DE2060067A1 - Rotary piston turbine - Google Patents

Description

Rotationskolb enturbine 1. Grundgedanke (Zweck und Anwendung) Die Erfindung betrifft eine Turbine, mit deren Hilfe die potentielle Energie von unter Druck stehenden Gasen oder Flüssigkeiten (zusammenfassend Antriebsmedium genannt) in Bewegungsenergie umgewandelt werden kann.Rotary piston enturbine 1. Basic idea (purpose and application) The Invention relates to a turbine, with the help of which the potential energy from under Gases or liquids under pressure (collectively referred to as the drive medium) can be converted into kinetic energy.

Die Turbine kann überall dort zur Anwendung kommen, wo mit Hilfe von Wasserkraft, Hochdruckdampf usw. Maschinen angetrieben werden sollen (z. B. bei der Stromerzeugung).The turbine can be used wherever with the help of Hydropower, high pressure steam etc. machines are to be driven (e.g. with electricity generation).

Die Turbine arbeitet mit einem rotierenden Kolben in einem Gehäuse, dessen innere Fläche im Querschnitt die Form einer Trochoide hat. Zwischen Kolben und Gehäuse befinden sich gegeneinander abgeschlossene Kammern, deren Inhalte sich während des Betriebs der Turbine durch den rotierenden Kolben laufend im Wechsel vergrößern und verkleinern.The turbine works with a rotating piston in a housing, whose inner surface has the shape of a trochoid in cross-section. Between pistons and housing are mutually sealed chambers, the contents of which are during operation of the turbine by the rotating piston continuously alternating zoom in and out.

Das unter Druck stehende Antriebsmedium gelangt über eine Einlaßöffnung in eine Kammer. Das Medium ist bestrebt, sich auszudehnen. Es bewirkt eine Erweiterung der Kammer, indem es den Kolben dreht und die Welle antreibt. Hat die Kammer ihre größte Ausdehnung erreicht, so entweicht das Antriebsmedium durch die Auslaßöffnung.The pressurized drive medium passes through an inlet opening in a chamber. The medium seeks to expand. It does an expansion the chamber by rotating the piston and driving the shaft. Does the chamber have its own When the largest expansion is reached, the drive medium escapes through the outlet opening.

Ähnlich wie beim Rotationskolbenmotor sind in Abhängigkeit des Verhältnisses der Durchmesser von Hohl- und Führungsrad verschiedene Bauformen des Gehäuses und des Kolbens denkbar. Aus der Fülle der Konstruktionsmöglichkeiten sollen die folgenden Beschreibungen von Rotationskolbenturbinen als Beispiele zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens dienen, der auch auf andere Ausführungen und Lösungen angewendet werden kann. Bei den beschriebenen Turbinen haben Hohl- und Führungsrad ein Durchmesserverhältnis von 2 : 1 (einbogige Turbine) bzw. 3: 2 (zweibogige Turbine).Similar to the rotary piston engine are depending on the ratio the diameter of the hollow and guide wheel different housing designs and of the piston conceivable. From the abundance of design options, the following are intended Descriptions of rotary piston turbines as examples to explain the Invention underlying idea, which also apply to other designs and Solutions can be applied. The turbines described have hollow and Guide wheel has a diameter ratio of 2: 1 (single-arched turbine) or 3: 2 (double-arched Turbine).

2. ) a) Beschreibung einer einbogigen Rotationskolbenturbine und ihrer Arbeitsweise Die einbogige Turbine besteht aus folgenden Teilen: Gehäuse mit Mantel, Seitenteilen, Führungsrad, Eino und Auslaßöffnungen Rotationskolben mit Hohlrad Antriebswelle mit Exzenter Der Querschnitt durch die innere Mantelfläche stellt eine einbogige Trochoide dar. Im Mantel sind eine Einlaß- und Auslaßöffnung vorhanden. Die Einlaßöffnung ist an die Druck-, die Auslaßöffnung an die Abflußleitung der Turbine angeschlossen.2.) a) Description of a single-arc rotary piston turbine and its Mode of operation The single-arch turbine consists of the following parts: housing with jacket, Side parts, guide wheel, inlet and outlet openings, rotary piston with ring gear Drive shaft with eccentric The cross section through the inner lateral surface represents a single-arched trochoid. In the jacket there is an inlet and outlet opening. The inlet opening is to the pressure, the outlet opening to the drain line of the Turbine connected.

Der Kolben hat im Querschnitt die Form eines Zweiecks mit konvex gebogenen Seiten, das in jeder Bewegungsphase mit den beiden Ecken die innere Schnittlinie des Mantels (einbogige Trochoide) berührt. Er bildet mit dem Gehäuse zwei Kammern, deren Inhalte sich durch die rotierende Bewegung laufend vergrößern und verkleinern.The cross section of the piston has the shape of a delta with a convex curve Sides, the inner cutting line with the two corners in every phase of movement of the mantle (single-arched trochoid). It forms two chambers with the housing, the contents of which are constantly increasing and decreasing due to the rotating movement.

Durch die Druckleitung und den Einlaßkanal strömt das Antriebsmedium in eine der beiden Kammern. In dem Bestreben, sich auszudehnen und den Kammerinhalt zu vergrößern, wird der Kolben im Sinne einer rotierenden Bewegung angetrieben. Nachdem die Kammer ihr größtes Volumen erreicht hat, kann das Antriebsmedium durch den Auslaßkanal entweichen.The drive medium flows through the pressure line and the inlet channel in one of the two chambers. In an effort to expand and the contents of the chamber to enlarge, the piston is driven in the sense of a rotating movement. After the chamber has reached its largest volume, the drive medium can through escape the outlet channel.

Im Kolben befindet sich ein Hohlrad, welches auf dem an einem Seitenteil befestigten Führungsrad abrollt. Eine Verzahnung von Führungs- und Hohlrad (in der Zeichnung nicht dargestellt) bewirkt eine bessere Führung des Kolbens. Die Übertragung der Kraft von dem Rotationskolben auf die Welle geschieht mit Hilfe eines Exzenters, der das Hohlrad ausfüllt und in diesem leicht drehbar ist. Der Exzenter sitzt fest auf der Welle.In the piston there is a ring gear, which is on one side part attached guide wheel rolls. A toothing of the guide and ring gear (in the Drawing not shown) causes better guidance of the piston. The transfer the force of the rotary piston on the shaft is done with the help of an eccentric, which fills the ring gear and can be easily rotated in it. The eccentric is tight on the wave.

Um einen möglichst geringen Verbrauch des unter Druck stehenden Antriebsmediums und damit einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, muß der Einlaßkanal jeweils vor Erreichen des größten Kammerinhalts durch Schieber oder Ventil geschlossen werden. Der Druckausgleich des Mediums zwischen Einlaß und Auslaß findet dann unter Ausnutzung der dabei freiwerdenden Energie in der sich weiter ausdehnenden Kammer statt. Die Einstellung des Schiebers oder Ventils ist vom Druck des Antriebsmediums abhängig.In order to minimize the consumption of the pressurized drive medium and thus to achieve a high degree of efficiency, the inlet channel must be in front of each Reaching the largest chamber volume using slider or Valve closed will. The pressure equalization of the medium between inlet and outlet then takes place under Utilization of the energy released in the process in the expanding chamber instead of. The setting of the slide or valve depends on the pressure of the drive medium addicted.

Die Bewegungen des Schiebers oder Ventils werden von der Antriebswelle gesteuert.The movements of the slide or valve are controlled by the drive shaft controlled.

Antriebsmedien, die unter sehr hohem Druck stehen, können auch über mehrere, hintereinanderliegende Turbinen geleitet werden. Man läßt dann das Antriebsmedium nicht drucklos entweichen, sondern führt es einer weiteren Turbinenstufe zu, usw., bis es seine Energie vollständig abgegeben hat. Bei Verwendung von Dampf läßt sich eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades erzielen, wenn der Dampf hinter der Turbine kondensiert wird.Drive media that are under very high pressure can also use several, one behind the other turbines are conducted. The drive medium is then left does not escape without pressure, but feeds it to a further turbine stage, etc., until it has completely given up its energy. When using steam can A further increase in efficiency can be achieved if the steam is behind the turbine is condensed.

Aufbau und Arbeitsweise der Turbine sind in den folgenden Zeichnungen (Bild 1 - 4) dargestellt. Von einer Darstellung des Einlaßschiebers bzw.The structure and mode of operation of the turbine are shown in the following drawings (Picture 1 - 4). From a representation of the inlet valve or

-ventils wurde abgesehen, da diese für das Verständnis nicht wichtig erscheint.valve was disregarded as this is not important for understanding appears.

2, b) Beschreibung einer zweibogigen Rotationskolbenturbine und ihrer Arbeitsweise Die zweibogige Turbine besteht aus folgenden Teilen: Gehäuse mit Mantel, Seitenteilen, Führungsrad, Dichtleisten, Ein- und Auslaßöffnungen Rotationskolben mit Hohlrad Antriebswelle mit Exzenter Der Querschnitt durch die innere Mantelfläche stellt eine zweibogige Epitrochoide dar. Im Mantel sind in jedem der beiden Bögen je eine Einlaß und Auslaßöffnung vorhanden. Die vier Öffnungen führen in entsprechende Kanäle, die innerhalb oder außerhalb des Gehäuses zu Druck- bzw. Abflußleitungen zusammengefaßt werden.2, b) Description of a two-lobe rotary piston turbine and its Mode of operation The two-lobe turbine consists of the following parts: housing with jacket, Side parts, guide wheel, sealing strips, inlet and outlet openings, rotary pistons with ring gear Drive shaft with eccentric The cross section through the inner jacket surface represents a two-arched epitrochoid. In the mantle are in each of the two arches One inlet and one outlet port each. The four openings lead into corresponding Channels that lead to pressure or drainage lines inside or outside the housing be summarized.

Der Kolben hat im Querschnitt die Form eines Dreiecks mit konvex gebogenen Seiten, das in jeder Bewegungsphase mit den drei Ecken die innere Schnittlinie des Mantels (Epitrochoide) berührt. Er bildet mit dem Gehäuse drei Kammern, deren Inhalte sich durch die rotierende Bewegung laufend vergrößern und verkleinern.The cross section of the piston has the shape of a triangle with a convex curve Sides that in every phase of movement with the three corners form the inner line of intersection of the Mantle (epitrochoid) touched. It forms three chambers with the housing, their contents constantly enlarge and shrink through the rotating movement.

Durch die Druckleitung und die beiden Einlaßkanäle strömt das Antriebsmedium in jeweils zwei der drei Kammern. In dem Bestreben, sich auszudehnen und die Kammerinhalte zu vergrößern, wird der Kolben im Sinne einer rotierenden Bewegung angetrieben. Nachdem eine Kammer ihr größtes Volumen erreicht hat, kann das Antriebsmedium durch den Auslaßkanal entweichen.The drive medium flows through the pressure line and the two inlet channels in two of the three chambers. In an effort to expand and the chamber contents to enlarge, the piston is driven in the sense of a rotating movement. After a chamber has reached its largest volume, the drive medium can through escape the outlet channel.

Zwischen den nebeneinanderliegenden Ein- und Auslaßöffnungen der beiden Bögen sind Dichtleisten angebracht, die ein unerwünschtes Überströmen entgegen der Laufrichtung des Kolbens verhindern. Ein solches unerwünschtes Überströmen wäre ohne Dichtleiste z, B. bei der in Bild 5 dargestellten Kolbenstellung in Kammer I zwischen Einlaßöffnung 7b und Auslaßöffnung 8a möglich. Die Dichtleisten werden durch Federdruck oder hydraulisch gegen den Kolben gepreßt. Die Dichtleisten sind schräg angeordnet, um ein Verdrängtwerden durch das Antriebsmedium zu verhindern.Between the adjacent inlet and outlet openings of the two Arches are attached to sealing strips, which counteract the undesirable overflow Prevent the direction of movement of the piston. Such an undesirable overflow would be without sealing strip, e.g. with the piston position in the chamber shown in Figure 5 I between inlet opening 7b and outlet opening 8a possible. The sealing strips are pressed against the piston by spring pressure or hydraulically. The sealing strips are arranged at an angle to prevent it from being displaced by the drive medium.

Im Kolben befindet sich ein Hohlrad, welches auf dem an einem Seitenteil befestigten Führungsrad abrollt. Eine Verzahnung von Führungs- und Hohlrad (in der Zeichnung nicht dargestellt) bewirkt eine bessere Führung des Kolbens.In the piston there is a ring gear, which is on one side part attached guide wheel rolls. A toothing of the guide and ring gear (in the Drawing not shown) causes better guidance of the piston.

Die Übertragung der Kraft von dem Rotationskolben auf die Welle geschieht mit Hilfe eines Exzenters, der das Hohlrad ausfüllt und in diesem leicht drehbar ist. Der Exzenter sitzt fest auf der Welle.The power is transmitted from the rotary piston to the shaft with the help of an eccentric, which fills the ring gear and can be easily rotated in it is. The eccentric sits firmly on the shaft.

Um einen möglichst geringen Verbrauch des unter Druck stehenden Antriebsmediums und damit einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, müssen die Einlaßkanäle jeweils vor Erreichen des größten Kammerinhalts durch Schieber oder Ventile geschlossen werden. Der Druckausgleich des Mediums zwischen Einlaß und Auslaß findet dann unter Ausnutzung der dabei freiwerdenden Energie in der sich weiter ausdehnenden Kammer statt. Die Einstellung des Schiebers oder Ventils ist vom Druck des Antriebsmediums abhängig.In order to minimize the consumption of the pressurized drive medium and thus to achieve a high level of efficiency, the inlet channels must each closed by slide or valves before the largest chamber volume is reached will. The pressure equalization of the medium between Inlet and outlet then finds itself in the further using the energy released in the process expanding chamber. The setting of the slide or valve is from the pressure depending on the drive medium.

Die Bewegungen des Schiebers oder Ventils werden von der Antriebswelle gesteuert, Antriebsmedien, die unter sehr hohem Druck stehen, können auch über mehrere, hintereinanderliegende Turbinen geleitet werden. Man läßt dann das Antriebsmedium nicht drucklos entweichen, sondern führt es einer weiteren Turbinenstufe zu, usw,, bis es seine Energie vollständig abgegeben hat. Bei Verwendung von Dampf läßt sich eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades erzielen, wenn der Dampf hinter der Turbine kondensiert wird.The movements of the slide or valve are controlled by the drive shaft controlled, drive media that are under very high pressure can also be fed via several successive turbines are conducted. The drive medium is then left does not escape without pressure, but feeds it to a further turbine stage, etc. until it has completely given up its energy. When using steam can A further increase in efficiency can be achieved if the steam is behind the turbine is condensed.

Der Aufbau der Turbine ist in Bild 5 dargestellt. Von einer Darstellung des Einlaßschiebers bzw. Ventils wurde abgesehen, da diese für das Verständnis nicht wichtig erscheint.The structure of the turbine is shown in Figure 5. From a representation the inlet slide or valve was disregarded, as this is not necessary for understanding seems important.

3. Technischer Fortschritt und Anwendungsmöglichkeiten Die Rotationskolbenturbine bietet folgende Vorteile: a) Sie ist einfach im Aufbau und verspricht daher niedrige Herstellungskosten.3. Technical progress and possible applications The rotary piston turbine offers the following advantages: a) It is simple in construction and therefore promises low Manufacturing costs.

b) Da der Druckausgleich in geschlossenen Kammern stattfindet, kann die Turbine als langsamlaufende Maschine arbeiten. Wegen des Fehlens hin-und hergehender Teile läßt sie sich auch als schnellaufende Maschine verwenden. Außerdem kann sie mit verschiedenen Antriebsmedien (Wasser, Dampf usw.) betrieben werden. Sie ist also in Bezug auf Drehzahlbereich und Verwendung verschiedener Antriebsmedien der Schaufelradturbine und der Dampfmaschine überlegen.b) Since the pressure equalization takes place in closed chambers, can the turbine works as a slow-running machine. Because of the lack of going back and forth Parts can also be used as a high-speed machine. Besides, she can be operated with different drive media (water, steam, etc.). she is i.e. in relation to the speed range and the use of different drive media Superior to the paddle wheel turbine and the steam engine.

c) Da der Druckausgleich in geschlossenen Kammern stattfindet, und voll für den Antrieb ausgenutzt wird, ist ein großer Wirkungsgrad zu erwarten.c) Since the pressure equalization takes place in closed chambers, and is used to the full for the drive, a high degree of efficiency can be expected.

Als Antriebsmedien bieten sich in erster Linie Wasser und Dampf an, Folgende Anwendungsgebiete in Verbindung mit Druckerzeugern (z. B.The main drive media are water and steam, The following areas of application in connection with pressure generators (e.g.

Dampfkessel) oder Druckspeichern sind denkbar: als Antriebsmaschine in Fahrzeugen, zum Antrieb von Generatoren, Gebläsen, Pumpen und Kompressoren.Steam boilers) or pressure accumulators are conceivable: as a drive machine in vehicles, for driving generators, fans, pumps and compressors.

Claims (1)

4. Patentanspruch Ö Rotationskolb enturbine, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Gehäuse, dessen innere Mantelfläche im Querschnitt eine Trochoide darstellt; Kolben mit Hohlrad, der mit allen der Antriebswelle parallellaufenden Kanten in jeder Bewegungsphase die innere Mantelfläche des Gehäuses berührt; Antriebswelle mit Exzenter, welche das Hohlrad ausfüllt und die auf den rotierenden Kolben wirkenden Kräfte aufnimmt und über die Welle auf die angeschlossene Maschine überträgt; Dichtleisten, die ein Überströmen des Antriebsmediums entgegen der Laufrichtung des Kolbens zwischen den nebeneinanderliegenden Ein- und Auslaßkanälen benachbarter Bogen verhindern (bei zwei- und mehrbogigen Turbinen); Schrägstellung der Dichtleisten, um bessere Dichtung zu erreichen; Ein- und Auslaßkanäle in der dargestellten Anordnung (Bild 1 und 5); Sperrschieber (bzw. Ventile) in den Einlaßkanälen (in den Zeichnungen nicht dargestellt), um Druckausgleich zwischen Ein- und Auslaß innerhalb der geschlossenen Kammer zu erzielen.4. Patent claim Ö rotary piston enturbine, characterized by The following features: Housing, the inner surface of which is a trochoid in cross-section represents; Piston with ring gear that runs parallel to all of the drive shaft Edges touches the inner surface of the housing in every phase of movement; drive shaft with eccentric, which fills the ring gear and which act on the rotating piston Absorbs forces and transmits them to the connected machine via the shaft; Sealing strips, an overflow of the drive medium against the direction of travel of the piston between Prevent the adjacent inlet and outlet channels of adjacent sheets (with two- and multi-arch turbines); Inclination of the sealing strips for better Achieve seal; Inlet and outlet channels in the arrangement shown (Fig 1 and 5); Gate valves (or valves) in the inlet ports (in the drawings not shown) to equalize pressure between inlet and outlet within the closed Chamber to achieve.