DE102005040806A1

DE102005040806A1 - Radial-Wasserturbine für den Einsatz in freier Strömung

Info

Publication number: DE102005040806A1
Application number: DE102005040806A
Authority: DE
Inventors: Walter Schopf
Original assignee: Schopf Walter Dipl-Ing
Current assignee: Schopf Walter Dipl-Ing
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2007-03-08

Abstract

Der Erfindungsgegenstand ist folgenden zukunftsorientierten Einsatzfeldern und Aufgaben zugedacht: DOLLAR A a) Unterwassereinsatz zur Gewinnung von Strom aus der Meeresströmung, DOLLAR A b) in Kombination mit a) als mittragende Komponente schwimmender Offshore-Energieanlagen mit zur Stabilitätsregulierung nutzbarem variierbarem Tragvermögen, DOLLAR A c) mit integriertem elektrischen Generator oder bzw. und einer Wasserpumpe als ein in Fließgewässern betreibbares Kompakt-Kleinkraftwerk oder Bewässerungseinrichtung für unterentwickelte Regionen. DOLLAR A Merkmale und Nutzen des Erfindungsgedankens bestehen darin, dass DOLLAR A generelle oder effiziente Funktionen von Radialturbinenversionen in freier Strömung ohne Saugrohrfallhöhe dadurch ermöglicht werden, indem ihre Gehäuse Außenkonturen und Zusatzeinrichtungen derart aufweisen, dass Geschwindigkeitsenergie der äußeren freien Strömung auf den Ausgang eines horizontal angeordneten Saugrohres einen Sog ausübt, der die Schaufelradkammer entleert und das Turbinenstufendruckgefälle und somit ihre Leistung steigert, DOLLAR A mehrere alternative Radialturbinenversionen spezielle Ausgestaltungen für geringes Druckgefälle und großen Durchsatz aufweisen, DOLLAR A Hohlräume und tragflächenhafte Außenflächen in und am Turbinengehäuse und Zusatzeinrichtungen sowie integrierte Elektromaschinen und Pumpen Funktionen für oben genannte Einsatzziele bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radial-Wasserturbine für den Einsatz in freien Wasserströmungen bei allseitiger Umströmung zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Strömungsenergie des frei fließenden Wassers, mit den in dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Konstruktionsmerkmalen.
Die dem Erfindungsgegenstand zugedachten zukunftsorientierten Einsatzfelder und Aufgaben sind:

a) Unterwassereinsatz auf hoher See zur Gewinnung von Strom aus der Energie stetiger Meeresströmungen oder bzw. und Gezeitenströmungen;
b) Unterwassereinsatz – vorzugsweise schwimmend – in Fließgewässern zur Gewinnung von Strom aus der Energie der Strömung, in Kombinations- und Kompaktausführung mit einem el. Generator oder bzw. und einer Wasserpumpe auf Fließgewässern leicht installierbares schwimmendes autarkes Kleinkraftwerk bzw. Wasserpumpanlage für unterentwickelte Regionen in Entwicklungs- und Schwellenländern;
c) als Zusatzeinrichtungen an Offshore- Windenergieanlagen zur zusätzlichen Gewinnung von Strom aus der Meeresströmung, insbesondere an Anlagen mit autark ablaufendem Inselbetrieb, mindestens zur Stromversorgung der Betriebseinrichtungen an Bord von autarken Offshore Windkraftanlagen,
d) in Kombination mit a) und c) als (mit) tragender Unterwasser-Schwimmkörper für schwimmende Offshore- Wind- und Wasserkraftanlagen,
e) in Kombination mit a), c) und d) als Einrichtung zur Bewirkung eines variierbaren Auftriebes zu Nutzung als Korrekturgröße bei Stabilisierungs- und Schwingungsdämpfungsmaßnahmen an schwimmenden Offshore- Wind- und Wasserkraftanlagen.

Aspekte zur Energiegewinnung:
Eine intensive Erschließung regenerativer, nachhaltiger Energien ist in Anbetracht der Endlichkeit fossiler Energieträger ein global erkanntes und anerkanntes Gebot unserer Epoche, auch wegen des zwingenden Handlungsbedarfes zur Verminderung der CO₂ - Belastung unserer Atmosphäre, aber auch zum Erhalt eines (Rest-) Bestandes an für die Menschheit und Wirtschaft lebenswichtiger in den fossilen Energieträgern enthaltenen Grundstoffen und Substanzen.
Unter den zur Verfügung stehenden regenerativen Energieressourcen hat sich bereits die Windenergie – zumindest mit einem wichtigen Anteil – als zukünftiger Energielieferant favorisiert.
Für die Versorgung mit nachhaltigen, schadstoffarmen Energien sind bereits umfangreiche Windkraftanlagen-Projekte an Land entwickelt und realisiert, eine Steigerung (außer einigen Repower-Aktionen) ist nach technischen und ökonomischen Aspekten kaum noch möglich. Auch sprechen Landschaftsschutz- und Öko- Strömungen in der Bevölkerung dagegen.
Eine intensive und lukrative Erschließung der Windkraft bietet sich auf See an, wo Stärke und Kontinuität des Windes wesentlich intensiver und günstiger sind. Darüber hinaus kommen für die Akzeptanz und Realisierbarkeit einer Windkraftanlage oder eines -Parks noch weitere Aspekte wie Geräuschimmission, Schattenwurf, optische Verträglichkeit und vor allem auch Natur-und Landschaftsschutzaspekte eher zum Tragen. Aber auch hier stehen letztgenannte Aspekte häufig der Realisierung küstennaher Offshore-Windenergieanlagen entgegen.
Verstärkt wird in letzter Zeit die Planung und Realisierung von Offshore-Windenergieanlagen auf hoher See betrieben. Nachteilig sind dabei die höheren Aufwendungen für Gründungen besonders in tiefen Gewässern und Aufwendungen für die Netzanbindung.

Als Ausweg gegen erforderliche tiefreichende aufwendige Gründungen bieten sich „Schwimmende Offshore-Windenergieanlagen" an, wie sie beispielsweise bereits im in Planung befindlichen Offshore-Windenergiepark Ventotec Ost 2 vorgesehen, oder in den Patentanmeldungen DE 10219062 , EP 1366209 , EP 1269018 , EP 1169670 DE 10 2005 040 808.7 DE 10 2005 040 803.6 beschrieben sind. Besonders effizient arbeiten solche Anlagen, wenn an Bord – wie in erstgenannter Patentanmeldung beschrieben und beansprucht – der gewonnene Strom ohne Übertragungsverluste und aufwendiger und somit teurer Übertragungseinrichtungen zur Gewinnung des für die bevorstehende „Wasserstoffwirtschaft" so wichtigen Energieträgers Wasserstoff eingesetzt wird.

Bei solchen schwimmenden Anlagen auf offener See stellen aber zwangsläufig die Rauheiten der Wasseroberfläche, die Schwingungen an der Anlage verursachen können, ein nach Möglichkeit zu begegnendes Problem dar.

Eine übergeordnete Zielsetzung und Aufgabe vorliegenden Erfindungsgedankens besteht daher Schaffung von technischen Voraussetzung und Einrichtungen für den Einsatz und Betrieb schwimmender, insbesondere autark arbeitender Offshore-Windenergieanlagen gemäß den vorgenannten Einsatzfällen d) und e).

Weitere riesige alles andere übertreffende Energieressourcen, bisher weniger erschlossene Energiepotentiale, liegen in der Meeresströmung.

Deren Nutzung ist – wie die relativ geringe bisherige Realisierung auch unter Beweis stellt – durch Energiegewinnungsanlagen mit im Meer gegründeten Bauwerken aufwendig und kostenintensiv und wegen ihrer Gefährdung durch die Rauheiten des Meeres sehr problematisch.

Vorliegender Erfindungsgegenstand ist besonders auf die Nutzung der zwar mäßigen, aber stetigen Unterwasser-Strömungen der Meere abgestimmt. Neben einer weitgehenden Beständigkeit dieses Energieangebotes birgt ein Unterwassereinsatz auch den Vorteil, dass unter solchen Einsatzbedingungen arbeitende Einrichtungen nicht oder zumindest nur in geringerem Maße den zerstörerischen rauen Oberflächenwellengängen ausgesetzt sind. Andererseits sind wegen der fehlenden Fallhöhe für ein herkömm-liches Saugrohr zur Ausbildung eines auf den Turbineausgang einwirkenden Soges Ersatzlösungen erforderlich.

Außerdem ist für einen solchen Einsatz herkömmlicher Wasserkraftmaschinen Tatbestand abträglich, dass nur ein geringes (staudruckbedingtes) Druckgefälle zur Verfügung steht. Zumal unter den genannten Einsatzbedingungen der Energiegewinn weitgehend nur aus der Strömungsenergie bei zudem noch geringer Fließgeschwindigkeit gezogen wird, sind dafür keine oder nur in sehr eingeschränktem Maße herkömmliche Wasserkraftmaschinen geeignet und einsetzbar.

Eine konkrete Zielsetzung besteht daher in der Schaffung einer Wasserturbinenkonzeption für den Einsatz in fließenden Gewässern ohne geodätische Fallhöhe für ein Saugrohr geeignet ist.

Die Lösungen der genannten Zielsetzungen bestehen im wesentlichen darin, dass

a) Turbinen mit radial angeströmten großvolumigen Schaufelrädern mit Einrichtungen versehen sind, die mit der Energie der sie umgebende Strömung einen Injektoreffekt und somit einen Sog auf den Turbinenausgang ausüben, der eine verlustfreie – oder zumindest arme – partielle radiale Laufraddurchströmung ermöglicht, wobei des Weiteren
b) das Turbinengehäuse mit einer Ummantelung mit Auftrieb bildenden Hohlräumen ausgestattet ist;
c) das Turbinengehäuse und seine Ummantelung außen leitflächenhafte Konturen aufweist, die anstellwinkelabhängig zur äußeren freien Strömung, für Schwingungsdämpfungsprozesse nutzbar, variierbare Auftriebs- oder Senkkräfte bewirken.

Details der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen gehen aus den Ansprüchen und Beschreibungen der Ausführungsbeispiele hervor.

Die damit erzielbaren Funktionen und Vorteile ergeben sich aus der erfindungsgemäßen Erfüllung der Zielsetzungen. Details über Funktionen der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen mit ihren bewirkten Vorteilen gehen ebenfalls aus den Ansprüchen und den Beschreibungen der Ausführungsbeispiele hervor.

Der Anmeldungsgegenstand wird nachstehend unter Verweis auf Zeichnungen erläutert.
Ausführungsbeispiele
1 bis 4 verdeutlichen in schematischen Schnittdarstellungen erfindungsgemäße Ausbildungen des Gehäuses einer beliebigen Radialturbine mit einer ihr zugeordneten Ummantelung

– zur Nutzung der die Turbine außen umstreichenden Strömung zur Bewirkung eines Soges im horizontal angeordneten Saugrohr ohne Fallhöhe,
– mit Auftrieb bewirkender Hohlräume im Turbinengehäuse und den sie umgebenden Mantel,
– zur Bewirkung eines gesteuerten Auf- oder Abtriebes.

Die erfindungsgemäßen alternativen Turbinengehäuseausbildungen und zugeordneten Ummantelungen sind vorrangig allen nachstehenden, den Einsatzfällen mit sehr geringer Druckdifferenz und großer Durchflussmenge bei fehlender Saugrohr-Fallhöhe gerecht werdenden Radialturbinen-Ausführungskonzeptionen nach 5 bis 12 zugeordnet. Die Inanspruchnahmen dieser daraus hervorgehenden Ausführungsmerkmale erstrecken sich auch auf jegliche andere Radialturbinenkonzeptionen.
5 beinhaltet eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Radialturbine für Einsatzfälle mit sehr geringer Druckdifferenz und großer Durchflussmenge bei fehlender Saugrohr-Fallhöhe mit einem tangential angeströmten Schaufelrad mit einem darin integrierten Generator und einer besonderen Ausgestaltung der Radkammer zum wasserfreien- bzw. verwirbelungs- und somit verlustarmen Betreiben der nicht aktiven Schaufelradpartie.
6 zeigt eine Radialturbine mit zwei Schaufelrädern, mit einem in einem in der Trommel eines Schaufelrades integrierten el. Generator, wobei die Schaufelräder in der Mitte zwischen den Schaufelradachsen im Bereich miteinander kämmenden Laufschaufeln tangential angeströmt werden und die Füllungen der Schaufelzwischenräume auf der entgegengesetzten äußeren Seite durch parallel zum Radumfang angeordnete Rückführkanäle zur Abflussseite rückgeführt werden.
7 zeigt eine Radialturbine mit zwei Schaufelrädern, mit einem in einem Laufrad integrierten el. Generator, wobei die zur Energiegewinnung genutzte Strömung geteilt die Laufräder außen umströmt und die Zu- und Abflusspartie durch die zahnradartig miteinander kämmenden Laufschaufeln der beiden Laufräder zu einander abgedichtet wird.
8 zeigt eine Turbine mit zwei tangential außen angeströmten Laufrädern, wobei die Laufschaufeln auf dem Laufrad kippbar angeordnet sind, die im nicht aktiven Umfangsbereich zwischen beiden Laufrädern sich umlegen und dichtend aneinander anliegend den Durchfluss zwischen der Zu- und Abflusspartie verhindern.
9 zeigt eine Turbine mit zwei Laufrädern, mit einem in einem Laufrad integrierten el. Generator, wobei die Schaufelräder zweimal beaufschlagt werden,
in dem ein größerer Teil der zur Energiegewinnung genutzten Strömung die Laufräder außen umströmt,
ein geringerer Anteil durch einen vom Einlauftrichter ausgehenden zur Saugrohrseite führenden Kanal geleitet und tangential der im Eingriff befindlichen Beschaufelung beider Räder zugeführt wird, der auf der Einlauftrichterseite wieder durch eine Kanalführung erfasst und durch einen daran anschließenden Kanal dem gemeinsamen Saugrohr zugeführt wird.
10 zeigt eine Draufsicht – Schnittdarstellung von 9
11 zeigt die Seitenansicht in zwei Schnittebenen eine Turbine mit einem gänzlich am vollen Umfang angeströmten Laufrad mit Peltonturbine-ähnlichen Laufschaufeln, mit
einem darüber liegenden, das Schaufelradgehäuse auf den vollen Umfang sich erstreckenden spiralförmigen Zuströmkanal,
und zwei ebenso profilierte aber entgegengesetzt verlaufende, seitlich der Radaustrittspartie angeordnete Abflusskanäle.
12 zeigt eine Draufsicht-Schnittdarstellung von 11.
Beschreibungen zu den Ausführungsbeispielen
Zu 1 bis 4
1 zeigt in schematischer Darstellungsweise ein Turbinengehäuse 2 einer beliebigen Radialturbine 1, bestehend aus den Einlauftrichter 3 bildenden Gehäusewandungen 2a, der Radkammerummantelung 2b und die das Saugrohr 4 bildende Wandungen 2c mit der äußeren Wandung 2d. Das Querschnittsprofil ist in Anlehnung an das Laufradprofil einer Radialturbine rechteckig und den Einsatzbedingungen entsprechend – große Durchflussmenge bei kleiner Strömungsgeschwindigkeit – verhältnismäßig breit ausgelegt. Der Einlauftrichter 3 mit seinem das ca. Dreifache der Turbineneintrittsfläche F2 betragenden Erfassungsfläche F1 liegt weitgehend konzentrisch zum Saugrohr 4, wobei die Durchströmebene im normalen Einsatzfall horizontal in der Strömungsebene liegt. Die Durchströmflächen des Saugrohres sind so bemessen, dass die Eintrittsfläche F3 bei optimaler Ausnutzung der Geschwindigkeitsenergie in der Turbine bei etwa doppelter Turbineneintrittsfläche F2 liegt, und die Saugrohraustrittsfläche F4 eine etwas unterhalb der Geschwindigkeit der äußeren Umströmung liegenden Austrittsgeschwindigkeit verursacht.
Die höhere äußere Strömung bewirkt auf die aus dem Saugrohr austretenden Strömung einen Sog, der bei konvexer und nach der Austrittseite hin zunehmender Gehäusestärke bzw. -Höhe infolge einer erhöhten Randschichtenströmung noch gesteigert werden kann.
Reichliche Gehäusehohlräume 5a und 5b erfüllen den angestrebten Nutzeffekt, den Erfindungsgegenstand als tragende Komponente bei schwimmenden Offshore-Anlagen einzusetzen. Aber auch ohne dieses Einsatzziel kann ein ausgewogenes Verhältnis von Auftrieb zum Eigengewicht der Turbine für Transport, Montage oder Reparatur nützlich sein.
Die tragflächenartige Oberflächenausgestaltung (2d) und eine nicht dargestellte Schwenkeinrichtung in der horizontalen Ebene ermöglichen eine gesteuerte, zur Schwingungsdämpfung einer schwimmenden Offshore-Wind- oder Wasserkraftanlage nutzbaren Variation des Auftriebes.
In 2 weist die aus 1 übernommene Ausgestaltung der Pos. 1, 2a, und 3 zur Verstärkung des Soges auf das Saugrohr eine Teil- und Leiteinrichtung 7 auf, die das Saugrohr in zwei weitgehend symmetrisch angeordnete Kanäle 6a und 6b teilt.
Der Vorteil liegt darin, dass
die Schichtstärke des ausströmenden Wassers dünner ist, wodurch die äußere (schnellere) Strömung einen intensiveren „mitreißenden, vermischenden" Einfluss nehmen kann,

– dem ausströmenden Wasser eine vertikal nach außen gerichtete Strömungsrichtung aufgezwungen wird, wodurch in gesteigertem Maße ebenfalls Vorstehendes bewirkt wird,
– in der hinter dem Saugrohraustritt F4a, F4b liegenden Zone in Folge des abnehmenden bzw. nicht mehr vorhandenen Verdrängervolumens der Stromteilereinrichtung 7b sich in der freien Strömung ein „quasi-" Diffusoreffekt aufbaut, der auf das Saugrohr abermals einen verstärkten Sog ausübt. Vorliegende Turbinenkonzeption birgt auch die unter 1 angeführten Vorteile und angestrebten Möglichkeiten.

3 beinhaltet eine alternative Ausgestaltung zur Steigerung der Funktion des durch die Gehäuswandungen 2c gebildeten Sagrohres 4. Hierfür sind in Erstreckung über die Gehäusebreite symmetrisch zur Turbinengehäuseaußenwandung 2g einen Düsenkanal 10a, 10b bildende Leitwandung 9a angeordnet. Die gegenüber ihren Endquerschnitten F6a, F6b wesentlich größeren Eintrittsquerschnitte F5a, F5b bewirken im Kanalverlauf eine Strömungsgeschwindigkeitssteigerung, die am Ende des Saugrohres 4 der Turbine 1 auf das ausströmende Medium einen Diffusoreffekt und somit einen Sog ausübt. Zur besseren Vermischung und Wirksamkeit sind in Fortsetzung der Wandung 9a nach innen gerichtete Leitblechstreifen 11a angeordnet. Diese sind zur intensiven Vermischung im Kern des Saugrohrstromes, andererseits auch zum verminderten Stau desselben, unterschiedlich lang und in gewissen Abständen in abwechselnder Folge von beiden Seiten ausgehend angeordnet. Eine äußere Wandung 9b zu 9a schafft weitere, für manche Einsatzfälle angestrebte Hohlräume.
4 verdeutlicht eine weitere Steigerungsmöglichkeit der Intensität der Saugrohrwirkung ohne Fallhöhe sowie eine damit gewonnene Vergrößerung der angestrebten Auftrieb- bildenden Hohlräume und Leitflächen.
Hierfür sind die Düsen 14a, 14b durch ein relativ großes Eintritts-Austrittsquerschnittsverhältnis F5/F6 besonders effizient ausgebildet, so dass unter Zuhilfenahme von unter Pos. 11 beschriebener Leiteinrichtungen 16 eine intensive Vermischung beider Strömungen, die aus dem Diffusor 15 und die aus den Düsenkanälen 14a und 14b bewirkt wird Hierbei wird bewusst in Kauf genommen, dass die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der vermischten Ströme über der Strömungsgeschwindigkeit der äußeren freien Strömung liegt. Zur austritts- verlustfreien Strömungsgeschwindigkeits-Anpassung bzw. Reduzierung sind in Fortsetzung der Düsenkanalwände 12a einen nachfolgenden Diffusor 15 bildende Wandungen 12b angeordnet. Eine verbindende Aussenwandung 12c schafft somit weitere Auftrieb bildende Hohlräume 23a und 13b sowie eine vergrößerte Tragflächenwirkung. Bei intensiver geschwindigkeitssenkender Wirkung des Manteldiffusors 15 bewirken die die Mäntel 12c umstreichenden freien Strömungen eine abermalige Sogwirkung mit einer Effizienz steigernden Einwirkung auf die Turbine 1.
Zu 5
Die vorderen Gehäusewandungen 21a, 21b der Turbine bilden den Einlauftrichter 22, der über die Krümmungen 21b, 21c in den Läuferraum übergeht, so, dass die Wasserströmung das auf Welle 23 gelagerte trommelförmige Schaufelrad 24 mit seinen Schaufeln 25 weitgehend tangential beaufschlagt wird.
Im Inneren des Schaufelrades ist ein Generator integriert, der im wesentlichen aus einem mitrotierenden Polkranz 26 und einem achsfesten Stator 27 besteht. Die Generatorlänge wird sich (wegen der relativ großen Breite der WaKM) nur über einen Teil der Laufradbreite erstrecken. Dem durch Geschwindigkeitsabbau Leistung entzogenen Wasser verlässt den Schaufelradbereich über das von den Gehäusepartien 21g, 21h gebildete Saugrohr 28, das den diffusorgerechten unterdruckbildenden Querschnittsverlauf aufweist. Zur Steigerung der "Saugeffizienz" ist um die Endpartie der Turbine andeutungsweise die unter 1
beschriebene, mit den Turbinenmantelkonturen 21i, 21j die Düsenkanäle 30a, 30b bildende Ummantelung 29a, 29b angeordnet. Diese als Düsen fungierende Kanäle 30a. 30b weisen vor der Diffusorendpartie 38a einen durchströmgeschwindigkeitssteigernden Querschnittsverlauf auf, wobei ihre Endquerschnittsflächen zu dem der Austrittsquerschnittsfläche 28a aus dem Saugrohr unter Berücksichtigung ihrer Austrittsfließgeschwindigkeiten so abgestimmt sind, dass eine dem Unterdruck im Saugrohr 28 erhöhende "Injektorwirkung" auftritt, was die Effizienz der Turbine erhöht. Des weiteren kommt eine intensive Saugwirkung der Entleerung der Schaufelzwischenräume 32 und der Laufradkammer 31, die im nicht aktiven Umfangsbereich des Laufrades radial erweitert ist, zu Gute. Die Entleerung der Räume 31, 32 ist für die Aufnahmefähigkeit und Nutzbarkeit zufließenden, strömungsenergiebeinhaltenden Frischwassers eine essentielle Voraussetzung.
Zur Sicherstellung einer Entleerung dieser Räume 31, 32 ist ein über eine Verbindungsleitung 33 mit der äußeren Atmosphäre verbundenes Luft-Zuführventil 34 angeordnet, das die Ausbildung eines „Luftdomes" in der oberen Laufradkammer bei einem vom Saugrohr 28 bewirkten Unterdruck ermöglicht. Eine wirtschaftliche Ausführung einer Verbindungseinrichtung zur freien Atmosphäre, die in der Kombination mit einem obligatorisch vorhandenen Stromkabel beruht, wird in der Patentanmeldung DE 10 2005 040 804.4 vorgeschlagen. Um auszuschließen, dass Luftanteile in die Saugpartie 28 gelangen, was wegen der starken Expansionsfähigkeit den unterdruckbildenden Voraussetzungen abträglich wäre, ist ein Belüftungsventil 34 so gestaltet und positioniert, dass nur Räume über der obersten Saugrohrpartie 38b belüftet werden und nicht Saugrohr 38 selbst. Dieses über der obersten Saugrohrpartie 38b angeordnete Belüftungsventil, besteht aus einem Schwimmer 34a, einem daran angeordneten Ventilkörper 34b, der in einem Ventilsitz 34c beweglich sitzt, und weg- bzw. wasserstandsabhängig seinen Drosselquerschnitt und damit die Luftzufuhr zu dosieren vermag. Zur Vermeidung von Wasserniveausondierung störenden Turbulenzen ist um das Luftzufuhrventil 34 eine Abschottung 35 angeordnet.
An der oberen Zuströmseite erstreckt sich die radial abdichtende Gehäusepartie 21e in einer Länge, die etwa der Schaufelteilung entspricht. Mit einer ausgewogenen Abstimmung beider Strecken und Setzung der Kante zwischen Einlauftrichter und Laufradkammer ist zu erreichen, dass das zuströmende Medium nur in der Drehrichtung auf die Laufschaufeln einwirkt.
Pos. 36 stellt eine vertikale Schwenkachse der modifizierten Turbine dar, durch die z. B. beim Einsatz an einer fest verankerten Offshore-Energieanlage die Turbine selbsteinstellend oder gesteuert in die Strömung gerichtet wird. Mit einer nicht dargestellten horizontalen Schwenkeinrichtung kann beim Einsatz der Turbine an schwimmenden Offshore-Energieanlagen, bei denen die erfindungsgemäße Turbine auch als tragende Komponente dient, durch gesteuertes Schwenken mittels zweckentsprechender Verstellaktore diese zur Stabilisierung der gesamten Anlage herangezogen werden.
6
Die inneren Gehäusewandungen 41a und 41b bilden den Einlauftrichter 42, die Wandungen 41c, 41d umschließen die Laufradkammer und die Wandungen 41e, 41f bilden den Diffusor 51 der Turbine. Eine äußere Ummantelung 41g, 41h schafft Auftrieb bildende Hohlräume 54 für den Einsatz als mittragender Schwimmkörper bei schwimmenden Offshore- Kraftwerksanlagen. Die im Einlauftrichter 42 erfasste und fokussierende Strömung wird zwischen den auf den Achsen 43, 44 gelagerten zwei Schaufelrädern 45 und 46 mit ihren Laufschaufeln 47 und 48 weitgehend tangential zugeführt. Eines der trommelförmiger. Laufräder 46 weist innerhalb einen Polkranz 49 auf, der mit dem achsfesten Stator 50 im wesentlichen den Generator bildet. Dieser wird sich wegen einer anzustrebenden relativ großen Breite des Schaufelrades nur über einen Teil von ihm erstrecken.
Beide Laufräder 45 und 46 stehen durch eine Ausbildung der Laufschaufeln 47 und 48 als miteinander kämmende Verzahnung miteinander in Verdrehschluss. Dafür weisen die Laufschaufeln 48 des den Generator bergenden Schaufelrades 46 auf der Druck- bzw. Zuflussseite außer einer strömungsgerechten konkaven Formgebung an ihren Enden, sowie die Laufschaufel 47 des anderen generatorlosen Schaufelrades 45 auf der konvexen Rückseite gänzlich eine für einen Gleit- und Abwälzvorgang mit der Gegenschaufel zweckmäßige Kontur auf. Besonderer konstruktiver Maßnahmen zur Verminderung oder gar Verhinderung von Radialspiel in dieser „Quasiverzahnung" bedarf es nicht, da durch das Zusammenspiel beider Schaufelräder das Übertragen der Leistung des generatorlosen Schaufelrades 45 auf das generatorbeinhaltende Schaufelrad 46 eine eindeutige "Zahnanlage" sichert. Natürlich müssen für einen rucklosen Eingriff Teilungen und Zahnstärken entsprechend abgestimmt sein.
Alternativ wird vorgeschlagen, an Stelle der zahnradähnlichen Laufschaufelausbildung beide Schaufelräder über eine formschlüssige Verdrehverbindung (z. B. mittels eines Zahnriemens oder durch Zahnräder) verdrehfest mit einander zu koppeln. Des weiteren wird alternativ die Anordnung je eines separaten Generators im oder neben den einzelnen Schaufelrädern in den Erfindungsgedanken einbezogen. Die Erfordernis einer abdichtenden Kontaktierung der Zähne beider Laufräder zueinander bleibt natürlich unbenommen.
Zur Steigerung der "Saugeffizienz" sind um die Turbinenendpartie zur Erfassung der das Gehäuse 51g, 51h umstreichenden Wasserströmungen die unter 1 und 2 beschriebenen erfindungsgemäßen Ummantelungen 7, 8, 29 mit ihrer im Zusammenspiel mit der Turbinenwandung 41g, 41h bewirkten Injektorwirkung angeordnet.
Damit wird auch ein Ab- bzw. Ausfluss des Wassers aus dem unaktiven Laufbereich 52a, 52b und 52c,52d der Schaufelräder bewirkt, wobei zur Verhinderung eines leistungsschäd-lichen Umlaufes des Wassers zur Steigerung und Sicherstellung des Rückflusses aus diesen Kammern eine vom Saugrohranfang 51a ausgehende, bis kurz vor dem Einlauftrichterende 42b sich erstreckende Trennwände 53 angeordnet. Dabei sind ihre Anfangspositionen 53a zum Eintrittstrichterende 42b unter Berücksichtigung der Schaufelteilung und Schaufelkrüm-mung so gesetzt, dass der in den Einlauftrichterbereich eintretende Schaufelzwischenraum vom frischen einströmenden Wasser zum Einen eine in die Drehrichtung weisende Umfangskraft auf die Schaufel ausübt und zum Anderen den Schaufelzwischenraum vom energielosen Wasser spült, welches dann durch den von der Gehäusewandung 41c, 41d und den Trennwänden 53 gebildeten Rückströmkanälen zum Abfluß 51a zurückfließt. Diese Kammerentleerung wird durch den vom Saugrohr 51 einwirkenden Sog und zusätzlich von
einer im Randgebiet 51a–52b auftretenden Injektorwirkung des durch das aus dem Turbinenräderbereich 52e austretenden Wasser forciert.
Zu 7
Die inneren Gehäusewandungen 61a und 61b bilden den Einlauftrichter 62, die Wandungen 61c, 61d umschließen die Laufradkammer und die Wandungen 61e, 61f bilden den Diffusor 61 der Turbine. Eine äußere Ummantelung 61g, 61h schafft Auftrieb bildende Hohlräume 74a, 73b für den Einsatz als mittragender Schwimmkörper bei schwimmenden Offshore-Kraftwerksanlagen. Die im Einlauftrichter 62 erfasste und fokussierende Strömung durch eine Leitvorrichtung 63 mit Unterstützung abgerundeter Endpartien 62b, 62c wird tangential um die auf den Achsen 63, 64 gelagerten zwei Schaufelräder 65 und 66 mit ihren Laufschaufeln 67 und 68 zugeführt. Eines der trommelförmigen Laufräder 66 weist innerhalb einen Polkranz 69 auf, der mit dem achsfesten Stator 70 im wesentlichen den Generator bildet. Dieser wird sich wegen einer anzustrebenden relativ großen Breite des Schaufelrades nur über einen Teil von ihm erstrecken.
Beide Laufräder 65 und 66 stehen durch eine Ausbildung der Laufschaufeln 67 und 68 als miteinander kämmende Verzahnung miteinander in Verdrehschluss. Dafür weisen die Laufschaufeln 68 des den Generator bergenden Schaufelrades 66 auf der Druck- bzw. Zuflussseite außer einer strömungsgerechten konkaven Formgebung an ihren Enden, sowie die Laufschaufel 67 des anderen generatorlosen Schaufelrades 65 auf der konvexen Rückseite gänzlich eine für einen Gleit- und Abwälzvorgang mit der Gegenschaufel zweckmäßige Kontur auf. Besonderer konstruktiver Maßnahmen zur Verminderung oder gar Verhinderung von Radialspiel in dieser „Quasiverzahnung" bedarf es nicht, da das Zusammenspiel beider Schaufelräder das Übertragen der Leistung des generatorlosen Schaufelrades 65 auf das generatorbeinhaltende Schaufelrad 66 eine eindeutige "Zahnanlage" sichert. Natürlich müssen für einen rucklosen Eingriff Teilungen und Zahnstärken entsprechend abgestimmt sein.
Alternativ wird vorgeschlagen, an Stelle der zahnradähnlichen Laufschaufelausbildung beide Schaufelräder über eine formschlüssige Verdrehverbindung (z. B. mittels eines Zahnriemens oder durch Zahnräder) verdrehfest mit einander zu koppeln. Des weiteren wird alternativ die Anordnung je eines separaten Generators im oder neben den einzelnen Schaufelrädern in den Erfindungsgedanken einbezogen. Die Erfordernis einer abdichtenden Kontaktierung der Zähne beider Laufräder zueinander bleibt natürlich unbenommen.
Eine ausgangsseitige Leitvorrichtung 64 in Verbindung mit dem gerundeten Diffusoranfang 63a sichert günstige Strömungs- bzw. Umlenkbedingungen.
Zur Erhöhung der turbinenausgangsseitigen leistungsteigernden "Saugeffizienz" sind um die Turbinenendpartie zur Erfassung und Nutzung der das Gehäuse 61g, h umstreichenden Wasserströmungen die unter 1 und 2 beschriebenen Düsen 9a und 9b angeordnet.
Zu 8
Pos. 80a, 80b bilden als Innenwand den Einlauftrichter 81, in dem das erfasste und beschleunigte Wasser anschließend durch Leit- und Umlenkvorrichtung 83 in zwei Ströme geteilt und den auf ihren Achsen 84a, 84b sitzenden Schaufelrädern 85a, 85b radial zugeführt wird. Diese trommelförmigen Schaufelräder weisen am Umfang Gelenke 86 auf, in denen die Laufschaufeln 87 nach einer Seite, entgegen der Drehrichtung, umkippbar befestigt sind. Ein auf ihrer Rückseite im Schaufelgrund angeordneter Abstützsteg 88 bestimmt ihre Arbeitsstellung. Die Laufradkammern 82a, 82b gehen in erweiterte Freiräume 89a, 89b über, die wiederum in das Saugrohr 90 übergehen.
Die essentielle Erfordernis bei solchen zweirädrigen radial beaufschlagten WaKM, das Abschotten der Zuflussseite von der Abflussseite wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Achsabstand der Laufräder, die Schaufelhöhe über den Laufradumfang bei umgelegter Schaufel und die Stärke eines zwischen den beiden Laufrädern angeordneten, von der Leitvorrichtung ausgehenden Führungssteges 91a und 91b so abgestimmt sind, dass beide Seiten, Saugrohr 81 und Diffusor 90, voneinander abgeschottet sind. Auf der Saugrohrseite spreizen sich Führungsstege 90a, b von den Laufrädern ab, in einer Weise, dass sie weitgehend tangential die im Umklappen befindlichen Laufschaufeln außen abdichtend führen und gänzlich umklappen. Auf der Zuflussseite weist die Leitvorrichtung eine entsprechende Kontur zum Aufklappen der Schaufeln auf. Spätestens nach Verlassen dieser Partie werden diese durch das einströmende Wasser gehoben bzw. in ihre Betriebsstellung gestellt. Pos. 95 verdeutlicht eine Zwischenstellung. Auf der Saugrohrseite zusätzlich angeordnete Umlegerollen 92a, 92b stellen ein Umschwenken der Schaufeln ganz sicher. Sowohl von den Umlegerollen 92a, 92b, als auch von den Führungswänden 91a, 941b ausgehend, ist durch die Geometrie bedingt ein dominoeffekthaft sich vollziehender Schwenkvorgang zu erwarten.
Alternativ oder als eine weitere Umlege- bzw. Schaufelstellungs-Einstellvorrichtung wird eine seitlich der Laufräder zur Drehachse exzentrisch angeordnete, etwa kreisförmige Führungsschiene vorgeschlagen, in die eine an den Schaufelstirnseiten der Laufschaufeln angebrachte Rolle gleitet, so, dass eine zwangsgesteuerte Schaufel-Schwenkbewegung bewirkt wird. Neben der vorteilhaften Abdichtungsweise der Druck- und Saugseite zwischen den Schaufelrädern sind der dadurch reduzierte Achsabstand (Bauraum), sowie eine für diese Betriebsbedingungen günstige große Gestaltungsmöglichkeit der Laufschaufellängen vorteilhafte Aspekte dieser erfindungsgemäßen Turbinenkonzeption. Zu naheliegenden Bedenken bezüglich dynamischer und hydraulischer Kriterien und Beanspruchungen gegenüber dem neuartigen Laufschaufel-Klappmechanismus sei darauf hingewiesen, dass bei dem vorliegenden Einsatz, die Nutzung der Meeresströmung, für den Turbinenbau abnormale außergewöhnlich niedrige Strömungs- und somit auch Rotationsge-schwindigkeiten vorliegen. Zur Umsetzung der gewonnenen mechanischen Energie in elektrische sind in den trommelförmigen Schaufelrädern Generatoren integriert, beispielsweise wird er durch mitrotierende (93) und achsenfeste Polkränze 94 gebildet.
Zu 9 und 10
Die von der vorderen Partie 102a des Einlauftrichters 102 erfasste Strömung wird durch eine Gehäusewandung 101i in zwei Einlauftrichterpartien 102a und 102b getrennt bzw. durch die seitliche Wandung 101j kanalisiert. Der großvolumige Kanal 102b wird durch eine Leiteinrichtung 111 in zwei, die Laufräder 105, 105 mit ihren Laufschaufeln 107 und 108 im Laufradkammerbereich 112a und 112b tangential beaufschlagende Ströme geteilt. Das aus den Laufkammer-Austrittsbereichen 112e und 112d austretende Medium, geleitet durch die als Leiteinrichtung fungierende Kanalwandung 114, strömt in seinen Anfangspartien 103 und 103b in den Diffusor 103 ein. Die im anderen Ansaugtrichterkanal 102a erfasste Strömung wird durch Kanal 115a zum Verteilkanal 115b geleitet, wo sie die Laufschaufeln 107, 108 zwischen den Laufrädern 105, 106 von der Turbinenausgangsseite her beaufschlagen.
Auf der anderen Seite ist die Leiteinrichtung 111 als Wandung eines Abflusskanales 113a ausgebildet, der über einen Verbindungskanal 113b zum Diffusor 103 führt.
Die an die Laufzonen der Schaufelräder angrenzenden Ein- und Austrittskonturen der Leiteinrichtungen 111 und 114 sind mit der Schaufelteilung so untereinander abgestimmt, dass einerseits die Schaufelzwischenräume durch das Frischwasser gespült und von ihm neu befüllt werden, andererseits so wenig wie möglich Frischwasser mit in die Abflusskanäle 113a, 103a, 103b gerät.
Eine absolut dichtende Abgrenzung zwischen dem Saug- und Druckraum 102–103 erscheint im Gegensatz zu den Konzeptionen gemäß 3 und 4 nicht erforderlich, da hier durch die konkave Schaufelform bei gleichmäßiger untereinander weitgehend ausgewogener und zudem geringer Druckbeaufschlagung keine große Spaltverluste zu erwarten sind. Hier erscheint auch eine steife Drehübertragung zwischen beiden Schaufelrädern, z. B. mittels eines Zahn-, Riemen-, oder Kettentriebes angebracht, wodurch es nur eines Generators 109/110 bedarf.
Vorliegende Konzeption stellt wegen der mehrfachen Radbeaufschlagung des Schaufelrades bauraumspezifisch eine günstige Lösung dar.
Zu 11 und 12
Vorliegende erfindungsgemäße Turbinenkonzeption bedient sich der Pelton-Laufschaufelform, die sich herkömmlicherweise bei konträren Betriebsbedingungen zu den vorliegenden bewährt hat. Da hier keine „Freistrahl"-Betriebsbedingungen vorliegen, sondern das Schaufelrad homogen durchströmt wird, ist ein aktives „Saugrohr" zum Abführen des Arbeitsmediums und Anpassung an die äußeren Strömungsverhältnisse Bedingung. Eine essentielle Erfordernis für die Nutzung der kinetischen Energie der Strömung ist auch, dass innerhalb des Laufradsystems der Umfangs-Geschwindigkeitsvektor der Zuströmgeschwindigkeit richtungsmäßig umgekehrt und – bekannter und optimaler Weise auf die Hälfte – reduziert wird. Hierzu wird das über den Einlauftrichter 122 in das Spiralgehäuse 123 einströmende Wasser über einen Ringspalt 124 dem Schaufelrad 127 weitgehend tangential zugeführt. Die Laufschaufel 125 teilt mit ihrer in der Mitte angeordneten Scheide den rechteckförmigen bandartigen Strahl in zwei Schwälle, die in der angrenzenden seitlichen muldenförmigen Formation 125b, 125c um nahezu 180° umgelenkt werden. Die beidseitigen dem Abfließen dienlichen Schaufelradzwischenräume 126a und 126b sind querschnittsmäßig so auf das zugeordnete partielle Zuflussvolumina des Ringspaltes 124 abgestimmt, dass zwangsläufig die radiale Austrittsgeschwindigkeit etwa die Hälfte der Eintrittsgeschwindigkeit beträgt.
Hierbei kann vorteilhafterweise Umlenk- und Verwirbelungseinflüssen, die einen querschnittsreziproken Geschwindigkeitsverlauf stören, durch einen in axialer Erstreckung angepassten muldenhaften Oberflächenverlauf des Schaufelrades bzw. dem Schaufelkanalgrund begegnet werden. Eine gerichtete Einströmintensität vom Spiralgehäuse 123 in den Ringkanal 124 wird durch über die Kanalbreite sich erstreckende Leitschaufeln 129 gefördert.
Seitlich der Laufradaustrittspartie schließt sich auf beiden Seiten ein spiralförmiger Abflusskanal 130 und 131 an mit entgegengesetztem Querschnittsverlauf zu 123. Nach Vereinigung beider gehen sie in Saugrohr 132 über. Die sich überdeckenden Anfangs (130a, 131a) – und Endpartien 130b und 131b der Abflusskanäle sind durch eine Trennwandung 121e und 121f gegeneinander abgeschottet.
Die äußeren, in horizontaler Ebene angeordneten Wandungen 121i–121l sind tragflächenhaft ausgebildet und bilden Auftrieb bewirkende Hohlräume 133a–133d. Die Innenkonturen 134a, 134b der erfindungsgemäßen Ummantelung bilden mit dem Turbinenaußenmantel 121k, 121l eine Düse 134a, 134b, die im Endbereich 132b des Turbinendiffusors in einen weiteren Diffusor 134 übergeht. Der Düsenquerschnittsverlauf von 134a, 135a bis 134b, 134b und der Manteldiffusorquerschnitt sind untereinander und zum Turbinendiffusorquerschnittsverlauf derart abgestimmt, dass auf das Turbinendiffusorende 132b ein Sog ausgeübt wird und an der Austrittspartie des Manteldiffusor 135 das Mediumgemisch aus Düsen 134, 135 und Turbinen-diffusor 132 weitgehend die äußere Strömungsgeschwindigkeit einnimmt.
Zur besseren Vermischung des aus den Düsen 134, 135 aus dem Turbinendiffusor 132 austretenden Mediums sind von den Düsen 134, 135 ausgehend in den Manteldiffusor 136 ragende, in abwechselnder Folge Leitbleche 138a und 138b angeordnet. Die äußeren, in horizontaler Ebene angeordneten Wandungen 134c, 134f sind ebenfalls tragflächenhaft ausgebildet und bilden Auftrieb bewirkende Hohlräume 138a und 138b. Im Laufrad 127 ist ein nicht dargestellter elektrischer Generator integriert, vorzugsweise mit einem vorgeschalteten Planetengetriebe.
Für alle Turbinenanordnungen und Ausführungen gemäß 1 bis 9 gilt nächstehendes, auch sind zusätzlich folgende Anordnungs- und Ausführungsmerkmale vorgesehen:
Zur Leistungsvervielfachung und wirtschaftlichen Fertigung und Montage – was beim Einsatz in Offshore-Kraftwerksanlagen relevant ist – werden jeweils mehrere solcher Turbinenkonzeptionen nebeneinander zu einer Bau- bzw. Betriebseinheit zusammengefügt. Dafür sind die Laufradsitzbasen als durchgehende Wellen, an der bzw. um die ein Generator angeordnet ist, ausgebildet.
Zwecks einer sicheren Abdichtung von Generator- und Getriebeinnenräumen werden diese über ein Rohr- oder Schlauchsystem mit trockener Luft versorgt, so, dass die Dichtungen
(insbesondere Wellendichtungen) entlastet bzw. in ihrer Funktion unterstützt werden. Der aufzubauende Innendruck ist über der sich aus geodätischen Wasserhöhenbeaufschlagung ergebenden Druckbelastung und durch Strömungen verursachten Staudruckbeaufschlagungen anzusetzen. Bei Offshore-Energiekraftanlagen mit mehreren Wasserkraftmaschinen wird diese Luftversorgung von einer zentralen Anlage aus bewerkstelligt. Die Zuleitungen zu den einzelnen damit versorgten Basen werden dabei vorteilhafterweise mit den ohnehin obligatorischen Stromleitungen gepaart. Hierfür offenbart die Patent-Anmeldeschrift DE 10 2005 040 804.4 günstige Lösungen.
Bei mehreren in Formation eingesetzten erfindungsgemäßen Turbinen in schwimmenden, im Meeresboden verankerten Offshore-Wasserkraftanlagen wird die strömungsgerechte Turbine über eine distanzhaltende Verbindungseinrichtung mit einem an der Wasseroberfläche schwimmenden Schwimmkörper verbunden. Die Auftrieb bildenden Volumina beider sind dabei so abgestimmt, dass nur ein Teil der Gesamt-Tragfähigkeit vom oberen Schwimmkörper gestellt wird. Damit wird erreicht, dass der Überwasserschwimmkörper relativ klein ausfällt und dadurch für die rauhe See wenig Angriffsfläche bietet. Zudem schwimmt die als unterer Schwimmkörper fungierende Turbine in ruhigeren Unterwasserschichten. Der Abstand zwischen beiden ist dermaßen groß festgelegt, dass bei weitgehend horizontaler „Zentrierung" der Turbine durch ihre tragflächenhafte Außenkontur in der ruhigeren Unterwasserschicht Oberflächen-Wellentäler nicht bis in das Einzugsgebiet der Turbine reichen, da „Luftschlucken" nicht nur der eigentlichen Turbinenfunktion, sondern auch der eingebundenen Injektorfunktion abträglich ist.
Beim Einsatz der erfindungsgemäßen schwimmfähigen Turbinen in Fließgewässern (ohne wesentlich zerklüftete Wasseroberfläche) ist vorgesehen, die tragenden Hohlräume weitgehend oberhalb der aktiven Turbinenpartien anzuordnen. Dies in einer Weise, dass die Wassereintrittsöffnungen F1_Fig.1, und F5a_Fig.1 unterhalb des Wasserspiegels liegen. Alternativ ist vorgesehen, die erfindungsgemäßen Turbinenkonzeptionen für solche Einsatzfälle mit einem darüber angeordneten, an der Wasseroberfläche schwimmenden Schwimmkörper zu verbinden.
Als gebrauchsfertige, schwimmfähige kompakte stromproduzierende Einheit verspricht der Einsatz solcher Wasserkraftmaschinen-Generatorkombination nützliche bzw. hilfreiche Lösungsmöglichkeiten zur Energieversorgung in Entwicklungs- und Schwellenländern, zumindest in bestimmten Regionen.
Für den Einsatz auf hoher See sind zum Schutz von Meerestier und vorbeugend gegen durch sie verursachbare Turbinenschäden im Wasserzuflussbereich der modifizierten Wasserkraftmaschine Meeresgetier fernhaltende oder vertreibende Einrichtungen wie Gitterwerke, Sende- und Strahlungseinrichtungen für Magnetfelder, elektrische Spannungsfelder, Schall oder Licht, angeordnet.
Des weiteren sind sie mit Bewuchs- und Meeres-Kleintierbesatz verhindernde Beläge überzogen oder solche Besätze verhindernde Spannungsfeldern ausgesetzt.

1 bis 4

1: Azialturbine
2: Gehäuse
2a: Gehäusewandung um 3
2b: Gehäusewandung um 1
2c: Gehäusewandung um 4
2d: äußere Gehäusewandung
2e: Gehäusehohlraum
2f: Gehäusewandung um 6
2g: äußere Gehäusewandung um 2a, b, f
2h: Gehäusehohlraum
2i: äußere Gehäusewandung
2j: Gehäusehohlraum
2k: äußere Gehäusewandung
2l: Gehäusehohlraum
3: Einlauftrichter
4: Turbinensaugrohr (Diffusor)
5: Generatorgehäuse
6: kreisringförm. Saugrohr
7: Teil- u. Leitkonus
7a: Leitkonuswandung innerhalb 6
7b: Leitkonuswandung außerhalb 6
7c: Leitkonushohlraum
8: Mantelsaugrohr
9: Mantel
9a: innere Mantelwandung
9b: äußere Mantelwandung
9c: Mantelhohlraum
10: kreisringförm. Düsenkanal
11: Leitstreifen
12: Mantel
12a: vord. innere Mantelwandung
12b: hintere innere Mantelwandung
12c: äußere Mantelwandung
12d: Mantelhohlraum
13: kreisringför. Düsenkanal
14: Leiteinrichtung
15: Turbinenlängsachse
16, 17: Leiteinrichtung
F1_Fig.1,2,3,4: Einlauftrichterfläche
F2_Fig.1,2,3,4: Laufradeinlauffläche
F3_Fig.1,2,3,4: Laufradaustrittsfläche = Saugrohreintrittsfläche
F4_Fig.1,2,3,4: Turbinensaugrohr-Austrittsfläche
F5_Fig.3,4: Ringdüseneintrittsfläche
F6_Fig.3,4: Ringdüsenaustrittsfläche
F7_Fig.4: Mantelsaugohraustrittsfläche

5

21: Turbinengehäuse
21a, 21b: Wandung um 22
21c, 21d: gekrümmte Endpartie um 22
21e: Laufradkammerwandpartie < t
21f: Laufradkammerwandpartie > t
21g, 21h: Wandung um 31
21i, 21j: Wandung um 28
22: Einlauftrichter
23: Schaufelradachse
24: Schaufelrad
25: Laufschaufel
26: Polkranz
27: Stator
28: Saugrohr (Diffusor)
28a: Saugrohranfang
28b: Saugrohrende
28c: oberstes Niveau von 28a
29a, 29b: äußere horizo. Turb.-Wandung
30: radial erweiterte Schaufelradkammer
31: Schaufelzwischenraum
32: Belüftungsventil
32a: Schwimmer
32b: Ventilkörper
32c: Ventilsitz
33: Belüftungsrohr
34: Ventilabschottung
35a, b, c, d: Hohlraum
36: Schwenkeinrichtung

6

41: Turbinengehäuse
41a, 41b: horizont.. Wandung von 42
41c, 41d: radiale Wandung von 54a, 54b
41e, 41f: horizontale Wandung von 51
41g, 41h: äußere horiz. Wandung von 41
41i, j: Schaufelradkammerwandung
42: Einlauftrichter
43, 44: Schaufelrad-Achse/Welle
45, 46: Schaufelrad
47, 48: Laufschaufel
47a, 48a: Schaufelteilung
49: Rotor-Polkranz
50: Stator
51: Saugrohr (Diffusor)
52, 53: Laufradkammer
52a, 53a: aktiver Laufkammerbereich
52b, 53b: Rückflusskanal innerhalb 52, 53
54, 55: Trennsteg
56a, b, c, d: Hohlraum

7

61: Turbinengehäuse
61a, 61b: horizontale Wandung von 62
61c, 61d: radiale Wandung von 72a, 72
61e, 61f: horizontale Wandung von 63
61g, 61h: äußere horiz. Wandung von 61
62: Einlauftrichter
63: Saugrohr (Diffusor)
64a, b: Achse/Welle
65, 66: Schaufelrad
67, 68: Laufschaufel
69: Stator-Polkranz
70: Schaufelrad-Polkranz
71: Leit- u. Teileinrichtung
72a, 72b: Schaufelradkammer
73a, 73b: Hohlraum

8

80: Turbinengehäuse
80a, b: horizontale Wandung von 81
80c, 80d: radiale Wandung von 82
80e, 80f: radiale Wandung vom Freiraum in 82
80g, h: horizontale Wandung von 90
81: Einlauftrichter
82: Schaufelradkammer
82a, 82b: aktiver Bereich in 82
82c,82d: Freiraum in 82
83: Leitvorrichtung
83a, 83b: Zuströmleitfläche
83c, 83d: spiralförmige Kontur von 83 (Laufschaufelführung)
84a, 84b: Schaufelrad-Achse/Welle
85a, 85b: Schaufelrad
86: Laufschaufelschwenkgelenk
87: Laufschaufel
88: Laufschaufel-Abstützsteg
90: Saugrohr (Diffusor)
91a, 91b: Laufschaufel-Führungssteg
92a, 92b: Laufschaufel-Umlegerolle
93: Schaufelrad-Polkranz
94: Stator-Polkranz

9 und 10

101: Turbinengehäuse
101a, 101b: Wandung von 102
101c, 101d: Wandung von 103
101e, 101f: horizontale Außenw. von 101
101g, 101h: vertikale Außenw. von 101
101i: Trenn-u.Leitwand in 102
102: Einlauftrichter
103: Saugrohr (Diffusor)
104a, 104b: Schaufelrad-Welle/Achse
105, 106: Schaufelrad
107, 108: Laufschaufel
109: Laufrad-Polkranz
110: Stator-Polkranz
111: Leiteinrichtung u. Abflusskanal
112: Schaufelradkammer
112,a, b: äußere aktive Radkammerpartie
112c: innere aktive Radkammerpartie
112d, e: Abflußkanal der äußeren Radkammerpartie
113: Sammelkanal der inneren Radkammerpartie
113a: Abflusskanal der inneren Radkammerpartie
114: Wandung von 112d, e und Wandung von 115
115: Zuflusskanal zur inneren Radkammerpartie 112c
115a: Verbindungskanal zu 102a
116a, b: Hohlraum

Claims

Radial-Wasserturbine für den Einsatz in freien Strömungen, bestehend aus einem in einem Gehäuse gelagerten weitgehend tangential angeströmten Schaufelrad mit zur Anströmrichtung konkav geformten Laufschaufeln, mit einem an die Schaufelradkammer anschließenden Saugrohr, und einem in die Turbine integrierten oder als Baueinheit zugeordneten, vom Schaufelrad angetriebenen elektrischen Generator dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Komponenten der Radial-Turbine (1) das Turbinengehäuse (2), ein die freie äußere Strömung erfassender Einlauftrichter (3) und ein Saugrohr (4) so gestaltet und einander zugeordnet sind, dass sie weitgehend horizontal und parallel zur äußeren freien Strömung durchströmt werden, ihre Gehäuseaußenwandungen (2d, 2g) und das Ende ihres Saugrohres (4, 6a, 6b) derart ausgeführt und einander zugeordnet sind, dass die die Gehäuseaußenwandungen (2d, 2g) umstreichende freie Strömung auf die Austrittspartie (F4_Fig.1, F4a,b_Fig.2) des Saugrohres (4, 6a, 6b) einen Sog bewirkenden Injektoreffekt ausübt, um die Gehäuseaußenwandung (2i ,2h) eine Ummantelung (9, 12) angeordnet ist, die mit der Gehäuseaußenwandung mindestens einen von der freien äußeren Strömung beaufschlagten, die Durchströmgeschwindigkeit steigernden Düsenkanal (10a, 10b) 13a, 13b) bildet, der auf das aus dem Saugrohrausgang (4_Fig.3,4) ausströmende Medium einen Sog bewirkenden Injektoreffekt ausübt, die Außenwandungen (2d, 2g, 2i, 2k) des Gehäuses (2) der aktiven Radialturbinenkomponente (1) mit Einlauftrichter (3) und Saugrohr (4, 6a, 6b) und die Außenwandung (9b, 12c) der Ummantelung (9, 12) Oberflächenkonturen und -Verläufe derart aufweisen, dass das gesamte Gebilde gegenüber der freien äußeren Strömung Funktionseigenschaften eines Auftrieb bewirkenden Tragflügels aufweist, Gehäuse (2) und Ummantelung (9, 12) Auftrieb bewirkende Hohlräume (2e, 2h, 2j, 21; 9c, 12d) aufweisen.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Komponenten der Radialturbine (1_Fig.1,2,3,4), Einlauftrichter (3_Fig.1,2,3,4) und das Saugrohr (4_Fig.1,3,4, 6a,b_Fig.3) ein als eine Baueinheit ausgeführte gemeinsames Gehäuse (2) aufweisen, wobei die inneren Strömungsquerschnittsverläufe (F1_Fig.1,2,3 bis F4_Fig.1,2,3), so bemessen sind und der Oberflächenverlauf der äußeren Gehäusewandung (2d, 2g, 2i) so strukturiert ist, dass die Ausströmgeschwindigkeit des Wassers aus dem Saugrohr (4_Fig.1,2,3) unter der Strömungsgeschwindigkeit der freien äußeren Strömung liegt.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass um ihr Gehäuse (2_Fig.3,4) im saugrohrseitigen Bereich eine Ummantelung (9, 12) angeordnet ist, wobei deren Innenwand (9a, 12a) mit der Außenfläche (2i, 2k) des Turbinengehäuses (2) eine Ringdüse (10, 13) bildet mit einem im Querschnitt abnehmenden, strömungsgeschwindigkeitssteigernden Verlauf mit einer auf das aus dem Saugrohr (4_Fig.3,4) ausströmende Medium schrägen Ausströmrichtung.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass in Fortsetzung der Innenwandung (9a, 12a) einer Ummantelung (9, 12), die mit der Turbinengehäuseaußenwand (2i_Fig.3, 2k_Fig.4) eine Ringdüse (10, 13) bildet, diese in eine ein weiteres Saugrohr (8) mit der Funktion eines Diffusors bildende innere Wandung (12b) übergeht wobei die inneren Strömungsquerschnittsverläufe (F1_Fig.4 bis F4_Fig.4) so bemessen sind, dass die Ausströmgeschwindigkeit des Wassers aus dem Saugrohr (4_Fig.4) unter der Strömungsgeschwindigkeit der freien äußeren Strömung liegt, alternativ aber auch über der freien äußeren Strömung liegt.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Saugrohr (6_Fig.2) ihres Gehäuses (2_Fig.2) ein Strömungs-Teil- und Leitkegel (7) angeordnete ist, dessen äußere Kontur (7a,) im Bereich der Tubinengehäusewandung (2f) und die ihn umschließende Gehäusewandung (2f) so verlaufen, dass der Zwischenraum (6) als ein ringquerschnittförmiges als Diffusor wirkendes Saugrohr ausgebildet ist, die Kontur (7b) des Teil- und Leitkegels außerhalb des Turbinengehäuses einen abnehmenden Querschnittsverlauf aufweist, in einer Weise, dass auf das aus dem Ringkanal (66) austretende Medium nochmals ein Diffusoreffekt einwirkt, die inneren Strömungsquerschnittsverläufe (F1_Fig.2 bis F_Fig.2) so bemessen sind, dass die Ausströmgeschwindigkeit des Wassers aus dem Saugrohr (6_Fig.2) unter der Strömungsgeschwindigkeit der freien äußeren Strömung liegt.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewandung (2d_Fig.1, 2g_Fig.2) vom Einlauftrichter (3) – Anfang (F1) ausgehend zum Saugrohr (4, 6) – Ende (F4, F6) hin im wesentlichen in der vertikalen Erstreckung steigend verläuft.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass alternativ je nach Konstruktionsmerkmal der Turbine a) am Ende eines die äußere Strömung leitenden Turbinenmantels (2d, 2f), b) als Verlängerung einer Turbinen-Ummantelung (9), c) aus einer einen Injektoreffekt bewirkenden Ringdüse (13, 39) ausgehende, eine radial schräg nach innen in die Strömung des Diffusors (4, 6) gerichtete Leiteinrichtungen (11, 14, 15, 16) angeordnet ist, wobei diese aus unterschiedlich langen, in abwechselnder Folge mit dazwischenliegenden Leerräumen angeordneten streifenförmigen Leitblechen bestehen.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die die freie Strömung erfassende Fläche (F1) des Einlauftrichters (3) mindestens das Doppelte der Turbinenzuflussfläche (F2) beträgt.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialturbine (1) ein quer zur Durchströmrichtung gelagertes Schaufelrad (24) aufweist, das auf der unteren Seite von der Wasserströmung tangential beaufschlagt wird, die Laufradkammer auf der oberen Seite nach einer kurzen Umfangstrecke (21e) eine in das Saugrohr (26) übergehende radiale Erweiterung (30a) aufweist, Einlauftrichter (22) und Saugrohr (28) eine weitgehend parallele horizontale Kanalführung (21, 21b) besitzen, am Ende des oberen Freiraumes (30a) zum Saugrohr (28) hin, oberhalb der höchstliegenden Wandung (28c) des Saugrohranfangs (28a) ein selbstregelndes Belüftungsventil (32) angeordnet ist mit einer Funktionsweise derart, dass in der über der Schaufelradtrommel-Oberkante liegende Radkammerpartie sich ein wasserfreier, zumindest wasserarmer Luftdom ausbildet.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil (32) aus einem Schwimmer (32a) und einem daran angeordneten Dichtelement, vorzugsweise ausgebildet als ein Ventilkegel (32b) besteht, welcher in einem zugeordneten Ventilsitz (32c) vom Schwimmer gesteuerte Schließfunktion ausführt und der darüber liegende Raum (32d) über eine Schlauch- oder Rohrleitung (33) mit der freien Atmosphäre verbunden ist.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Radialturbine (1) auf einer weitgehend senkrecht zur horizontalen Durchströmachse (15) liegenden Verbindungslinie zwei dazu symmetrisch sitzende Laufräder (45, 46) aufweist, deren Achsabstände so bemessen sind, dass die Laufschaufeln (47) des einen Schaufelrades (45) in den Laufschaufelzwischenraum des anderen Schaufelrades (46) ragt und umgekehrt, und die Laufschaufeln für eine Anlagezuordnung ein dichtendes, zahnradähnliches Abwälzprofil aufweisen, die Schaufelräder (45, 46) in ihrer Eingriffspartie (52a, 53a) tangential angeströmt werden, die Schaufelradkammer (52, 53) kurz nach dem Einlauftrichterende (42b) eine radiale Erweiterung aufweist in der ein Trennsteg (54, 55) angeordnet ist der einen in das Saugrohr (51) mündenden Rückflusskanal (52c, 53c) bildet.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand vom Einlauftrichterende (42b) bis zum Beginn des Trennsteges (54, 55) und die Schaufelteilung (47a) so aufeinander abgestimmt sind, dass das auf der Zuflussseite in die Schaufelzwischenräume einströmende Frischwasser die Altwasserfüllung in den Rückflusskanal (52b, 53b) weitgehend verlustarm spült, in einem Schaufelrad (46) ein el. Generator untergebracht ist und die kämmfähig ausgebildeten Laufschaufelseiten aneinander so zugeordnet sind, dass die Laufschaufel (47) des generatorlosen Schaufelrades (45) sich in Umfangsrichtung auf einer Laufschaufel (48) des den Generator beinhaltenden Schaufelrades (46) abstützt.
Radial- Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialturbine (1) auf einer weitgehend senkrecht zur horizontalen Durchströmachse liegenden Verbindungslinie zwei symmetrisch sitzende Schaufelräder (65, 66) aufweist, die Achsabstände der Schaufelräder so bemessen sind, dass die Laufschaufeln (67) des einen Schaufelrades (65) in dem Laufschaufelzwischenraum eng an den in die Abwälzkinematik einbezogenen Zwischenraumgrund des anderen Schaufelrades (66) ragt und umgekehrt, wobei die Laufschaufeln für eine Anlagezuordnung ein dichtendes, zahnradähnliches Abwälzprofil aufweisen, am Ende des Einlauftrichters (62) eine die Strömung teilende Leit- und Teilvorrichtung (71) angeordnet ist, die die Ströme weitgehend tangential außen den Schaufelrädern (65, 66) zuführt, in einem Schaufelrad (66) ein el. Generator (69/70) untergebracht ist und die kämmfähig ausgebildeten Laufschaufelseiten aneinander so zugeordnet sind, dass die Laufschaufel (65) des generatorlosen Schaufelrades (65) sich in Umfangsrichtung auf einer Laufschaufel (68) des den Generator beinhaltenden Schaufelrades (66) abstützt.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebig weiterer der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Radialturbine (1) auf einer weitgehend senkrecht zur horizontalen Durchströmachse liegenden Verbindungslinie zwei symmetrisch sitzende Schaufelräder (85a, 85b) aufweist, deren Laufschaufeln (87) mittels eines Schwenkgelenkes (86) am Umfang der Schaufelräder befestigt sind, wobei Schaufelform und die Gelenkkinematik so gestaltet sind, dass sie weitgehend ohne radiale Zwischenräume auf der Schaufelradtrommel aufliegend umgelegt werden, an der Laufschaufel ein ihre Betriebsstellung bestimmender Abstützsteg (88) angeordnet ist, die Achsabstände der Schaufelräder (85a, 85b) so festgelegt sind, dass im umgelegten Zustand der Laufschaufeln (87) diese mit ihren konvexen Rücken einen zwischen den Schaufelrädern angeordnete Führungsstege (91a, 91b) tangieren, zuflussseitig Mitte der Schaufelräder (85a, 85b) eine den Flüssigkeitsstrom teilende Teil- und Leitvorrichtung (83) angeordnet ist mit einer Leitflächenkontur (83a, 83b) derart, dass mit der gegenüberliegenden Gehäusewandung (80e, 80f) die Schaufelräder (85a, 85b) weitgehend tangential angeströmt werden, die Schaufelradkammer (82) eine in das Saugrohr (90) übergehende radiale Erweiterung (82a) aufweist.
Radial- Wasserturbine nach Anspruch 1 und 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstege (91a, 91b) in Fortsetzung der Teil- und Leiteinrichtung (83) sich in Richtung Saugrohr (90) erstrecken, wobei ihre zum Schaufelrad radialen Verläufe vom Schaufelrad spiralförmig entfernen, soweit, dass sich die im Lauf auf sie zukommenden radial aufrecht stehenden Laufschaufeln (87) umlegen, die den Schaufelrädern zugewandte Kontur (83b, 83c) der Leitvorrichtung (83) zum Einlauftrichter hin ebenfalls einen radial zum Schaufelrad distanzierenden spiraligen Verlauf aufweisen, alternativ im Anfangsbereich des Saugrohres (90) Umlegerollen (92a, 92b) angeordnet sind, in einer Ausführungs- und Positionierungsweise so, dass die radial aufrecht an dem Schaufelrad stehenden Laufschaufeln beim Vorbeilaufen umgelegt werden.
Radial- Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebig weiterer der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Radialturbine (1) auf einer weitgehend senkrecht zur horizontalen Durchströmachse (15) liegenden Verbindungslinie zwei symmetrisch sitzende Schaufelräder (105, 106) aufweist, der Einlauftrichter (102) durch eine Teil- und Leiteinrichtung (101i) in der horizontalen Ebene in zwei Kanäle (102a 102b) geteilt ist, wovon ein Kanal (102b) nochmals durch eine Teil- und Leitvorrichtung (111) in zwei weitgehend vertikale Ströme geteilt wird die beide Schaufelräder (105, 106) an ihrem äußeren Umfang tangential beaufschlagen, deren Ströme auf der Austrittsseite über die von einer Leiteinrichtung (114) gebildeten Abflusskanäle (112d, 112e) dem Saugrohr (103) zugeführt werden, wovon der andere Kanal (102a) über einen Verbindungskanal (115a) seined Strömung einen über die Schaufelradbreite sich erstreckenden Beschickungskanal (115) zuführt, der die in Eingriff stehende Schaufelpartie (112c) der Schaufelräder (105, 106) tangential anströmt, wobei die auf der Einlauftrichterseite gleichermaßen als Sammel- und Abflusskanal (113) ausgebildete Leiteinrichtung (111) diesen Strom über einen Verbindungskanal (113a) dem Saugrohr (103) zuführt.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebig weiterer der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Radialturbine (1) ein peltonturbinenartiges Schaufelrad (127) aufweist mit einer Schaufelform derart, dass das Mitte der Laufschaufeln (125) weitgehend tangential zugeführte Wasser um knapp 180° umgelenkt wird, radial über dem Laufrad (127) in Fortsetzung des Einlauftrichters (122) ein über den ganzen Umfang des Laufrades sich erstreckendes Spiralgehäuse (123) angeordnet ist mit einen im Grunde (121) des Spiralgehäuses (123) angeordneten umlaufenden Ringspalt (124), beidseitig angrenzend an die Schaufelradkammer sich am Ende vereinigende, in das Saugrohr (132) übergehende Abflußspiralgehäuse (130, 131) angeordnet sind, wobei in der radialen Erstreckung des Schaufelkranzes von der Schaufelradkammer zum Abflussspiralgehäuse beidseitig Verbindungskanäle (130a, 131a) angeordnet sind.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und 17 dadurch gekennzeichnet, dass die der Umlenkung und dem Ausfluss dienenden Zwischenräume (126a, 126b) zwischen den Laufschaufeln (125) sowohl in der Umfangs- als auch in der radialen Erstreckung und der Zuflussquerschnitt (124) so ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass das über den Ringspalt (124) einströmende Wasser etwa mit halber Eintrittsgeschwindigkeit die Beschaufelung nach beiden Seiten in umgekehrter Richtung verlässt, im Spiralgehäuse (123) über dem Eintrittsspalt (124) Leitschaufeln (129) angeordnet sind, vorzugsweise in der Breite des Ringspaltes (124) und mit konkav zur Anströmrichtung ausgebildeten Seitenrändern, das Zuflußspiralgehäuse (123) und die Abflussspiralgehäuse (130, 131) einen derartigen Querschnittsverlauf aufweisen, dass die mittlere Strömungsgeschwindigkeit, zum und aus dem Schaufelrad, innerhalb der Längserstreckung dieser Spiralgehäuse gleich bleibt.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der räumlichen Erstreckung ihrer Laufschaufeln zum gesamten Schaufelrad gegenüber herkömmlichen Radial-Turbinenkonzeptionen wesentlich größer ist, die radiale Länge der Laufschaufel mindestens ein Drittel des Laufradtrommeldurchmessers, bzw. ein Fünftel des äußeren Laufraddurchmessers beträgt, die Laufschaufelbreite bzw. Laufradbreite mindestens das Eineinhalbfache der Schaufellänge beträgt.
Radial- Wasserturbine nach Anspruch 1, 9 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb ihres Schaufelrades (24, 127) ein elektrischer Generator angeordnet ist, alternativ neben dem Schaufelrad ein von ihm angetriebener Generator angeordnet ist.
Radial- Wasserturbine nach Anspruch 1, 10, 12, 13 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines ihrer beiden Schaufelräder ein elektrischer Generator untergebracht ist, oder alternativ neben dem Schaufelrad ein von ihm angetriebener Generator angeordnet ist, wobei das generatorlose Schaufelrad über eine in Einriff stehende Schaufelverzahnung, alternativ über eine Drehübertragungseinrichtung wie z. B. einen Riehmen- oder Zahnradtrieb, mit dem Generator-Rotor in Drehverbindung steht.
Radial- Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere dieser Radial-Turbinen zu einer Baugruppe zusammengefasst sind.
Radial- Wasserturbine nach Anspruch 1 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren in horizontaler Ebene nebeneinander zu einer Baueinheit zusammengefassten Radial-Turbinen ihre Schaufelradwellen mittels einer Drehverbindung gekoppelt sind, alternativ diese eine durchgehende Laufradwelle aufweisen, nur ein elektrischer Generator angeordnet ist.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Radial-Turbinenkonstruktion oder auch die Baueinheit mehrere zusammengefasster Radial-Turbinen eine schwenkbare Befestigungseinrichtung aufweist bzw. schwenkbar im Unterwasserbereich befestigt ist.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1, 24 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in der schwenkbaren Befestigungseinrichtung ein eine Schwenkung bewirkender motorisch betätigter Verstellantrieb integriert ist, oder ihr ein solcher zugeordnet ist.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ihre vom Wasser oder beliebig anderer aggressiver Atmosphären abgedichtete Innenräume wie z. B. Getriebe- oder Generatorgehäuse, oder Gehäuse elektrischer/elektronischer Bauelemente mit einer Druckluftatmosphäre beaufschlagt werden, wobei der aufzubauende Innendruck über dem die Dichtstellen außen beaufschlagenden Druck liegt, der sich beispielsweise aus der geodätischen darüberliegenden Wasserhöhe und durch Strömungen verursachte Staudruckbeaufschlagungen ergibt.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in ihrem Wasserzuflussbereich ein Schutzgitter oder eine Sendeeinrichtung mit Meeresgetier vertreibenden bzw. fernhaltenden Ausstrahlungen wie Magnetfelder, elektrische Spannungsfelder, Schall oder Licht angeordnet ist.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ihre aktiven Partien mit einem Bewuchs und Meeres-Kleintierbesatz verhindernden Belag überzogen sind.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das sie oder mehrere zu einer Baueinheit zusammengefasste Radialturbinen (1) mit einem darüber angeordneten Schwimmkörper verbunden ist mit einer ausgewogenen Verteilung der Auftrieb bewirkenden Hohlräume, so dass beide ein einheitliches schwimmfähiges System bilden, ihre räumlichen Zuordnungen derart sind, dass die obere Wassereintrittsbasis am Einlauftrichter (2) unterhalb der Wasseroberfläche liegt.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das sie zusätzlich zu einem elektrischen Generator, oder alternativ an Stelle dessen eine vom Schaufelrad angetriebene Wasserpumpe aufweist.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1, 30 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Wasserpumpe eine Schlauchpumpe ist, wobei diese vorzugsweise außen und seitlich vom Schaufelrad angeordnete ist und eine verlängerte, nach außen geführte Schaufelradwelle die Arme der Quetsch- und Rollkörper einer Schlauchpumpe trägt.
Radial-Wasserturbine nach Anspruch 1, 26, 27, 28 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Konstruktions- und Funktionsmerkmale eines schwimmenden, autark und automatisch arbeitenden Kleinkraftwerkes besitzt, mit elektrischen und elektronischen Komponenten zur Wandlung des erzeugten Stromes auf eine vorbestimmten Frequenz und Spannung versehen ist, mit mechanischen, elektrischen und elektronischen Komponenten derart ausgerüstet sowie mit Strömungsgeschwindigkeits-Messsensoren bestückt ist, so, dass die ihm abverlangte elektrische Leistung – z. B. durch Bevorrechtungsschaltungen und Abschaltung einzelner Verbraucherkreise – die ihm abverlangte Pumpenleistung – z. B. durch Begrenzung des Fördervolumens der Pumpe – das Leistungsmaxima bestimmende Schaufelrad-Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis v_zuström/v_ausström = 2 nicht wesentlich unterschritten wird.