DE4200507C2 - Variable Strömungsmaschine - Google Patents

Variable Strömungsmaschine

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Herkömmliche Strömungsmaschinen bestehen aus einem unveränderlichem Laufrad und einer Leitvorrichtung, welche meist aus einem unveränderlichem Spiralgehäuse bestehen. Aufgrund ihrer geometrischen Vorgaben können diese Strömungsmaschinen nur extern durch Ventile und Drehzahlveränderungen geregelt werden. Bei Abweichung solcher Strömungsmaschinen vom Auslegepunkt treten teilweise erhebliche Wirkungsgradverluste auf, da diese Strömungsmaschinen nicht optimal an den veränderten Volumenstrom angepaßt werden können.
Eine Möglichkeit die Strömungsmaschinen dem veränderlichen Volumenstrom anzupassen, besteht darin, die Laufradbreite über eine verstellbare Laufradrückwand [1] oder über eine verstellbare Deckscheibe [2] zu verändern.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Leitapparat veränderlich zu gestalten. Hierfür gibt es mehrere Alternativen: Die klassische Variante besteht aus den Finkschen Drehschaufeln, die um das Laufrad angeordnet sind und die Strömung dem Volumenstrom anpassen. Eine Alternative hierzu ist ein geometrisch veränderliches Spiralgehäuse, welches man in seiner axialen Breite, über eine bewegliche Rückwand [2], oder in seiner radialen Erstreckung, über von Bändern zusammengehaltene Teilungsglieder [3] oder eine Gliederkette [4], welche eine unstetige Strömung zur Folge haben, verändern kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und energetisch günstige Strömungsmaschine zu konstruieren.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
Die Besonderheit der "Variablen Strömungsmaschine" liegt in ihrer stetigen, geometrischen Veränderlichkeit begründert, da sie neben externer Regelung, insbesondere durch Anpassung der Laufradbreite und der radialen Spiralgehäuseform geregelt werden kann, wodurch die Wirkungsgradeinbußen bei Abweichung vom Auslegepunkt minimiert werden können.
Darum eröffnet die "Variable Strömungsmaschine" bei Pumpen- und Turbinenanlagen mit wechselnden Volumenströmen beziehungsweise Betriebszuständen die Möglichkeit der Energieeinsparung.
Figur Nr. 1 zeigt das Laufrad mit variabler Laufradbreite und das Spiralgehäuse mit variabler Spiralform.
Figur Nr. 2 zeigt den Schnitt A-A der Figur Nr. 1.
Das beschaufelte Laufrad (1, 2) ist auf einer Hohlwelle (6) befestigt, durch die eine sich mitdrehende Schubstange (5) verläuft, welche in einem Laufradaufsatz (3) endet, der aus einer Scheibe (3a) mit Schlitzen in Laufradschaufelform, so daß der Laufradaufsatz (3) zwischen dem Laufrad (1) und der eventuell vorhandenen Deckscheibe (4) auf den Laufradschaufeln (2) verschiebbar ist, einem Umlenkabschnitt (3b), der die Strömung von der axialen in die radiale Richtung umlenkt (Pumpe), beziehungsweise umgekehrt (Turbine), und einem Ring (3c) zur Versteifung und Verluststrombegrenzung besteht.
Die radiale Strömung befindet sich im Laufrad (1) zwischen den Laufradschaufeln (2) und wird axial begrenzt durch die Deckscheibe (4) und durch die Laufradaufsatzscheibe (3a), welche über die Schubstange (5) verstellbar ist, womit die Laufradbreite und somit die Laufradform, beziehungsweise die spezifische Drehzahl, variierbar sind.
Das Spiralgehäuse (7, 8) besitzt einen rechteckigen Querschnitt (13), in welchem eine Blattfeder (9) in logarithmischer Spiralform verläuft. Diese Blattfeder (9) ist mit ihrem einen Ende (9a) an der Spiralgehäusenase (8a) und mit ihrem anderen Ende (9b) am Rand des Schlittentisches (10a) am Schlitten (10) befestigt. Der Schlitten (10) ist über eine Hydraulik (11) verstellbar. An dem Schlitten (10) neben der Blattfederbefestigung (9b) befindet sich ein Gelenk (12a). Eine Diffusorklappe (12) ist einerseits an diesem Gelenk (12a) und andererseits an einer Spiralgehäuselängsnut (8c) beweglich befestigt.
Je nach Stellung des Schlittens (10) über die Hydraulik (11) verändert sich die Spirale der Blattfeder (9), wobei sich der Spiralgehäusequerschnitt (13) und die Spiralform ändern, ebenso verändert sich hierbei auch die Stellung der Diffusorklappe (12).

Claims (11)

1. Strömungsmaschine als Kraft- und/oder Arbeitsmaschine mit einem in einem Spiralgehäuse (7, 8) angeordneten Laufrad (1, 2, 3, 4, 5, 6) mit einer Laufrad-Verstelleinrichtung (3, 5) zur Veränderung der wirksamen axialen Breite des Laufrades (1, 2, 3, 4, 5, 6) und einer Gehäuse-Verstelleinrichtung (10, 11) zur Veränderung des Strömungsquerschnittes (13) im Gehäuse (7, 8), dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse-Verstelleinrichtung (10, 11) eine Blattfeder (9) aufweist, die die radial außenliegende Wandung des Strömungskanals (13) bildet, in logarithmischer Spiralform verläuft, an ihrem einen Ende (9a) ortsfest am Gehäuse (8a) festgelegt und an ihrem anderen Ende (9b) von der Gehäuse-Verstelleinrichtung (10, 11) so beaufschlagt ist, daß die Blattfeder (9) den rechteckig ausgebildeten Strömungsquerschnitt (13) im Gehäuse (7, 8) in radialer Richtung verändert.
2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Schaufeln (2) bestückte Laufrad (1, 2, 3, 4, 5, 6) eine die eine axiale Begrenzung der jeweiligen Durchströmquerschnitte bildende Deckscheibe (4) sowie einen die andere axiale Begrenzung bildenden Laufradaufsatz (3) aufweist, der durch die Laufrad-Verstelleinrichtung (3, 5) axial gegenüber der Deckscheibe (4) verschiebbar ist.
3. Strömungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrad-Verstelleinrichtung (3, 5) eine Schubstange (5) aufweist, die an ihrem einen Ende den Laufradaufsatz (3) trägt.
4. Strömungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (4) mit den Schaufeln (2) des Laufrades (1, 2, 3, 4, 5, 6) auf einer Hohlwelle (6) angeordnet ist, durch die die Schubstange (5) geführt ist.
5. Strömungsmaschine nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufradaufsatz (3) aus einer Scheibe (3a) besteht, in der der Schaufelform angepaßte Schlitze vorgesehen sind, durch die die Schaufeln (2) relativ verschiebbar hindurchragen.
6. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufradaufsatz (3) zwischen der Deckscheibe (4) und einer Rückwand (1) des Laufrades (1, 2, 3, 4, 5, 6) angeordnet ist.
7. Strömungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufradaufsatz (3) mit einem sich axial erstreckenden Ring (3c) die Laufrad-Rückwand (1) verschieblich übergreift.
8. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufradaufsatz (3) einen zentrischen Strömungsumlenkabschnitt (3b) aufweist.
9. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse-Verstelleinrichtung (10, 11) einen über einen Antrieb (11) verschiebbaren Schlitten (10) aufweist, an dem das andere Ende (9b) der Blattfeder (9) befestigt ist.
10. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem anderen Ende (9b) der Blattfeder (9) eine Diffusor-Klappe (12) vor- beziehungsweise nachgeschaltet ist.
11. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende (9a) der Blattfeder (9) an der Spiralgehäusenase (8a) befestigt ist.
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