DE4418790A1

DE4418790A1 - Through=flow water turbine for electrical power generator

Info

Publication number: DE4418790A1
Application number: DE4418790A
Authority: DE
Inventors: Heinz Noack
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 1995-11-30

Abstract

The turbine has a housing with inlet (1) and outlet (6) openings, and has a roller-like rotor (4) mounted perpendicular to the liquid flow. The rotor has only 5 to 8 blades (3) fixed to an end wall, and their breadth (B) in the direction of flow is roughly the same as the diameter (D) of the circle described by the inner edges of the blades. The blades are quarter-ellipse shaped, with the highest curvature at the outer tips. The housing has guide vanes (2), whose profile merges continuously with that of the blades, and also has walls between the inlet and the outlet openings. The most upstream wall (8) has an arc length equal to the outer tip-separation of the blades, and the opposite wall (7) has an arc length less than this.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeit-Durchströmturbine mit einem zwischen einer Flüssigkeitseintrittsöffnung und einer Flüssigkeitsaus trittsöffnung senkrecht zur Durchflußrichtung der Flüssigkeit angeord neten walzenförmigen Laufrand, das voneinander beabstandete Laufschau feln aufweist, bei der die einströmende Flüssigkeit über Leitschaufeln geführt ist.The invention relates to a fluid flow turbine with a between a liquid inlet opening and a liquid out outlet opening arranged perpendicular to the flow direction of the liquid neten roller-shaped running edge, the spaced running show feln, in which the inflowing liquid via guide vanes is led.

Derartige Turbinen sind vorwiegend Wasserturbinen und damit Bestand teile von Wasserkraftwerken. Ihre Aufgabe ist die Umwandlung der in Stau seen, Flüssen und dergleichen enthaltenen potentiellen Energie des Wassers in mechanische Leistung, meist zum Antrieb elektrischer Generatoren.Such turbines are predominantly water turbines and therefore exist parts of hydropower plants. Your job is to convert the traffic jam lakes, rivers and the like contain potential energy of water in mechanical power, mostly for driving electrical generators.

Im Stand der Technik, beispielsweise im "Dubbel-Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer-Verlag, 16. Auflage, 1987, Seiten R 32, R 33", sind solche Turbinen als Ossberger-Turbinen bekannt. Hierbei durchströmen Wasserstrahlen, geführt durch verstellbare Leitschaufeln, ein trommel förmiges Laufrad. Das Wasser fließt zunächst von außen in den Innenbereich der Turbine und danach wieder von innen nach außen. Dabei kann es aber zu bewegungshemmenden Verwirbelungen des Wassers im Bereich der Laufradwelle kommen. Auch können zum Antrieb des Laufrades diejenigen Laufschaufeln nicht herangezogen werden, die auf der der Wassereintrittsöffnung abgekehrte Seite liegen. Insgesamt wird dadurch der Wirkungsgrad der Turbinen beein trächtigt.In the prior art, for example in the "Dubbel paperback for Mechanical engineering, Springer-Verlag, 16th edition, 1987, pages R 32, R 33 ", such turbines are known as Ossberger turbines. Flow through here Jets of water, guided by adjustable guide vanes, a drum shaped impeller. The water initially flows from the outside into the interior the turbine and then inside out again. But it can movement-inhibiting turbulence of the water in the area of the impeller shaft come. Those blades can also be used to drive the impeller not be used, which is facing away from the water inlet opening Side. Overall, this affects the efficiency of the turbines is pregnant.

In der DE-OS 37 31 772 A1 ist eine Querstromturbine offenbart, bei der mittig in einem mit Laufschaufeln versehenen Trommelläufer eine verstell bare Leitschaufel angeordnet ist, mit der der Durchströmquerschnitt für das Strömungsmedium einstellbar ist.DE-OS 37 31 772 A1 discloses a cross-flow turbine in which an adjustable one in the middle of a drum rotor equipped with moving blades bare guide vane is arranged with which the flow cross-section for the flow medium is adjustable.

Die DE-OS 29 08 689 beschreibt bei einer Durchströmturbine ebenfalls ein Innen-Leitsystem, nach dessen Durchströmen das Medium ein zweites Mal auf die Laufschaufeln geleitet wird. DE-OS 29 08 689 also describes a through-flow turbine Indoor control system, after flowing through the medium a second time the blades are directed.

Bei allen diesen Turbinen besitzen die Laufschaufeln in Durchström richtung des Mediums eine geringe Breite, und es wird ein konstruktiv und fertigungstechnologisch kompliziertes Leitsystem eingesetzt. Anderer seits wird keine Gestaltungsvorschrift hinsichtlich der Gehäusekonstruk tion an den von dem strömenden Medium nicht in erster Linie betroffenen Stellen gemacht.In all of these turbines, the blades have a throughflow direction of the medium a small width, and it becomes a constructive and complex control system used in production technology. Other On the one hand, there is no design regulation with regard to the housing construction tion to those not primarily affected by the flowing medium Jobs made.

Deshalb lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einfachen Aufbau für eine Flüssigkeitsturbine anzugeben, der einen hohen Wirkungsgrad er gibt, ohne inneres Leitsystem auskommt und dennoch das durchströmende Medium optimal ausnutzt.The invention was therefore based on the object of a simple structure specify for a liquid turbine that he has a high efficiency there, does not need an internal control system and yet the flowing through Medium optimally used.

Die Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Erfindungsmerkmalen gelöst.The object is achieved with the inventive features specified in claim 1 solved.

Durch die spezielle Form und Anzahl der Laufschaufeln, die Ausrichtung von Leit- und Laufschaufel zueinander und die besonders Ausbildung der re levanten Gehäuseteile kommt es dazu, daß das einströmende Medium mit sei nem Strömungsdruck auf die relativ großflächigen Laufschaufeln trifft, die se bewegt, nach dem Durchströmen des Laufschaufelraumes den Mittelraum des Laufrades in solcher Richtung durchströmt, daß es auf der gegenüberliegen den Seite noch einmal voll wirksam auf die dort gerade befindlichen Lauf schaufeln trifft. Dabei tritt zusätzlich durch die sich nach innen ver engenden Räume zwischen den Laufschaufeln eine gewisse Düsenwirkung in Er scheinung, welche die Strömungsgeschwindigkeit erhöht.Due to the special shape and number of blades, the alignment of guide and rotor blades to each other and the special training of the right levant housing parts it happens that the inflowing medium with flow pressure meets the relatively large-area blades, which se moves, after flowing through the blade space the middle of the Impeller flows in such a direction that it is on the opposite the page once again fully effective on the run just there shovel hits. It also occurs through the ver narrow spaces between the blades a certain jet effect in Er appearance, which increases the flow velocity.

Durch den kontinuierlichen Übergang der Kontur der Leitschaufeln in die Kontur der Laufschaufeln sind optimale Einströmverhältnisse geschaffen, die sich für die Druckverhältnisse an den Laufschaufeln günstig auswirken.Due to the continuous transition of the contour of the guide vanes into the The contour of the rotor blades creates optimal inflow conditions, which have a favorable effect on the pressure conditions on the rotor blades.

Die Turbine findet in fließenden Gewässern, d. h. unter Niederdruck-Bedin gungen, ihre Anwendung. Durch die Profilierung der Laufschaufeln bedarf es trotz großer Baubreite des Laufrades keiner durchgehenden Welle, um die Sta bilitätsanforderungen zu erfüllen.The turbine takes place in flowing waters, i.e. H. under low pressure conditions their application. Due to the profiling of the blades, this is necessary Despite the large width of the impeller, there is no continuous shaft around the sta compliance requirements.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. The invention will be described in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawings are explained.

In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch die Turbine, Fig. 1 is a vertical section through the turbine,

Fig. 2 zwei verschiedene Arten der Lagerung des Laufrades der Turbine. Fig. 2 shows two different types of storage of the impeller of the turbine.

In Fig. 1 ist erkennbar, daß das strömende Medium durch eine große Einlaßöffnung 1 in die mit dem Gehäuse verbundenen Leitschaufeln 2 ein strömt. Sodann strömt es, durch den kontinuierlichen Übergang begünstigt, in die Laufschaufeln 3, so daß sich das Laufrad 4 in Drehrichtung 5 be wegt. Das Laufrad 4 weist im Gegensatz zu bekannten Durchströmturbinen nur 5 bis 8 Laufschaufeln auf. Die Breite B der Laufschaufeln 3 entspricht etwa dem Durchmesser D des von den Innenkanten der Laufschaufeln 3 be schriebenen Kreises.In Fig. 1 it can be seen that the flowing medium flows through a large inlet opening 1 into the guide vanes 2 connected to the housing. Then it flows, favored by the continuous transition, in the blades 3 , so that the impeller 4 moves in the direction of rotation 5 be. In contrast to known flow-through turbines, the impeller 4 has only 5 to 8 blades. The width B of the blades 3 corresponds approximately to the diameter D of the circle from the inner edges of the blades 3 be written.

Das Profil der Laufschaufeln 3 entspricht im Querschnitt dem einer Vier tel-Ellipse, wobei der stärker gekrümmte Teil am äußeren Umfang des Laufrades 4 angesetzt ist.The profile of the blades 3 corresponds in cross section to that of a four-part ellipse, the more curved part being attached to the outer circumference of the impeller 4 .

Durch die zur Laufradmitte vorliegende Verengung der Laufschaufeln 3 er gibt sich eine zusätzliche Düsenfunktion für das strömende Medium. Dieses wird bei seinem Austritt aus den Laufschaufeln 3 beschleunigt in eine sol che Richtung durch den Innenraum des Laufrades gelenkt, daß es mit hoher Strömungsenergie auf die an der Auströmöffnung 6 befindlichen Laufschaufeln 3 auftrifft und diese bewegt.Due to the narrowing of the rotor blades 3 towards the center of the impeller, there is an additional nozzle function for the flowing medium. This is accelerated when it emerges from the blades 3 in a sol che direction through the interior of the impeller that it impinges with high flow energy on the blades 3 located at the discharge opening 6 and moves them.

Im Übergangsbereich vom Eintrittsbereich 1 zum Austrittsbereich 6 des Me diums besitzt das Gehäuse unterschiedlich breite Innenwände, 7, 8. Die längere Wand 8 im Einströmbereich soll verhindern, daß das zwischen zwei Laufschaufeln 3 eingeströmte Medium unmittelbar über die Auströmöffnung 6 abfließt, während die gegenüberliegende kurze Wandung 7 dafür sorgt, daß die dynamischen Strömungsverhältnisse in der Kammer zwischen den Lauf schaufeln 3 aufrechterhalten bleiben.In the transition area from the entry area 1 to the exit area 6 of the medium, the housing has inner walls 7 , 8 of different widths. The longer wall 8 in the inlet to prevent the air flowed between two blades 3 medium flows directly through the Auströmöffnung 6, while the opposing short wall 7 ensures that the dynamic flow conditions shovels in the chamber between the run are maintained. 3

In Fig. 2 ist dargesellt, daß das Laufrad 3 je nach Größe und Belastung der Lagerung einfach gelagert 9 (in Fig. 2a) oder doppelt gelagert 9, 10 (in Fig. 2b) sein kann.In Fig. 2 it is shown that, depending on the size and load of the bearing, the impeller 3 can be simply supported 9 (in Fig. 2a) or double-supported 9, 10 (in Fig. 2b).

Claims

1. Flüssigkeit-Durchströmturbine mit einem zwischen einer Flüssigkeits eintrittsöffnung und einer Flüssigkeitsaustrittsöffnung senkrecht zur Durchflußrichtung der Flüssigkeit angeordneten walzenförmigen Laufrad, das voneinander beabstandete Laufschaufeln aufweist, die an stirnsei tig des walzenförmigen Laufrades angeordneten Tragscheiben befestigt sind, wobei die einströmende Flüssigkeit über am Gehäuse angeordnete Leitschaufeln geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Laufrad nur 5 bis 8 Laufschaufeln aufweist
- die Breite der Laufschaufeln in Strömungsrichtung etwa dem Durch messer des von den Innenkanten der Laufschaufeln beschriebenen Krei ses entspricht
- die Laufschaufel im Querschnitt die Form einer Viertel-Ellipse hat und mit dem stark gekrümmten Teil am äußersten Umfang des Laufrades angesetzt ist
- die Kontur der am Gehäuse angesetzten Leitschaufeln kontinuierlich in die Kontur der Laufschaufeln übergeht
- die Gehäusewandung zwischen Einström- und Ausströmöffnung an der von den Leitschaufeln geführten Einströmseite einen Teilkreis mit der Län ge des Abstandes der Laufschaufeln am äußeren Umfang des Laufrades und an der Gegenseite einen Teilkreis mit der Länge kleiner als der Abstand der Laufschaufeln bildet.

1. Liquid flow turbine with a between a liquid inlet opening and a liquid outlet opening perpendicular to the flow direction of the liquid arranged roller-shaped impeller, which have spaced-apart blades, which are attached to the end face of the roller-shaped impeller, the inflowing liquid via the guide vanes arranged on the housing is performed, characterized in that

- The impeller has only 5 to 8 blades
- The width of the blades in the flow direction corresponds approximately to the diameter of the Krei ses described by the inner edges of the blades
- The blade in cross section has the shape of a quarter ellipse and is attached to the extreme circumference of the impeller with the strongly curved part
- The contour of the guide vanes attached to the housing merges continuously into the contour of the rotor blades
- The housing wall between the inflow and outflow opening on the inflow side guided by the guide vanes forms a partial circle with the length of the distance of the rotor blades on the outer circumference of the impeller and on the opposite side a partial circle with the length smaller than the distance of the rotor blades.

2. Flüssigkeit-Durchströmturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad der Turbine wahlweise ein- oder zweiseitig gelagert ist.2. liquid flow turbine according to claim 1, characterized, that the impeller of the turbine is optionally supported on one or two sides.