DE10338395A1

DE10338395A1 - Laufradanordnung einer Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE10338395A1
Application number: DE10338395A
Authority: DE
Inventors: Anton Niederbrunner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-03-17
Also published as: WO2005021975A1; EP1658439A1

Abstract

Eine Laufradanordnung (10) einer Strömungsmaschine für Flüssigkeiten zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Rohr (11) ein erstes Laufrad (12), ein zweites Laufrad (13) und ein drittes Laufrad (14) hintereinander auf Wellen (15, 16, 17) angeordnet sind. Mit einer derartigen Anordnung der Laufräder (12, 13, 14) lassen sich Kavitationen beim Betrieb einer Strömungsmaschine mit gelenkten Strömungen vermeiden und die einzelnen Laufräder werden gleichmäßiger belastet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufradanordnung einer Strömungsmaschine in einem Rohr, das von einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durchströmt wird.

Ein bekanntes Problem von hydraulisch betriebenen Maschinen jeglicher Art besteht in der Kavitation, die Laufräder zerstört, zumindest deren Lebensdauer reduzieren, den Wirkungsgrad der Maschinen verschlechtern und den zulässigen Arbeitsbereich stören kann. Viele konstruktive Maßnahmen sind ergriffen worden und aus dem Stand der Technik bekannt, um den Wirkungsgrad von hydraulischen Maschinen mit gelenkten Strömungen zu verbessern und vielfach steht der dafür eingesetzte konstruktive Aufwand nicht im Einklang mit der daraus erzielten Wirkung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laufradanordnung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und die bei Strömungsmaschinen zu einer verbesserten Betriebsweise führt.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Laufradanordnung in einem Rohr, in dem mindestens ein erstes und ein zweites Laufrad hintereinander auf mindestens einer Welle angeordnet sind und dass die durch das Rohr in Strömungsrichtung strömende Flüssigkeit die Laufräder in eine Drehbewegung versetzt.

Diese erfindungsgemäße Laufradanordnung hat den wesentlichen Vorteil, dass die durch ein erfindungsgemäß bestücktes Rohr mit hintereinander angeordneten Laufrädern strömende Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, nicht durch das erste Laufrad verwirbelt wird, sondern das erste Laufrad übergibt die umgelenkte Strömung an ein auf das erste Laufrad abgestimmtes zweites Laufrad, das die vom ersten Laufrad umgelenkte Strömung so aufnehmen kann, dass sie an den Schaufelflächen des zweiten Laufrades anliegt. Die einzelnen Schaufeln des zweiten Laufrades werden gleichmäßiger belastet und die durch das Rohr strömende Flüssigkeit verteilt sich gleichmäßig auf die einzelnen Schaufeln. Strömungsabrisse werden vermieden, optimierte Arbeitsbereiche lassen sich einstellen und dauerhaft betreiben.

Bevorzugt ist die Laufradanordnung aus einem ersten, zweiten und einem dritten Laufrad gebildet, die auf einer zentralen Welle oder auf jeweils einzelnen Wellen angeordnet sein können. Mit einem dritten oder sogar vierten Laufrad werden die erfindungsgemäßen Effekte noch verstärkt und eine derartige Strömungsmaschine kann besonders effektiv betrieben werden. Sind die einzelnen Laufräder jeweils einzeln mit einer dem jeweiligen Laufrad zugeordneten Welle verbunden, so sind die Wellen als Hohlwellen ausgebildet, die jeweils eine oder mehrere Wellen von voran geschalteten Laufrädern aufnehmen können. Mit einer solchen Anordnung kann die erfindungsgemäße Strömungsmaschine kompakt gebaut werden.

Weiterhin weist bevorzugt das erste Laufrad eine kleinere Durchflussfläche als das zweite Laufrad und das dritte Laufrad eine größere Durchflussfläche als das zweite Laufrad auf. Dies hat den Vorteil, dass die durch ein Rohr strömende Flüssigkeit stetig in axialer Richtung fortschreitend verstärkt umgelenkt wird und Wirbelbildungen in der strömenden Flüssigkeit klein gehalten werden können.

Sind die einzelnen Laufräder drehfest mit einer Welle verbunden, so können sie Drehmomente auf die einzelne Welle dauerhaft übertragen, die je nach Bedarf Generatoren antreiben, die mit den Wellen der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine verbunden sind.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn jedes Laufrad eine Nabe aufweist, an der Schaufeln befestigt sind, die gemeinsam mit der Nabe ein Laufrad bilden. Die einzelnen Laufräder können so an beliebigen Stellen einer Welle drehfest mit dieser Welle verbunden werden und es lassen sich Anordnungen schaffen, bei denen die einzelnen Laufräder unterschiedlich weit voneinander beabstandet sind.

Die Schaufeln weisen in weiteren Ausführungsformen der Erfindung eine beliebige geometrische Form auf, sodass sie an bestimmte Anwendungsbereiche problemlos angepasst werden können.

Durch die Wahl der geometrischen, auch konkav-konvexen Form der Schaufeln und der Durchflussfläche der Laufräder wird der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine erweitert und die erfindungsgemäße Strömungsmaschine kann an unterschiedliche Wasserhöhen, Wasserdrücke, Wassergeschwindigkeiten bestmöglich angepasst werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind auf der Innenoberfläche des Rohres Leitschaufeln (Leitbleche) vorgesehen, die zwischen den Laufrädern und/oder vor dem ersten Laufrad angeordnet sind.

Dies hat den Vorteil, dass eine durch das Rohr strömende Flüssigkeit gezielt auf die Laufräder gelenkt werden kann und vor dem Auftreffen der Flüssigkeit auf ein weiteres Laufrad kann die strömende Flüssigkeit definiert so stark ausgelenkt werden bzw. geführt werden, dass sie sich an die Schaufeloberflächen des Laufrades anlegt, das von der Flüssigkeit angeströmt wird. Die ortsfest eingebauten Leitschaufeln bzw. Leitbleche können unterschiedlichste Formen aufweisen und sie können an den Innenoberflächen des Rohres punktuell oder ringförmig angeordnet sein. Bevorzugt weisen die Leitschaufeln in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen eine konvexe oder eine konkave Anströmfläche für die strömende Flüssigkeit auf. Mit diesen Formgebungen lässt sich eine durch das Rohr strömende Flüssigkeit in einem großen Geschwindigkeits- und Druckbereich gezielt umlenken und auf die Laufräder abstimmen.

Es versteht sich, dass je nach Anwendung sich die Form und der Durchmesser der einzelnen Laufräder verändern kann und auch die Anordnung der einzelnen Laufräder auf einer oder mehreren Wellen kann in einem beliebigen Abstand erfolgen. Die erfindungsgemäße Laufradanordnung kann in Verbindung mit Niederdruckturbinen oder auch mit jedweden Propellerturbinen eingesetzt werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Figur ist die erfindungsgemäße Laufradanordnung stark schematisiert dargestellt und die in der Figur gezeigten Darstellungen sind nicht maßstäblich zu verstehen.
Die Figur zeigt mit 10 eine Laufradanordnung, die aus einem Rohr 11, einem ersten Laufrad 12, einem zweiten Laufrad 13 und einem dritten Laufrad 14 gebildet ist. Das erste Laufrad 12 ist drehfest auf einer ersten Welle 15 befestigt, die als Vollwelle ausgebildet ist. Das zweite Laufrad 13 ist mit einer zweiten Welle 16 drehfest verbunden, die als Hohlwelle die erste Welle 15 aufnimmt und/oder führt. Das dritte Laufrad 14 ist drehfest mit einer dritten Welle 17 verbunden, in der die Wellen 15 und 16 drehbar angeordnet sind.
Auf einer Innenoberfläche 18 sind erste Leitschaufeln 19, 20 und zweite Leitschaufeln 21, 22 angeordnet. Die ersten Leitschaufeln 19, 20 sind konvex verlaufend ausgebildet und die zweiten Leitschaufeln 21, 22 weisen in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen ebenfalls eine konvexe Oberfläche auf. Die Krümmung der einzelnen Leitschaufeln, die punktuell an der Innenoberfläche 18 des Rohres 11 befestigt oder aber auch ringförmig innerhalb des Rohres 11 angeordnet sein können, werden je nach Anforderung an die erfindungsgemäße Strömungsmaschine geformt und entsprechend angeordnet. Die Länge der einzelnen Leitschaufeln 19, 20, 21, 22 kann unterschiedlich sein, damit die im Rohr 11 strömende Flüssigkeit möglichst gleichmäßig den einzelnen Schaufeln der einzelnen Laufräder zugeführt wird. Mit Pfeilrichtung 23 ist die Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Rohr 11 angegeben. Bevorzugt handelt es sich hierbei um Wasser und über die Laufräder 12, 13, 14 verbunden mit den Wellen 15, 16, 17 werden einzelne Generatoren angetrieben. Die Generatoren können auch im Bedarfsfall zusammengeschaltet sein oder mit den Wellen 15, 16, 17 wird ein einziger Generator betrieben.
Eine Laufradanordnung 10 einer Strömungsmaschine für Flüssigkeiten zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Rohr 11 ein erstes Laufrad 12, ein zweites Laufrad 13 und ein drittes Laufrad 14 hintereinander auf Wellen 15, 16, 17 angeordnet sind. Mit einer derartigen Anordnung der Laufräder 12, 13, 14 lassen sich Kavitationen beim Betrieb einer Strömungsmaschine mit gelenkten Strömungen vermeiden und die einzelnen Laufräder werden gleichmäßiger belastet.

Claims

Laufradanordnung einer Strömungsmaschine für Flüssigkeiten mit einem Rohr (11), in dem mindestens ein erstes und ein zweites Laufrad (12, 13) hintereinander auf mindestens einer Welle (15, 16, 17) angeordnet sind und dass die durch das Rohr (11) in Strömungsrichtung (23) strömende Flüssigkeit die Laufräder (12, 13) in eine Drehbewegung versetzt.
Laufradanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradanordnung (10) aus einem ersten, zweiten und einem dritten Laufrad (12, 13, 14) gebildet ist.
Laufradanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Laufrad (12) eine kleinere Durchflussfläche als das zweite Laufrad (13) und das dritte Laufrad (14) eine größere Durchflussfläche als das zweite Laufrad (13) aufweist.
Laufradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Laufrad (12, 13, 14) mit einer Welle (15, 16, 17) verbunden ist.
Laufradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Laufrad (12, 13, 14) eine Nabe aufweist, an der Schaufeln befestigt sind, die gemeinsam mit der Nabe ein Laufrad (12, 13, 14) bilden.
Laufradanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln eine beliebige geometrische Form aufweisen.
Laufradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenoberfläche (18) des Rohres (11) Leitschaufeln (19, 20, 21, 22) vorgesehen sind, die zwischen den Laufrädern (12, 13, 14) und/oder vor dem ersten Laufrad (12) angeordnet sind.
Laufradanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (19, 20, 21, 22) in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen eine konvexe oder eine konkave Anströmfläche für die Flüssigkeit aufweisen.