WO2011069615A1 - Turbine blade for a water turbine with bi-directional flow - Google Patents

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WO2011069615A1
WO2011069615A1 PCT/EP2010/007307 EP2010007307W WO2011069615A1 WO 2011069615 A1 WO2011069615 A1 WO 2011069615A1 EP 2010007307 W EP2010007307 W EP 2010007307W WO 2011069615 A1 WO2011069615 A1 WO 2011069615A1
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turbine blade
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overflow
eccentric
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Raphael Arlitt
Frank Biskup
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    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the invention relates to a bidirectionally flowable turbine blade, for a
  • Hydro turbine which is preferably used in a submerged power generation plant for the production of energy from a bidirectional flow of water.
  • two oppositely directed main flow directions such as at low tide and high tide in a tidal current, such may
  • Direction tracking can be realized by a folding or rotating device, which pivots the nacelle from a first to a second position.
  • the disadvantage is that for such a tracking mechanism massive rotary or hinged hinge systems must be used.
  • massive rotary or hinged hinge systems must be used.
  • Turbine blades realized by 180 ° on the hub, a device for
  • BEST ⁇ TtGUNGSKOPC As a further alternative to the creation of a bi-directionally approachable
  • Water turbine was proposed in WO 2006/125959 A1, as a profile contour for the turbine blades of a rotor-shaped water turbine a double
  • a first symmetry axis represents the chord line.
  • the profile is symmetrical to a center line defined as perpendicular to the chord at 50% of the chord length.
  • the result is a lenticular profile, which ensures identical profile contours for a bidirectional flow.
  • the disadvantage is that due to the double-selected symmetry for the profile contour compared to a one-sided flowed, curved profile results in a lower efficiency. Furthermore, there are disadvantages due to downstream flow separations and increased flow resistance of the turbine blades.
  • point-symmetrical profiles with a curvature are known from document US 2007/0231148 A1. These are characterized by a symmetry point, which lies at half the profile depth on the chord, so that the point-symmetrical skeleton line makes an S-beat.
  • the thickness distribution of the profile is chosen symmetrically to the center line.
  • the S-shaped profile improves the performance coefficients and reduces the thrust coefficients.
  • the invention has for its object to make a turbine blade so that a bidirectional flow is possible.
  • This turbine blade should be suitable for a propeller turbine of a diving
  • the invention is based on the known point-symmetrical profiles with an S-shaped skeleton line and a thickness distribution symmetrical to the center line of the profile.
  • This profile is now further developed in such a way that an overflow device is provided from a first profile side to a second profile side. Due to the point-symmetrical profile shape there is the risk of flow separation on the downstream profile parts for S-impact profiles. Furthermore, strong torsional forces act on a turbine blade with such a profile. By overflowing from the first to the second profile side in the middle part and / or the downstream side of the profile, it is possible to reduce the tendency to flow separation and to simplify the Turbinenblattaussteifung against twisting due to the reduced torsional forces constructive. Furthermore, the turbine blade profile substantially to the
  • Fluidic conditions are adapted without having to follow competing structural mechanical requirements in the design of the turbine blade.
  • elongate, slim profiles can be used, which lead to a high glide ratio.
  • fastenings of the turbine blade to the hub of the rotating unit must absorb reduced torques and can be simplified according to design and manufacturing technology.
  • the overflow device comprises a plurality of overflow channels whose orientation to the bidirectional
  • the overflow device is formed by a split blade profile.
  • the overflow device can be adaptive
  • Wall elements are either actively adjusted by an associated actuator or they are designed as passive, elastic components whose contour changes with the flow.
  • overflow channels can also be arranged outside the central region of the profile.
  • the closing of the overflow channels can be effected passively or actively.
  • Figure 1a shows a profile section along the line A-A of Figure 1b for a
  • Figure 1 b shows a partial section of a turbine blade in plan view for the
  • Figure 2a shows a profile section an alternative embodiment of
  • FIG. 2b shows a plan view of a partial section of a turbine blade with a profile according to FIG. 2a.
  • FIG. 3 a shows a further profile section according to the invention with off-center, passively controllable overflow channels.
  • FIG. 3b shows a plan view of a partial section of a turbine blade with a profile according to FIG. 3a.
  • 4a and 4b show a further embodiment of the invention with a paired and point-symmetrical arrangement of elastic elements for influencing the profile in the overflow device from the first profile side to the second profile side.
  • FIG. 5a and 5b show active, adaptive wall elements in FIG.
  • Overflow device in different positions for the first and the second direction of flow.
  • Figure 6 shows a prior art
  • a profile section corresponding to the state of the art and shown in FIG. 6 is considered first. Shown is a profile that is point-symmetrical to the symmetry point 27 is formed. Here, the symmetry point 27 is arranged at half the profile depth on the chord 20 and is therefore congruent to the intersection of the chord 20 with the center line 23, the latter being perpendicular to
  • Chord 20 is defined extending.
  • the symmetrical point 27 point-symmetrical applied skeleton line 32 has a curvature w on. Furthermore, the above-mentioned symmetry condition leads to a symmetrical profile distribution with respect to the center line 23.
  • Embodiments for bidirectionally flowable, point-symmetrical profiles are conceivable (not shown), for example a skeleton line with at least one
  • the profile is divided by the skeleton line 32, which leads to a first profile side 21 and a second profile side 22. Furthermore, through the center line 23 a
  • first profile half 24 extends from the first profile nose 30 to the center line 23 and the second profile half 25 in accordance with the
  • first inflow direction 28 starting from an effective flow, at least in the first profile half 24 on the first profile side 21, a suction effect and on the second profile side 22, a pressure effect.
  • a pressure belly is created which reduces the efficiency of the profile and further increases the torsional forces acting on the S-impact profile.
  • Direction of flow 29 is the pressure and suction-side assignment corresponding mirrored at the point of symmetry 27.
  • an overflow device 1 which is arranged in a point-symmetrical manner with respect to the symmetry point 27.
  • the overflow device 1 breaks through the profile in a central region 26, which is defined as that profile part, which ranges from 3/8 to 5/8 of the tread depth.
  • the overflow device 1 can, according to a first embodiment, extend longitudinally over the entire turbine blade 13, so that one over the entire
  • the overflow device 1 extends over a limited section of the longitudinal extension of the turbine blade 13
  • Embodiment is outlined in Figure 1 b, which is a plan view of the turbine blade 13 with the profile according to the invention shown in Figure 1a.
  • a plurality of overflow devices 1 can be provided along the turbine blade 13, which are separated from each other by the structure stability improving transverse webs. This is not shown in detail in the figures.
  • the effect of an inventive overflow device 1 for a point-symmetrical, bidirectionally flown S-impact profile is the following:
  • the main buoyancy effect is for the first direction of current flow 28 through the front profile part, i. the first profile half 24 causes. Accordingly, for an opposite energization direction, i. in the direction of the second Anstromungsraum 29, the essential effect of the profile through the second profile half 25, which is then upstream.
  • Overflow device 1 is an overflow from the pressure side to
  • Overflow device 1 led to the second profile half 25 of the first profile side 21 and there reduces the risk of flow separation on the one hand and the torsional moment on the turbine blade 13 to the other.
  • overflow 2 Shown is a variety of overflow 2, 2.1, 2.2, 2.n to Forming the overflow opening 1.
  • the individual overflow 2, 2.1, 2.2, 2.n over the longitudinal extent of the turbine blade 13 are arranged parallel and offset from each other.
  • Embodiments are also conceivable for which adjacent channels are oriented in an angular position or provided with branches.
  • Overflow 2 2.1, 2.2, 2.n be changed.
  • Figures 3a and 3b a further embodiment of the invention is shown.
  • the profile section C-C in FIG. 3 a shows a first off-center flow channel 5 and a second off-center flow channel 6, which are arranged outside of the middle region 26 at least over parts of their extent.
  • Profile page 22 results.
  • a passive control of the first and second channel closure elements 7.1, 7.2, 10.1, 10.2 is effected.
  • a first elastic profiled element 8 which comprises a pressure-absorbing working medium, is compressed for the first inflow direction 28 shown, wherein a connection between the first channel closure elements 7.1, 7.2 and the first elastic profiled element 8 is provided via the first coupling channel 9.
  • a compression of the first elastic profile element 8 due to its pressure side position for the first direction of flow 28 to Another is the case for the second elastic profile element 11, which is point symmetrical relative to the symmetrical point 27 to the first elastic profile element 8 and thus for the first Flow direction 28 is suction side.
  • the second channel closure elements 10.1, 10.2 are retracted via the second coupling channel 12 due to the fluidic coupling and released against the second off-center flow channel 6.
  • the first elastic profiled element 8 which comprises a pressure-absorbing working medium
  • FIG. 3b shows a plan view of a turbine blade 13 with a profile according to FIG. 3a. It can be seen that the first elastic profile elements 8, 8.1, 8.n, which are each assigned to a first off-center overflow channel 5, 5.1, 5.n, have a limited extent in turbine blade longitudinal direction, in order to transport the working medium under centrifugal force avoid.
  • Profile elements 8, 8.1, 8.n, 11 was an adaptive adaptation of the profile as a function of the direction of flow. This is understood to mean a refraction of the point symmetry caused by deformation of the profile, wherein the direction of deformation reverses when the direction of flow changes.
  • FIGS. 4a and 4b show a further embodiment alternative of the invention, for which a first adaptive wall element 3 and a second adaptive wall element 4 are provided for a further embodiment of a overflow device 1 corresponding to FIG. 1a.
  • the first is adaptive
  • the first profile half 24 is assigned to the first profile page 21.
  • Wall element 4 which is assigned to the second profile half 25 on the second profile side 22.
  • FIGS. 4a and 4b show the passive adjustment of the contour of the first and second adaptive wall elements 3, 4, which are elastic
  • Components are formed or have a flowable or compressible filling. Due to the deformation of the adaptive wall elements 3, 4 results in a flow to the profile of a symmetry breaking the
  • Contour of the overflow device 1 which causes an improvement of the flow guidance in the overflow device 1.
  • the basic contour of the profile i. the state without flow, however, is unchanged point symmetrical to the
  • FIGS. 5a and 5b show a design alternative with a first active, adaptive wall element 16 and a second active, adaptive wall element 17.
  • the first is active, adaptive
  • Wall element 16 of the first profile half 24 of the first profile side 21 assigned and the second active, adaptive wall element 17 is part of the second profile half 25 on the second profile page 22.
  • first adaptive wall elements 16 is associated with a first actuator 18, which may for example comprise a hydraulic cylinder.
  • first actuator 18 For small actuating movements can be used as actuators 18 and piezo elements.
  • the second active, adaptive wall element 17 is extended and corrects
  • FIGS. 5 a and 5 b uses actively tracked adaptive elements in the region of the overflow device 1 according to the invention, whereby an increased outlay on equipment for the control is necessary in comparison to a purely passive system.
  • active devices for adaptation to a flow direction change by means of a full rotation of the turbine blade 13 by a mounted at the interface to the hub pitch adjustment there is the advantage that a plurality of separately switchable, adaptive elements
  • Anströmungslegis adjustment of the profile contour can be effected for the flow forces can be distributed to several individual components.
  • the failure of individual adaptive elements does not lead to a complete

Abstract

The invention relates to a turbine blade for a water turbine, comprising, at least over part of its length, a curved profiled element having a median line created point-symmetrically in relation to a point of symmetry on the chord of the profiled element, half-way down, in such a way as to form an S-shaped curve. The median line splits the profiled element into a first side and a second side. The invention is characterised in that the turbine blade comprises an overflow device between the first side and the second side of the profiled element.

Description

Turbinenblatt für eine bidirektional anströmbare Wasserturbine  Turbine blade for a bidirectionally inflatable water turbine
Die Erfindung betrifft ein bidirektional anströmbares Turbinenblatt, für eine The invention relates to a bidirectionally flowable turbine blade, for a
Wasserturbine, die bevorzugt in einer tauchenden Energieerzeugungsanlage für die Energiegewinnung aus einer bidirektionalen Wasserströmung verwendet wird. Hydro turbine, which is preferably used in a submerged power generation plant for the production of energy from a bidirectional flow of water.
Zur Energiegewinnung aus einer richtungsvariablen Strömung, beispielsweise einer Gezeitenströmung, mittels einer freistehenden, propellerförmig gestalteten Turbine wird üblicherweise ein Nachführmechanismus verwendet, der eine Gondel mit der daran angebrachten Turbine in die Strömung dreht. Liegen im For energy from a directional flow, such as a tidal current, by means of a freestanding, propeller-shaped turbine usually a tracking mechanism is used, which rotates a nacelle with the attached turbine into the flow. Lie in
Wesentlichen zwei entgegengesetzt gerichtete Haupanströmungsrichtungen, wie bei Ebbe und Flut in einer Gezeitenströmung, vor, so kann eine solche  Essentially, two oppositely directed main flow directions, such as at low tide and high tide in a tidal current, such may
Richtungsnachführung durch eine Klapp- oder Drehvorrichtung realisiert werden, die die Gondel von einer ersten in eine zweite Stellung schwenkt. Nachteilig ist jedoch, dass für einen derartigen Nachführmechanismus massive Dreh- oder Klappscharniersysteme verwendet werden müssen. Darüber hinaus ist für den Fall, dass die Wasserturbine einen elektrischen Generator antreibt, eine Direction tracking can be realized by a folding or rotating device, which pivots the nacelle from a first to a second position. The disadvantage, however, is that for such a tracking mechanism massive rotary or hinged hinge systems must be used. In addition, in the event that the water turbine drives an electric generator, one
Vorrichtung vorzusehen, die ein Verdrillen des vom elektrischen Generator ausgehenden Leistungskabels verhindert. Provide device that prevents twisting of the output from the electric generator power cable.
Zur Umgehung dieser Problematik kann anstatt einer Gesamtnachführung der Wasserturbine mittels einer Pitch-Verstelleinrichtung, die eine Drehung der To circumvent this problem, instead of a total tracking of the water turbine by means of a pitch adjustment, the rotation of the
Turbinenblätter um 180° an der Nabe realisiert, eine Vorrichtung zur Turbine blades realized by 180 ° on the hub, a device for
bidirektionalen Anströmung geschaffen werden. Allerdings ist auch eine solche Ausgestaltung mit Nachteilen verbunden, da für eine propellerförmige Turbine mit radial nach außen gerichteten Turbinenblättern typischerweise wenigstens für eine Anströmungsrichtung die Haltestrukturen der Gondel luvseitig liegen, sodass ein den Wirkungsgrad reduzierendes Strömungshindernis vorliegt. Darüber hinaus ist ein Pitch-Verstellungsmechanismus konstruktiv aufwendig und für tauchende Energieerzeugungsanlagen zur Entnahme von Energie aus einer Meeresströmung im Hinblick auf die Notwendigkeit zur Wartung von Nachteil. bidirectional flow are created. However, such a design is also associated with disadvantages, since for a propeller-shaped turbine with turbine blades directed radially outward, the holding structures of the nacelle typically lie at least for one inflow direction, so that there is a flow-restricting flow-restricting factor. In addition, a pitch adjustment mechanism is structurally expensive and disadvantageous for submerged power plants for extracting energy from a sea current in view of the need for maintenance.
BESTÄTtGUNGSKOPC Als weitere Alternative zur Schaffung einer bidirektional anströmbaren BESTÄTtGUNGSKOPC As a further alternative to the creation of a bi-directionally approachable
Wasserturbine wurde in der WO 2006/125959 A1 vorgeschlagen, als Profilkontur für die Turbinenblätter einer rotorförmigen Wasserturbine ein doppelt Water turbine was proposed in WO 2006/125959 A1, as a profile contour for the turbine blades of a rotor-shaped water turbine a double
symmetrisches Profil zu wählen. Dabei stellt eine erste Symmetrieachse die Sehnenlinie dar. Zusätzlich ist das Profil zu einer Mittenlinie symmetrisch, die als Lotrechte auf der Profilsehne bei 50 % der Sehnenlänge definiert ist. Als Folge ergibt sich ein linsenförmiges Profil, das für eine bidirektionale Anströmung jeweils identische Profilkonturen sicherstellt. Nachteilig ist jedoch, dass aufgrund der doppelt gewählten Symmetrie für die Profilkontur im Vergleich zu einem einseitig angeströmten, gewölbten Profil ein geringerer Wirkungsgrad resultiert. Ferner ergeben sich Nachteile aufgrund abstromseitiger Strömungsablösungen und einem erhöhten Strömungswiderstand der Turbinenblätter. symmetrical profile to choose. In addition, a first symmetry axis represents the chord line. In addition, the profile is symmetrical to a center line defined as perpendicular to the chord at 50% of the chord length. The result is a lenticular profile, which ensures identical profile contours for a bidirectional flow. The disadvantage, however, is that due to the double-selected symmetry for the profile contour compared to a one-sided flowed, curved profile results in a lower efficiency. Furthermore, there are disadvantages due to downstream flow separations and increased flow resistance of the turbine blades.
Femer sind aus der Druckschrift US 2007/0231148 A1 punktsymmetrische Profile mit einer Wölbung bekannt. Diese zeichnen sich durch einen Symmetriepunkt aus, der bei halber Profiltiefe auf der Profilsehne liegt, sodass die punktsymmetrisch gestaltete Skelettlinie einen S-Schlag vollzieht. Die Dickenverteilung des Profils ist symmetrisch zur Mittenlinie gewählt. Dabei verbessert das S-Schlag-förmige Profil die Leistungsbeiwerte und verringert die Schubbeiwerte. Furthermore, point-symmetrical profiles with a curvature are known from document US 2007/0231148 A1. These are characterized by a symmetry point, which lies at half the profile depth on the chord, so that the point-symmetrical skeleton line makes an S-beat. The thickness distribution of the profile is chosen symmetrically to the center line. The S-shaped profile improves the performance coefficients and reduces the thrust coefficients.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbinenblatt so zu gestalten, dass eine bidirektionale Anströmung möglich ist. Dieses Turbinenblatt soll dazu geeignet sein, für eine propellerförmige Turbine einer tauchenden The invention has for its object to make a turbine blade so that a bidirectional flow is possible. This turbine blade should be suitable for a propeller turbine of a diving
Energieerzeugungsanlage verwendet zu werden, wobei sich das Turbinenblatt durch einen hohen Wirkungsgrad und geringe Längsverwindung für eine Be used to power plant, the turbine blade by a high efficiency and low longitudinal distortion for a
Anströmung aus beiden Richtungen auszeichnen soll. Should distinguish flow from both directions.
Die Erfindung baut auf den bekannten punktsymmetrischen Profilen mit einer S- Schlag-förmigen Skelettlinie und einer zur Mittenlinie des Profils symmetrischen Dickenverteilung auf. Dieses Profil wird nunmehr derart weitergestaltet, dass eine Überströmvorrichtung von einer ersten Profilseite zu einer zweiten Profilseite gegeben ist. Aufgrund der punktsymmetrischen Profilform besteht für S-Schlag-Profile die Gefahr einer Strömungsablösung auf den abstromseitigen Profilteilen. Ferner wirken starke Torsionskräfte auf ein Turbinenblatt mit einem solchen Profil. Durch ein Überströmen von der der ersten zur zweiten Profilseite im Mittelteil und/oder dem abstromseitigen Bereich des Profils besteht die Möglichkeit, die Tendenz zu Strömungsablösungen zu verringern und aufgrund der verringerten Torsionskräfte die Turbinenblattaussteifung gegen ein Verdrillen konstruktiv zu vereinfachen. Des Weiteren kann das Turbinenblattprofil im Wesentlichen an die The invention is based on the known point-symmetrical profiles with an S-shaped skeleton line and a thickness distribution symmetrical to the center line of the profile. This profile is now further developed in such a way that an overflow device is provided from a first profile side to a second profile side. Due to the point-symmetrical profile shape there is the risk of flow separation on the downstream profile parts for S-impact profiles. Furthermore, strong torsional forces act on a turbine blade with such a profile. By overflowing from the first to the second profile side in the middle part and / or the downstream side of the profile, it is possible to reduce the tendency to flow separation and to simplify the Turbinenblattaussteifung against twisting due to the reduced torsional forces constructive. Furthermore, the turbine blade profile substantially to the
strömungstechnischen Gegebenheiten angepasst werden, ohne konkurrierenden strukturmechanischen Anforderungen bei der Konstruktion des Turbinenblatts folgen zu müssen. Dabei können insbesondere langgestreckte, schlanke Profile verwendet werden, die zu einer hohen Gleitzahl führen. Ferner müssen die Befestigungen des Turbinenblatts an der Nabe der umlaufenden Einheit verringerte Drehmomente aufnehmen und können entsprechend konstruktiv und fertigungstechnisch vereinfacht werden. Fluidic conditions are adapted without having to follow competing structural mechanical requirements in the design of the turbine blade. In particular, elongate, slim profiles can be used, which lead to a high glide ratio. Furthermore, the fastenings of the turbine blade to the hub of the rotating unit must absorb reduced torques and can be simplified according to design and manufacturing technology.
Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst die Überströmvorrichtung eine Vielzahl von Überströmkanälen, deren Orientierung an die bidirektionale According to a first embodiment, the overflow device comprises a plurality of overflow channels whose orientation to the bidirectional
Anströmungsrichtung angepasst ist. Für eine weitere Ausführungsvariante, die alternativ oder zusätzlich zu den Überströmkanälen anwendbar ist, wird die Überströmvorrichtung durch ein geteiltes Blattprofil gebildet. Hierbei liegt im Mittelbereich des Gesamtprofils wenigstens ein Teilabschnitt vor, für den die Dickenverteilung entlang der S-Schlag-förmigen Skelettlinie den Wert Null annimmt.  Direction of flow is adjusted. For a further embodiment, which is applicable as an alternative or in addition to the overflow channels, the overflow device is formed by a split blade profile. In this case, there is at least one partial section in the middle region of the overall profile, for which the thickness distribution along the S-shaped skeleton line assumes the value zero.
Für eine Weitergestaltung kann die Überströmvorrichtung adaptive For further development, the overflow device can be adaptive
Wandungselemente umfassen, die in Abhängigkeit der Anströmungsrichtung von einer ersten in eine zweite Stellung wechseln und so Abweichungen zur Include wall elements that change depending on the direction of flow from a first to a second position and thus deviations from
Punktsymmetrie des Profils bewirken. Hierdurch kann ein gezieltes Überströmen zum hinteren, abstromseitigen Bereich des Profils bewirkt werden, ohne dass ein gravierender Wirkungsgradverlust auftritt. Dabei können die adaptiven Point symmetry of the profile effect. As a result, a targeted overflow to the rear, downstream region of the profile can be effected without a serious loss of efficiency occurs. The adaptive ones can do this
Wandungselemente durch eine zugeordnete Aktorik entweder aktiv verstellt werden oder diese sind als passive, elastische Komponenten ausgebildet, deren Kontur sich mit der Anströmung ändert. Wall elements are either actively adjusted by an associated actuator or they are designed as passive, elastic components whose contour changes with the flow.
Für eine weitere Ausgestaltungsalternative der Erfindung umfasst die For a further embodiment alternative of the invention, the
Überströmvorrichtung Überströmkanäle, die in Abhängigkeit der Overflow device overflow channels, which depend on the
Anströmungsrichtung verschließbar sind. Damit können Überströmkanäle auch außerhalb des Mittelbereichs des Profils angeordnet werden. Das Verschließen der Überström kanäle kann passiv oder aktiv bewirkt werden. Für eine passive Ausführung besteht bevorzugt eine Kopplung von Kanalverschlusselementen in den Überströmkanälen mit elastischen Profilelementen, die entlang der von der Strömung überstrichenen Außenseite des Profils angeordnet sind und durch die Strömungskräfte deformiert werden. Wird in den elastischen Profilelementen ein hydraulisches oder pneumatisches Arbeitsmedium aufgenommen, können so Druckkräfte zur Aktorik der Kanalverschlusselemente generiert und gleichzeitig ein adaptives Profil geschaffen werden. Flow direction can be closed. Thus overflow channels can also be arranged outside the central region of the profile. The closing of the overflow channels can be effected passively or actively. For a passive embodiment, there is preferably a coupling of channel closure elements in the overflow channels with elastic profile elements, which are arranged along the flow-swept outside of the profile and are deformed by the flow forces. If a hydraulic or pneumatic working medium is received in the elastic profile elements, pressure forces for the actuation of the channel closure elements can be generated and at the same time an adaptive profile can be created.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figurendarstellungen genauer erläutert, in denen im Einzelnen Folgendes dargestellt ist: The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in connection with the figure representations, in which the following details are shown:
Figur 1a zeigt einen Profilschnitt entlang der Linie A-A aus Figur 1b für ein Figure 1a shows a profile section along the line A-A of Figure 1b for a
erfindungsgemäßes, punktsymmetrisches Profil mit einer Überströmvorrichtung von der ersten zur zweiten Profilseite.  Inventive, point-symmetrical profile with an overflow from the first to the second profile side.
Figur 1 b zeigt einen Teilabschnitt eines Turbinenblatts in Draufsicht für das Figure 1 b shows a partial section of a turbine blade in plan view for the
Profil aus Figur 1a mit einer im Mittelbereich des Profils angelegten Überströmvorrichtung mit begrenzter Erstreckung in Längsrichtung des Turbinenblatts.  Profile of Figure 1a with an applied in the central region of the profile overflow device with limited extent in the longitudinal direction of the turbine blade.
Figur 2a zeigt als Profilschnitt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Figure 2a shows a profile section an alternative embodiment of
Erfindung mit einer Vielzahl von Überströmkanälen. Figur 2b zeigt eine Draufsicht auf einen Teilabschnitt eines Turbinenblatts mit einem Profil gemäß Figur 2a. Invention with a plurality of overflow channels. FIG. 2b shows a plan view of a partial section of a turbine blade with a profile according to FIG. 2a.
Figur 3a zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Profilschnitt mit außermittig angelegten, passiv ansteuerbaren Überströmkanälen. FIG. 3 a shows a further profile section according to the invention with off-center, passively controllable overflow channels.
Figur 3b zeigt eine Draufsicht auf einen Teilabschnitt eines Turbinenblatts mit einem Profil gemäß Figur 3a. FIG. 3b shows a plan view of a partial section of a turbine blade with a profile according to FIG. 3a.
Figuren characters
4a und 4b zeigen eine Weitergestaltung der Erfindung mit einer paarweisen und punktsymmetrischen Anordnung elastischer Elemente zur Profilbeeinflussung in der Überströmvorrichtung von der ersten Profilseite zur zweiten Profilseite.  4a and 4b show a further embodiment of the invention with a paired and point-symmetrical arrangement of elastic elements for influencing the profile in the overflow device from the first profile side to the second profile side.
Figuren characters
5a und 5b zeigen aktive, adaptive Wandungselemente in der  5a and 5b show active, adaptive wall elements in FIG
Überströmvorrichtung in unterschiedlichen Stellungen für die erste und die zweite Anströmungsrichtung.  Overflow device in different positions for the first and the second direction of flow.
Figur 6 zeigt ein dem Stand der Technik entsprechendes Figure 6 shows a prior art
punktsymmetrisches, gewölbtes Profil zur Ausbildung eines bidirektional anströmbaren Turbinenblatts.  point-symmetrical, curved profile to form a bidirectionally inflatable turbine blade.
Zur Darlegung der im Folgenden verwendeten Begrifflichkeit wird zunächst ein dem Stand der Technik entsprechender, in Figur 6 dargestellter Profilschnitt betrachtet. Gezeigt ist ein Profil, das punktsymmetrisch zum Symmetriepunkt 27 ausgebildet ist. Dabei ist der Symmetriepunkt 27 bei halber Profiltiefe auf der Profilsehne 20 angeordnet und liegt demnach deckungsgleich zum Schnittpunkt der Profilsehne 20 mit der Mittenlinie 23, wobei letztere als senkrecht zur To explain the terminology used below, a profile section corresponding to the state of the art and shown in FIG. 6 is considered first. Shown is a profile that is point-symmetrical to the symmetry point 27 is formed. Here, the symmetry point 27 is arranged at half the profile depth on the chord 20 and is therefore congruent to the intersection of the chord 20 with the center line 23, the latter being perpendicular to
Profilsehne 20 verlaufend definiert ist. Für das dargestellte S-Schlag-förmige Profil weist die zum Symmetriepunkt 27 punktsymmetrisch angelegte Skelettlinie 32 eine Wölbung w auf. Des Weiteren führt die voranstehend genannte Symmetriebedingung zu einer bezüglich der Mittenlinie 23 symmetrisch angelegten Profildickenverteilung. Andere Chord 20 is defined extending. For the illustrated S-shaped profile, the symmetrical point 27 point-symmetrical applied skeleton line 32 has a curvature w on. Furthermore, the above-mentioned symmetry condition leads to a symmetrical profile distribution with respect to the center line 23. Other
Ausführungsformen für bidirektional anströmbare, punktsymmetrische Profile sind denkbar (nicht dargestellt), etwa eine Skelettlinie mit wenigstens einem  Embodiments for bidirectionally flowable, point-symmetrical profiles are conceivable (not shown), for example a skeleton line with at least one
abschnittsweise linearen Verlauf im mittleren Profilabschnitt und Sectionally linear course in the middle profile section and
punktsymmetrisch zueinander gestalteten Profilnasen 30, 31. point symmetrical to each other shaped profile lugs 30, 31st
Für die nachfolgende Darlegung wird begrifflich von einer Teilung des Profils durch die Skelettlinie 32 ausgegangen, die zu einer ersten Profilseite 21 und einer zweiten Profilseite 22 führt. Des Weiteren soll durch die Mittenlinie 23 eine For the following explanation, it is conceptually assumed that the profile is divided by the skeleton line 32, which leads to a first profile side 21 and a second profile side 22. Furthermore, through the center line 23 a
Aufteilung des Profils in eine erste Profilhälfte 24 und eine zweite Profilhälfte 25 gegeben sein. Dabei reicht die erste Profilhälfte 24 von der ersten Profilnase 30 bis zur Mittenlinie 23 und die zweite Profilhälfte 25 entsprechend von der Dividing the profile into a first profile half 24 and a second profile half 25 be given. In this case, the first profile half 24 extends from the first profile nose 30 to the center line 23 and the second profile half 25 in accordance with the
Mittenlinie 23 bis zur zweiten Profilnase 31. Center line 23 to the second profile nose 31st
Ferner entsteht für die skizzierte erste Anströmungsrichtung 28, wobei von einer effektiven Anströmung ausgegangen wird, wenigstens in der ersten Profilhälfte 24 auf der ersten Profilseite 21 eine Saugwirkung und auf der zweiten Profilseite 22 eine Druckwirkung. Allerdings kann aufgrund des S-Schlags im Bereich der abstromseitigen Kante der zweiten Profilhälfte 25 auf der ersten Profilseite 21 , d.h. in der Nähe zweiten Profilnase 31 , für die betrachtete erste Anströmungsrichtung 28 ein Druckbauch entstehen, der die Effizienz des Profils verringert und die auf das S-Schlagprofil wirkenden Torsionskräfte weiter erhöht. Für die zweite Furthermore, for the sketched first inflow direction 28, starting from an effective flow, at least in the first profile half 24 on the first profile side 21, a suction effect and on the second profile side 22, a pressure effect. However, due to the S-stroke in the region of the downstream edge of the second profile half 25 on the first profile side 21, i. in the vicinity of the second profile nose 31, for the contemplated first inflow direction 28, a pressure belly is created which reduces the efficiency of the profile and further increases the torsional forces acting on the S-impact profile. For the second
Anströmungsrichtung 29 ist die druck- und saugseitige Zuordnung entsprechend am Symmetriepunkt 27 gespiegelt. Für das in Figur 1a als Profilschnitt dargestellte, erfindungsgemäße Profil liegt eine zum Symmetriepunkt 27 punktsymmetrisch angelegte Überströmvorrichtung 1 vor. Für das dargestellt Ausgestaltungsbeispiel durchbricht die Überströmvorrichtung 1 das Profil in einem Mittelbereich 26, der als jener Profilteil definiert ist, der von 3/8 bis zu 5/8 der Profiltiefe reicht. Direction of flow 29 is the pressure and suction-side assignment corresponding mirrored at the point of symmetry 27. For the profile according to the invention shown as profile section in FIG. 1a, there is an overflow device 1 which is arranged in a point-symmetrical manner with respect to the symmetry point 27. For the exemplary embodiment illustrated, the overflow device 1 breaks through the profile in a central region 26, which is defined as that profile part, which ranges from 3/8 to 5/8 of the tread depth.
Die Überström Vorrichtung 1 kann gemäß einer ersten Ausgestaltung längs über das gesamte Turbinenblatt 13 reichen, sodass ein über die gesamte The overflow device 1 can, according to a first embodiment, extend longitudinally over the entire turbine blade 13, so that one over the entire
Längserstreckung geteiltes Profil vorliegt. Gemäß einer alternativen, vorliegend dargestellten Ausgestaltung erstreckt sich die Überströmvorrichtung 1 über einen begrenzten Abschnitt der Längserstreckung des Turbinenblatts 13. Diese  Longitudinal split profile is present. According to an alternative embodiment shown here, the overflow device 1 extends over a limited section of the longitudinal extension of the turbine blade 13
Ausführung ist in Figur 1 b skizziert, die eine Draufsicht auf das Turbinenblatt 13 mit dem in Figur 1a gezeigten erfindungsgemäßen Profil darstellt. Dabei können längs des Turbinenblatts 13 mehrere Überström Vorrichtungen 1 vorgesehen sein, die jeweils durch die Strukturstabilität verbessernde Querstege voneinander getrennt sind. Dies ist im Einzelnen nicht in den Figuren dargestellt. Die Wirkung einer erfindungsgemäß vorgesehenen Überströmvorrichtung 1 für ein punktsymmetrisches, bidirektional angeströmtes S-Schlagprofil ist folgende: Die wesentliche Auftriebswirkung wird für die erste Anstromungsrichtung 28 durch den vorderen Profilteil, d.h. der ersten Profilhälfte 24, bewirkt. Entsprechend ergibt sich für eine entgegengesetzte Anstromungsrichtung, d.h. in Richtung der zweiten Anstromungsrichtung 29, die wesentliche Wirkung des Profils durch die zweite Profilhälfte 25, die dann stromaufwärts liegt. Durch die erfindungsgemäße Embodiment is outlined in Figure 1 b, which is a plan view of the turbine blade 13 with the profile according to the invention shown in Figure 1a. In this case, a plurality of overflow devices 1 can be provided along the turbine blade 13, which are separated from each other by the structure stability improving transverse webs. This is not shown in detail in the figures. The effect of an inventive overflow device 1 for a point-symmetrical, bidirectionally flown S-impact profile is the following: The main buoyancy effect is for the first direction of current flow 28 through the front profile part, i. the first profile half 24 causes. Accordingly, for an opposite energization direction, i. in the direction of the second Anstromungsrichtung 29, the essential effect of the profile through the second profile half 25, which is then upstream. By the invention
Überströmvorrichtung 1 wird ein Überströmen von der Druckseite zum Overflow device 1 is an overflow from the pressure side to
abstromseitigen Bereich der gegenüberliegenden Profilseite bewirkt. Demnach wird für die erste Anstromungsrichtung 28 ein Teil der Profilumströmung entlang der ersten Profilhälfte 24 auf der zweiten Profilseite 22 über die downstream region of the opposite profile side causes. Accordingly, for the first energization direction 28, a part of the profile flow around the first profile half 24 on the second profile side 22 over the
Überström Vorrichtung 1 zur zweiten Profilhälfte 25 der ersten Profilseite 21 geführt und verringert dort die Gefahr von Strömungsablösungen zum einen und das Torsionsmoment auf das Turbinenblatt 13 zum anderen.  Overflow device 1 led to the second profile half 25 of the first profile side 21 and there reduces the risk of flow separation on the one hand and the torsional moment on the turbine blade 13 to the other.
Aus dem in Figur 2a dargestellten Profilschnitt entlang der Schnittlinie B-B aus Figur 2b ist ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ersichtlich. From the profile section shown in Figure 2a along the section line B-B of Figure 2b shows a further embodiment of the invention can be seen.
Dargestellt ist eine Vielzahl von Überströmkanälen 2, 2.1 , 2.2, 2.n zur Ausbildung der Überströmungsöffnung 1. Gemäß Figur 2b sind die einzelnen Überströmkanäle 2, 2.1 , 2.2, 2.n über die Längserstreckung des Turbinenblatts 13 parallel und versetzt zueinander angeordnet. Dabei sind auch Ausgestaltungen denkbar, für die benachbarte Kanäle in einer Winkelstellung orientiert oder mit Verzweigungen versehen sind. Außerdem können die Querschnitte der Shown is a variety of overflow 2, 2.1, 2.2, 2.n to Forming the overflow opening 1. According to Figure 2b, the individual overflow 2, 2.1, 2.2, 2.n over the longitudinal extent of the turbine blade 13 are arranged parallel and offset from each other. Embodiments are also conceivable for which adjacent channels are oriented in an angular position or provided with branches. In addition, the cross sections of the
Überströmkanäle 2, 2.1 , 2.2, 2.n verändert werden. Bevorzugt wird eine Ausführungsalternative mit schlitzförmigen Überströmkanälen 2, 2.1 , 2.2, 2.n. Derartige Ausführungsformen sind im Einzelnen nicht in den Figuren dargestellt. In den Figuren 3a und 3b ist eine Weitergestaltung der Erfindung dargestellt. Der Profilschnitt C-C in Figur 3a zeigt einen ersten außermittigen Strömungskanal 5 und einen zweiten außermittigen Strömungskanal 6, die wenigstens über Teile ihrer Erstreckung außerhalb des Mittelbereichs 26 angeordnet sind. Zum  Overflow 2, 2.1, 2.2, 2.n be changed. Preferred is an alternative embodiment with slit-shaped overflow channels 2, 2.1, 2.2, 2.n. Such embodiments are not shown in detail in the figures. In Figures 3a and 3b, a further embodiment of the invention is shown. The profile section C-C in FIG. 3 a shows a first off-center flow channel 5 and a second off-center flow channel 6, which are arranged outside of the middle region 26 at least over parts of their extent. To the
Verschluss des ersten außermittigen Überströmkanals 5 sind die ersten Closure of the first off-center transfer port 5 are the first
Kanalverschlusselemente 7.1 und 7.2 vorgesehen. Für die skizzierte erste Channel closure elements 7.1 and 7.2 provided. For the first sketched
Anströmungsrichtung 28 sind diese geschlossen, sodass durch den ersten außermittigen Überströmkanal 5 und damit im Bereich der ersten Profilhälfte 24 kein Überströmen von der ersten Profilseite 21 zur zweiten Profilseite 22 auftritt. Anders liegt der Fall für den zweiten außermittigen Überströmkanal 6. Hier sind für die gezeigte erste Anströmungsrichtung 28 die zugeordneten zweiten These flow direction 28 are closed so that no overflow from the first profile side 21 to the second profile side 22 occurs through the first off-center overflow channel 5 and thus in the region of the first profile half 24. The situation is different for the second off-center overflow channel 6. Here, for the first inflow direction 28 shown, the associated second
Kanalverschlusselemente 10.1 , 10.2 geöffnet, sodass in der zweiten Profilhälfte das erwünschte Überströmen von der ersten Profilseite 21 zur zweiten  Channel closure elements 10.1, 10.2 open, so that in the second profile half the desired overflow from the first profile side 21 to the second
Profilseite 22 resultiert. Für die dargestellte Ausgestaltung wird eine passive Ansteuerung der ersten und zweiten Kanalverschlusselemente 7.1 , 7.2, 10.1 , 10.2 bewirkt. Dabei wird ein erstes elastisches Profilelement 8, das ein druckaufnehmendes Arbeitsmedium umfasst, für die gezeigte erste Anströmungsrichtung 28 komprimiert, wobei eine Verbindung zwischen den ersten Kanalverschlusselementen 7.1 , 7.2 und dem ersten elastischen Profilelement 8 über den ersten Kopplungskanal 9 gegeben ist. Entsprechend führt eine Komprimierung des ersten elastischen Profilelements 8 aufgrund dessen druckseitiger Lage für die erste Anströmungsrichtung 28 zu einem Entfalten der balgförmig angelegten ersten Kanalverschlusselemente 7.1 , 7.2 und damit zu der voranstehend genannten Strömungsunterbrechung im ersten außermittigen Überströmkanal 5. Anders liegt der Fall für das zweite elastische Profilelement 11 , das relativ zum Symmetriepunkt 27 punktsymmetrisch zum ersten elastischen Profilelement 8 und damit für die erste Anströmungsrichtung 28 saugseitig liegt. Entsprechend werden die zweite Kanalverschlusselemente 10.1 , 10.2 aufgrund der fluidischen Kupplung über den zweiten Kopplungskanal 12 eingefahren und gegen den zweiten außermittigen Strömungskanal 6 frei. Für die nicht dargestellte zweite Strömungsrichtung 29 liegt das erste elastische Profile page 22 results. For the illustrated embodiment, a passive control of the first and second channel closure elements 7.1, 7.2, 10.1, 10.2 is effected. In this case, a first elastic profiled element 8, which comprises a pressure-absorbing working medium, is compressed for the first inflow direction 28 shown, wherein a connection between the first channel closure elements 7.1, 7.2 and the first elastic profiled element 8 is provided via the first coupling channel 9. Accordingly, a compression of the first elastic profile element 8 due to its pressure side position for the first direction of flow 28 to Another is the case for the second elastic profile element 11, which is point symmetrical relative to the symmetrical point 27 to the first elastic profile element 8 and thus for the first Flow direction 28 is suction side. Accordingly, the second channel closure elements 10.1, 10.2 are retracted via the second coupling channel 12 due to the fluidic coupling and released against the second off-center flow channel 6. For the second flow direction 29, not shown, is the first elastic
Profilelement 8 saugseitig und das zweite elastische Profilelement 11 druckseitig, wodurch die ersten Kanalverschlusselemente 7.1 , 7.2 den ersten außermittigen Überströmkanal 5 freigeben und die zweiten Kanalverschlusselemente 10.1 , 10.2 den zweiten außermittigen Überströmkanal 6 schließen. In Figur 3b wird eine Draufsicht auf ein Turbinenblatt 13 mit einem Profil gemäß Figur 3a gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die ersten elastischen Profilelemente 8, 8.1 , 8.n, die jeweils einem erstem außermittigen Überströmkanal 5, 5.1 , 5.n zugeordnet sind, eine begrenzte Erstreckung in Turbinenblatt-Längsrichtung aufweisen, um eine Verfrachtung des Arbeitsmediums unter Fliehkraftwirkung zu vermeiden. Profile element 8 on the suction side and the second elastic profile element 11 on the pressure side, whereby the first channel closure elements 7.1, 7.2 release the first eccentric overflow channel 5 and the second channel closure elements 10.1, 10.2 close the second off-center overflow channel 6. FIG. 3b shows a plan view of a turbine blade 13 with a profile according to FIG. 3a. It can be seen that the first elastic profile elements 8, 8.1, 8.n, which are each assigned to a first off-center overflow channel 5, 5.1, 5.n, have a limited extent in turbine blade longitudinal direction, in order to transport the working medium under centrifugal force avoid.
Durch die von den Strömungskräften bewirkte Verformung der elastischen Due to the deformation caused by the flow forces of the elastic
Profilelemente 8, 8.1 , 8.n, 11 erfolgte eine adaptive Anpassung des Profils in Abhängigkeit der Anströmungsrichtung. Hierunter wird eine durch Verformung des Profils bewirkte Brechung der Punktsymmetrie verstanden, wobei sich beim Wechsel der Anströmungsrichtung die Verformungsrichtung umkehrt. Profile elements 8, 8.1, 8.n, 11 was an adaptive adaptation of the profile as a function of the direction of flow. This is understood to mean a refraction of the point symmetry caused by deformation of the profile, wherein the direction of deformation reverses when the direction of flow changes.
Figuren 4a und 4b zeigen eine weitere Ausgestaltungsalternative der Erfindung, für die ein erstes adaptives Wandungselement 3 und ein zweites adaptives Wandungselement 4 für eine Weitergestaltung einer Figur 1a entsprechenden Überströmvorrichtung 1 vorgesehen sind. Dabei ist das erste adaptive FIGS. 4a and 4b show a further embodiment alternative of the invention, for which a first adaptive wall element 3 and a second adaptive wall element 4 are provided for a further embodiment of a overflow device 1 corresponding to FIG. 1a. The first is adaptive
Wandungselement 3 in jenem Teil der Überströmvorrichtung 1 angeordnet, der der ersten Profilhälfte 24 auf der ersten Profilseite 21 zugeordnet ist. Hierzu punktsymmetrisch zum Symmetriepunkt 27 liegt das zweite adaptive Wandungselement 3 arranged in that part of the overflow device 1, the the first profile half 24 is assigned to the first profile page 21. For this point-symmetrical to the symmetry point 27 is the second adaptive
Wandungselement 4, das der zweiten Profilhälfte 25 auf der zweiten Profilseite 22 zugeordnet ist. Wall element 4, which is assigned to the second profile half 25 on the second profile side 22.
In den Figuren 4a und 4b ist die passive Einstellung der Kontur des ersten und des zweiten adaptiven Wandungselements 3, 4 gezeigt, die als elastische FIGS. 4a and 4b show the passive adjustment of the contour of the first and second adaptive wall elements 3, 4, which are elastic
Komponenten ausgebildet sind oder eine strömungsfähige oder komprimierbare Füllung aufweisen. Aufgrund der Deformation der adaptiven Wandungselemente 3, 4 entsteht bei einer Anströmung auf das Profil eine Symmetriebrechung derComponents are formed or have a flowable or compressible filling. Due to the deformation of the adaptive wall elements 3, 4 results in a flow to the profile of a symmetry breaking the
Kontur der Überströmvorrichtung 1 , die eine Verbesserung der Strömungsführung in der Überströmvorrichtung 1 bewirkt. Die Grundkontur des Profils, d.h. der Zustand ohne Anströmung, ist jedoch unverändert punktsymmetrisch zum Contour of the overflow device 1, which causes an improvement of the flow guidance in the overflow device 1. The basic contour of the profile, i. the state without flow, however, is unchanged point symmetrical to the
Symmetriepunkt 27. Symmetry point 27.
In den Figuren 5a und 5b ist eine Ausgestaltungsalternative mit einem ersten aktiven, adaptiven Wandungselement 16 und einem zweiten aktiven, adaptiven Wandungselement 17 gezeigt. Dabei ist das erste aktive, adaptive FIGS. 5a and 5b show a design alternative with a first active, adaptive wall element 16 and a second active, adaptive wall element 17. The first is active, adaptive
Wandungselement 16 der ersten Profilhälfte 24 der ersten Profilseite 21 zugeordnet und das zweite aktive, adaptive Wandungselement 17 ist Teil der zweiten Profilhälfte 25 auf der zweiten Profilseite 22. Zur Ausführung Wall element 16 of the first profile half 24 of the first profile side 21 assigned and the second active, adaptive wall element 17 is part of the second profile half 25 on the second profile page 22. For execution
Drehbewegung um einen ersten Drehpunkt 14, der nahe des äußeren Rands der Überströmvorrichtung 1 liegt, ist dem ersten adaptiven Wandungselemente 16 ein erster Aktor 18 zugeordnet, der beispielsweise einen Hydraulikzylinder umfassen kann. Für kleine Stellbewegungen können als Aktoren 18 auch Piezoelemente verwendet werden. Entsprechend sind dem zweiten adaptiven Rotary movement about a first pivot point 14, which is located near the outer edge of the overflow device 1, the first adaptive wall elements 16 is associated with a first actuator 18, which may for example comprise a hydraulic cylinder. For small actuating movements can be used as actuators 18 and piezo elements. Accordingly, the second adaptive
Wandungselemente 17 ein zweiter Aktor 19 und ein zweiter Drehpunkt 15 zugeordnet. Für die in Figur 5a dargestellte, erste Anströmungsrichtung 28 wird das zweite aktive, adaptive Wandungselement 17 ausgefahren und korrigiert die Wall elements 17, a second actuator 19 and a second pivot point 15 assigned. For the first inflow direction 28 shown in FIG. 5a, the second active, adaptive wall element 17 is extended and corrects
Gesamtkontur der zweiten Profilhälfte 25. Das erste aktive, adaptive Wandungselement 16 verbleibt im eingefahrenen Zustand. Bei einem Wechsel der Anströmung zur zweiten Anströmungsrichtung 29 wird entsprechend das erste aktive, adaptive Wandungselement 16 ausgefahren und korrigiert den Overall contour of the second profile half 25. The first active, adaptive Wall element 16 remains in the retracted state. When changing the flow to the second direction of flow 29, the first active, adaptive wall element 16 is extended accordingly and corrects the
zugehörigen Profilbereich. Auf der Saugseite wird das zweite aktive, adaptive Wandungselement 17 im ursprünglichen Zustand verbleiben. Diese Situation ist in Figur 5b dargestellt. associated profile area. On the suction side, the second active, adaptive wall element 17 will remain in its original state. This situation is shown in FIG. 5b.
Die Ausführungsform gemäß der Figuren 5a und 5b verwendet aktiv nachgeführte adaptive Elemente im Bereich der erfindungsgemäßen Überströmvorrichtung 1 , wobei gegenüber einem rein passiven System ein erhöhter apparativer Aufwand für die Ansteuerung notwendig ist. Gegenüber den bisher angewandten, aktiven Vorrichtungen zur Anpassung an einen Anströmungsrichtungswechsel mittels einer Volldrehung des Turbinenblatts 13 durch eine an der Schnittstelle zur Nabe angebrachte Pitch-Verstellvorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass durch eine Vielzahl von separat schaltbaren, adaptiven Elementen eine The embodiment according to FIGS. 5 a and 5 b uses actively tracked adaptive elements in the region of the overflow device 1 according to the invention, whereby an increased outlay on equipment for the control is necessary in comparison to a purely passive system. Compared to the previously used, active devices for adaptation to a flow direction change by means of a full rotation of the turbine blade 13 by a mounted at the interface to the hub pitch adjustment, there is the advantage that a plurality of separately switchable, adaptive elements
Anströmungsrichtungs-Anpassung der Profilkontur bewirkt werden kann, für die Strömungskräfte auf mehrere Einzelkomponenten verteilbar sind. Außerdem führt der Ausfall einzelner adaptiver Elemente nicht zu einem kompletten  Anströmungsrichtungs adjustment of the profile contour can be effected for the flow forces can be distributed to several individual components. In addition, the failure of individual adaptive elements does not lead to a complete
Funktionsverlust des Turbinenblatts 13. Functional loss of the turbine blade 13.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind denkbar. So kann beispielsweise innerhalb des Profils eine Kanalstruktur mit einer Eintrittsöffnung im Bereich einer Profilnase angelegt werden, die Strömungsanteile längs der Skelettlinie innerhalb des Profils bis zu einer Austrittsöffnung im Bereich eines abstrom- und saugseitig liegenden Profilabschnitts verlagert. Weitere Ausgestaltungsvarianten ergeben sich aus dem anschließenden Schutzansprüchen. Bezugszeicheniiste Further embodiments of the invention are conceivable. Thus, for example, within the profile, a channel structure with an inlet opening in the region of a profile nose can be created, which displaces flow components along the skeleton line within the profile up to an outlet opening in the region of a profile section lying downstream and on the suction side. Further design variants result from the subsequent protection claims. Bezugszeicheniiste
1 Überströmvorrichtung 1 overflow device
2, 2.1 , 2.2, 2.m Überström kanal  2, 2.1, 2.2, 2.m Overflow channel
3 erstes adaptives Wandungselement 3 first adaptive wall element
4 zweites adaptives Wandungselement 4 second adaptive wall element
5, 5.1 , .... 5.n erster außermittiger Überströmkanal  5, 5.1, .... 5.n first eccentric transfer port
6, 6.1 , 6.n zweiter außermittiger Überströmkanal 7.1 , 7.2 erstes Kanalverschlusselement  6, 6.1, 6.n second eccentric overflow 7.1, 7.2 first channel closure element
8, 8.1 , 8.n erstes elastisches Profilelement 8, 8.1, 8.n first elastic profiled element
9 erster Kopplungskanal 9 first coupling channel
10.1 , 10.2 zweites Kanalverschlusselement  10.1, 10.2 second channel closure element
11 zweites elastisches Profilelement  11 second elastic profile element
12 zweiter Kopplungskanal  12 second coupling channel
13 Turbinenblatt 13 turbine blade
14 erster Drehpunkt 14 first fulcrum
15 zweiter Drehpunkt 15 second pivot point
16 erstes aktives, adaptives Wandungselement 17 zweites aktives, adaptives Wandungselement 18 erster Aktor 16 first active, adaptive wall element 17 second active, adaptive wall element 18 first actuator
19 zweiter Aktor 19 second actor
20 Profilsehne 20 chord
21 erste Profilseite 21 first profile page
22 zweite Profilseite 22 second profile page
23 Mittenlinie 23 center line
24 erste Profilhälfte 24 first profile half
25 zweite Profilhälfte 25 second profile half
26 Mittelbereich 26 middle area
27 Symmetriepunkt 27 point of symmetry
28 erste Anströmungsrichtung 28 first direction of flow
29 zweite Anströmungsrichtung 29 second direction of flow
30 erste Profilnase zweite Profilnase Skelettlinie30 first profile nose second profile nose skeleton line
Wölbung bulge

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Turbinenblatt für eine Wasserturbine, das wenigstens in einem Teilbereich seiner Längserstreckung ein gewölbtes Profil mit einer Skelettlinie (32) aufweist, die punktsymmetrisch zu einem, bei halber Profiltiefe auf der Profilsehne (20) liegenden Symmetriepunkt (27) ausgebildet ist und einen S-Schlag ausführt, wobei die Skelettlinie (32) das Profil in eine erste 1. Turbine blade for a water turbine, which has a curved profile with a skeleton line (32) at least in a partial area of its longitudinal extent, which is point-symmetrical to a point of symmetry (27) lying on the profile chord (20) at half the profile depth and has an S- Impact executes, with the skeleton line (32) transforming the profile into a first
Profilseite (21 ) und eine zweite Profilseite (22) aufteilt; Profile page (21) and a second profile page (22);
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Turbinenblatt eine Überströmvorrichtung (1 ) umfasst, die eine fluidische Verbindung zwischen der ersten Profilseite (21 ) und der zweiten Profilseite (22) herstellt. the turbine blade comprises an overflow device (1) which establishes a fluidic connection between the first profile side (21) and the second profile side (22).
2. Turbinenblatt nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Turbine blade according to claim 1, characterized in that the
Überström Vorrichtung (1 ) wenigstens einen Überströmkanal (2, 2.1 , 2.n) umfasst. Overflow device (1) comprises at least one overflow channel (2, 2.1, 2.n).
3. Turbinenblatt nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Profil als geteiltes Profil ausgebildet ist, für das zur Ausbildung der 3. Turbine blade according to claim 1, characterized in that the profile is designed as a split profile, for which the
Überströmvorrichtung (1 ) die Profildickenverteilung wenigstens in einem Teilbereich den Wert Null annimmt. Overflow device (1) the profile thickness distribution assumes the value zero at least in a partial area.
4. Turbinenblatt nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch 4. Turbine blade according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Überströmvorrichtung (1 ) in einem Mittelbereich (26) des Profils ausgebildet ist, der von drei Achtel bis fünf Achtel der Profiltiefe reicht. characterized in that the overflow device (1) is formed in a central region (26) of the profile, which ranges from three-eighths to five-eighths of the profile depth.
5. Turbinenblatt nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenblatt (13) einen ersten außermittigen Überströmkanal (5, 5.1 , .., 5.n), der eine fluidische Verbindung zwischen der ersten Profilseite (21 ) und der zweiten Profilseite (22) in der ersten Profilhälfte (24) herstellt, und einen zweiten außermittigen Überströmkanal (6, 6.1 , 6.n), der eine fluidische Verbindung zwischen der ersten Profilseite (21 ) und der zweiten Profilseite (22) in der zweiten Profilhälfte (24) herstellt, umfasst. 5. Turbine blade according to one of claims 1 - 3, characterized in that the turbine blade (13) has a first eccentric overflow channel (5, 5.1, .., 5.n), which has a fluidic connection between the first profile side (21) and the second profile side (22) in the first profile half (24), and a second eccentric overflow channel (6, 6.1, 6.n), which establishes a fluidic connection between the first profile side (21) and the second profile side ( 22) in the second profile half (24).
6. Turbinenblatt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten außermittigen Überströmkanal (5, 5.1 , ... , 5.n) ein erstes 6. Turbine blade according to claim 5, characterized in that the first eccentric overflow channel (5, 5.1, ..., 5.n) has a first
Kanalverschlusselement (7.1 , 7.2) und dem zweiten außermittigen Channel closure element (7.1, 7.2) and the second off-center
Überströmkanal (6, 6.1 , 6.n) ein zweites Kanalverschlusselement (10.1 , 10.2) zugeordnet sind, die in Abhängigkeit der Anströmungsrichtung die zugeordneten außermittigen Überströmkanäle selektiv verschließen. A second channel closure element (10.1, 10.2) is assigned to the overflow channel (6, 6.1, 6.n), which selectively closes the assigned eccentric overflow channels depending on the direction of flow.
7. Turbinenblatt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das 7. Turbine blade according to claim 6, characterized in that the
selektive Verschließen des ersten außermittigen Überströmkanals (5, 5.1 , selective closure of the first off-center overflow channel (5, 5.1,
5.n) und des zweiten außermittigen Überströmkanals (6, 6.1 , 6.n) passiv bewirkt wird. 5.n) and the second eccentric overflow channel (6, 6.1, 6.n) is passively effected.
8. Turbinenblatt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur passiven Ansteuerung des ersten Kanalverschlusselements (7, 7.1 , 7.2) ein erstes elastisches Profilelement (8, 8.1 , 8.n) auf der zweiten Profilseite (22) und zur passiven Ansteuerung des zweiten Kanalverschlusselements (10.1 , 10.2) ein zweites elastisches Profilelement (11 ) auf der ersten Profilseite (21 ) verwendet wird. 8. Turbine blade according to claim 7, characterized in that for passive control of the first channel closure element (7, 7.1, 7.2) a first elastic profile element (8, 8.1, 8.n) on the second profile side (22) and for passive control of the second Channel closure element (10.1, 10.2) a second elastic profile element (11) is used on the first profile side (21).
9. Turbinenblatt nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch 9. Turbine blade according to one of the preceding claims, thereby
gekennzeichnet, dass die Überströmvorrichtung (1 ) ein erstes adaptives Wandungselement (3) und ein zweites adaptives Wandungselement (4), die symmetrisch zum Symmetriepunkt (27) angeordnet sind, umfasst. characterized in that the overflow device (1) comprises a first adaptive wall element (3) and a second adaptive wall element (4), which are arranged symmetrically to the point of symmetry (27).
10. Turbinenblatt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste adaptive Wandungselement (3) und das zweite adaptive Wandungselement (4) als passive Elemente wirken, deren Kontur von den Strömungskräften beeinflusst wird. 10. Turbine blade according to claim 9, characterized in that the first adaptive wall element (3) and the second adaptive wall element (4) act as passive elements whose contour is influenced by the flow forces.
11. Turbinenblatt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste adaptive Wandungselement (3) ein erstes aktives, adaptives 11. Turbine blade according to claim 8, characterized in that the first adaptive wall element (3) is a first active, adaptive
Wandungselement (16) umfasst und das zweite adaptive Wall element (16) includes and the second adaptive
Wandungselement (4) ein zweites aktives, adaptives Wandungselement (17) umfasst. Wall element (4) comprises a second active, adaptive wall element (17).
12. Verfahren zum Betrieb eines Turbinenblatts für eine bidirektional 12. Method of operating a turbine blade for a bidirectional
anströmbare Wasserturbine, das wenigstens in einem Teilbereich seiner Längserstreckung ein gewölbtes Profil mit einer Skelettlinie (32) aufweist, die punktsymmetrisch zu einem, bei halber Profiltiefe auf der Profilsehne (20) liegenden Symmetriepunkt (27) ausgebildet ist und einen S-Schlag ausführt, wobei die Skelettlinie (32) das Profil in eine erste Profilseite (21 ) und eine zweite Profilseite (22) aufteilt; und flowable water turbine, which at least in a partial area of its longitudinal extent has a curved profile with a skeleton line (32), which is point-symmetrical to a point of symmetry (27) located at half the profile depth on the profile chord (20) and executes an S-shape, whereby the skeleton line (32) divides the profile into a first profile side (21) and a second profile side (22); and
das Turbinenblatt einen ersten außermittigen Überströmkanal (5, 5.1 , .., 5.n), der eine fluidische Verbindung zwischen der ersten Profilseite (21 ) und der zweiten Profilseite (22) in der ersten Profilhälfte (24) herstellt, und einen zweiten außermittigen Überströmkanal (6, 6.1 , 6.n), der eine fluidische Verbindung zwischen der ersten Profilseite (21 ) und der zweiten the turbine blade has a first eccentric overflow channel (5, 5.1, .., 5.n), which establishes a fluidic connection between the first profile side (21) and the second profile side (22) in the first profile half (24), and a second eccentric one Overflow channel (6, 6.1, 6.n), which provides a fluidic connection between the first profile side (21) and the second
Profilseite (22) in der zweiten Profilhälfte (24) herstellt, umfasst; und wobei der erste außermittige Überströmkanal (5, 5.1 , 5.n) ein erstes Kanalverschlusselement (7.1 , 7.2) und der zweite außermittige Profile side (22) in the second profile half (24), comprises; and wherein the first eccentric overflow channel (5, 5.1, 5.n) has a first channel closure element (7.1, 7.2) and the second eccentric
Überströmkanal (6, 6.1 , 6.n) ein zweites Kanalverschlusselement (10.1 , 10.2) umfassen; und Overflow channel (6, 6.1, 6.n) comprise a second channel closure element (10.1, 10.2); and
wobei durch das jeweils zugeordnete Kanalverschlusselement in whereby the respective associated channel closure element in
Abhängigkeit der Anströmungsrichtung der stromaufwärts liegende außermittige Überströmkanal geschlossen und der stromabwärts liegende außermittige Überströmkanal geöffnet wird. Depending on the direction of flow, the upstream eccentric transfer channel is closed and the downstream eccentric transfer channel is opened.
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