专利名称：水轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及水轮，优选地带有水平轮毂的下部冲击的(Unterschlachtig)或中部冲击的(mittelschlachtig)水轮，其中，沿着轮周(Radumfang)，设置有用于将水流的动能和必要时还有势能转换成水轮的旋转运动的桨叶组件(Schaufelanordrumg)，其中，桨叶组件包括至少两个叶片，并且叶片具有不同的大小。
背景技术：
长期以来都在使用水轮。这种水轮尤其应用于磨坊(MUhle)和锻造厂 (Hammerwerk)的力供给。不仅下部冲击的而且上部冲击的水轮仅设立用于相对小的转速， 并且水轮的能量利用不完善。因此，当通过不同结构类型的涡轮的开发可获得高的效率和还有高的转速(这进一步使得电流的产生也在经济上有意义)时，这种水轮的技术改进很大程度上已到尽头。然而，存在对小动力装置(Kleinkraftwerk)的持久的且还上升的需求，该小动力装置在仅略微接合到自然的水漕(Wasserlauf)中时使发电(Mromerzeugung)成为可能， 使得目前水轮的进一步开发再次变得有意义。大多数情况，已知的下部冲击的或中部冲击的水轮具有一体的连贯的桨叶，该桨叶然而在流动关系方面是不利的。在桨叶浸入到水流中时和也在桨叶从水流离开时，可导致能量损失，其中，水体积无用地被挤出或抬起。由此，效率明显降低，并且可达到的转速也较小。当连贯的桨叶朝向水轮的轮毂闭合时，在水流出时附加地还导致吸引效应 (Sogwirkung)，这还继续阻碍水轮。为了克服该缺点，通过文件AT 503 184 Al提出，桨叶组件各包括外部的和至少一个内部的叶片，并且内部的叶片从轮周向内且朝向水流的流动方向放置。实践表明，尽管有之前提及的水轮的所给出的优点，但效率还不是最佳。在现有技术中，冲击到桨叶组件上的水流仅将其动能的一部分传递到水轮上，而水流的一部分经过桨叶组件的薄片，而没有给出它的动能。
发明内容
因此，本发明的目的为提供一种水轮，其具有比目前的水轮更高的效率。根据本发明，该目的由此实现，S卩，与桨叶组件的其它的内部的叶片相比，最外部的叶片具有更大的桨叶深度。可从权利要求书、说明书和附图中得出另外的特征。另外的有利的特征为，桨叶组件的内部的叶片具有从轮周向内增加的桨叶深度， 桨叶组件的叶片从轮周向内且朝向水流的流动方向放置，并且桨叶组件构造成向内逐渐变细。有利地，叶片相应地彼此以向内逐渐变细的间距布置。优选地，每个叶片弯曲，其中，凸状的拱形指向水轮的旋转方向。另外的特征为，设有最大桨叶深度的最外部的叶片具有至少两倍水流深度的桨叶深度。最外部的叶片的内端可布置在朝向水轮的轮毂的方向上。替代地，最外部的叶片的最外端的内端可朝向水的流动方向倾斜，并且因此避开(abbiegen)径向方向。在叶片的外端处的切线具有与在轮周处的切线优选地成45° +5°的角度。此外，水轮的特征在于，处于内部的叶片和必要时还有最外部的叶片具有翼型状的(tragflilgelartig)横截面轮廓， 并且如此地布置，使得在邻近的叶片之间形成用于水的逐渐变细的流通道。水力装置可由此构造，即该水力装置具有带有这些特征中的至少一些的至少一个水轮。带有水平轮毂的水轮的布置意味着，在竖立的轮侧面(Radwange)之间的各个叶片也处于大致水平，尽管在本发明的范围内叶片也可倾斜于轮侧面或者具有偏离于直线的形状。相应外部的叶片为布置在最接近轮周处或直接在轮周处的那些。内部的叶片为具有到轮毂的更小的或最小的径向间距的那些。相应提及的水深度为水流的这样的深度，S卩，该深度允许水轮的最佳的工作并且对于该深度设计水轮。水轮的通过本发明所引起的高的旋转速度在后部水(Hinterwasser)中允许水轮的更高的浸入深度。以相同的尺寸，当轮浸入得更深时，水的下落高度在轮的入口中增加。安静(ruhig)的运转性能(Laufverhalten)可通过以下方式实现，即，分割在轮侧面之间的中间空间并且在其间安装置于圆周处的相应变短的薄片。因此，水轮也可具有特征，即，该水轮通过将两个水轮组装成带有三个轮侧面的唯一的水轮而形成，并且两个水轮半边OVasserradhSlfte)的桨叶组件在其旋转位置(Drehlage)中彼此相错。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时，根据本发明的水轮的使用当然也可以是有意义的。下面根据实施例进一步描述本发明。
图1显示了通过水力装置的剖面，而图2显示了根据图1的线II-II的剖面。图3 显示了该水力装置的俯视图。图4示意性显示了在水轮处的流动关系，而图5显示了在水轮的轮侧面之间的叶片的布置的示意图。图6和7详细地显示了对于桨叶组件的叶片的布置的两个示例。
具体实施例方式在图1至3中示意性示出了动力装置。水流在流动方向1的方向上流到水进入通道2中，水进入通道2具有沉淀池3。设置有溢流通道4，以便容纳过量的水或借助于堰坝 (Wehr) (8,9)在水轮5处旁引(vorbeilenken)全部的水流。在本示例中，两个水轮相邻布置。然而也可仅设置有唯一的水轮或相邻地设置有多个水轮。在相应的轮侧面12之间的桨叶组件15仅示意性通过直线来表示。水道以已知的方式具有加速区段6，加速区段6更喜欢在水入口处底部的升高部和水漕的接下来的下落区段，并且用来提高流动速度以及产生限定的水流。图3显示了该动力装置的示意性的俯视图，其中，所属的堰坝8、9仅示意性示出。在图4中示意性示出水漕，其中，流动区段的高度关系以及斜率不按比例示出。水流在水进入通道中具有入口水深度he，入口水深度he沿着加速区段6而减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轮上。在每个水轮中存在对于水轮的工作为最佳并且水轮的尺寸所适于的水流深度。在通过水轮后，水通过水出口 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，由于水轮在旋转方向11中绕旋转轴线18和轮毂21的旋转运动，通常引起流出的水的积聚，由此，出口水深度ha也可比水流深度h更大，如以虚线的方式用ha'所表示的那样。在图1和4中所表示的堰坝9限制水流深度，并且优选地为了该目的在高度上可调节。在堰坝9的完全下沉时，水入口被封锁，据此例如水轮可处于干燥状态 (trockenliegen)且可维修。图5示意性地且局部(abgebrochen)地显示了通过根据本发明的水轮的横截面， 如它与流入的水流7如何共同起作用。该轮仅在其轮周22的较小部分上示出，并且从沿着水轮的整个圆周布置的桨叶组件15中仅显示在图中与水接触的五个桨叶组件。每个桨叶组件15具有最外部的叶片13，其具有比其它叶片14、16和17更大的桨叶深度23(见图6)。内部的叶片14、16和17的数目可与实际相匹配，其中，可设置有至少一个或多个内部的叶片。指向轮毂21的线19仅为结构上的辅助线并且在该实施例中表明了最外部的叶片13朝向水轮的轮毂21的方向的取向。作为变体也可有利的是，最外部的叶片13的内缘设计成朝向流入方向1倾斜，(在图6中以虚线表示)，使得内部的叶片14、16和17的内缘到最外部的叶片13的间距可与流动条件相匹配。向内所有的桨叶组件是开放的，使得避免封闭的腔室，其可能以不利的方式容纳水并且阻碍水的流走。轮侧面12可构造成完整的面，在这些面之间有桨叶组件。然而也可设置有其它的侧面结构，例如支撑结构(Strebenkonstruktion)，其侧向上不完全封闭。另一实施形式也可为，在轮毂22上设置有仅仅一个当中的轮侧面，轮组件向外延伸到其两侧。图6和7以放大的图示显示了在两个变体中在桨叶组件内叶片的布置。根据图6，由相同强度的材料件制成的所有的叶片13、14、16、17弯曲，其中，凸状的拱形指向旋转方向11。在图6中还以流线20表示了流动的水的流动过程。通过相应邻近的薄片的弯曲的构造以及由此产生的变窄，在流动通过薄片组件后，产生流入的水的紊流，紊流防止水在最外部的叶片13的整个桨叶深度上的高流动(Hochstroemen)。由此确保，流动的水的所有动能转换成水轮的旋转运动。此外确保，流入的水可以以最短的路径再次从桨叶组件中流出，并且因此不妨碍旋转运动。为了获得根据本发明的效果，原理上仅第一处于内部的叶片14为必要的。然而， 附加的处于内部的叶片16和17可增强该效果。图7在根据图6的图示中显示了另一实施形式，其中，处于内部的叶片14、16和 17翼型状地成型(profilieren)。在此处，在彼此相邻近的薄片之间还产生变窄的流动通道，其带有在水流过之后的所期望的紊流效果以及在桨叶组件从水流中抬起时水的快速流出的效果。最外部的叶片13也可具有这样的翼型状的轮廓，如图7的内部的叶片14、16、17。 在相应位于外部的边缘M处，薄片与在轮周22处的切线成大约45°的角α，如在图6中借助于辅助线所表示的那样。有利地，角度范围为45° 士5°。
根据本发明的桨叶组件的效果尤其由此突出，S卩，水的流动速度几乎无损失地转换成水轮的圆周速度并且由此转换成高的转动速度。因此，这样的水轮可能量效率高地且附加地也还成本较低地制造。最外部的叶片13的桨叶深度23取决于流入的水的水深度。深度优选为水高度he 的至少两倍，并且无论如何必须如此地大，即流动的水不可在最外部的叶片的内缘上溢流。根据本发明的桨叶组件还具有如下优点，在实际的水位超出或低于最佳水位的线时，也确保水的有效的使用和恒定的效率。通过带有大的桨叶深度23的最外部的叶片13 确保，水不可以未加利用地流动通过水轮。流入的水首先填充最外部的叶片，这是因为最外部的叶片还作为第一叶片而浸入到水中。流入的水在叶片之间升高，并且在叶片内端的区域中流入的水成紊流，并且朝向流动方向转向。由此，在薄片之间另外流入的水受抑制 (bremsen)，使得流动能量传递到水轮上。由此获得另一效果，即，在叶片的高流动的水流与从内向外流动的水之间那里存在的空气被封锁并且受压缩。这有助于提高水轮的寿命，并且以有利的方式，空气中的氧被增强地引入到水中。对于桨叶组件的小的结构形状，叶片的稳定性可以是必要的。这例如可利用在叶片之间的在此处没有示出的支撑件(Verstrebimg)来实现，其中，支撑件的数目可根据要求来选择。用于水轮的优选的材料为钢。然而，水轮的部件也可以由铝合金、木材和塑料制成。附图标记清单1.流动方向
2.水进入通道
3.沉淀池
4.溢流通道
5.水轮
6.加速区段
7.水
8.堰坝
9.堰坝
10水出口
11旋转方向
12轮侧面
13最外部的叶片
14薄片
15桨叶组件
16薄片
17薄片
18旋转轴线
19线
20流线
21.轮毂22.轮周23.桨叶深度24.边缘he入口水深度h水流深度ha, ha'出口水深度X'下部的点α 角度。
权利要求
1.一种水轮，优选地带有水平轮毂的下部冲击的或中部冲击的水轮，其中，沿着轮周(22)，设置有用于将水流的动能和必要时还有势能转换成所述水轮的旋转运动的桨叶组件(15)，其中，所述桨叶组件(15)包括至少两个叶片，而所述叶片具有不同的大小，其特征在于，与所述桨叶组件的其它内部的叶片(14，16，17)相比，最外部的叶片(13)具有更大的桨叶深度03)。
2.根据权利要求1所述的水轮，其特征在于，桨叶组件(1 的所述内部的叶片具有从所述轮周02)向内增加的桨叶深度03)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的水轮，其特征在于，桨叶组件(1 的叶片(13， 14，16，17)从所述轮周02)向内且朝向水流的流动方向放置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的水轮，其特征在于，所述桨叶组件(15)构造成向内逐渐变细。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的水轮，其特征在于，所述叶片(13，14，16，17)相应地彼此以向内逐渐变细的间距布置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的水轮，其特征在于，每个叶片(13，14，16，17)弯曲，其中，凸状的拱形指向所述水轮的旋转方向(11)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的水轮，其特征在于，设有最大桨叶深度03)的所述最外部的叶片(1 具有至少两倍水流深度(h)的桨叶深度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的水轮，其特征在于，所述最外部的叶片(13)的内端布置在朝向所述水轮的轮毂的方向上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的水轮，其特征在于，所述最外部的叶片(13)的最外端的内端朝向水的流动方向(1)倾斜，并且因此避开径向取向。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的水轮，其特征在于，在所述叶片的外端04)处的切线具有与在所述轮周02)处的切线成45° +5°的角度(α)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的水轮，其特征在于，处于内部的所述叶片 (14，16，17)和必要时还有所述最外部的叶片(13)具有翼型状的横截面轮廓，并且如此地布置，使得在邻近的所述叶片(13，14，16，17)之间形成用于水的逐渐变细的流通道。
12.—种水力装置，其特征在于，所述水力装置具有根据权利要求1至11中任一项所述的一个或多个水轮。
全文摘要
本发明涉及水轮，优选地带有水平轮毂(21)的下部冲击的或中部冲击的水轮，其中，沿着轮周(22)，设置有用于将水流的动能和必要时还有势能转换成水轮的旋转运动的桨叶组件(15)，其中，桨叶组件(15)包括至少两个叶片，而叶片具有不同的大小，其特征在于，与桨叶组件的其它内部的叶片(14，16，17)相比，最外部的叶片(13)具有更大的桨叶深度(23)。此外，本发明涉及带有一个或多个这种水轮的水力装置。
文档编号F03B7/00GK102369351SQ201080009726
公开日2012年3月7日 申请日期2010年2月24日 优先权日2009年2月25日
发明者赫尔曼·里格鲍尔 申请人:赫尔曼·里格鲍尔