DE10211423B4

DE10211423B4 - Turbinenlaufrad

Info

Publication number: DE10211423B4
Application number: DE2002111423
Authority: DE
Inventors: Christian Dinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-03-16
Also published as: WO2003078798A1; DE10211423A1; AU2003223864A1; DE10391016D2

Abstract

Turbinenlaufrad
mit einem Formkörper (1) mit bezüglich der Anströmrichtung (A1) des Antriebsmediums schräg angestellten Schaufeln,
welche durch Seitenwände (3) gebildet sind und
wobei sich von Seitenwand (3) zu Seitenwand (3) Rinnen (2) befinden, die bezüglich der Drehachse in Anströmrichtung (A1) gesehen im Wesentlichen kombiniert kreis- oder spiralförmig sowie wendelförmig nach außen verlaufen, sowie
mit einer am Formkörper (1) angeordneten Welle,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Formkörper (1) des Turbinenlaufrades in der Drehachse entgegen der Anströmrichtung (A1) spitz zuläuft,
dass die Rinnen (2) von der Spitze des Körpers des Turbinenlaufrades ausgehen,
dass die Welle an der bezüglich der Spitze anderen Seite des Körpers des Turbinenlaufrades angeordnet ist und
dass die Anströmung des Turbinenlaufrades durch das Antriebsmedium entweder über eine axiale, nahezu axiale oder über eine oder mehrere dezentrale Düse/n erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Turbinenlaufrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Turbinenlaufräder sind in den vielfältigsten Ausführungsformen bekannt. Meistens weisen sie bezüglich der Anströmrichtung durch das Antriebsmedium schräg angestellte Schaufeln auf, welche mit dem Antriebsmedium beaufschlagt werden und dadurch die Schaufeln in eine Drehbewegung versetzen. Der Nachteil bei einigen bekannten Turbinenlaufrädern ist, dass ihr Wirkungsgrad nicht optimal ist. Ausserdem sind die Einsatzgebiete beschränkt.
Die DE 33 43 752 A1 zeigt ein offenes Laufrad für Strömungsmaschinen, insbesondere für Kreiselpumpen der eingangs angegebenen Art. Das Turbinenlaufrad ist durch einen Körper gebildet, welcher aus einzelnen Laufradsegmenten zusammengesetzt ist. Diese Laufradsegmente sind an einer gemeinsamen Nabe befestigt. Die Laufradsegmente bestehen jeweils aus einem Laufradwandsegment und einer daran angeformten Schaufel. Die so gebildeten Rinnen verlaufen bezüglich der Drehachse in Anströmrichtung gesehen im wesentlichen kombiniert kreis- oder spiralförmig sowie wendelförmig. – Der Nachteil bei diesem bekannten offenen Laufrad für Strömungsmaschinen besteht darin, daß aufgrund der zentralen Nabe das Antriebsmedium sehr weit weg von der Drehachse eingespritzt werden muß, so daß der Wirkungsgrad des Turbinenlaufrades nicht optimal ist.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Turbinenlaufrad der eingangs angegebenen Art den Wirkungsgrad zu verbessern.
Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Dadurch ist ein Turbinenlaufrad mit einem hohen Wirkungsgrad sowie mit einem großen Einsatzgebiet geschaffen. Die Grundidee des erfindungsgemäßen Turbinenlaufrades besteht darin, die Schaufeln als Führungskanäle für das Antriebsmedium auszubilden. Die Anzahl der Schaufeln, das Höhen- sowie Breitenverhältnis sowie der Durchmesser sind frei wählbar. Indem die Rinnen von der gemeinsamen Spitze des Körpers des Turbinenlaufrades ausgehen, schafft dies einen langen Bewegungsweg des Antriebsmediums, so daß damit ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Denn mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung des Turbinenlaufrades kann das Antriebsmedium zentral oder nahezu zentral eingespritzt werden. Damit werden alle Schaufeln des Turbinenlaufrades beaufschlagt. Auf diese Weise ist eine einfache Regelung der Drehzahl und damit der Leistung über eine oder eventuell mehrere Düsen geschaffen. Das Turbinenlaufrad wird – bei einer einzigen Düse – über die Spitze oder – bei mehreren Düsen – bezüglich der Spitze leicht versetzt angeströmt und gleichzeitig in allen Schaufeln umgelenkt. Dadurch ist immer eine optimale Anströmung gewährleistet, und sämtliche Schaufeln werden mit dem Antriebsmedium beaufschlagt.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, dass auf das Turbinenlaufrad ein optimales Drehmoment ausgeübt und somit eine hohe Drehzahl bewirkt wird.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 schafft eine optimale Rinnenform, mittels der das Antriebsmedium optimal geführt ist.
Aufgrund der Radialerstreckung der Rinnen vergrößert sich deren Breite gemäß der Weiterbildung in Anspruch 4 nach außen hin vorzugsweise.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 5 schafft einen optimalen Strömungsverlauf des Antriebsmediums in den Rinnen.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Turbinenlaufrades schlägt Anspruch 6 vor. Dadurch ist eine Art rotierendes Laufrad mit blumenartig angeordneten Rinnen geschaffen, wobei der Formkörper aus Kunststoff oder Metallen hergestellt sein kann. Dabei kann das Turbinenlaufrad in einer Gussform gegossen werden. Die Bewegungsenergie des Antriebstrahls wird dabei auf das rotierende Laufrad übertragen und an der an der Unterseite angebrachten Welle abgenommen. Dadurch ergeben sich eine Vielzahl von Eigenschaften und Vorteile. So zeichnet sich dieses Turbinenlaufrad durch geringe Fertigungskosten sowie durch eine kompakte und kleine Bauweise aus. Außerdem ist das Turbinenlaufrad sehr robust. Schließlich besteht keine Kavitation, und die Gefahr einer Verstopfung durch Treibgut ist nicht gegeben.
Eine Alternative hierzu gemäß Anspruch 7 geht von der Idee aus, das Turbinenlaufrad aus Einzelelementen zusammenzusetzen. Diese Einzelelemente betreffen jeweils einzelne Rinnenelemente.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Turbinenlaufrades wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht des Turbinenlaufrades;
2 eine Draufsicht auf das Turbinenlaufrad;
3 eine Seitenansicht des Turbinenlaufrades.
Das Turbinenlaufrad besteht aus einem einstöckigen Formkörper 1 insbesondere aus Kunststoff. In diesem Formkörper 1 sind anströmungsseitig Schaufeln in Form von Rinnen 2 mit senkrechten Seitenwänden 3 ausgebildet. Der Verlauf dieser Rinnen 2 ist dabei die Kombination einer Spirale mit einer Wendet. Im Bereich der Drehachse laufen die Seitenwände 3 zu einer Spitze zusammen.
Die Funktionsweise ist wie folgt:
Das Antriebsmedium wird über eine nicht dargestellte Düse in Richtung der Anströmung A1 eingespritzt. Das Antriebsmedium verteilt sich auf die insgesamt sechs Rinnen 2 und strömt in Richtung Austrittsende der Rinnen 2. Die Richtung der Abströmungsseite A2 ist angedeutet. Unterseitig weist der Formkörper 1 eine ebenfalls nicht dargestellte Welle auf, welche die Bewegungsenergie des Strahls abnimmt.

1: Formkörper
2: Rinne
3: Seitenwand
A1: Anströmung
A2: Abströmungsseite

Claims

Turbinenlaufrad mit einem Formkörper (1) mit bezüglich der Anströmrichtung (A1) des Antriebsmediums schräg angestellten Schaufeln, welche durch Seitenwände (3) gebildet sind und wobei sich von Seitenwand (3) zu Seitenwand (3) Rinnen (2) befinden, die bezüglich der Drehachse in Anströmrichtung (A1) gesehen im Wesentlichen kombiniert kreis- oder spiralförmig sowie wendelförmig nach außen verlaufen, sowie mit einer am Formkörper (1) angeordneten Welle, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (1) des Turbinenlaufrades in der Drehachse entgegen der Anströmrichtung (A1) spitz zuläuft, dass die Rinnen (2) von der Spitze des Körpers des Turbinenlaufrades ausgehen, dass die Welle an der bezüglich der Spitze anderen Seite des Körpers des Turbinenlaufrades angeordnet ist und dass die Anströmung des Turbinenlaufrades durch das Antriebsmedium entweder über eine axiale, nahezu axiale oder über eine oder mehrere dezentrale Düse/n erfolgt.
Turbinenlaufrad nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung des Antriebsmediums des Turbinenlaufrades 75° bis 105°, insbesondere ungefähr 90° beträgt.
Turbinenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenerstreckung der Seitenwände (3) im Wesentlichen in Axialrichtung des Turbinenlaufrades erfolgt.
Turbinenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite der Rinnen (2) nach außen hin vergrößert.
Turbinenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinnen (2) auf der Abströmungsseite (A2) im Querschnitt gerundet sind.
Turbinenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinnen (2) in einem massiven Formkörper (1) ausgebildet sind.
Turbinenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere einzelne Rinnenelemente zu dem Formkörper (1) des Turbinelaufrades zusammengefügt sind.