die Schaufel (31) vollständig in die Nuten (32) ein- oder auszufahren, wobei durch die abgestufte Zwangssteuerung (35) im Gehäuseboden (36) erreicht wird, dass eines der beiden übereinander befestigten Lager (34) an der jeweiligen Schaufel (31) zum Ausfahren der jeweiligen Schaufel (31) Anwendung findet und das andere Lager (34) zum Einfahren der jeweiligen Schaufel (31) dient, - wobei die Schaufeln (31) im ausgefahrenem Zustand die Kammer (28) verschließen, so dass das Fluid nicht zurückströmen kann, und die Schaufeln (31) im eingefahrenem Zustand die Sperre (37) passieren können, so das sich in Drehrichtung vor der Sperre (37) ein Staudruck bildet, der durch den Fluidauslass (27, 26) abgeführt wird, und sich in Drehrichtung hinter der Sperre (37) ein Vakuum aufbaut,
- wobei die Sperre (37) zwischen der radialen Außenfläche des Dreh- Rotationskörper (24) und der radialen Innenfläche in Innenbohrung (23) des Außengehäuses (21) vorgesehen ist, und dem Radius (29) des Dreh- Rotationskörpers (24) und dem Radius (40) der Innenbohrung (23) des Außengehäuses (21) angepasst ist, und die Sperre die Kammer (28) zwischen dem Fluideinlass (26, 27) und dem Fluidauslass (27, 26) teilt, um ein Strömen des Fluids entgegen der gewünschten Drehrichtung des Dreh- Rotationskörpers (24) zu verhindern,
- wobei die abgestufte Zwangssteuerung (35) bereits vor dem Erreichen der Sperre (37) die Schaufel (31) in Drehrichtung einfährt, nach dem Passieren der Sperre (37) aber wieder ausfährt, wobei vorgesehen ist, dass die anderen Schaufeln (31) zur gleichen Zeit die Kammer (28) vollständig verschließen.
2. Fluidenergiemaschine (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung als Pumpe der angetriebene Dreh-Rotationskörper (24) das Fluid mit den ausgefahrenen Schaufeln (31) in Drehrichtung der Kammer (28) vom Fluideinlass (26, 27) zum Fluidauslass (27, 26) befördert.
3. Fluidenergiemaschine (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung als Turbine das Fluid beim Einleiten gegen die ausgefahrenen Schaufeln (31) die die Kammer (28) vollständig verschließen, geleitet wird, um den Dreh-Rotationskörper (24) in Rotation zu versetzen.
4. Fluidenergiemaschine (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich hinter der Sperre (37) in Drehrichtung ein Vakuum aufbaut, unabhängig davon, ob flüssige oder gasförmige Fluidmedien verwendet werden.
5. Fluidenergiemaschine (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass einen Druckübergabebereich, mittels Kanal (42) oder Nut (43) im Außengehäuse (21) oder im Gehäuseboden (36) und Gehäusedeckel (36), vor dem Übergangsbereich des Wendepunktes (41) der Schaufel (31) die zum einfahren ansetzt, an die nachfolgende vollständig ausgefahrene Schaufel (31) beim einfahren übergibt,
6. Fluidenergiemaschine (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auch vorgesehen ist, den Fluideinlass (26, 27) und den Fluideinlass (27, 26) so zu Platzieren, das der Fluideinlass (26, 27) und der Fluideinlass (27, 26) die Druckübergabe, an die nachfolgende, vollständig aus dem Dreh- Rotationskörper (24) ausgefahrene Schaufel (31) übergibt,
7. Fluidenergiemaschine (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auch vorgesehen ist, das die Schaufeln (31) oder der Dreh-Rotationskörper (24) mit mindestens einem Kanal (44) oder Nut (45) versehen ist, um das Fluid, hinter den mehreren Schaufeln (31) beim ein oder ausfahren der Schaufel (31) aus dem Dreh-Rotationskörper (24) in dem Kanal (44) oder der Nut (32) einzuleiten oder abzuführen,
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