DE2729873B2

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Info

Publication number: DE2729873B2
Application number: DE2729873A
Authority: DE
Inventors: Franz 8341 Noeham Stummer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-07-01
Filing date: 1977-07-01
Publication date: 1979-11-15
Also published as: BR7804215A; GB2002456A; JPS5439743A; SE7807413L; DE2729873A1; IT1105678B; FR2396177A1; NL7807115A; IT7883413A0; GB2002456B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungskraftmaschine mit einem von der Strömung umspülten Strömungspendel, dessei; UmfL.igslinie jedes Querschnitts quer zur Pendelachse einen kontinuierlichen Verlauf mit steter Krümmung aufws. 3t

In der Strömungslehre wurde zur Veranschaulichung des Strömungsverlaufs in einer von Kärmän'schen Wirbelstraße die Verwendung eines Zylinders, der als Pendel aufgehängt und in die Strömung, in der sich die Wirbelstraße ausbildet, eingehängt wird, beschrieben. Ein solcher als Strömungspendel aufgehängter Zylinder bewegt sich in einer Kärmän'schen Wirbelstraße rhythmisch hin und her. Eine technische Ausnutzung dieser Erscheinung ist bisher nicht gegeben und war bisher auch nicht erkennbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungskraftmaschine zu schaffen, mittels der Strömungsenergie auf einfache und wirtschaftliche Weise mit hohem Nutzungsgrad aus einer Strömung entnommen werden kann.

Diese Aufgabe wird mittels einer Strömungskraftmaschine mit einem von der Strömung umströmten Strömungspendel, dessen Umfangslinie jedes Querschnitts quer zur Pendelachse einen kontinuierlichen Verlauf mit steter Krümmung aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Einrichtung zur Abnahme der Bewegungsenergie des Strömungspendels vorgesehen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Strömungskraftmaschine ist das bekannte Strömungspendel in geeigneter Weise, beispielsweise durch mechanische Getriebe oder einfache Gestänge, mit einer anzutreibenden Einrichtung gekoppelt, wobei die Hin- und Herbewegung des Strömungspendels in eine Antriebsbewegung für die anzutreibende Einrichtung umgewandelt wird. Die harmonischen Schwingbewegungen des Strömungspendels können beispielsweise mit Hilfe eines einfach aufgebauten und direkt mit dem Strömungspendel gekoppelten Schwinggenerators unmittelbar in elektrische Sinusschwingungen umgewandelt werden. Getriebe oder andere Übertragungsmittel sind dann nicht erforderlich. Die Ausbildung des Strömungspendels als Formkörper, der selbst einen gewissen Querschnitt einnimmt, sowie die bei der erfindungsgemäßen Strömungskraftmaschine gegebene einfache natürliche Schwingbewegung des Strömungspendels ergeben einen großen »nutzbaren« Strömungsquersch-aitt bei maximalem strömungsdynamischem und mechanischem Wirkungsgrad. Bei der erfindungsgemäßen Strömungskraftmaschine werden dem Strömungspendel keine den Wirkungsgrad stark herabsetzenden Bewegungen künstlich von außen aufgezwungen. Die erfindungsgemäße Strömungskraftmaschine ist auch zum Einsatz in sehr heißen oder aggressiven Strömungsmedien geeignet wobei den jeweiligen Verhältnissen durch eine entsprechende Materialgebung des Strömungspendels Rechnung getragen werden kann. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Strömungskraftmaschine bei sehr heißen Dampf- oder Gasströmungen, z.B. in Strahltriebwerken, oder in Strömungen von Säuredämpfen eingesetzt werden.

Insgesamt gesehen ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Strömungskraftmaschine ein sehr einfacher und raumsparender Aufbau. Die erfindungsgemäße Strömungskraftmaschine kann auch bei sehr schnellen Strömungen (bis nahezu Schallgeschwindigkeit) mit den dann auftretenden hohen Pendelschwingfrequenzen

μ eingesetzt werden, weil es sich bei der Bewegung des Strömungspendels um eine natürliche, harmonische, nicht von außen aufgezwungene Schwingbewegung handelt

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, in Anwendung als Wasserkraftwerk, F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, in Anwendung als WindkraftwerK,

F i g. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, in Anwendung als Windkraftwerk,

Fig.4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit einer magnetischen Kreisbogenhalterung und F i g. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, schematisch im Schnitt, in Anwendung als Strahltriebwerk.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Strömungskraftmaschine perspektivisch, teilweise schematisch, dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel weist ein als kreiszylindrischer Formkörper gestaltetes Strömungspendel 1 auf, das an beiden Enden je einen im Abstand parallel zur Zylindermittelachse verlaufenden Achszapfen 7 bzw. 7' trägt. Die Achszapfen 7 und 7'

fluchten miteinander. Die Achszapfen 7und T sind drehbar in ortsfesten Drehlagern, die aus Übersichtlichkeitsgründen im einzelnen nicht dargestellt sind, in den seitlichen Begrenzungswänden 3 bzw. 3' eines Strömungskanals gelagert Der Strömungspendel 1 ist somit um eine durch die Achszapfen 7 und T verlaufende ideelle Schwenkachse schwenkbar gelagert. In dem Strömungskanal fließt eine Wasserströmung, die schematisch durch Pfeile 4 angedeutet ist. Unter der Wirkung der Wasserströmung wird das Strömungspen-

del 1 in eine durch den Pfeil 5 angedeutete hin- und hergehende Pendelbewegung versetzt. Diese Hin- und Herbewegung wird zum Antrieb einer aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten anzutreibenden

Vorrichtung, beispielsweise eines Stromgenerators, verwendet Hierzu ist das Strömungspendel über den Achszapfen 7 und eine daran drehfest angebrachte Kurbel mechanisch mit der anzutreibenden Vorrichtung gekoppelt Das Strömungspendel könnte aber beispielsweise auch auf eine andere geeignete Weise, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Stromgenerators, mit einer anzutreibenden Arbeitsmaschine gekoppelt sein.

In Fig.2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Strömungskraftmaschine perspektivisch, teilweise schematisch, dargestellt Dieses Ausführungsbeispiel dient als Windkraftwerk. Das Strömungspendel 1 ist wiederum als kreiszylindrischer Formkörper gestaltet Am oberen und am unteren Ende des Strömungspendels ist ι s je eine Endscheibe 8 befestigt Die Endscheiben 8 ragen radial über den Umfang des Strömungspendels 1 vor und verbessern die Strömungsverhältnisse an den Endbereichen des Strömungspendels. An beiden Enden des Strömungspendels 1 sind bei diesem Ausführungs- >o beispiel radial nach außen ragende Arme 9 befestigt, die an ihren äußeren Enden schwenkbar in ortsfest angeordneten Schwenklagern 10 gelagert sind. Die Schwenkachsen der Schwenklager 10 fluchten miteinander und büden eine ideelle Pendelachse, um die das Strömungspendel 1 im Sinne des Pfeiles 11 hin- und herschwenkbar ist An den ortsfesten Schwenklagern 10 sind Tragarme 12 befestigt die auf beiden Seiten des Strömungspendels abstehen. Die Tragarme 12 tragen Strömungsieitflächen 13, die zu beiden Seiten des Strömungspendels im Abstand von diesem parallel zur Hauptachse des Strömungspendels verlaufen. Jede der Strömungsleitflächen 13 weist als Querschnitt ein aerodynamisch geformtes, einen Auftrieb erzeugendes Profil auf, welches so angeordnet ist, daß der Auftrieb zu J5 dem benachbarten Strömungspendel 1 hingerichtet ist. Jedes der Profile ist gegenüber der ankommenden Strömung unter einem Anstellwinkel derartig angestellt, daß die Vorderkante der Strömungsieitflächen 13 voneinander einen geringeren Abstand aufweisen als -to die Hinterkanten. Die Leitflächen 13 sind dabei in der Strömung angeordnet und stellen sich selbsttätig in die Windrichtung. Das Strömungspendel 1 wird von der Strömung zwischen den Leitflächen 13 hin- und hergeschwenkt Durch die Anordnung und Ausgestaltung der Strömungsteitflächen 13 wird die Strömung vor dem Strömungspendel über einen sehr weiten Strömungsquerschnitt erfaßt und zu dem Strömungspendel 1 hingeführt Hierdurch wird eine besonders große Leistung bei der UmseiTung von Strömungsenergie in mechanische Bewegungsenergie des Strömungspendels erreicht

In Fig.3 ist ein drittes Alisführungsbeispiel der Strömungskraftmaschine dargestellt, das wiederum als Windkraftmaschine dient Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Strömungspendel nicht als Kreiszylinder mit über seine Länge konstantem Querschnitt ausgestaltet, sondern die Fläche des Querschnitts des Strömungspendels variiert längs dessen Hauptachse und ist am unteren Ende geringer als im mittleren und oberen Bereich. Durch diese Ausgestaltung ist das Strömungspendel an unterschiedliche Geschwindigkeiten der ankommenden Windströmung angepaßt Die Windströmung ist in Bodennähe langsamer als in den mittleren und höheren Schichten. Durch die Gestaltung des Strömungspendels in der Weise, daß sein Querschnitt im unteren Bereich geringer als im mittleren und oberen Bereich ist, wird die Schwenkeigenfrequenz des Strömungspendels, die sich im Zusammenwirken mit der ankommenden Windströmung ergibt, über die gesamte Länge des Strömungspendels gleich groß gehalten. Um auch den Schwenkwinkel entlang der Hauptachse gleich zu halten, ist das Verhältnis zwischen Schwenkradius und Umfang des Strömungspendels in jedem Querschnitt angepaßt Am oberen Ende des Strömungspendels 14 ist eine Endscheibe 15 befestigt, durch die die Strömungsverhältnisse im Bereich des oberen Endes verbessert werden. Das untere Ende des Strömungspendels 14 weist einen Achszapfen 14' auf, der parallel jedoch im Abstand von der Hauptachse des Strömungspendels 14 verläuft und in einer ortsfesten Drehlagerung um eine ideelle Drehachse 16 drehbar gelagert ist Auf diese Weise ist das Strömungspendel 14 um die Achse 16 unter der Einwirkung der Windströmung hin- und herschwenkbar.

In F i g. 4 ist die Halterung eines Strömungspendels 1 eines vierten Ausführungsbeispiels der Strömungskraftmaschine iiChematisch in Draufsicht dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist ·...·£ Halterung des Strömungspendels eine kreisringförmige erste Magnetfläche 24 auf. Diese Magnetfläche ist in der Innenseite eines kreisringförmigen Magnetträgers 24' angeordnet, konkav ausgebildet und nach innen gewandt Innerhalb der Mfjnetfläche 24 ist eine zweite kreisringförmige Magnetfläche 25 am Außenumfang eines kreisringförmigen Magnetträgers 25' angeordnet Der Magnetträger 25' ist im wesentlichen konzentrisch innerhalb des Magnetträgers 24' angeordnet Die M&gnetfläche 25 ist konvex ausgebildet und nach außen zu der Magnetfläche 24 hingewandt Die zweite Magnetfläche 25 stimmt in ihrer Polarität mit der Polarität der ersten Magnetfläche 24 überein.

Insgesamt gesehen stellt die magnetische Halterung gemäß Fig.4 eine reibungsfreie Lagerung für das Strömungspendel 1 dar, die das Strömungspendel 1 sowohl in axialer als auch radialer Richtung positioniert.

In F i g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Strömungskraftmaschine in Draufsicht teilweise schematisch und im Schnitt, dargestellt, bei welchem die Strömungskraftmaschine in einem Strahltriebwerk verwendet wird. Das Strömungspendel 1 ist dabei im Strömungsweg der von einem Brennstoffeinführungs- und Brennbereich 29 ausströmenden heißen Gase eines Strahltriebwerks angeordnet und mit einer vor diesem Brennbereich angeordneten, allgemein mit 30 bezeichneten Verdichtungsvorrichtung treibend gekoppelt. Die Verdichtungsvorrichtung weist ein in den Weg der zulaufenden Luftströmung angeordnetes blattförmiges, um eine Achse 31 hin- und herschwenkbares Antriebsorgan 32 als Organ zum Beschleunigen und Verdichten der Luftströmung auf. Zur Erzeugung der hin- und hergehenden Schwenkbewegung des Antriebsorgans 32 ist dieses mit dem Strömungspendel 1 der Vorrichtung im dargestellten Ausführungsbeispiel unmittelbar durch Zugorgane 33, die außerhalb der Strömungskanäle verlaufen, gekoppelt. Bei diesem Strahltriebwerk gemäß Fig.5 arbeitet somit das hin- und herschwenkbare Strömungspendel I als Vorrichtung zum Antrieb eines ein blattförmiges Antriebsorgan aufweisenden Verdichters. Die vom Brennbereich 29 abströmenden Heißgase strömen, sobald sie das Strömungspendel 1 passiert haben, am Ende des Triebwerks aus einer Düse aus und erzeugen in der bei Strahltriebwerken bekannten Weise einen Vorschub.

Strömungstriebwerke gemäß Fig.5 haben gegenüber bekannten Turbinentriebwerken den Vorteil, daß

keine großen Rotormassen beschleunigt oder verzögert werden müssen und daß sie daher in ihren Betriebszuständen sehr schnell geändert werden können und sehr schnell angelassen und auf volle Arbeitsleistung gebracht und wieder abgestellt werden können. Diese Strömungstriebwerke sind daher sehr reaktionsschnell. Darüber hinaus haben sie einen sehr hohen Wirkungsgrad und wegen der geringen Umlenkungen in der Strömung einen sehr niedrigen Geräuschpegel

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Strömungskraftmaschine mit einem von der Strömung umspülten Strömungspendel, dessen Umfangslinie jedes Querschnitts quer zur Pendelachse einen kontinuierlichen Verlauf mit steter Krümmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Abnahme der Bewegungsenergie des Strömungspendels (1) vorgesehen ist

2. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsenergie auf eine Arbeitsmaschine übertragbar ist

3. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschne oszillierend arbeitet

4. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsenergie auf eine Meßvorrichtung übertragbar ist

5. Strömungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ideelle Pendelachse (2. 2') innerhalb des Umrisses des Strömungspendels verläuft

6. Strömungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Lagerung der Pendelachsen in einem Magnetlager erfolgt