DE1095066B - Fluid vortex brake - Google Patents

Description

Flüssigkeitswirbelbremse Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitswirbelbremse mit einem Rotor und einem Stator, die miteinander verbundene, ringförmig angeordnete, von Schaufeln gebildete Taschen haben, in denen die Flüssigkeit umläuft. Die infolge der Wärmeentwicklung beim Betrieb einer solchen Bremse erforderliche Flüssigkeitsströmung durch die Bremse erfolgte bisher in der Hauptsache auf zwei Wegen. Entweder wurde Wasser in die Bremse gepumpt, oder die Bremse wurde so ausgebildet, daß sie selbst eine Pumpwirkung hat. Bei der letztgenannten Art von Bremsen ist vorgeschlagen worden, durch die Statorhälften geführte Bohrungen für das Einströmen von Wasser in die Rotortaschen vorzusehen.Fluid vortex brake The invention relates to a fluid vortex brake with a rotor and a stator, the interconnected, annularly arranged, have pockets formed by scoops in which the liquid circulates. The result the heat development during the operation of such a brake required fluid flow by the brake has so far mainly taken place in two ways. Either was Water is pumped into the brake, or the brake has been designed so that it can itself has a pumping effect. In the latter type of brakes it has been proposed that Bores guided through the stator halves for the flow of water into the Provide rotor pockets.

Bremsen der erwähnten Art haben sich in der Praxis und vor allem in der Erdölindustrie bewährt, jedoch weist die Anordnung von Wassereinlaßrohren, die sowohl radial als auch in Umfangsrichtung geneigt sind, gewisse Nachteile auf, die die volle Ausnutzung des Wirkungsgrades einer Bremse dieser Art verhindern. Beispielsweise behindern die sich durch die Taschen des Stators erstreckenden Einlaßrohre die Wasserströmung durch die Statortaschen, indem die wirksamen Ouerschnittsflächen der Taschen herabgesetzt werden und die Wasserströmung unter Wirbelbildung mehr oder weniger unterbrochen wird.Brakes of the type mentioned have proven themselves in practice and especially in proven in the petroleum industry, however, the arrangement of water inlet pipes shows the are inclined both radially and in the circumferential direction, certain disadvantages that prevent the full utilization of the efficiency of a brake of this type. For example the inlet tubes extending through the pockets of the stator impede the flow of water through the stator pockets by reducing the effective cross-sectional areas of the pockets and the water flow is more or less interrupted with the formation of eddies will.

Ein weiterer Nachteil dieser Bremsen ist durch den Umstand bedingt, daß das Wasser unmittelbar in die Rotortaschen einströmt, so daß das Wasser wegen des aufeinanderfolgenden Vorbeigangs der Rotorschaufeln an den Einlaßöffnungen der Rohre in die Rotortaschen nur pulsierend eintreten kann. Bei Bremsen dieser Art strömt das die Bremse verlassende Ablaufwasser durch den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator an deren Umfang ab. Als Folge der unmittelbaren Einströmung von Wasser in die Rotortaschen tritt ein Teil des frischen, kühlen Wassers aus, bevor es mit dem erwärmten Wasser gründlich vermischt werden kann oder den vollen Arbeitsgang hinter sich hat. Wenn die Bremse mit maximaler Leistung arbeitet, müssen die Rotortaschen mindestens nahezu ganz mit Wasser gefüllt sein, woraus notwendigerweise folgt, daß unter diesen Bedingungen ein kleineres Volumen frischen, kühlen Wassers eingeleitet werden kann, als wenn die Taschen nur teilweise gefüllt sind.Another disadvantage of these brakes is due to the fact that the water flows directly into the rotor pockets, so that the water because of the successive passage of the rotor blades past the inlet openings of the Pipes can only pulsate into the rotor pockets. With brakes of this type the drain water leaving the brake flows through the gap between the rotor and the stator from their circumference. As a result of the direct influx of water Some of the fresh, cool water escapes into the rotor pockets before it is with the heated water can be mixed thoroughly or the full operation has behind him. When the brake is working at maximum power, the rotor pockets must be at least almost completely filled with water, from which it necessarily follows that under these conditions a smaller volume of fresh, cool water is introduced can be as if the pockets are only partially filled.

Es sind auch Flüssigkeitswirbelbremsen bekannt, bei denen die Flüssigkeitseinlässe an der dem Rotor abgekehrten Wand unmittelbar in die Taschen des Stators ausmünden. Meist enden die Zulaufrohre einfach in der Statorwand, wodurch die Strömung des Wassers an dieser Stelle gestört wird. Aber auch ein einziges tangential angeordnetes Wasserzulaufrohr im Bereich der Taschen gibt zu erheblicher Turbulenz und damit zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades der Bremse Anlaß.There are also fluid vortex brakes are known in which the fluid inlets open directly into the pockets of the stator on the wall facing away from the rotor. Most of the time, the inlet pipes simply end in the stator wall, which causes the flow of the Water is disturbed at this point. But also a single tangential one Water inlet pipe in the area of the pockets gives rise to considerable turbulence and thus cause a reduction in the efficiency of the brake.

Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Flüssigkeitswirbelbremse dadurch gekennzeichnet, daß die dem Rotor abgekehrten Wände der Statorhälften sich in in axialem Abstand befindlichen Ebenen einander überdecken und so tangential verlaufende, radial gerichtete Flüssigkeitseinlaßöffnungen bilden.In contrast, the fluid vortex brake according to the invention is characterized characterized in that the walls of the stator halves facing away from the rotor are in axially spaced planes overlap each other and thus tangential, form radially directed liquid inlet openings.

Es handelt sich also bei der erfindungsgemäßen Bremse um eine Vorrichtung, bei welcher der Wasserzulaß ringsum in allen Wassertaschen stattfindet. Hierbei ist es wesentlich, daß die Flüssigkeit radial ohne Behinderung strömen kann, und zwar in den Statortaschen radial nach innen und in den Rotortaschen radial nach außen. Durch diese freie Strömung soll die Turbulenz vermieden werden, die bekanntlich die Bremswirkung verringert und die Flüssigkeit unnötig erhitzt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß die frische Flüssigkeit tangential aus dem Zulaßraum einströmt und von der in den Taschen umlaufenden Flüssigkeit mitgerissen wird. Deshalb braucht keinerlei Druckwasser verwendet zu werden.The brake according to the invention is therefore a device in which the water admission takes place all around in all water pockets. Here it is essential that the liquid can flow radially without obstruction, and although in the stator pockets radially inwards and in the rotor pockets radially inwards Outside. This free flow is intended to avoid the turbulence that is known the braking effect is reduced and the fluid is unnecessarily heated. By the invention Measure is achieved that the fresh liquid tangentially out of the admission space flows in and is carried away by the liquid circulating in the pockets. That's why no pressurized water needs to be used.

Dadurch, daß die Statorwand hinter der Einlaßöffnung nach außen vom Rotor abgesetzt ist, ergibt sich, daß die inneren Taschenabschnitte des Stators eine größere Breite haben als die äußeren Abschnitte, wodurch die zusätzlich in die Taschen eintretende Flüssigkeit Platz findet. Das neu eintretende Wasser muß deshalb die bereits umlaufende Flüssigkeit nicht verdrängen und findet deshalb weniger Widerstand. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch die Bremse, Fig.2 in einem etwas vergrößerten Maßstab eine Teilansicht einer Statorhälfte, Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 1, Fig. 4 einen Teilschnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 2, Fig. 5 einen Teilschnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 2 und Fig. 6 eine Teilansicht des Rotors.Characterized in that the stator wall behind the inlet opening to the outside from Rotor is separated, it results that the inner pocket sections of the stator have a greater width than the outer sections, which means that the additional in there is room for liquid entering the pockets. The newly entering water must therefore do not displace the already circulating liquid and therefore find less Resistance. In the drawings is an embodiment of the invention shown. It shows Fig. 1 a section through the brake, Fig.2 in a somewhat enlarged scale shows a partial view of a stator half, FIG. 3 shows a partial section along the line 3-3 in Fig. 1, Fig. 4 is a partial section along the line 4-4 in Fig. 2, FIG. 5 shows a partial section along the line 5-5 in FIG. 2 and FIG. 6 shows a partial view of the rotor.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 die Welle der Bremse, deren eines Ende 11 aus der Bremse zur Verbindung mit einem umlaufenden Teil herausragt, dessen Drehzahl geregelt werden soll. Der Rotor 12 ist mittels eines Keils 13 auf der Welle 10 verkeilt. Zu beiden Seiten des Rotors sind Statorhälften 14 angeordnet. Jede Statorhälfte 14 ist mit einem Ringflansch 15 versehen, der mit einem Ringflansch 17 einer feststehenden Nabe 16 mittels Schraubbolzen 18 fest verbunden ist. In den Naben 16 sind Dichtungen 19 angeordnet. Die Welle 10 ist in Wälzlagern 20 gelagert, die durch je eine mittels Schraubbolzen 22 an der Nabe 16 befestigte Ringscheibe 21 abgedeckt und geschützt sind.In Fig. 1, the reference number 10 denotes the shaft of the brake, one end 11 of which protrudes from the brake for connection to a rotating part, the speed of which is to be regulated. The rotor 12 is wedged on the shaft 10 by means of a wedge 13. Stator halves 14 are arranged on both sides of the rotor. Each stator half 14 is provided with an annular flange 15 which is firmly connected to an annular flange 17 of a stationary hub 16 by means of screw bolts 18. Seals 19 are arranged in the hubs 16. The shaft 10 is mounted in roller bearings 20 which are each covered and protected by an annular disk 21 fastened to the hub 16 by means of screw bolts 22.

Der Rotor 12 (Fig. 1 und 6) ist in bekannter Weise mit Taschen 25 ausgebildet, die durch abwechselnd kürzere und längere Schaufeln 26 und 27 begrenzt sind. Die Schaufeln 26 enden längs der Linien 28, während die Schaufeln 27 sich bis zu den radial inneren Enden 29 der Taschen erstrecken, so daß jeweils vereinigte Taschen 30 zwischen den radial inneren Teilen der Schaufeln 27 gebildet werden. Hierdurch wird ein wesentlich höherer Gleichförmigkeitsgrad in der Strömung des Wassers durch die Bremse erzielt. Die Schaufeln 26 und 27 sind in bekannter Weise geneigt.The rotor 12 (FIGS. 1 and 6) is provided with pockets 25 in a known manner formed, which are limited by alternately shorter and longer blades 26 and 27 are. The blades 26 terminate along the lines 28, while the blades 27 are extend to the radially inner ends 29 of the pockets, so that each united Pockets 30 are formed between the radially inner parts of the blades 27. This results in a much higher degree of uniformity in the flow of the Water achieved through the brake. The blades 26 and 27 are in a known manner inclined.

Die Statorhälften sind in Fig. 1 bis 5 dargestellt. Jede Statorhälfte ist mit durch die Schaufeln 35 und 36 gebildeten radialen Taschen 34 versehen. Die Schaufeln 36 erstrecken sich zu den radial inneren Enden 37 der Taschen in der gleichen Weise wie die Schaufeln 27 des Rotors 12. Die Schaufeln 35 erstrecken sich nach innen nur bis zu den Linien 38 (Fig. 1 und 2), so daß die Taschen 34, die durch die Schaufeln 35 zwischen zwei Schaufeln 36 gebildet werden, in Taschen 39 übergehen, die den Taschen 30 im Rotor 12 entsprechen.The stator halves are shown in Figs. Each stator half is provided with radial pockets 34 formed by blades 35 and 36. the Blades 36 extend to the radially inner ends 37 of the pockets in the same Like the blades 27 of the rotor 12. The blades 35 extend further inside only up to the lines 38 (Fig. 1 and 2), so that the pockets 34, which through the blades 35 are formed between two blades 36, merge into pockets 39, which correspond to the pockets 30 in the rotor 12.

Jede Statorhälfte ist mit einer an sich bekannten Kernringscheibe 42 ausgebildet, die eine unerwünschte Wasserströmung zwischen den Rotor- und Statortaschen verhindert. Die Innenfläche jeder Statorhälfte liegt in einer Ebene 43, mit welcher die Innenfläche der Kernringscheibe 42 zusammenfällt. In ähnlicher Weise enden die entgegengesetzten Flächen des Rotors in Ebenen 44, die parallel zu den jeweiligen Ebenen 43 sind und einen kleinen Spalt 45 bilden.Each stator half has a core ring disk known per se 42 formed that an undesirable flow of water between the rotor and stator pockets prevented. The inner surface of each stator half lies in a plane 43 with which the inner surface of the core ring disk 42 collapses. They end in a similar way opposite faces of the rotor in planes 44 parallel to the respective Planes 43 are and form a small gap 45.

In Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Statorhälften an ihrem äußeren Umfang mit Flanschen 48 ausgebildet sind, deren Stirnflächen 49 flüssigkeitsdicht aneinanderliegen. Am äußeren Umfang des Rotors 12 ist eine Ringnut 50 eingearbeitet, die das Gewicht des Rotors verringert. Das Wasser strömt durch den Spalt 45 radial nach außen in die Ringräume 51. Die Auslaßleitungen 52 sind in die Flansche 48 eingeschraubt und stehen mit den Ringräumen 51 in Verbindung, wobei die Leitungen 52 zu einer Auslaßsammelleitung 53 führen, die mit einer Austrittsleitung 54 für das Ausströmen von Wasser aus der Bremse versehen ist. Soweit ist die Anordnung an sich bekannt. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die dem Rotor 12 abgekehrten Wände 58, 59 der Statorhälften 14 erfindungsgemäß in in axialem Abstand befindlichen Ebenen einander überdecken und so tangential verlaufende, radial gerichtete Flüssigkeitseinlaßöffnungen 60 (Fig. 1 3, 4, 5) bilden, die durch zwischenliegende Rippen 61 des Statorgehäuses getrennt sind, wobei von einzelnen dieser Rippen 61 sich die Statorschaufeln 36 radial nach innen erstrecken, wie Fig. 3 zeigt. Die Einlaßöffnungen 60 erstrecken sich in ihrer Längsrichtung in Umfangsrichtung der Bremse und sind quer dazu verhältnismäßig schmal, wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich. Die Innenfläche jeder Wand 58 der Statorhälften 14 verläuft gerade und flach, so daß das durch die Einlaßöffnungen 60 in die Statortaschen 39 einströmende Wasser im wesentlichen parallel zur Wand 58 strömt. Das Wasser strömt in den verhältnismäßig breiten Taschen 39 von der Linie 38, an welcher die Schaufeln 35 enden, radial nach innen.In Fig. 1 it can be seen that the stator halves on their outer Circumference are formed with flanges 48, the end faces 49 of which are liquid-tight lie against each other. An annular groove 50 is incorporated on the outer circumference of the rotor 12, which reduces the weight of the rotor. The water flows radially through the gap 45 to the outside into the annular spaces 51. The outlet lines 52 are screwed into the flanges 48 and are in communication with the annular spaces 51, wherein the lines 52 to a Lead outlet manifold 53, with an outlet line 54 for the outflow water from the brake is provided. So far the arrangement is known per se. From Fig. 1 it can be seen that the walls 58, 59 of the stator halves facing away from the rotor 12 14 according to the invention overlap one another in axially spaced planes and so tangentially extending, radially directed liquid inlet openings 60 (Fig. 1, 3, 4, 5) formed by intermediate ribs 61 of the stator housing are separated, the stator blades 36 from each of these ribs 61 extend radially inward, as shown in FIG. The inlet ports 60 extend in their longitudinal direction in the circumferential direction of the brake and are transversely proportional to it narrow, as can be seen from FIGS. 4 and 5. The inner surface of each wall 58 of the stator halves 14 runs straight and flat, so that the through the inlet openings 60 in the stator pockets 39 inflowing water flows essentially parallel to wall 58. The water flows in the relatively wide pockets 39 from the line 38 at which the blades 35 ends, radially inward.

Jede Statorhälfte 14 ist mit Ringflanschen 65 und 66 ausgebildet, welche zwischen sich eine Sammelleitung 67 bilden, in die das Wasser durch eine Anschlußleitung 68 einströmt. Jede Sammelleitung 67 ist durch eine Ringscheibe 69 abgedeckt (Fig. 1). An die Außenfläche jeder Wand 59 der Statorhälften 14 sind Warzen 70 (Fig. 1 und 3) angegossen, in deren Gewindebohrungen die Schraubbolzen 71 zur Befestigung der Ringscheiben 69 eingeschraubt sind. Arbeitsweise Wie aus Fig. 1 ersichtlich, fließt das Wasser in den Taschen der Bremse in Richtung der Pfeile. Das Wasser strömt durch die Rotortaschen infolge der Fliehkraftwirkung des Rotors radial nach außen und bewirkt zwangläufig eine Strömung des Wassers in den Statortaschen radial nach innen. Von den Statortaschen 39 tritt das Wasser wieder in die Rotortaschen 30 radial innerhalb der Kernringscheiben 42 ein.Each stator half 14 is designed with annular flanges 65 and 66, which form a collecting line 67 between them, into which the water flows through a connection line 68. Each collecting line 67 is covered by an annular disk 69 (FIG. 1). Warts 70 (FIGS. 1 and 3) are cast onto the outer surface of each wall 59 of the stator halves 14 , and the screw bolts 71 for fastening the annular disks 69 are screwed into their threaded bores. Operation As can be seen from Fig. 1, the water flows in the pockets of the brake in the direction of the arrows. The water flows radially outwards through the rotor pockets as a result of the centrifugal force of the rotor and inevitably causes the water to flow radially inwards in the stator pockets. From the stator pockets 39, the water re-enters the rotor pockets 30 radially inside the core ring disks 42.

Die Kernringscheiben 42 verhindern, daß das Wasser einen Kurzschlußweg durch Querströmung zwischen den Rotor- und Statortaschen nimmt. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Bremswirkung erhöht.The core ring disks 42 prevent the water from short-circuiting by cross flow between the rotor and stator pockets. This will make the Braking efficiency increased.

Durch das Fehlen von Einströmrohren, die die Statortaschen 34 durchqueren, wird jede Störung der Strömung des Wassers durch diese Taschen vermieden. Die Rotor- und Statortaschen weisen keine Elemente auf, die eine Störung der Flüssigkeitsströmung herbeiführen könnten. Dies wirkt sich in einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Bremse aus.Due to the lack of inflow pipes that traverse the stator pockets 34, any disturbance of the flow of water through these pockets is avoided. The rotor and stator pockets have no elements that would disturb the flow of liquid could bring about. This has the effect of increasing the efficiency of the brake the end.

Die Wassereinströmöffnungen 60 sind im Schnitt vorzugsweise rechteckig, wobei jede derselben vorzugsweise eine Länge hat, die durch den Umriß der zugehörigen Tasche ermöglicht wird. Es ist vorzuziehen, jede der Öffnungen 60 so eng als möglich zu machen. Der Druck des Wassers muß nur so hoch sein, daß das maximale Wasservolumina in den ringförmigen Sammelleitungen 67 aufrechterhalten wird. Es ist infolge der erfindungsgemäßen Gestaltung der Wassereinströmvorrichtung nicht erforderlich, das Wasser unter hohem Druck zuzuführen.The water inflow openings 60 are preferably rectangular in section, each of which preferably has a length defined by the outline of the associated Bag is made possible. It is preferable to make each of the openings 60 as narrow as possible close. The pressure of the water only has to be so high that the maximum water volume in the annular manifolds 67 is maintained. It is as a result of the The design of the water inflow device according to the invention is not required To supply water under high pressure.

Das einströmende Wasser wird mit dem in Umlauf befindlichen Wasser vermischt und hat keine Möglichkeit, aus der Bremse auszutreten, bis es nicht mindestens annähernd drei Viertel eines Durchlaufs ausgeführt hat, wie aus Fig. 1 ersichtlich, so daß eine wirksame Herabsetzung der Wassertemperatur erzielt wird. Der die Ringräume 51 um den Rotor füllende Wasserring bildet eine Dichtung, die eine unmittelbare Verbindung zwischen den Auslässen 52 und dem Inneren der Bremse verhindert.The incoming water is mixed with the circulating water and has no way of exiting the brake until it has made at least approximately three quarters of a pass, as shown in Figure 1, so that an effective reduction in water temperature is achieved. The water ring filling the annular spaces 51 around the rotor forms a seal which prevents a direct connection between the outlets 52 and the interior of the brake.

Bei der Konstruktion gemäß der Erfindung tritt der erwünschte Zustand ein, daß eine höhere Einströmgeschwindigkeit von Frischwasser beim Betrieb mit großem Widerstand, also ganz gefüllter Bremse, erzielt wird als bei Betrieb mit niedrigem Widerstand und geringerer umlaufender Wassermenge. Gerade bei Betrieb mit hoher Leistung ist es wichtig, einen maximalen Zustrom von kühlem Wasser in die Bremse aufrechtzuerhalten. Es wird in diesem Zusammenhang besonders darauf hingewiesen, daß bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung keine Hilfsspeisepumpe oder eine andere äußere Druckwasserquelle erforderlich ist.In the construction according to the invention, the desired state occurs one that a higher inflow speed of fresh water when operating with large Resistance, so completely filled brake, is achieved than when operating with low Resistance and less circulating water. Especially when operating at high For performance it is important to have a maximum influx of cool water into the brake maintain. In this context, it is particularly pointed out that that in the device according to the invention no auxiliary feed pump or another external pressurized water source is required.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Flüssigkeitswirbelbremse mit einem Rotor und einem Stator, die miteinander verbundene, ringförmig angeordnete, von Schaufeln gebildete Taschen haben, in denen die Flüssigkeit umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Rotor (12) abgekehrten Wände (58,59) der Statorhälften (14) sich in in axialem Abstand befindlichen Ebenen einander überdecken und so tangential verlaufende, radial gerichtete Flüssigkeitseinlaßöffnungen (60) bilden. z. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (58, 59) radial nach außen divergieren. 3. Bremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitseinlaßöffnungen (60) in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung aufweisen als quer dazu. 4. Bremse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (35, 36) der Statorhälften (14) auf der dem Rotor (12) zugekehrten Seite mit einer Kernringscheibe (42) verbunden sind und daß der radiale Abstand der Innenkante der Kernringscheibe (42) von der Bremsachse kleiner oder höchstens gleich ist dem radialen Abstand der Einlaßöffnungen (60). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 451873, 642 008, 802 030; schweizerische Patentschriften Nr. 69 210, 262 057; französische Patentschrift Nr. 400 959; USA.-Patentschriften Nr. 2126 751, 2 226 412, 2 287 130, 2 491329. PATENT CLAIMS: 1. Fluid vortex brake with a rotor and a stator which have interconnected, annularly arranged pockets formed by blades in which the fluid circulates, characterized in that the walls (58, 59) of the stator halves facing away from the rotor (12) (14) overlap in axially spaced planes and thus form tangentially extending, radially directed liquid inlet openings (60). z. Brake according to Claim 1, characterized in that the walls (58, 59) diverge radially outwards. 3. Brake according to claim 2, characterized in that the liquid inlet openings (60) have a greater extent in the circumferential direction than transversely thereto. 4. Brake according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the blades (35, 36) of the stator halves (14) on the rotor (12) facing side are connected to a core ring disc (42) and that the radial distance of the The inner edge of the core ring disk (42) from the braking axis is less than or at most equal to the radial distance between the inlet openings (60). Considered publications: German Patent Specifications Nos. 451 873, 642 008, 802 030; Swiss patents No. 69 210, 262 057; French Patent No. 400 959; U.S. Patent Nos. 2,126,751, 2,226,412, 2,287,130, 2,491,329.