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Patent Searching and Data


Title:
TURBINE BLADE WHEEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/078798
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to turbine blade wheel having grooves (2) defined by side walls (3) as blades and receiving a central flow. Said grooves extend essentially in a combined manner circularly, spirally and helically. The grooves (2) are embodied in a compact shaped body (1). The blades begin directly on the tip of the wheel receiving the flow.

Inventors:
DINGER CHRISTIAN (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/000823
Publication Date:
September 25, 2003
Filing Date:
March 14, 2003
Export Citation:
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Assignee:
DINGER CHRISTIAN (DE)
International Classes:
F01D1/32; F01D5/04; (IPC1-7): F01D5/04; F01D1/32
Foreign References:
AU571324B21988-04-14
FR80110E1963-03-15
DE1628210A11971-02-25
US2460849A1949-02-08
DE3343752A11985-06-20
DE24346C
US4302147A1981-11-24
CH529292A1972-10-15
Attorney, Agent or Firm:
Goy, Wolfgang (Freiburg, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Turbinenlaufrad mit einem Körper mit bezüglich der Anströmrichtung (A1) des Antriebsmediums schräg angestellten Schaufeln, welche durch Seitenwände (3) aufweisende Rinnen (2) gebildet sind, die bezüglich der Drehachse in Anströmrichtung (A1) gesehen im wesentlichen kombiniert kreisöder spiralförmig sowie wendelförmig verlaufen, sowie mit einer am Körper angeordneten Welle (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Turbinenlaufrades in der Drehachse entgegen der Anströmrichtung (A1) spitz zuläuft, dass die Rinnen (2) von der Spitze des Körpers des Turbinenlaufrades ausgehen, dass die Welle an der bezüglich der Spitze anderen Seite des Körpers des Turbinen laufrades angeordnet ist und dass die Anströmung des Turbinenlaufrades durch das Antriebsmedium entweder über eine axiale, nahezu axiale oder über eine oder mehrere dezentrale Düse/n erfolgt.
2. Turbinenlaufrad nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung des Antriebsmediums des Turbinenlaufrades 75° bis 105°, insbe sondere ungefähr 90° beträgt.
3. Turbinenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenerstreckung der Seitenwände (3) im wesentlichen in Axialrichtung des Turbinenlaufrades erfolgt.
4. Turbinenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite der Rinnen (2) nach außen hin vergrößert oder verkleinert.
5. Turbinenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einander benachbarte Rinnen (2) durch eine dazwischen befindliche, gemeinsame Seitenwand (3) begrenzt sind.
6. Turbinenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinnen (2) auf der Außenströmungsseite im Querschnitt gerundet sind.
7. Turbinenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinnen (2) in einem massiven Formkörper (1) ausgebildet sind.
8. Turbinenlaufrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere einzelne Rinnenelemente zu dem Körper des Turbinelaufrades zusam mengefügt sind.
9. Turbinenlaufrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (1) einstückig ausgebildet ist.
10. Turbinenlaufrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinnen (2) als Kanäle in der Oberseite des Formkörpers (1) ausgebildet sind.
11. Turbinenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinnen (2) außer im Einspritzbereich des Antriebsmediums mit einer Abdek kung versehen sind.
Description:
Turbinenlaufrad Die Erfindung betrifft ein Turbinenlaufrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Turbinenlaufräder sind in den vielfältigsten Ausführungsformen bekannt. Meistens weisen sie bezüglich der Anströmrichtung durch das Antriebsmedium schräg angestellte Schaufeln auf, welche mit dem Antriebsmedium beaufschlagt werden und dadurch die Schaufeln in eine Drehbewegung versetzen. Der Nachteil bei einigen bekannten Turbinenlaufrädern ist, dass ihr Wirkungsgrad nicht optimal ist. Ausserdem sind die Einsatzgebiete beschränkt.

Die DE 33 43 752 A1 zeigt ein offenes Laufrad für Strömungsmaschinen, insbesondere für Kreiselpumpen, der eingangs angegebenen Art. Das Turbinenlaufrad ist durch einen Körper gebildet, welcher aus einzelnen Laufradsegmenten zusammengesetzt ist. Diese Laufrad- segmente sind an einer gemeinsamen Nabe befestigt. Die. Laufradsegmente bestehen je- weils aus einem Laufradwandsegment und einer daran angeformten Schaufel. Die so gebil- deten Rinnen verlaufen bezüglich der Drehachse in Anströmrichtung gesehen im wesentli- chen kombiniert kreis-oder spiralförmig sowie wendelförmig.-Der Nachteil bei diesem be- kannten offenen Laufrad für Strömungsmaschinen besteht darin, daß aufgrund der zentralen Nabe das Antriebsmedium sehr weit weg von der Drehachse eingespritzt werden muß, so daß der Wirkungsgrad des Turbinenlaufrades nicht optimal ist.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Turbinenlaufrad der eingangs angegebenen Art den Wirkungsgrad zu verbessern.

Die technische L ö s u n g ist gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.

Dadurch ist ein Turbinenlaufrad mit einem hohen Wirkungsgrad sowie mit einem großen Einsatzgebiet geschaffen. Die Grundidee des erfindungsgemäßen Turbinenlaufrades be- steht darin, die Schaufeln als Führungskanäle für das Antriebsmedium auszubilden. Die An- zahl der Schaufeln, das Höhen-sowie Breitenverhältnis sowie der Durchmesser sind frei wählbar. Indem die Rinnen von der gemeinsamen Spitze des Körpers des Turbinenlaufrades ausgehen, schafft dies einen langen Bewegungsweg des. Antriebsmediums, so daß damit ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Denn mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung des Turbinenlaufrades kann das Antriebsmedium zentral oder nahezu zentral eingespritzt wer- den. Damit werden alle Schaufeln des Turbinenlaufrades beaufschlagt. Auf diese Weise ist eine einfache Regelung der Drehzahl und damit der Leistung über eine oder eventuell meh- rere Düsen geschaffen. Das Turbinenlaufrad wird-bei einer einzigen Düse-über die Spitze oder-bei mehreren Düsen-bezüglich der Spitze leicht versetzt angeströmt und gleichzeitig in allen Schaufeln umgelenkt. Dadurch ist immer eine optimale Anströmung gewährleistet, und sämtliche Schaufeln werden mit dem Antriebsmedium beaufschlagt.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, dass auf das Turbinenlaufrad ein op- timales Drehmoment ausgeübt und somit eine hohe Drehzahl bewirkt wird.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 schafft eine optimale Rinnenform, mittels der das An- triebsmedium optimal geführt ist.

Hinsichtlich der bezüglich der Drehachse radialen Erstreckung der Rinnen vergrößert sich deren Breite gemäß der Weiterbildung in Anspruch 4 in Radialrichtung. Alternativ kann sich die Breite der Rinnen nach außen hin vorzugsweise auch verkleinern.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 5 schafft eine kompakte Bauform des Turbinenlaufra- des, indem ein Großteil des Turbinenlaufradquerschnittes mit Rinnen belegt ist.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 schafft einen optimalen Strömungsverlauf des An- triebsmediums in den Rinnen.

Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Turbinenlaufrades schlägt Anspruch 7 vor. Dadurch ist eine Art rotierendes Laufrad mit blumenartig angeordneten Rinnen ge- schaffen, wobei der Formkörper aus Kunststoff oder Metall hergestellt sein kann. Die Bewe- gungsenergie des Antriebstrahls wird dabei auf das rotierende Laufrad übertragen und an der an der Unterseite angebrachten Welle abgenommen. Dadurch ergeben sich eine Viel- zahl von Eigenschaften und Vorteile. So zeichnet sich dieses Turbinenlaufrad durch geringe Fertigungskosten sowie durch eine kompakte und kleine Bauweise aus. Außerdem ist das Turbinenlaufrad sehr robust. Schließlich besteht keine Kavitation, und die Gefahr einer Ver- stopfung durch Treibgut ist nicht gegeben.

Die Weiterbildung hiervon gemäß Anspruch 8 geht von der Idee aus, das Turbinenlaufrad aus Einzelelementen zusammenzusetzen. Diese Einzelelemente betreffen jeweils einzelne Rinnenelemente.

Eine bevorzugte Alternative hierzu besteht gemäß Anspruch 9 darin, dass der Formkörper aus einem Stück gebildet ist. Demgemäß kann das Turbinenlaufrad in einer Gussform ge- gossen werden.

Eine Weiterbildung hiervon schlägt gemäß Anspruch 10 vor, daß die Rinnen als Kanäle in der Oberseite des Formkörpers ausgebildet sind. Der Formkörper ist dabei massiv vorzugs- weise aus einem Stück ausgebildet. Die kanalförmigen Rinnen können dabei relativ tief im Formkörper ausgebildet sein. Die zentrale Spitze ist dann vorzugsweise versenkt. Diese Ausbildung der kanalförmigen Rinnen hat den Vorteil (insbesondere im Hinblick auf die ver- senkte Ausbildung der Spitze), daß das eingespritze Anstriebsmedium nahezu vollständig in die kanalförmigen Rinnen gelangt und nicht verloren geht.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 11 schließlich hat den Vorteil, daß das Wasser nicht aus den Rinnen austreten kann.

Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Turbinenlaufrades werden nachfol- gend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt : Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Turbinenlaufrades ; Fig. 2 eine Draufsicht auf das Turbinenlaufrad in Fig. 1 ; Fig. 3 eine Seitenansicht des Turbinenlaufrades in Fig. 1 ; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Turbinenlaufrades ; Fig. 5 eine Draufsicht auf das Turbinenlaufrad in Fig. 4 ; Fig. 6 eine Seitenansicht des Turbinenlaufrades in Fig. 4.

Das Turbinenlaufrad der ersten Ausführungsform in den Fig. 1 bis 3 besteht aus einem ein- stückigen Formkörper 1 insbesondere aus Metall oder Kunststoff. In diesem Formkörper 1 sind anströmungsseitig Schaufeln in Form von Rinnen 2 mit senkrechten Seitenwänden 3 ausgebildet. Der Verlauf dieser Rinnen 2 ist dabei die Kombination einer Spirale mit einer Wendel. Im Bereich der Drehachse laufen die Seitenwände 3 zu einer Spitze zusammen. In Strömungsrichtung verbreitern sich die Rinnen 2.

Auf der bezüglich der Spitze anderen Seite des Formkörpers 1 weist dieser eine Welle 4 auf.

Die Funktionsweise ist wie folgt : Das Antriebsmedium wird über eine nicht dargestellte Düse in Anströmrichtung A1 einge- spritzt. Das Antriebsmedium verteilt sich auf die insgesamt sechs Rinnen 2 (und beauf- schlagt somit sämtliche Schaufeln) und strömt in Richtung Austrittsende der Rinnen 2. Die Ausströmrichtung A2 ist angedeutet. Unterseitig weist der Formkörper 1 die Welle 4 auf, welche die Bewegungsenergie des Strahls abnimmt.

Das Turbinenlaufrad der zweiten Ausführungsform in den Fig. 4 bis 6 weist einen massiven Formkörper. 1 aus Metall auf. In der Oberseite dieses Formkörpers 1 sind die vier Rinnen 2 relativ tief ausgebildet, wobei auch hier der Verlauf dieser Rinnen 2 die Kombination einer Spirale oder eines Teilkreises mit einer Wendel ist. Im Bereich der Drehachse laufen die Rinnen 2 zu einer Spitze zusammen, welche bezüglich des höchsten Punktes des Formkör- pers 1 auf der Anströmseite versenkt ist. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform ver- ringert sich bei dieser zweiten Ausführungsform die Breite der Rinnen 2.

Auf der bezüglich der Spitze anderen Seite des Formkörpers 1 weist dieser auch bei dieser Ausführungsform eine Welle 4 auf.

Die Funktionsweise ist vom Grundprinzip her die gleiche wie bei der ersten Ausführungs- form. Das zentral eingespritzte Antriebsmedium beaufschlagt sämtliche Schaufeln bzw. Rin- nen 2 und strömt in Richtung Austrittsende der Rinnen. Im Gegensatz zu den Rinnen 2 der ersten Ausführungsform verkleinert sich bei dieser zweiten Ausführungsform deren Breite nach außen hin.

Bei beiden Ausführungsformen kann noch eine-nicht dargestellte-Abdeckung der Rinnen 2 vorgesehen sein. Bezuaszeichenliste 1 Formkörper 2 Rinne 3 Seitenwand 4 Welle A1 Anströmrichtung A2 Ausströmrichtung