DE3418946A1

DE3418946A1 - Reaktions-radial-turbine

Info

Publication number: DE3418946A1
Application number: DE19843418946
Authority: DE
Inventors: Elmar Dipl.-Ing. Putz (FH), 8380 Landau
Original assignee: PUTZ ELMAR DIPL ING FH
Current assignee: PUTZ ELMAR DIPL ING FH
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1985-11-28

Description

Dipl.-Ing. (PK) Elmar PutaJ-.Bi-Vol&iaiirsTarl'y 8380 Landau

^. . Tel. 09951/390

Beschreibung nach § 3 der Anmeldebestimmungen

Titel:

Reaktions-Radial-Turbine (=RRT)

Anwendungsgebiet :

1.

Die Erfindung betrifft eine für flüssigkeiten und G-ase geeignete Turbine mit axialem Zufluß und radialem Abfluß.

Zweck:

Lösung:

2.

Es wird der Zweck verfolgt, eine Turbine zu schaffen, die ohne bewegliche Bauteile auskommt und dabei eine optimale Wirkungsgradbandbreite aufweist. Besonders zur Gewinnung von Energie aus V/ind wird bezweckt, durch gehäuseähnliche Verhältnisse Staudruck aufzubauen und die gesamte,von der RRT bestrichene Fläche zu nutzen.

3.1

Auf einer kreisförmigen Scheibe (1) aus stabilem Material werden im peripheren Bereich, mehrere zur Drehebene parallele (rechtwinkelig zur Scheibenebene) Gleitflächen (2) derart starr in der Zone(3) mit der Scheibe (1) verbunden, sodaß ein dem Kreissägenblatt ähnliches Profil entsteht. Die Gleitflächen (2) sind dabei von außen zum Zentrum hin um. den Neigungswinkel (4) insgesamt geneigt und in sich parallel zur Drehachse (23) gekrümmt (Fig. 2), sodaß sich bei axialem Mediumzufluß eine Orenung(5) der RP₁T ergibt. Die Gleitflächen (2) belegen einen möglichst geringen Teil des äußeren Randes der Scheibe (1). der i>;eiguttgswinkel(4), den die Gleitflächen (2) mit dem Radius (6) der Scheibe bilden, hängt von der Mediumgeschwindigkeit, von der Anzahl der Gleitflächen und von der gewünschten r.otationszahl ab. Je gröber der Neigungswinkel (a) ist, um so größer

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ist die Rot&Mc««·, tfzwV.tfmgekohrit bei gleichem Mediumzufluß. Das günstigste Drehmoment wird mit gekrümmten Gleitflächen- nach Fig. 2 erreicht. Dabei wird die von den Gleitflächen (2) belegte Zone(3) radial in eine beliebige Anzahl gleicher Teile geteilt und der vor. einer Gleitfläche gebildete Zentriwinkel (7) wird in ebensoviele Teilw:ikel geteilt Die jeweiligen Schnittpunkte der Teile, beginnend bei Punkt A in aufsteigender Reihenfolgt· bis r"ankt B, ergeben die Krümmung der Gleitflächen. Bei radialer Beschaufelung wird somit an jedem Punkt der Gleitfläche die gleich= Winkelgeschwindigkeit erzeugt Es ist günstig, wenn zur stabileren Konstrukion "vor Punkt A (Fig.3) aus parallele Flächen (8) zurvorauslaufenden Gleitfläche (2) eingebaut werden, sodaß ein gebogener'Keil (9) entsteht, der für das Medium verschlossen ist.

Zur einfacheren, aber weniger effektiven Konstruktion, kann es günstig sein, wenn ebene C-leitf lachen (29) eingebaut werden (Fig.4). Hierzu ergibt sich analog zu den gebogenen Keilen nach Fig. 3 eine v/eitere Stabilisierungsmcglichkeit zum Einrau von parallelen ebenen Flächen (10) nach Fig. z. Di-ε Gleitflächen(2) werden parallel zur Scheibe (1) von einem Ring (11), der die gleiche Gr^;:.'ie wie di^a Zone(3) hat, gegen den Mediumstrom abgedeckt. Lie axiale Hohe (12) zwischen der Scheibe (1) und dem Ring ("11) wird vorn Zulaufdurchrnesser (13) bestimmt. Es ist günstig, wenn die axiale Höhe so gewählt wird, da.i die Summe aller Austrittsflachen gleich oder kleiner ist, als die sich aus dem Zulaufdurchmesser (13) ergebende Kreisfläche. Eine Austrittsfläche ergibt sich aus der Breite der Zone (3) und aus der axialen Höhe"(12), bzw. bei Ausführung nach Fig. 3 und 5 aus dem kürzesten Abstand zwischen der Gleitfläche (2.bzw.29) und der Parallelfläche (S, bzw.10) und der axialen Höhe (12).

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Zur Verwendung als Windturbine (Fig. 6) wird die Scheibe geteilt und zwar in eine kreisrunde, nicht drehbare Prallscheibe (18) in der Gröiae der Zulauföffnung (13) und in eine Ringkonstruktion (19), die der Zone (3) entspricht. Die Ringkonstruktion (19) ist, zusammen mit den Gleitflächen (2) und dem Ring (11), mit einem die Drehachse entbehrlich machenden Rad (20) verbunden, welches am Systemträger (21) drehbar befestigt ist. Der Systemträger (21) und die Prallscheibe (18) sind auf einem Drengesteil(^2; fest verankert, welches horizontal gegen den V/ind gedreht werden kann. Durch die axiale Verlagerung des Rades (20) hinter die Ringkonstruktion (19) und Prallscheibe (18) wird der drehbare Teil vom 'Vinddruck wesentlich entlastet, weil der axiale Druck von der fest verankerten Prallscheibe (18) aufgefangen wird und in einen radialen Druck umgelenkt. Der radiale Druck wird von den jeweils gegenüberliegenden Gleitflächen (2) statisch ausgeglichen. Zur Sturmsicherung besteht die Möglichkeit im Spalt (30) zwischen Prallscheibe (18) und Ringkonstruktion (19) eine Stabilisierung anzubringen.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit als Windturbine (Fig. 7), ebenfalls auf einer Drehplatte wie Fig. 6, jedoch nicht dargestellt, besteht darin, die RR¹T zwischen zwei frei stehenden Flächen einzubauen. Dabei hat die Frontfläche (25) eine, mit der Zulauföffnung (13) übereinstimmende, kreisförmige Öffnung¹·, die den Winddruck im Bereich des Ringes (11) aufnimmt. Die Rückwand (26) hat eine öffnung mit Lagerung für die Drehachse (23). Die Rückwand (26) erfillt die gleiche Funktion wie die unter 3.2 beschriebene Prallscheibe. Die Drehachse (23) '-"'ird bis zur Ebene des Rir.ges (11) verlängert, um auch den Ring (11) mit der Dre-r.achse (23) zu stabilisieren (27). Un den Axialdruck euf die RRT möglichst .gering zu halten, wird der zentrale Bereich der·

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Scheibe inr'aer-S-roSe"-de*r Zulauföffnung mit Sr>eich>=r. (28) ausgeführt. Das Umlenken des tfediwns von =>xinach radial wird von der Rückwand (26) -sr'.ncg Licht Front fläche (25) und Rückwand (26) wer-, ^n mc" ;licr. · nahe an der RRT angebracht.

An der Frontfläche eines Fahrzeugs (Fi;-. 8) werden im Bereich des größten Luftwiderstandes eine oder mehrere RRT (14) angebracht und deren ürehenergie, die durch den Fahrtwind entsteht, auf einer Yieile (15) zusammengefaßt. Die Luftmenge welche auf die RRT's trifft, müßte vom Fahrzeug such ohne die eingebauten RRT's weggeschoben werden. Lurch die Drehung der RRT's entsteht somit kein Mehraufwand an Energie für den Motor. Durch die Energieaufnahme der RRT's wird die vom Fahrzeug zur Seite gedrängte Luft langsamer und es entstehen sogar bessere aerodynamische Verhältnisse.

Das Einspeisgetriebe (16) ist mit eine.:· Freilauf ausgestattet, der derart geschaltet ist, da..-, die Antriebswelle (17) schneller drehen kam air -.ie Welle (15) und somit eine Beschleunigung des Fahrzuegs unabhängig von der Turbinendrehzahl mc".elicr. ist. Außerdem wird das Einspeisgetriebe (16) mit einer Kupplung ausgerüstet, die bei Sc;-üb (Tremsen, G-aswegnehmen oder Treten der Fahrzeugkupplung) ευζ matisch entkuppelt, damit die Turbinen nicht auc'r abgebremst weraen müssen.

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Leger.de de-r TextbeiGoieie: 4.

Figur 1 : Schrägansicht einer RRT

Figur 2: Konstruktion der Krümmungskurve

Figur~3"

bis 5: Weitere Profilformen der Gleitflächen Figur 6: Senkrechter Schnitt durch eine ERT bei

Verwendung als Windturbine nach Pt. Figur 7: Schrägansicht (gestreckt) bei

Verwendung als Windturbine nach Pt. Figur 8: Schematischer Aufbau bei Verwendung

als Antriebshilfe nach Pt. 3.4

Ziffer	1 :	Scheibe	Ziffer	17:	Antriebswelle
11	2:	Gleitf] äche	I!	18:	Prallscheibe
Il	3:	Zone	Il	19:	Ringkonstrulrtion
Il	4:	Neigungswinkel	Π	20:	Rad
Il	5:	Drehrichtung	I!	21:	Systemträger
Il	6:	Radius	Il	22:	Drehgestell
11	7:	Zentriwinkel	It	23:	Drehachse
it	8·:	gekrümmte Parallelfläche	■ ti	24:	Keil
H	9:	gebogener Keil	Il	25	Frontfläche
Il	10:	ebene Parallelfläche	!I	26:	Rückwand
π	11 :	King	I!	27:	Stabilisierung
π	12:	axiale Höhe	Il	28:	Speichen
Il	13:	Zulaufdurchmesser-Öffnung	Il	29:	ebene Gleitfläche
11	H:	RRT nach Fig. 1	Il	30:	Spalt
11	15:	Welle	11	31:	T ur bir.end urch-
Il	16:.	Einspeisgetriebe			messer

ßi.chst'"'.he A: Pumct mit k^;'rzestem Abstand zwischen Gleitfläche unG Drehachse

E; Punkt mit lengtem Abstand zwischen Gleitfläche und Drer.achse

- Leerseite,,-

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Claims

Dipi.-Ing. (IPE) Elmar Putz.j'.H.^yogliHai^rs^ri "7" 8380 j>.ndau

Patentansprüche zu Reaktions-Radial-Turbine C=RRT₁;

/1.)Reaktions-Radial-Turbine bestehend" aus einer ebenen Scheibe, mehreren gekrümmten GIe it flächen, die in axialer Richtung; parallel zur Drehachse sind, aus einem ebenen Ring, der lie Gleitflächen abdeckt und.stabilisiert und ε us einer Drehachse die euf, der Zulauföffnung gegenüberliegenden Seite mit der Scheibe im Zentrum fest verbunden, ist, dadurch gekennzeichnet,

daL die mit der Scheibe (1) in der Zone (3) fest verbundenen Gleitflächen (2), in der Drehrichtung (5) zur Drehachse·(23) um den Neigungswinkel (4-) gneigt sind, der zwischen 30 und SG Grad liegen kann,

daß die Gleitflächen (2) axial parallel zur Drehachse (53) sind und alle die gleiche axiale Höhe (12) aufweisen, da^ die Gleitflächen (2) im Abstsnd der axialen Höhe (1?) mit einem Ring (11) fest verbunden sind und dabei abgedeckt werden, daß die Krümmung der Gleitflächen (2) nach folgender >;'ethode (Fig.2) ermittelt wird: Der Zentriwinkel (7) und die radiale Breite der Zone (3) werden in eine beliebige AnZ=¹M (greifer ?ls 3) von gleichen Teilen graphisch oder mathematisch serlert. Die jeweiligen Schnittpunkte der Teile, beginrend bei Punkt A in aufsteigender Reihenfolge bis Punkt B, ergeben jeweils eir^si-Punkt der Gleitfläche (2).

• daS die Summe aller Austrittsflächen, eine gebildet aus der radialer. Breite der Zone (3) und aus der axialen Hi."he (12), gleich oder kleiner ist als die sich aus dem Zulaufdurchmesse: (13) ergebend^Kreisfläche.
2. RR¹T nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet und in Figur 3 dargestellt,

dais zur vorauslaufenden Gleitfläche durch Punkt A eine gekrümmte Parellelfläche (S) eingebaut wird und somit ein gebogener Keil (9) entsteht, der für das Medium verschlossen ist.
3· RRT nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet und in Figur 4 dargestellt,

daß cie Punkte A und E mit einer ebenen Fläche verbunder, werie·- und die gekrümmte Gleitfläche ersetzen.

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4. RRT nach'Anspruch 1 ua&-3-.iand*.ih.*3'Igü*r.*5 dargestellt, d. g. daio zur vorauslaufenden ebenen Gleitfläche durch Punkt A eine eberie Parallelfläche (10) eingebaut wird und somit ein Keil (24) entsteht, dex. für das Medium verschlossen ist.
5. Verwendung einer RRT nach Anspruch 1 bis 4 als Windturbine, dadurch gekennzeichnet und in Figur 6 dargestellt, daß abweichend von Anspruch 1 mit 4 ciie Scheibe (1) geteilt wird und durch eine kreisrunde, feststehende Prallscheibe (18) in der Größe der Zulauföffnung (13) und durch eine Ringkon-.struktion_ (19) in der Größe der Zone (3) ersetzt wird, daß die Ringkonstruktion (19), zusammen mit Gleitflächen (2) und Ring (11), an einem Rad (20) befestigt ist, welches seinerseits am Systemträger (21) drehbar befestigt· ist, daß der Systemträger (21) mit der Prallscheibe (18) fest verbunden ist und zusammen mit weiteren statischen Bauteilen mit dem Drehgestell (22) fest verbunden ist, daß das Drehgestell (22) um 360 Grad horizontal drehbar ist.
6. Verwendung einer RRT nach Anspruch 1 bis 4 als Windturbine, dadurch gekennzeichnet und in Figur 7 dargestellt, daß abweichend von Anspruch 1 mit 4 die Drehachse (23) bis zur Ebene des Ringes (11) verlängert ist, daß der Ring (11) an der Drehachse stabilisiert (27)ist, daß der zentrale Bereich der Scheibe (1) in der Größe der Zulauföffnung (13) mit Speichen (28) ausgebildet ist, daß die RRT zwischen einer, zu seiner Drehebene parallelen Frontfläche (25) und ebenfalls zur Drehebene parallelen Rückwand (26) in kürzest möglichen axialem Abstand läuft, daß die Frontfläche (25) eine zur Zulauföfinung (13) deckungsgleiche Öffnung hat,

dau die Rückwand (26) winddicht ist und zur Lagerung und dre-hbar-''Π Befestigung der Drehachse (23) geeignet ist, daß Frontfläche (25) und Rückwand (26) mindestens den Turbinendurchmesser (31) aufweisen, - daß alle Bauteile auf einem Drehgestell montiert sind, welches •um 360 Grad horizontal drehbar ist·

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7. Verwendung eiier RRT üiAch Anspruch 1 bis ^^vAntrietshilfe für

Fahrzeug·?, dadurch gekennzeichnet und in Figur 8 dargestellt, dab an der Frontfläche eines Fahrzeugs im Bereich des stärksten Luftwiderstands eine oder mehrere RRT angebracht sind,

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deren l/rehenergie in eiwtelj.We!ü.e.J,1 5/.^u.sfinmengefaßt wird, daß die Welle (15) ein Einspeisgetriebe (16) antreibt, daß das Einspeisgetriebe (16) mit einem Freilauf ausgestattet ist, welcher ein schnelleres Drehen der Antriebswelle (17) wie der Welle (15) zuläßt,

daß das Einspeisgetriebe (16) mit einer automatischen Kupplung ausgerüstet ist, welche beim Bremsen, bei Schub und bei Betätigung der Fahrzeugkupplung die Turbinen feigibt.

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