專利名稱：水輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水輪，優(yōu)選地帶有水平輪轂的下部沖擊的(Unterschlachtig)或中部沖擊的(mittelschlachtig)水輪，其中，沿著輪周(Radumfang)，設(shè)置有用于將水流的動能和必要時還有勢能轉(zhuǎn)換成水輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的槳葉組件(Schaufelanordrumg)，其中，槳葉組件包括至少兩個葉片，并且葉片具有不同的大小。
背景技術(shù)：
長期以來都在使用水輪。這種水輪尤其應(yīng)用于磨坊(MUhle)和鍛造廠 (Hammerwerk)的力供給。不僅下部沖擊的而且上部沖擊的水輪僅設(shè)立用于相對小的轉(zhuǎn)速， 并且水輪的能量利用不完善。因此，當(dāng)通過不同結(jié)構(gòu)類型的渦輪的開發(fā)可獲得高的效率和還有高的轉(zhuǎn)速(這進(jìn)一步使得電流的產(chǎn)生也在經(jīng)濟(jì)上有意義)時，這種水輪的技術(shù)改進(jìn)很大程度上已到盡頭。然而，存在對小動力裝置(Kleinkraftwerk)的持久的且還上升的需求，該小動力裝置在僅略微接合到自然的水漕(Wasserlauf)中時使發(fā)電(Mromerzeugung)成為可能， 使得目前水輪的進(jìn)一步開發(fā)再次變得有意義。大多數(shù)情況，已知的下部沖擊的或中部沖擊的水輪具有一體的連貫的槳葉，該槳葉然而在流動關(guān)系方面是不利的。在槳葉浸入到水流中時和也在槳葉從水流離開時，可導(dǎo)致能量損失，其中，水體積無用地被擠出或抬起。由此，效率明顯降低，并且可達(dá)到的轉(zhuǎn)速也較小。當(dāng)連貫的槳葉朝向水輪的輪轂閉合時，在水流出時附加地還導(dǎo)致吸引效應(yīng) (Sogwirkung)，這還繼續(xù)阻礙水輪。為了克服該缺點(diǎn)，通過文件AT 503 184 Al提出，槳葉組件各包括外部的和至少一個內(nèi)部的葉片，并且內(nèi)部的葉片從輪周向內(nèi)且朝向水流的流動方向放置。實(shí)踐表明，盡管有之前提及的水輪的所給出的優(yōu)點(diǎn)，但效率還不是最佳。在現(xiàn)有技術(shù)中，沖擊到槳葉組件上的水流僅將其動能的一部分傳遞到水輪上，而水流的一部分經(jīng)過槳葉組件的薄片，而沒有給出它的動能。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的為提供一種水輪，其具有比目前的水輪更高的效率。根據(jù)本發(fā)明，該目的由此實(shí)現(xiàn)，S卩，與槳葉組件的其它的內(nèi)部的葉片相比，最外部的葉片具有更大的槳葉深度?？蓮臋?quán)利要求書、說明書和附圖中得出另外的特征。另外的有利的特征為，槳葉組件的內(nèi)部的葉片具有從輪周向內(nèi)增加的槳葉深度， 槳葉組件的葉片從輪周向內(nèi)且朝向水流的流動方向放置，并且槳葉組件構(gòu)造成向內(nèi)逐漸變細(xì)。有利地，葉片相應(yīng)地彼此以向內(nèi)逐漸變細(xì)的間距布置。優(yōu)選地，每個葉片彎曲，其中，凸?fàn)畹墓靶沃赶蛩喌男D(zhuǎn)方向。另外的特征為，設(shè)有最大槳葉深度的最外部的葉片具有至少兩倍水流深度的槳葉深度。最外部的葉片的內(nèi)端可布置在朝向水輪的輪轂的方向上。替代地，最外部的葉片的最外端的內(nèi)端可朝向水的流動方向傾斜，并且因此避開(abbiegen)徑向方向。在葉片的外端處的切線具有與在輪周處的切線優(yōu)選地成45° +5°的角度。此外，水輪的特征在于，處于內(nèi)部的葉片和必要時還有最外部的葉片具有翼型狀的(tragflilgelartig)橫截面輪廓， 并且如此地布置，使得在鄰近的葉片之間形成用于水的逐漸變細(xì)的流通道。水力裝置可由此構(gòu)造，即該水力裝置具有帶有這些特征中的至少一些的至少一個水輪。帶有水平輪轂的水輪的布置意味著，在豎立的輪側(cè)面(Radwange)之間的各個葉片也處于大致水平，盡管在本發(fā)明的范圍內(nèi)葉片也可傾斜于輪側(cè)面或者具有偏離于直線的形狀。相應(yīng)外部的葉片為布置在最接近輪周處或直接在輪周處的那些。內(nèi)部的葉片為具有到輪轂的更小的或最小的徑向間距的那些。相應(yīng)提及的水深度為水流的這樣的深度，S卩，該深度允許水輪的最佳的工作并且對于該深度設(shè)計水輪。水輪的通過本發(fā)明所引起的高的旋轉(zhuǎn)速度在后部水(Hinterwasser)中允許水輪的更高的浸入深度。以相同的尺寸，當(dāng)輪浸入得更深時，水的下落高度在輪的入口中增加。安靜(ruhig)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能(Laufverhalten)可通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即，分割在輪側(cè)面之間的中間空間并且在其間安裝置于圓周處的相應(yīng)變短的薄片。因此，水輪也可具有特征，即，該水輪通過將兩個水輪組裝成帶有三個輪側(cè)面的唯一的水輪而形成，并且兩個水輪半邊OVasserradhSlfte)的槳葉組件在其旋轉(zhuǎn)位置(Drehlage)中彼此相錯。在不存在最佳的水流深度、而存在太小或有些太大的水深度時，根據(jù)本發(fā)明的水輪的使用當(dāng)然也可以是有意義的。下面根據(jù)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。


圖1顯示了通過水力裝置的剖面，而圖2顯示了根據(jù)圖1的線II-II的剖面。圖3 顯示了該水力裝置的俯視圖。圖4示意性顯示了在水輪處的流動關(guān)系，而圖5顯示了在水輪的輪側(cè)面之間的葉片的布置的示意圖。圖6和7詳細(xì)地顯示了對于槳葉組件的葉片的布置的兩個示例。
具體實(shí)施例方式在圖1至3中示意性示出了動力裝置。水流在流動方向1的方向上流到水進(jìn)入通道2中，水進(jìn)入通道2具有沉淀池3。設(shè)置有溢流通道4，以便容納過量的水或借助于堰壩 (Wehr) (8,9)在水輪5處旁引(vorbeilenken)全部的水流。在本示例中，兩個水輪相鄰布置。然而也可僅設(shè)置有唯一的水輪或相鄰地設(shè)置有多個水輪。在相應(yīng)的輪側(cè)面12之間的槳葉組件15僅示意性通過直線來表示。水道以已知的方式具有加速區(qū)段6，加速區(qū)段6更喜歡在水入口處底部的升高部和水漕的接下來的下落區(qū)段，并且用來提高流動速度以及產(chǎn)生限定的水流。圖3顯示了該動力裝置的示意性的俯視圖，其中，所屬的堰壩8、9僅示意性示出。在圖4中示意性示出水漕，其中，流動區(qū)段的高度關(guān)系以及斜率不按比例示出。水流在水進(jìn)入通道中具有入口水深度he，入口水深度he沿著加速區(qū)段6而減小并且得出水流深度h，水流深度h表示有效的水流，有效的水流施加力到水輪上。在每個水輪中存在對于水輪的工作為最佳并且水輪的尺寸所適于的水流深度。在通過水輪后，水通過水出口 10流出，其中，有利的是，出口水深度ha不低于水流深度h。然而，由于水輪在旋轉(zhuǎn)方向11中繞旋轉(zhuǎn)軸線18和輪轂21的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通常引起流出的水的積聚，由此，出口水深度ha也可比水流深度h更大，如以虛線的方式用ha'所表示的那樣。在圖1和4中所表示的堰壩9限制水流深度，并且優(yōu)選地為了該目的在高度上可調(diào)節(jié)。在堰壩9的完全下沉?xí)r，水入口被封鎖，據(jù)此例如水輪可處于干燥狀態(tài) (trockenliegen)且可維修。圖5示意性地且局部(abgebrochen)地顯示了通過根據(jù)本發(fā)明的水輪的橫截面， 如它與流入的水流7如何共同起作用。該輪僅在其輪周22的較小部分上示出，并且從沿著水輪的整個圓周布置的槳葉組件15中僅顯示在圖中與水接觸的五個槳葉組件。每個槳葉組件15具有最外部的葉片13，其具有比其它葉片14、16和17更大的槳葉深度23(見圖6)。內(nèi)部的葉片14、16和17的數(shù)目可與實(shí)際相匹配，其中，可設(shè)置有至少一個或多個內(nèi)部的葉片。指向輪轂21的線19僅為結(jié)構(gòu)上的輔助線并且在該實(shí)施例中表明了最外部的葉片13朝向水輪的輪轂21的方向的取向。作為變體也可有利的是，最外部的葉片13的內(nèi)緣設(shè)計成朝向流入方向1傾斜，(在圖6中以虛線表示)，使得內(nèi)部的葉片14、16和17的內(nèi)緣到最外部的葉片13的間距可與流動條件相匹配。向內(nèi)所有的槳葉組件是開放的，使得避免封閉的腔室，其可能以不利的方式容納水并且阻礙水的流走。輪側(cè)面12可構(gòu)造成完整的面，在這些面之間有槳葉組件。然而也可設(shè)置有其它的側(cè)面結(jié)構(gòu)，例如支撐結(jié)構(gòu)(Strebenkonstruktion)，其側(cè)向上不完全封閉。另一實(shí)施形式也可為，在輪轂22上設(shè)置有僅僅一個當(dāng)中的輪側(cè)面，輪組件向外延伸到其兩側(cè)。圖6和7以放大的圖示顯示了在兩個變體中在槳葉組件內(nèi)葉片的布置。根據(jù)圖6，由相同強(qiáng)度的材料件制成的所有的葉片13、14、16、17彎曲，其中，凸?fàn)畹墓靶沃赶蛐D(zhuǎn)方向11。在圖6中還以流線20表示了流動的水的流動過程。通過相應(yīng)鄰近的薄片的彎曲的構(gòu)造以及由此產(chǎn)生的變窄，在流動通過薄片組件后，產(chǎn)生流入的水的紊流，紊流防止水在最外部的葉片13的整個槳葉深度上的高流動(Hochstroemen)。由此確保，流動的水的所有動能轉(zhuǎn)換成水輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。此外確保，流入的水可以以最短的路徑再次從槳葉組件中流出，并且因此不妨礙旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。為了獲得根據(jù)本發(fā)明的效果，原理上僅第一處于內(nèi)部的葉片14為必要的。然而， 附加的處于內(nèi)部的葉片16和17可增強(qiáng)該效果。圖7在根據(jù)圖6的圖示中顯示了另一實(shí)施形式，其中，處于內(nèi)部的葉片14、16和 17翼型狀地成型(profilieren)。在此處，在彼此相鄰近的薄片之間還產(chǎn)生變窄的流動通道，其帶有在水流過之后的所期望的紊流效果以及在槳葉組件從水流中抬起時水的快速流出的效果。最外部的葉片13也可具有這樣的翼型狀的輪廓，如圖7的內(nèi)部的葉片14、16、17。 在相應(yīng)位于外部的邊緣M處，薄片與在輪周22處的切線成大約45°的角α，如在圖6中借助于輔助線所表示的那樣。有利地，角度范圍為45° 士5°。
根據(jù)本發(fā)明的槳葉組件的效果尤其由此突出，S卩，水的流動速度幾乎無損失地轉(zhuǎn)換成水輪的圓周速度并且由此轉(zhuǎn)換成高的轉(zhuǎn)動速度。因此，這樣的水輪可能量效率高地且附加地也還成本較低地制造。最外部的葉片13的槳葉深度23取決于流入的水的水深度。深度優(yōu)選為水高度he 的至少兩倍，并且無論如何必須如此地大，即流動的水不可在最外部的葉片的內(nèi)緣上溢流。根據(jù)本發(fā)明的槳葉組件還具有如下優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際的水位超出或低于最佳水位的線時，也確保水的有效的使用和恒定的效率。通過帶有大的槳葉深度23的最外部的葉片13 確保，水不可以未加利用地流動通過水輪。流入的水首先填充最外部的葉片，這是因為最外部的葉片還作為第一葉片而浸入到水中。流入的水在葉片之間升高，并且在葉片內(nèi)端的區(qū)域中流入的水成紊流，并且朝向流動方向轉(zhuǎn)向。由此，在薄片之間另外流入的水受抑制 (bremsen)，使得流動能量傳遞到水輪上。由此獲得另一效果，即，在葉片的高流動的水流與從內(nèi)向外流動的水之間那里存在的空氣被封鎖并且受壓縮。這有助于提高水輪的壽命，并且以有利的方式，空氣中的氧被增強(qiáng)地引入到水中。對于槳葉組件的小的結(jié)構(gòu)形狀，葉片的穩(wěn)定性可以是必要的。這例如可利用在葉片之間的在此處沒有示出的支撐件(Verstrebimg)來實(shí)現(xiàn)，其中，支撐件的數(shù)目可根據(jù)要求來選擇。用于水輪的優(yōu)選的材料為鋼。然而，水輪的部件也可以由鋁合金、木材和塑料制成。附圖標(biāo)記清單1.流動方向
2.水進(jìn)入通道
3.沉淀池
4.溢流通道
5.水輪
6.加速區(qū)段
7.水
8.堰壩
9.堰壩
10水出口
11旋轉(zhuǎn)方向
12輪側(cè)面
13最外部的葉片
14薄片
15槳葉組件
16薄片
17薄片
18旋轉(zhuǎn)軸線
19線
20流線
21.輪轂22.輪周23.槳葉深度24.邊緣he入口水深度h水流深度ha, ha'出口水深度X'下部的點(diǎn)α 角度。
權(quán)利要求
1.一種水輪，優(yōu)選地帶有水平輪轂的下部沖擊的或中部沖擊的水輪，其中，沿著輪周(22)，設(shè)置有用于將水流的動能和必要時還有勢能轉(zhuǎn)換成所述水輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的槳葉組件(15)，其中，所述槳葉組件(15)包括至少兩個葉片，而所述葉片具有不同的大小，其特征在于，與所述槳葉組件的其它內(nèi)部的葉片(14，16，17)相比，最外部的葉片(13)具有更大的槳葉深度03)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪，其特征在于，槳葉組件(1 的所述內(nèi)部的葉片具有從所述輪周02)向內(nèi)增加的槳葉深度03)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的水輪，其特征在于，槳葉組件(1 的葉片(13， 14，16，17)從所述輪周02)向內(nèi)且朝向水流的流動方向放置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的水輪，其特征在于，所述槳葉組件(15)構(gòu)造成向內(nèi)逐漸變細(xì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的水輪，其特征在于，所述葉片(13，14，16，17)相應(yīng)地彼此以向內(nèi)逐漸變細(xì)的間距布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的水輪，其特征在于，每個葉片(13，14，16，17)彎曲，其中，凸?fàn)畹墓靶沃赶蛩鏊喌男D(zhuǎn)方向(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的水輪，其特征在于，設(shè)有最大槳葉深度03)的所述最外部的葉片(1 具有至少兩倍水流深度(h)的槳葉深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的水輪，其特征在于，所述最外部的葉片(13)的內(nèi)端布置在朝向所述水輪的輪轂的方向上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的水輪，其特征在于，所述最外部的葉片(13)的最外端的內(nèi)端朝向水的流動方向(1)傾斜，并且因此避開徑向取向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的水輪，其特征在于，在所述葉片的外端04)處的切線具有與在所述輪周02)處的切線成45° +5°的角度(α)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的水輪，其特征在于，處于內(nèi)部的所述葉片 (14，16，17)和必要時還有所述最外部的葉片(13)具有翼型狀的橫截面輪廓，并且如此地布置，使得在鄰近的所述葉片(13，14，16，17)之間形成用于水的逐漸變細(xì)的流通道。
12.—種水力裝置，其特征在于，所述水力裝置具有根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的一個或多個水輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及水輪，優(yōu)選地帶有水平輪轂(21)的下部沖擊的或中部沖擊的水輪，其中，沿著輪周(22)，設(shè)置有用于將水流的動能和必要時還有勢能轉(zhuǎn)換成水輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的槳葉組件(15)，其中，槳葉組件(15)包括至少兩個葉片，而葉片具有不同的大小，其特征在于，與槳葉組件的其它內(nèi)部的葉片(14，16，17)相比，最外部的葉片(13)具有更大的槳葉深度(23)。此外，本發(fā)明涉及帶有一個或多個這種水輪的水力裝置。
文檔編號F03B7/00GK102369351SQ201080009726
公開日2012年3月7日 申請日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者赫爾曼·里格鮑爾 申請人:赫爾曼·里格鮑爾