NL1012037C2

NL1012037C2 - Hydroturbine.

Info

Publication number: NL1012037C2
Application number: NL1012037A
Authority: NL
Inventors: Louis Worms
Original assignee: Louis Worms
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2000-11-14
Also published as: WO2000068567A1; AU4627500A

Description

Titel: Hydroturbine.

De uitvinding heeft betrekking op een hydroturbine, omvattende tenminste één onder water opstelbaar, door waterstroming aandrijfbaar turbine-element en verbindingsmiddelen voor het met een waterbedding verbinden 5 van het turbine-element.

Een dergelijke hydroturbine is bekend uit het Belgische octrooischrift 2060204 ten name van Louis Worms.

De bekende hydroturbine is met name bedoeld om in ontwikkelingslanden op plaatsen waar stromend water 10 aanwezig is te worden toegepast voor het opwekken van elektriciteit, het ontzilten van zeewater en het verpompen van sproeiwater.

Een probleem van de bekende hydroturbine is de bevestiging aan de waterbedding. Met name moet het turbine-15 element voldoende stevig en op een uit stromingsoogpunt gunstige afstand aan de waterbedding worden verankerd. Voorgesteld is reeds om het turbine-element met behulp van kabels met een vaste tussenafstand aan de waterbedding te verankeren. In de praktijk is echter gebleken dat deze 20 oplossing niet voldoet. De door het water op het turbine- element uitgeoefende krachten doen de kabels knappen, zelfs wanneer deze zeer zwaar zijn uitgevoerd. In het bijzonder blijken de krachten op de kabels sterk toe te nemen bij toenemende waterstand. Voorts zijn de door de waterstroming 25 direct op het turbine-element uitgeoefende krachten op zichzelf reeds zeer groot. In dit verband wordt gewezen op het feit dat de bekende hydroturbine bedoeld is om te functioneren bij een waterstroming van 2-2,5 m/s, en dat een dergelijke waterstroming voor wat betreft het 30 krachtenspel vergelijkbaar is met een luchtstroom met een kracht van circa 9,8 op de schaal van Beaufort.

Voorgesteld is eveneens om het turbine-element met behulp van een caisson afzinkbaar op de bedding te plaatsen. Nadelig van deze oplossing is dat het realiseren 1 ’ '\'ίΊ ··· ·.· . / 2 van een voldoende zware caisson-constructie zeer kostbaar is. Voorts is het met een dergelijke constructie zeer moeilijk om het turbine-element op grotere afstand van de waterbedding te plaatsen.

5 Een verder nadeel van de bekende hydroturbine is dat deze een relatief complexe constructie heeft. Met name vanwege de hoge eisen die bij een dergelijke turbine worden gesteld aan de levensduur, de bedrijfszekerheid en onderhoudsvriendelijkheid is het van groot belang de 10 constructie zo eenvoudig en zo robuust mogelijk uit te voeren.

De uitvinding beoogt een hydroturbine van de in de aanhef genoemde soort waarbij bovengenoemde nadelen worden vermeden. Daartoe heeft een hydroturbine volgens de 15 uitvinding het kenmerk dat de verbindingsmiddelen een geleiding omvatten waarlangs het tenminste ene turbine-element verplaatsbaar is opgesteld, zodanig dat de afstand tussen het turbine-element en de bedding geleid instelbaar is. Hierdoor wordt bereikt dat het turbine-element op 20 relatief eenvoudige wijze voldoende stevig aan de waterbedding kan worden verankerd en dat de afstand tussen het turbine-element en de waterbedding kan worden ingesteld teneinde toe- of afname van door het water op het turbine-element uitgeoefende op- of neerwaartse krachten door 25 verplaatsing te compenseren.

Voorts kan de afstand tussen het turbine-element en de waterbedding worden aangepast teneinde een uit stromingsoogpunt gewenste positie te kiezen. Het instellen van de afstand kan daarbij zowel actief, dat wil zeggen 30 door beïnvloeding van het drijfvermogen of met behulp van aandrijfmiddelen, als passief, dat wil zeggen met behulp van de door het water uitgeoefende kracht worden uitgevoerd.

Verdere voordelige uitvoeringsvormen van de 35 uitvinding zijn beschreven in de volgconclusies.

0 '! 2 0 3 7 v>* 3

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld dat in een tekening is weergegeven. In de tekening toont: fig. 1 een schematisch vooraanzicht van de 5 hydroturbine; fig. 2 een bovenaanzicht langs de lijn I-I in figuur 1; fig. 3 een bovenaanzicht langs de lijn II-II in f iguu,r 1; en 10 fig. 4 een detail van een schoep van de hydroturbine van figuur 1.

Opgemerkt wordt dat de figuren slechts schematische weergaven zijn van voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding. In de figuren zijn gelijke of overeenkomstige 15 onderdelen met corresponderende verwijzingscijfers aangegeven.

Figuur 1 toont een hydroturbine 1 met een onder het wateroppervlak 2 opstelbaar turbine-element 3 dat twee schoepenwielen 4A, 4B omvat. De schoepenwielen 4A en 4B 20 zijn gekoppeld en zijn roteerbaar opgesteld ten opzichte van een zich in hoofdzaak in verticale richting uitstrekkende rotatie-as A. De schoepenwielen 4A en 4B zijn verbonden met een uitgaande as 5 die met behulp van lagers 6 roteerbaar is gelagerd ten opzichte van respectievelijk 25 een droge tank 7 en een ballasttank 8 van het turbine-element 3. De schoepenwielen 4A en 4B van het turbine-element 3 zijn aandrijfbaar door de met de pijl 9 aangegeven waterstroming, zoals hierna nog zal worden toegelicht.

30 Het turbine-element 3 is via steunen 10 met een door rails 11 gevormde starre geleiding met de waterbedding 12 verbonden. De steunen 10 zijn daarbij voorzien van rolelementen 13, zodanig dat het turbine-element 3 als een lift in een liftkoker beweegbaar langs de door de rails 11 35 gevormde geleiding is opgesteld en dat de afstand tussen het turbine-element 3 en de waterbedding instelbaar is. De 1 0 1 0 3 7 4 rails 11 zijn nabij hun onderzijde in de waterbedding 12 verankerd, bijvoorbeeld met behulp van betonblokken 20.

Door te voorzien in zijsteunen 21 en ankerkettingen 22 kan de verankering verder worden verstevigd. In figuur 1 zijn 5 de in de figuren 2 en 3 weergegeven voorste en achterste rails 11 omwille van de overzichtelijkheid niet weergegeven.

De rails 11 zijn zodanig lang uitgevoerd dat de geleiding zich tot boven het wateroppervlak 2 uitstrekt.

10 Boven het wateroppervlak 2 is tussen de rails 11 een plateau 14 aangebracht dat een als tandwielkast uitgevoerde overbrenging 15 draagt. De overbrenging 15 is met behulp van een schuifkoppeling verbonden met de uitgaande as 5 van het turbine-element 3, zodanig dat bij verplaatsing van het 15 turbine-element 3 langs de rails 11, de uitgaande as 5 ten opzichte van de overbrenging 15 kan verschuiven. De overbrenging 15 is op zijn beurt gekoppeld met een generator 16 voor het opwekken van elektriciteit die is voorzien van niet weergegeven regelmiddelen. De generator 20 16 kan zijn verbonden met een eveneens niet weergegeven stroomkabel voor het afvoeren van door de generator opgewekte elektriciteit en/of met accumulatoren voor het daarin opslaan van opgewekte electriciteit.

Door water in of uit de ballasttank te pompen kan 25 het drijfvermogen van het turbine-element 3 worden beïnvloed en kan het turbine-element 3 actief langs de geleiding worden bewogen teneinde de afstand tussen het turbine-element 3 en de waterbedding 12 in te stellen. Op deze wijze kan het turbine-element 3 op een uit 30 stromingsoogpunt gewenste afstand ten opzichte van de waterbedding 12 worden geplaatst. Daarnaast kan het turbine-element 3 eveneens tot aan het wateroppervlak 2 omhoog worden bewogen, bijvoorbeeld voor het uitvoeren van inspectie- of réparatiewerkzaamheden. Voorts kan, uitgaande 35 van een evenwichtsstand, bij toenemende hoogte van het wateroppervlak 2 het turbine-element 3 langs de geleiding 1 r. ' · n r ? u .< ƒ 5 omhoog bewegen tot een nieuwe evenwichtstoestand is bereikt. Ook kunnen eventuele door de waterstroming 9 op het turbine-element 9 uitgeoefende krachten worden opgevangen doordat het turbine-element 3 in verticale 5 richting langs de geleiding kan worden weggedrukt. Bij laatstgenoemde twee mogelijkheden wordt het turbine-element passief langs de geleiding verplaatst.

Refererend aan de figuren 2, 3 en 4 zal de werking van de hydroturbine 1 worden verduidelijkt. De 10 schoepenwielen 4A en 4B zijn opgebouwd uit in parallelle vlakken gelegen plateaus 17. Tussen de plateaus 17 zijn schoepen 18 aangebracht die in figuur 1 omwille van de overzichtelijkheid niet zijn weergegeven. De schoepen 18 zijn zwenkbaar gekoppeld met assen 19 die tussen de 15 plateaus zijn aangebracht. Tengevolge van de waterstroming 9 kunnen de schoepen 18 verzwenken tussen een "open stand" waarin zij met onderlinge afstand parallel in stromingsrichting verlopen (boven aangegeven in figuur 2) en een "gesloten stand" waarin de schoepen 18 aanliggen en 20 zich in hoofdzaak dwars op de waterstroming 9 uitstrekken (onder aangegeven in figuur 2). Met behulp van de zich in gesloten stand bevindende schoepen 28, welke een hoge stromingsweerstand hebben, kan de waterstroom 9 het schóepenwiel 4A stroomafwaarts aandrijven. Hierdoor roteert 25 het schóepenwiel 4A in figuur 2 tegen de richting van de klok in en worden de zich in open stand bevindende schoepen 18, welke slechts een lage stromingsweerstand hebben, stroomopwaarts geroteerd. Door het in figuur 3 getoonde schóepenwiel 4B om de as A ten opzichte van het 30 schóepenwiel 4A onder een hoek te plaatsen, kan een gelijkmatige beweging van de uitgaande as 5 worden opgewekt. Voor een meer gedetailleerde beschrijving van het werkingsprincipe van de schoepenwielen wordt verwezen naar het Belgische octrooischrift 20 60 204 ten name van Louis 35 Worms.

' - 0 $ 7 6

Door de schoepen 18 te vervaardigen uit star materiaal wordt bereikt dat op eenvoudige wijze in gesloten stand een betrouwbare afsluiting kan worden bewerkstelligd. Opgemerkt wordt dat wanneer de schoepen 18 in de gesloten 5 stand aankomen door het tussenliggende water wordt voorkomen dat de starre schoepen elkaar te hard raken. Bij voorkeur worden de schoepen 18 vervaardigd uit kunststof materiaal, in het bijzonder polyetheen. Dergelijke kunststof schoepen 18 bezitten onder water een relatief 10 gering traagheidsmoment en kunnen voorts het turbine- element 3 drijfvermogen verschaffen. Daarnaast is kunststof materiaal in hoge mate bestand tegen slijtage en vervuilende invloeden.

Opgemerkt wordt dat de uitvinding niet beperkt is 15 tot het hier besproken uitvoeringsvoorbeeld. Zo kan het turbine-element eveneens met behulp van glij-elementen of tandwielen langs de geleiding beweegbaar zijn, en kan ten behoeve van het bewegen van het turbine-element langs de geleiding zijn voorzien in aandrijfmiddelen, bijvoorbeeld 20 een op het plateau 14 geplaatste lier die via een kabel is verbonden met het turbine-element. Voorts kan de geleiding eveneens met een groter of een kleiner aantal rails worden uitgevoerd en kan de geleiding bovendien anders worden uitgevoerd, bijvoorbeeld als één of meer geleidingskabels 25 waarlangs het turbine-element beweegbaar is. Ook kan de geleiding zich tot onder het wateroppervlak uitstrekken. Tevens kan het turbine-element op andere wijze worden uitgevoerd dan als het hier besproken schoepenwiel en kan het turbine-element een onder een andere hoek geplaatste 30 rotatie-as omvatten, bijvoorbeeld een horizontale rotatie-as. Verder kan de overbrenging anders worden uitgevoerd, bijvoorbeeld als een vloeistofkoppeling en kan het turbine-element eventueel direct gekoppeld zijn met de generator. Daarnaast kan de uitgaande as worden toegepast om een 35 andersoortige inrichting aan te drijven dan een generator, bijvoorbeeld een pomp.

• : >: 0 3 7 7

Dergelijke varianten zullen de vakman duidelijk zijn en worden geacht te liggen binnen het bereik van de uitvinding zoals verwoord in de hierna volgende conclusies.

.· 0 7 ' w \.J f

Claims

1. Hydroturbine, omvattende tenminste één onder water opstelbaar, door waterstroming aandrijfbaar turbine-element en verbindingsmiddelen voor het met een waterbedding verbinden van het turbine-element, met het kenmerk, dat de 5 verbindingsmiddelen een geleiding omvatten waarlangs het turbine-element beweegbaar is opgesteld, zodanig dat de afstand tussen het turbine-element en de waterbedding instelbaar is.

2. Hydroturbine volgens conclusie 1, met het kenmerk, 10 dat de verbindingsmiddelen tenminste één starre geleiding omvatten waarlangs het turbine-element beweegbaar is.

3. Hydroturbine volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het turbine-element middels glij- en/of rolelementen langs de geleiding beweegbaar is.

4. Hydroturbine volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het turbine-element is voorzien van instelbare ballastmiddelen voor het door verandering van de op het turbine-element uitgeoefende opwaartse kracht instellen van de afstand tussen het turbine-element en de 20 bedding.

5. Hydroturbine volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het turbine-element tenminste één schoepenwiel omvat.

6. Hydroturbine volgens conclusie 5, met het kenmerk, 25 dat het schoepenwiel een aantal uit star materiaal vervaardigde, zwenkbaar opgestelde schoepen omvat.

7. Hydroturbine volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de schoepen in hoofdzaak zijn vervaardigd uit kunststof materiaal.

8. Hydrpturbine volgens een der conclusies 5-7, met het kenmerk, dat het tenminste ene schoepenwiel roteerbaar is opgesteld ten opzichte van een zich in hoofdzaak in verticale richting uitstrekkende rotatie-as. 'i 0 · ; 0 3 7

9. Hydroturbine volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het turbine-element een uitgaande as omvat die is gekoppeld met een boven het wateroppervlak opgestelde generator of pomp.

10. Hydroturbine volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat voorts is voorzien in boven het wateroppervlak opgestelde overbrengings- en/of regelmiddelen. 1 o : o 3 7