DE102005040806A1 - Radial water turbine for power and irrigation has active components with flow passing through them horizontally and parallel to external free flow - Google Patents
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Abstract
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.The The invention relates to a radial water turbine for use in free water flows in all-sided flow around for obtaining electrical energy from the flow energy of the free-flowing water, with the design features specified in the preamble of claim 1.
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.
- (a) underwater operation on the high seas for the purpose of obtaining electricity from the energy of steady ocean currents or or tidal currents;
- b) Underwater use - preferably floating - in running waters to obtain electricity from the energy of the flow, in combination and compact design with a el. Generator or or and a water pump on running waters easily installable floating self-sufficient small power plant or water pumping system for underdeveloped regions in development and emerging economies;
- (c) as ancillary equipment to offshore wind turbines for additional generation of electricity from the ocean current, in particular to installations with self-sufficient island operation, at least for the power supply of the operating facilities on board self-sufficient offshore wind turbines;
- (d) in combination with (a) and (c), as a (self-supporting) underwater float for floating offshore wind and hydroelectric power plants,
- (e) in combination with (a), (c) and (d), as a means of providing variable buoyancy for use as a correction factor in stabilization and vibration damping measures on floating offshore wind and hydroelectric power plants.
Aspekte zur Energiegewinnung:Aspects of energy production:
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.In view of the finiteness of fossil energy sources, an intensive development of regenerative, sustainable energies is a globally recognized and recognized requirement of our epoch, also because of the compelling need for action to reduce the CO 2 pollution of our atmosphere, but also to maintain a (residual) stock of Humanity and the economy are vital to the basic substances and substances contained in fossil fuels.
Unter den zur Verfügung stehenden regenerativen Energieressourcen hat sich bereits die Windenergie – zumindest mit einem wichtigen Anteil – als zukünftiger Energielieferant favorisiert.Under available stationary renewable energy resources already have wind energy - at least with an important share - as a future one Energy supplier favors.
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.For the supply Sustainable, low-emission energies are already extensive Wind turbines projects developed and realized on land, one Increase (except some Repower actions) is after technical and economic Aspects hardly possible. Also, landscape conservation and eco-trends in the population speak on the other hand.
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.A intensive and lucrative development of wind power offers itself at sea, where strength and continuity the wind are much more intense and cheaper. Furthermore come for the acceptance and feasibility of a wind turbine or a Parks even more aspects like noise immission, shadow, optical compatibility and above all, nature and landscape conservation aspects rather to bear. But even here, the latter aspects are often the realization nearer to the coast Offshore wind turbines.
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.Reinforced Lately the planning and realization of offshore wind turbines operated on the high seas. The disadvantage here are the higher expenses for foundations especially in deep waters and expenses for the network connection.
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
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.at such floating facilities on the open sea, however, are inevitably Roughness of the water surface, which can cause vibrations on the system, one if possible to be encountered problem.
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).A parent Objective and task of the present inventive concept consists therefore creation of technical condition and facilities for the Use and operation of floating, especially self-sufficient working Offshore wind turbines according to the aforementioned use cases d) and e).
Weitere riesige alles andere übertreffende Energieressourcen, bisher weniger erschlossene Energiepotentiale, liegen in der Meeresströmung.Further huge energy resources surpassing everything else, previously less developed energy potentials are in the ocean current.
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.their Usage is - like the relatively low previous realization also proves - by Energy recovery plants with buildings built in the sea consuming and costly and because of their endangerment by the roughness of the Marine very problematic.
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.present Subject of the invention is particularly based on the use of moderate, but steady underwater currents tuned to the seas. In addition to a substantial consistency of this Energy supply, underwater use also has the advantage that working under such conditions not working facilities or at least to a lesser extent the destructive rough one Surface wave gears exposed are. On the other hand, because of the lack of fall height for a conventional Suction tube for forming an acting on the turbine outlet Even replacement solutions required.
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.Besides that is for one such use of conventional Hydropower machines offense that only a minor (accumulation pressure-related) pressure gradient to disposal stands. Especially under the conditions of use of the energy gain largely only from the flow energy at a still low flow rate is drawn, are for it no or only very limited Dimensions conventional Hydropower machines suitable and usable.
Eine konkrete Zielsetzung besteht daher in der Schaffung einer Wasserturbinenkonzeption für den Einsatz in fließenden Gewässern ohne geodätische Fallhöhe für ein Saugrohr geeignet ist.A The concrete objective is therefore to create a water turbine concept for the Use in flowing waters without geodesic fall height for a Suction tube is suitable.
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.
- a) turbines are provided with radially impinged large-volume paddle wheels with facilities that exert an injector effect and thus a suction on the turbine outlet with the energy of the surrounding flow, which allows a lossless - or at least poor - partial radial impeller flow, further
- b) the turbine housing is provided with a jacket with buoyancy-forming cavities;
- c) the turbine housing and its outer shell has conductive surface contours, the angle of attack depending on the outer free flow, usable for vibration damping processes, variable buoyancy or lowering forces.
Details der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen gehen aus den Ansprüchen und Beschreibungen der Ausführungsbeispiele hervor.details the embodiments of the invention go out of the claims and descriptions of the embodiments out.
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.The achievable functions and advantages resulting from the inventive fulfillment of Objectives. Details about Functions of the embodiments according to the invention with their brought benefits also go from the claims and the descriptions of the embodiments out.
Der Anmeldungsgegenstand wird nachstehend unter Verweis auf Zeichnungen erläutert.Of the The subject of the application is described below with reference to drawings explained.
Ausführungsbeispieleembodiments
- – 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.
- - To use the outside of the turbine sweeping flow to cause a suction in the horizontally arranged suction tube without drop height,
- - With buoyancy causing cavities in the turbine housing and the surrounding jacket,
- - To effect a controlled up or down drive.
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
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.
in which a larger part of the flow used to generate energy flows around the wheels,
a lesser portion is passed through an outgoing from the inlet funnel leading to the intake manifold side channel and tangential to the engaged blading of both wheels is supplied, which is detected on the inlet funnel side again by a channel guide and fed through an adjoining channel to the common intake manifold.
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.
an overlying, the Schaufelradgehäuse to the full extent extending spiral inflow channel,
and two equally profiled but oppositely extending, arranged laterally of the Radaustrittspartie drainage channels.
Beschreibungen zu den Ausführungsbeispielendescriptions to the embodiments
Zu
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.The higher external flow causes on the emerging from the suction pipe flow, a suction at the convex and after the exit side increasing housing thickness or height due to an increased boundary layer flow yet can be increased.
Reichliche
Gehäusehohlräume
Die
tragflächenartige
Oberflächenausgestaltung
(
In
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 unter1 angeführten Vorteile und angestrebten Möglichkeiten.
the layer thickness of the outflowing water is thinner, whereby the outer (faster) flow can exert a more intense "stirring, mixing" influence,
- - the outflowing water is forced a vertically outwardly directed flow direction, whereby also protruding causes to an increased extent,
- In the zone behind the suction tube outlet F4a, F4b as a result of the decreasing or no longer existing displacement volume of the Current dividing means
7b In the free flow, a "quasi-" diffuser effect builds up, which again exerts an increased suction on the intake manifold1 mentioned advantages and desired possibilities.
Hierfür sind die
Düsen
Zu
Die
vorderen Gehäusewandungen
Im
Inneren des Schaufelrades ist ein Generator integriert, der im wesentlichen
aus einem mitrotierenden Polkranz
beschriebene,
mit den Turbinenmantelkonturen
described, with the turbine casing contours
Zur
Sicherstellung einer Entleerung dieser Räume
An
der oberen Zuströmseite
erstreckt sich die radial abdichtende Gehäusepartie
Pos.
Die
inneren Gehäusewandungen
Beide
Laufräder
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.alternative is proposed instead of the gear-like blade training both paddle wheels over one positive Twist connection (eg by means of a toothed belt or by gears) rotationally fixed to couple with each other. Furthermore, alternatively, the arrangement each of a separate generator in or next to the individual paddle wheels in included the inventive concept. The requirement of a sealing Contacting the teeth both wheels of course, one another stays natural unaffected.
Zur
Steigerung der "Saugeffizienz" sind um die Turbinenendpartie
zur Erfassung der das Gehäuse
Damit
wird auch ein Ab- bzw. Ausfluss des Wassers aus dem unaktiven Laufbereich
einer im Randgebiet
one in the outskirts
Zu
Die
inneren Gehäusewandungen
Beide
Laufräder
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.alternative is proposed instead of the gear-like blade training both paddle wheels over one positive Twist connection (eg by means of a toothed belt or by gears) rotationally fixed to couple with each other. Furthermore, alternatively, the arrangement each of a separate generator in or next to the individual paddle wheels in included the inventive concept. The requirement of a sealing Contacting the teeth both wheels of course, one another stays natural unaffected.
Eine
ausgangsseitige Leitvorrichtung
Zur
Erhöhung
der turbinenausgangsseitigen leistungsteigernden "Saugeffizienz" sind um die Turbinenendpartie
zur Erfassung und Nutzung der das Gehäuse
Zu
Pos.
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
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 (
Zu
Die
von der vorderen Partie
Auf
der anderen Seite ist die Leiteinrichtung
Die
an die Laufzonen der Schaufelräder
angrenzenden Ein- und Austrittskonturen der Leiteinrichtungen
Eine
absolut dichtende Abgrenzung zwischen dem Saug- und Druckraum
Vorliegende Konzeption stellt wegen der mehrfachen Radbeaufschlagung des Schaufelrades bauraumspezifisch eine günstige Lösung dar.This Conception is due to the multiple Radbeaufschlagung the paddle wheel space specific a cheap one solution represents.
Zu
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
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
Seitlich
der Laufradaustrittspartie schließt sich auf beiden Seiten ein
spiralförmiger
Abflusskanal
Die äußeren, in
horizontaler Ebene angeordneten Wandungen
Zur
besseren Vermischung des aus den Düsen
Für alle Turbinenanordnungen
und Ausführungen
gemäß
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.For all turbine arrangements and designs according to
For power multiplication and cost-effective production and assembly - which is relevant for use in offshore power plants - several such turbine designs are joined together side by side to form a construction or operating unit. For the Laufradsitzbasen are as a continuous waves, on or about which a generator is arranged formed.
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.For a safe sealing of generator and transmission interior, these are supplied via a pipe or hose system with dry air, so that the seals
(in particular shaft seals) relieved or supported in their function. The internal pressure to be built up is to be set above the pressure load resulting from geodetic water level application and the dynamic pressure caused by currents. In offshore power plants with several hydroelectric power plants, this air supply is accomplished from a centralized facility. The leads to the individual so supplied bases are advantageously paired with the already obligatory power lines. For this purpose, the patent application DE 10 2005 040 804.4 discloses favorable solutions.
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.at several turbines according to the invention used in formation in floating, Offshore hydropower plants anchored in the seabed will be the flow-oriented Turbine over a distance-maintaining connecting device with a floating on the water surface float connected. The buoyancy-forming volumes of both are so tuned that only a part of the total carrying capacity posed by the upper float becomes. This ensures that the Überwasserschwimmkörper relatively small fails and thereby for the rough sea little attack surface offers. In addition, the functioning as a lower float turbine floats in calmer underwater layers. The distance between the two is so set big, that with largely horizontal "centering" of the turbine through their wing-like outer contour in the calmer underwater layer surface troughs do not reach into the catchment area of the turbine, because "swallowing air" not only the actual Turbine function, but also the integrated injector function detrimental is.
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 F1Fig.1, und F5aFig.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.When using the buoyant turbines according to the invention in streams (without significantly rugged water surface) is provided to arrange the supporting cavities largely above the active turbine sections. This in such a way that the water inlet openings F1 Fig.1 , and F5a Fig.1 are below the water level. Alternatively, it is provided to connect the turbine concepts according to the invention for such applications with an overlying float floating on the water surface.
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.When ready to use, buoyant compact power-producing unit promises the use of such Hydropower generator combination useful or helpful solution options energy supply in developing and emerging countries, at least in certain regions.
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.For use on the high seas are for the protection of marine animals and preventive against Turbine damage caused by them in the water inflow area the modified water engine kept away from marine wildlife or distributing facilities such as gratings, broadcasting and radiation facilities for magnetic fields, electric fields of tension, sound or light, arranged.
Des weiteren sind sie mit Bewuchs- und Meeres-Kleintierbesatz verhindernde Beläge überzogen oder solche Besätze verhindernde Spannungsfeldern ausgesetzt.Furthermore, they are coated with fouling and marine pestles preventing deposits or such trimming preventing stress Fields exposed.
- 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
- F1Fig.1,2,3,4
- Einlauftrichterfläche
- F2Fig.1,2,3,4
- Laufradeinlauffläche
- F3Fig.1,2,3,4
- Laufradaustrittsfläche = Saugrohreintrittsfläche
- F4Fig.1,2,3,4
- Turbinensaugrohr-Austrittsfläche
- F5Fig.3,4
- Ringdüseneintrittsfläche
- F6Fig.3,4
- Ringdüsenaustrittsfläche
- F7Fig.4
- Mantelsaugohraustrittsfläche
- 1
- Azialturbine
- 2
- casing
- 2a
- Housing wall to
3 - 2 B
- Housing wall to
1 - 2c
- Housing wall to
4 - 2d
- outer housing wall
- 2e
- housing cavity
- 2f
- Housing wall to
6 - 2g
- outer housing wall to
2a , b, f - 2h
- housing cavity
- 2i
- outer housing wall
- 2y
- housing cavity
- 2k
- outer housing wall
- 2l
- housing cavity
- 3
- feed hopper
- 4
- Turbine suction tube (diffuser)
- 5
- generator housing
- 6
- kreisringförm. suction tube
- 7
- Partial u. guide cone
- 7a
- Leitkonuswandung within
6 - 7b
- Leitkonuswandung outside
6 - 7c
- Leitkonushohlraum
- 8th
- Mantelsaugrohr
- 9
- coat
- 9a
- inner jacket wall
- 9b
- outer jacket wall
- 9c
- mantle cavity
- 10
- kreisringförm. nozzle channel
- 11
- conductive strip
- 12
- coat
- 12a
- vord. inner jacket wall
- 12b
- rear inner jacket wall
- 12c
- outer jacket wall
- 12d
- mantle cavity
- 13
- kreisringför. nozzle channel
- 14
- guide
- 15
- turbine longitudinal axis
- 16, 17
- guide
- F1 Fig.1,2,3,4
- Inlet funnel area
- F2 Fig.1,2,3,4
- Impeller inlet surface
- F3 Fig.1,2,3,4
- Impeller outlet surface = suction tube entry surface
- F4 Fig.1,2,3,4
- Turbine suction-outlet area
- F5 Fig.3,4
- Ring nozzle inlet area
- F6 Fig.3,4
- Ring nozzle exit area
- F7 Fig.4
- Mantelsaugohraustrittsfläche
- 2121
- Turbinengehäuseturbine housing
- 21a, 21b21a, 21b
-
Wandung
um
22 Wall around22 - 21c, 21d 21c, 21d
-
gekrümmte Endpartie
um
22 curved end part around22 - 21e 21e
- Laufradkammerwandpartie < tImpeller chamber wall section <t
- 21f21f
- Laufradkammerwandpartie > tImpeller chamber wall section> t
- 21g, 21h 21g, 21h
-
Wandung
um
31 Wall around31 - 21i, 21j 21i 21j
-
Wandung
um
28 Wall around28 - 2222
- Einlauftrichterfeed hopper
- 2323
- Schaufelradachsebucket wheel
- 2424
- Schaufelradpaddle wheel
- 2525
- Laufschaufelblade
- 2626
- PolkranzPolkranz
- 2727
- Statorstator
- 28 28
- Saugrohr (Diffusor)suction tube (Diffuser)
- 28a28a
- SaugrohranfangSaugrohranfang
- 28b28b
- Saugrohrendesuction pipe
- 28c28c
-
oberstes
Niveau von
28a highest level of28a - 29a, 29b29a, 29b
- äußere horizo. Turb.-Wandungouter horizo. Turb.-wall
- 3030
- radial erweiterte Schaufelradkammerradial extended impeller chamber
- 3131
- SchaufelzwischenraumBucket clearance
- 3232
- Belüftungsventilvent valve
- 32a32a
- Schwimmerswimmer
- 32b32b
- Ventilkörpervalve body
- 32c 32c
- Ventilsitzvalve seat
- 3333
- Belüftungsrohrventilation tube
- 34 34
- Ventilabschottungvalve foreclosure
- 35a, b, c, d35a, b, c, d
- Hohlraumcavity
- 36 36
- SchwenkeinrichtungPivot means
- 4141
- Turbinengehäuseturbine housing
- 41a, 41b41a, 41b
-
horizont..
Wandung von
42 horizon .. wall of42 - 41c, 41d41c, 41d
-
radiale
Wandung von
54a ,54b radial wall of54a .54b - 41e, 41f41e, 41f
-
horizontale
Wandung von
51 horizontal wall of51 - 41g, 41h41g, 41h
-
äußere horiz.
Wandung von
41 outer horiz. Wall of41 - 41i, j41i, j
- SchaufelradkammerwandungSchaufelradkammerwandung
- 4242
- Einlauftrichterfeed hopper
- 43, 4443 44
- Schaufelrad-Achse/WellePaddle wheel axle / shaft
- 45, 4645, 46
- Schaufelradpaddle wheel
- 47, 4847 48
- Laufschaufelblade
- 47a, 48a47a, 48a
- Schaufelteilungblade pitch
- 4949
- Rotor-PolkranzRotor Polkranz
- 5050
- Statorstator
- 5151
- Saugrohr (Diffusor)suction tube (Diffuser)
- 52, 5352 53
- Laufradkammerimpeller chamber
- 52a, 53a52a, 53a
- aktiver Laufkammerbereichactive Overflow chamber area
- 52b, 53b52b, 53b
-
Rückflusskanal
innerhalb
52 ,53 Return channel within52 .53 - 54, 5554 55
- Trennstegdivider
- 56a, b, c, d56a, b, c, d
- Hohlraumcavity
- 6161
- Turbinengehäuseturbine housing
- 61a, 61b61a, 61b
-
horizontale
Wandung von
62 horizontal wall of62 - 61c, 61d61c, 61d
-
radiale
Wandung von
72a ,72 radial wall of72a .72 - 61e, 61f61e, 61f
-
horizontale
Wandung von
63 horizontal wall of63 - 61g, 61h61g, 61h
-
äußere horiz.
Wandung von
61 outer horiz. Wall of61 - 6262
- Einlauftrichterfeed hopper
- 6363
- Saugrohr (Diffusor)suction tube (Diffuser)
- 64a, b64a, b
- Achse/WelleAxis / shaft
- 65, 6665, 66
- Schaufelradpaddle wheel
- 67, 6867, 68
- Laufschaufelblade
- 6969
- Stator-PolkranzStator Polkranz
- 7070
- Schaufelrad-PolkranzPaddlewheel Polkranz
- 7171
- Leit- u. Teileinrichtungconductivity u. partial device
- 72a, 72b 72a, 72b
- Schaufelradkammerimpeller chamber
- 73a, 73b 73a, 73b
- Hohlraumcavity
- 8080
- Turbinengehäuseturbine housing
- 80a, b80a, b
-
horizontale
Wandung von
81 horizontal wall of81 - 80c, 80d80c, 80d
-
radiale
Wandung von
82 radial wall of82 - 80e, 80f 80e, 80f
-
radiale
Wandung vom Freiraum in
82 radial wall from the free space in82 - 80g, h80g, H
-
horizontale
Wandung von
90 horizontal wall of90 - 8181
- Einlauftrichterfeed hopper
- 8282
- Schaufelradkammerimpeller chamber
- 82a, 82b82a, 82b
-
aktiver
Bereich in
82 active area in82 - 82c,82d82c, 82d
-
Freiraum
in
82 Free space in82 - 8383
- Leitvorrichtungguide
- 83a, 83b83a, 83b
- ZuströmleitflächeZuströmleitfläche
- 83c, 83d83c, 83d
-
spiralförmige Kontur
von
83 (Laufschaufelführung)spiral shape of83 (Blade guide) - 84a, 84b 84a, 84b
- Schaufelrad-Achse/WellePaddle wheel axle / shaft
- 85a, 85b85a, 85b
- Schaufelradpaddle wheel
- 8686
- LaufschaufelschwenkgelenkBlade pivot
- 8787
- Laufschaufelblade
- 8888
- Laufschaufel-AbstützstegBlade-supporting web
- 9090
- Saugrohr (Diffusor)suction tube (Diffuser)
- 91a, 91b91a, 91b
- Laufschaufel-FührungsstegBlade guide web
- 92a, 92b92a, 92b
- Laufschaufel-UmlegerolleBlade wrapping roller
- 9393
- Schaufelrad-PolkranzPaddlewheel Polkranz
- 9494
- Stator-PolkranzStator Polkranz
- 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 von115 - 115
- Zuflusskanal
zur inneren Radkammerpartie
112c - 115a
- Verbindungskanal
zu
102a - 116a, b
- Hohlraum
- 101
- turbine housing
- 101a, 101b
- Wall of
102 - 101c, 101d
- Wall of
103 - 101e, 101f
- horizontal exterior from
101 - 101g, 101h
- vertical exterior from
101 - 101i
- Trenn u.Leitwand in
102 - 102
- feed hopper
- 103
- Suction tube (diffuser)
- 104a, 104b
- Impeller shaft / axle
- 105, 106
- paddle wheel
- 107, 108
- blade
- 109
- Wheel Polkranz
- 110
- Stator Polkranz
- 111
- Guide u. spillway
- 112
- impeller chamber
- 112, a, b
- outer active wheel chamber section
- 112c
- inner active wheel chamber section
- 112d, e
- Outflow channel of the outer Radkammerpartie
- 113
- Collection channel of the inner Radkammerpartie
- 113a
- Outflow channel of the inner Radkammerpartie
- 114
- Wall of
112d , e and wall of115 - 115
- Inflow channel to the inner Radkammerpartie
112c - 115a
- Connecting channel too
102 - 116a, b
- cavity
Claims (32)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102005040806A DE102005040806A1 (en) | 2005-08-29 | 2005-08-29 | Radial water turbine for power and irrigation has active components with flow passing through them horizontally and parallel to external free flow |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102005040806A DE102005040806A1 (en) | 2005-08-29 | 2005-08-29 | Radial water turbine for power and irrigation has active components with flow passing through them horizontally and parallel to external free flow |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102005040806A1 true DE102005040806A1 (en) | 2007-03-08 |
Family
ID=37735373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102005040806A Withdrawn DE102005040806A1 (en) | 2005-08-29 | 2005-08-29 | Radial water turbine for power and irrigation has active components with flow passing through them horizontally and parallel to external free flow |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102005040806A1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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