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Die Funktionsweise der Strahlenturbine Im Gegensatz zu den herkömmlichen Turbinentypen ist die Strahlenturbine als energetisch offe- nes System konzipiert, das aus zwei völlig unabhängigen Laufrädern besteht, die ihre eigenen Wellen auf der gleichen Senkrechten haben. Das innere Laufrad ist mit exzentrisch angeordneten und nach außen gerichteten Düsen ausge- . stattet, deren Achsen rechtwinklig zu den gegenüberliegenden Druckflächen ausgerichtet sind. Gemäß Newtons drittem Gesetz von Wirkung und Gegenwirkung wird das Düsenlaufrad 1 durch die Aktion des Triebwassers auf die Druckflächen in Bewegung gesetzt, und die Wasserstrahlen werden durch die Düsenöffnungen in Gegenrichtung nach außen geschleudert. Die Austrittsgeschwindigkeit der Wasserstrahlen ist: v = α ( 2 g h ) 0.5. Die Drehzahl des inne- ren Laufrads bleibt unter dem theoretischen Wert n = v / (2 π b), weil es auch die austretenden Wasserstrahlen in Drehung versetzt. Seine hydraulische Leistung hat, so wie eine übliche Über- druckturbine, den Wert: P1 = η1 × g × Q × h (η1 = hydr. Wirkungsgrad des inneren Systems). Zusätzlich wird die aktive Kraft der Wasserstrahlen, die aus dem inneren System hinausfliegen, bei der Strahlenturbine ebenfalls genutzt, um das äußere Schaufellaufrad 3 anzutreiben. Also ist hier der Energieerhaltungssatz sowohl auf die Arbeit der reaktiven Kraft, als auch auf die der aktiven Kraft der Wasserstrahlen anzuwenden. Wie schon beschrieben, versetzt das innere Laufrad 1 die austretenden Wasserstrahlen auch in Drehung, wodurch sich deren resultierende Geschwindigkeit vr beträchtlich erhöht. Somit beträgt die hydraulische Leistung des äußere Schaufellaufrades: P2 = η2 × g × Q × vr2 / 2g, wobei η2 den hydraulischen Wirkungsgrad des äußeren Systems darstellt. Die Schaufeln weisen im senkrechten Schnitt eine sehr starke Krümmung auf (s. Bild unten). Die Wasserstrahlen treffen fast tangential auf den oberen Bereich der Schaufeln und werden an- schließend beinahe um 180° umgelenkt. Durch diesen Vorgang, ähnlich wie bei einer Pelton - Turbine, überträgt das Wasser praktisch seine gesamte Energie auf das Schaufellaufrad und fließt dann nach unten ab. The Functioning of the Waterjet Turbine In contrast to the conventional turbine types the waterjet turbine is conceived as an energetic open system, which consists of two completely independent runners that have their own axles on the same vertical line. The inner runner is equipped with eccentrically disposed and outwardly directed nozzles, who- se axes are adjusted perpendicularly to the opposing push-surfaces. In concordance with Newton’s third law of action and reaction the nozzle runner 1 is set in mo- tion by the pressure of the drive-water on the push-surfaces, and the water jets are thrown out through the nozzle openings in the opposed direction. The exitting speed of the water jets is: v = α ( 2 g h ) 0.5. The rotation speed of the inner runner remains beneath the theoretic value n = v / (2 π b), because the runner sets the out-flowing water jets in a rotary motion too. Its hydraulic power has - like an usual reaction turbine - the effective value of: P1 = η1 × g × Q × h (η1 = hydraulic efficiency of the inner system). Additionally the active force of the water jets, which are flying out of the inner system, is used as well by the waterjet turbine to propel the independent outer blade runner 3. Thus the law of energy conservation has to be applied here not only on the work of the reactive force, but also on that of the active force of the water jets. As already described, the inner runner 1 sets the out-flowing water jets also in a rotary motion, and this way their resultant velocity vr is increased considerably. Therewith the outer blade runner produces a hydraulic power of: P2 = η2 × g × Q × vr2 / 2g, where η2 represents the hydraulic efficiency of the outer system. The runner blades show a very strong curvature in the vertical section (see the picture below). The water jets hit the upper part of the blades almost tangentially and are subsequently turned round nearly 180°. Through this process, similarly to that of a Pelton-Turbine, the water trans- fers practically its whole energy to the blade runner and thereupon it flows off. |
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