DE29517886U1 - Buoy with its own energy supply - Google Patents
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Description
Patentanwälte ···* ' Patent Attorneys ···* '
Dipl.-Ing. Siegfried Schirmer, Bielefeld · Dipl.-Ing. Volker Specht, BerlinDipl.-Ing. Siegfried Schirmer, Bielefeld · Dipl.-Ing. Volker Specht, Berlin
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271/41-3 31.10.1995271/41-3 31.10.1995
Schlehdornsteig 5 14129 BerlinSchlehdornsteig 5 14129 Berlin
Dipl.-Ing. Bernt Geerken Nordstraße 6Dipl.-Ing. Bernt Geerken Nordstrasse 6
27404 Nartum27404 Nartum
Boje mit eigener EnergieversorgungBuoy with its own energy supply
Die Erfindung betrifft eine Boje mit eigener Energieversorgung durch eine Strömungskraftmaschine, mit einem durch die mechanische Energie des strömenden Wassers um eine senkrechte Achse rotierenden Laufrad mit senkrecht in das Wasser ragenden Turbinenschaufeln.The invention relates to a buoy with its own energy supply through a fluid power machine, with an impeller rotating around a vertical axis by the mechanical energy of the flowing water with turbine blades protruding vertically into the water.
Bei strömungsgetriebenen Bojen erfolgt die Erzeugung der zur Fahrwasserbefeuerung und zum Betrieb als Meßstation erforderlichen elektrischen Energie unter Ausnutzung der durch Flüsse und Gezeiten annähernd konstant zur Verfügung stehenden mechanischen Energie des strömenden Wassers, indem ein durch die Strömung in Drehung versetztes Laufrad einen Generator antreibt.In the case of current-driven buoys, the electrical energy required for fairway lighting and for operation as a measuring station is generated by utilizing the mechanical energy of the flowing water, which is available almost constantly through rivers and tides, by driving a generator using an impeller set in rotation by the current.
Bekannt ist beispielsweise eine Boje, deren Strömungskraftmaschine ein sich um eine waagerechte Achse drehendes Schraubenrad umfaßt, das in einem innerhalb des Auftriebskörpers der Boje ausgebildeten Strömungskanal vorgesehen ist. Der Einsatz dieser Boje erfordert eine bestimmteFor example, a buoy is known whose flow engine includes a screw wheel rotating around a horizontal axis, which is provided in a flow channel formed within the buoyancy body of the buoy. The use of this buoy requires a certain
* t t I« ·* t t I« ·
Mindestwassertiefe, um einen möglichst großen Schraubenraddurchmesser
zur Nutzung der Strömungsenergie anwenden zu können und außerdem Verstopfungen im Strömungskanal vermeiden
zu können.
5Minimum water depth in order to be able to use the largest possible screw wheel diameter to utilize the flow energy and also to avoid blockages in the flow channel.
5
Des weiteren wurde bereits eine strömungsgetriebene Boje vorgeschlagen, deren Strömungskraftmaschine als Flügelradturbine mit einem um eine senkrechte Achse drehbaren Flügelrad (Laufrad) und an dessen Umfang angeordneten, senkrecht in das Wasser ragenden Turbinenflügeln (Schaufeln) ausgebildet ist. Die Turbinenflügel sind im wesentlichen als schmale rechteckige, an dem Laufrad um senkrechte Achsen mittig schwenkbare Platten ausgeführt. Der Anstellwinkel der Turbinenflügel wird entsprechend ihrer durch die Drehung des Flügelrades veränderlichen Position durch einen Steuermechanismus laufend geändert, um dadurch eine optimale Antriebswirkung durch die Strömung zu erreichen. Zwar ist mit dieser Strömungskraftmaschine eine optimale Nutzung der mechanischen Energie des Wassers und damit eine ausreichende Bereitstellung elektrischer Energie möglich, jedoch ist der für die Einstellung des Anstellwinkels der schwenkbaren Turbinenfügel vorgesehene, mit einer Mehrzahl von Lagern und Gelenken ausgerüstete Steuermechanismus, der zudem kompliziert aufgebaut und aufwendig in der Herstellung ist, ständig dem Wasser und den darin enthaltenen Schmutzpartikeln ausgesetzt, so daß es zu Funktionsstörungen und zu einer Verringerung der Standzeit kommen kann.Furthermore, a flow-driven buoy has already been proposed, the flow engine of which is designed as an impeller turbine with an impeller (runner) that can rotate around a vertical axis and turbine blades (blades) arranged on its circumference that protrude vertically into the water. The turbine blades are essentially designed as narrow rectangular plates that can be pivoted centrally on the impeller around vertical axes. The angle of attack of the turbine blades is continuously changed by a control mechanism according to their position, which changes due to the rotation of the impeller, in order to achieve an optimal drive effect through the flow. Although this fluid power machine makes optimal use of the mechanical energy of the water and thus provides sufficient electrical energy, the control mechanism for adjusting the angle of attack of the pivoting turbine blades, which is equipped with a number of bearings and joints and is also complicated in construction and expensive to manufacture, is constantly exposed to the water and the dirt particles it contains, which can lead to malfunctions and a reduction in service life.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Boje der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß deren Strömungskraftmaschine bei ausreichender Energiebereitstellung einfach herstellbar ist und auch unter den rauhen Betriebsbedingungen in der Strömung von Flüssen undThe invention is therefore based on the task of designing a buoy of the type mentioned at the beginning in such a way that its current engine can be easily manufactured with sufficient energy provision and also under the rough operating conditions in the flow of rivers and
Gezeiten ein störungsfreier Betrieb und eine hohe Standzeit erzielt wird.Tides ensure trouble-free operation and a long service life.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Boje gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 in der Weise gelöst, daß das Laufrad aus zwischen parallelen, im Abstand angeordneten Laufradplatten winklig zueinander und starr angebrachten Schaufelblechen gebildet ist, wobei die Schaufelbleche zur Bildung eines zentralen Durchströmbereichs für das Wasser im Abstand zur Mittellinie des Laufrades angebracht sind.According to the invention, the object is achieved in a buoy according to the preamble of claim 1 in such a way that the impeller is formed from blade plates that are rigidly mounted at an angle to one another between parallel, spaced-apart impeller plates, the blade plates being mounted at a distance from the center line of the impeller to form a central flow area for the water.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht mithin in einer Kombination von Widerstandsturbine und Durchströmturbine, wobei das strömende Wasser zunächst auf ein Schaufelblech auftrifft und ihm ein Teil seiner mechanischen Energie entzogen wird, beim Durchströmen durch den freien mittleren Raum des Laufrades auf ein weiteres Schaufelblech geleitet wird und dem Laufrad einen zusätzlichen Bewegungsimpuls erteilt und schließlich auf der anderen Seite wieder aus dem Laufrad austritt.The basic idea of the invention therefore consists in a combination of resistance turbine and cross-flow turbine, where the flowing water first hits a blade plate and part of its mechanical energy is extracted from it, then as it flows through the free central space of the impeller it is directed to another blade plate and gives the impeller an additional movement impulse and finally exits the impeller on the other side.
Der Vorteil dieser Lösung liegt in dem unkomplizierten, robusten Aufbau. Das Laufrad ist einfach herzustellen, verfügt über höchstens ein dem Wasser ausgesetztes Lager und keine weiteren beweglichen und damit störanfälligen Bauteile. Dabei ist über einen langen Zeitraum ein störungsfreier Betrieb der Boje mit ausreichender Erzeugung elektrischer Energie gewährleistet.The advantage of this solution lies in its uncomplicated, robust construction. The impeller is easy to manufacture, has at most one bearing exposed to the water and no other moving and therefore fault-prone components. This ensures trouble-free operation of the buoy with sufficient generation of electrical energy over a long period of time.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bilden mindestens zwei übereinander angeordnete Laufradhälften ein gemeinsames Laufrad, indem zwischen einer der Laufradplatten und einer dritten, zu dieser im Abstand parallelen Laufradplatte weitere Schaufelbleche wie zuvor beschrieben, jedochAccording to a further feature of the invention, at least two impeller halves arranged one above the other form a common impeller, in that between one of the impeller plates and a third impeller plate which is parallel to it at a distance, further blade plates as described above, but
zur Erzielung eines gleichmäßigen Drehmoments zu den Schaufelblechen der benachbarten Laufradhälfte winkelversetzt, befestigt sind.to achieve a uniform torque, are mounted at an angle to the blade plates of the adjacent impeller half.
Die Laufradplatten haben eine kreisrunde Form. Zwischen zwei parallelen Laufradplatten sind jeweils drei um 120° versetzte Schaufelbleche angeordnet, wobei die Schaufelbleche der einen Laufradhälfte gegenüber denen der anderen Laufradhälfte jeweils um 60° versetzt angebracht sind.The impeller plates have a circular shape. Between two parallel impeller plates, three blade plates are arranged, offset by 120°, with the blade plates of one impeller half being offset by 60° from those of the other impeller half.
In weiterer Ausbildung der Erfindung bestehen die Schaufelbleche aus einem geraden Abschnitt und einem daran anschließenden gebogenen Abschnitt, der zum Rand der Laufradplatte ausläuft, wobei die dem Wasserdruck ausgesetzte Innenseite des Schaufelblechs die mit der konkaven Fläche des gebogenen Abschnitts ist.In a further embodiment of the invention, the blade plates consist of a straight section and an adjoining curved section that runs to the edge of the impeller plate, whereby the inner side of the blade plate exposed to the water pressure is the one with the concave surface of the curved section.
Die Innenseiten der Schaufelbleche sind erfindungsgemäß im Abstand vom Mittelpunkt der Laufradplatten angeordnet, und die hintere Kante des geraden Abschnitts ist von der Innenseite des jeweils folgenden Schaufelblechs ebenfalls beabstandet. Dadurch wird im zentralen Teil des Laufrades ein Durchströmungsbereich für das Wasser geschaffen.According to the invention, the inner sides of the blade plates are arranged at a distance from the center of the impeller plates, and the rear edge of the straight section is also spaced from the inner side of the following blade plate. This creates a flow area for the water in the central part of the impeller.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Schaufelbleche auch so angeordnet sein, daß sie mit ihren ins Laufradinnere gerichteten Enden an der die Mittelpunkte der Laufradplatten verbindenden Linie aneinanderstoßen, so daß im Innern des Laufrades kein Durchströmungsbereich gebildet wird.According to a further feature of the invention, the blade plates can also be arranged in such a way that their ends directed towards the interior of the impeller abut one another at the line connecting the centers of the impeller plates, so that no flow area is formed inside the impeller.
Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Further features and advantageous developments of the invention are set out in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is explained in more detail using the drawing. They show:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete strömungsgetriebene Boje mitFig. 1 shows a longitudinal section through a current-driven buoy designed according to the invention with
Eigenenergieerzeugung durch eine Turbine;Self-generated energy through a turbine;
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Laufrad der Turbine längs der Linie AA in Fig. 1 mit einem im Innern der Laufrades gebildeten mittigen DurchströmungsFig. 2 shows a section through a turbine impeller along the line AA in Fig. 1 with a central flow passage formed inside the impeller.
bereich für einen Teil des anströmenden Wassers;area for a part of the incoming water;
Fig. 3 eine weitere Schnittdarstellung des Laufrades,Fig. 3 another sectional view of the impeller,
jedoch in einer Ausführung ohne Wasserdurch-Strömungsbereich mit mittig aneinanderstoßendenbut in a design without water flow area with centrally abutting
Schaufelblechenden; undblade plate ends; and
Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Boje nach Fig. 1,Fig. 4 is a longitudinal section through the buoy of Fig. 1,
wobei jedoch die radiale Lagerung des Laufrades oberhalb der Wasseroberfläche an der TurbinenwelleHowever, the radial bearing of the impeller above the water surface on the turbine shaft
erfolgt.he follows.
Eine Turbinenwelle 1 ist innerhalb eines im Tonnenkörper der Boje angeordneten Standrohres 3 - gelagert in einem Turbinenwellenlager 4 - geführt und an ihrem von der Wasseroberfläche entfernten Ende über ein Getriebe 5 mit einem Generator 6 verbunden. Am gegenüberliegenden wasserseitigen - Ende der Turbinenwelle 1 ist ein Laufrad 13 angebracht, das an einem zwischen dem Schutzgestänge 7 der Boje durch Haltestangen 8 fixierten Laufradlager 9 geführt ist. Das Laufrad 13 besteht aus drei parallel im Abstand zueinander angeordneten kreisrunden Laufradplatten 10, 10', wobei zwischen jeweils zwei einander gegenüberliegenden Laufradplatten 10, 10' jeweils drei um 120° zueinander versetzt ancreordnete Schaufelbleche 11, 11'A turbine shaft 1 is guided within a standpipe 3 arranged in the barrel body of the buoy - mounted in a turbine shaft bearing 4 - and is connected to a generator 6 at its end remote from the water surface via a gear 5. At the opposite water-side end of the turbine shaft 1, an impeller 13 is attached, which is guided on an impeller bearing 9 fixed between the protective rods 7 of the buoy by holding rods 8. The impeller 13 consists of three circular impeller plates 10, 10' arranged parallel and spaced from one another, with three blade plates 11, 11' arranged offset by 120° from one another between each two opposing impeller plates 10, 10'.
•t·•t·
starr befestigt sind. Die Schaufelbleche 11 in der oberen Laufradhälfte 13a sind gegenüber den Schaufelblechen 11' in der unteren Laufradhälfte 13b um 60° versetzt angeordnet.are rigidly attached. The blade plates 11 in the upper impeller half 13a are arranged offset by 60° from the blade plates 11' in the lower impeller half 13b.
Aus Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Schaufelbleche 11, 11' aus einem geraden Abschnitt 11a und einem als 90°- Kreisbogen ausgeführten gebogenen Abschnitt 11b bestehen. Der gebogene Abschnitt 11b läuft an der Umfangskante der Laufradplatten 10 bzw. 10' allmählich aus, während der gerade Abschnitt 11a in einem seitlichen Abstand "a" vom Mittelpunkt "M" der Laufradplatten 10, 10' bzw. der Mittellinie des Laufrades und dem Ende des entgegen dem Uhrzeigersinn benachbarten Schaufelblechs 11, 11' verläuft.From Fig. 2 and 3 it can be seen that the blade plates 11, 11' consist of a straight section 11a and a curved section 11b designed as a 90° circular arc. The curved section 11b gradually runs out at the peripheral edge of the impeller plates 10 or 10', while the straight section 11a runs at a lateral distance "a" from the center point "M" of the impeller plates 10, 10' or the center line of the impeller and the end of the adjacent blade plate 11, 11' in an anti-clockwise direction.
An der Turbinenwelle 1 ist in geringem Abstand von der unteren - wasserseitigen - Öffnung des Standrohres 3 eine Sperrplatte 12 angebracht, deren Durchmesser größer als der des Standrohres 3 ist. Auf diese Weise wird aufgrund des zwischen der Unterseite des Tonnenkörper 1 und der Sperrplatte 12 verbleibenden geringen Spaltes verhindert, daß bei starkem Wellengang Wasser an das Turbinenwellenlager 4 gelangt.A blocking plate 12 is attached to the turbine shaft 1 at a short distance from the lower - water-side - opening of the standpipe 3, the diameter of which is larger than that of the standpipe 3. In this way, the small gap remaining between the underside of the barrel body 1 and the blocking plate 12 prevents water from reaching the turbine shaft bearing 4 in heavy waves.
Die Boje wird in einem Fluß oder im Meer verankert. Das Laufrad 13 liegt dabei vollständig unterhalb der Wasseroberfläche und wird durch die Fluß- oder Gezeitenströmung in eine Drehbewegung versetzt, die über die Turbinenwelle und das Getriebe 5 auf den Generator 6 übertragen wird. Die Drehbewegung des Laufrades 13 wird unabhängig von der Richtung, in der die Strömung auf das Laufrad 13 trifft, erzeugt. Das strömende Wasser gelangt unmittelbar bzw. über die Rückseite des entgegen dem Uhrzeigersinn benachbarten Schaufelbleches auf die Innenseite eines Schaufelbleches 11, 11', d.h. auf die Seite des Schaufelblechs mit der konkaven Wölbung des gebogenen Abschnitts 11b. Dadurch wirdThe buoy is anchored in a river or in the sea. The impeller 13 lies completely below the water surface and is set in rotation by the river or tidal current, which is transmitted to the generator 6 via the turbine shaft and the gear 5. The rotation of the impeller 13 is generated independently of the direction in which the flow hits the impeller 13. The flowing water reaches the inside of a blade plate 11, 11' directly or via the back of the counterclockwise adjacent blade plate, i.e. the side of the blade plate with the concave curvature of the curved section 11b. This
ft»ft»
das Laufrad in eine im Uhrzeigersinn drehende Bewegung versetzt. Gleichzeitig strömt das Wasser bei der Schaufelanordnung nach Füg. 2 durch den zwischen zwei Schaufelblechen freibleibenden Spalt ("a") gegen die Innenseite des dritten Schaufelblechs, um dem Laufrad dadurch einen weiteren Bewegungsimpuls zu erteilen bzw. in jedem Fall nicht der Drehung im Uhrzeigersinn entgegenzuwirken und anschließend aus dem Innern des Laufrades wieder auszutreten. Die um 60° versetzte Anordnung der Schaufelbleche 11, II1 gegenüber der jeweils anderen Laufradhälfte 13a bzw. 13b trägt wesentlich zu einem gleichmäßigen Drehmomentenverlauf bei.the impeller is set in a clockwise rotation. At the same time, with the blade arrangement according to Fig. 2, the water flows through the gap ("a") remaining between two blade plates against the inside of the third blade plate, in order to give the impeller a further movement impulse or in any case not to counteract the clockwise rotation and then exit from the inside of the impeller again. The arrangement of the blade plates 11, II 1 offset by 60° compared to the other impeller half 13a or 13b contributes significantly to a uniform torque curve.
In Fig. 3 ist eine Variante der Schaufelblechanordnung dargestellt, bei der im Innern des Laufrades 13 kein Durchströmbereich vorhanden ist. In diesem Fall stoßen die Enden der Schaufelbleche 11 an der Mittellinie des Laufrades aneinander.Fig. 3 shows a variant of the blade plate arrangement in which there is no flow area inside the impeller 13. In this case, the ends of the blade plates 11 abut one another at the center line of the impeller.
Fig. 4 zeigt schließlich noch eine Ausführungsform, bei der unter Verzicht auf das untere, im Wasser liegende Laufradlager 9 und die Haltestangen 8 zur radialen Führung des Laufrades 13 ein im mittleren Bereich der Turbinenwelle 1 angeordnetes Turbinenwellenlager 14 vorgesehen ist.Fig. 4 finally shows an embodiment in which without the lower impeller bearing 9 located in the water and the support rods 8 for radial guidance of the impeller 13, a turbine shaft bearing 14 is provided arranged in the middle region of the turbine shaft 1.
Dieses Lager befindet sich oberhalb der Wasseroberfläche, so daß die Boje bzw. deren energieerzeugende Einrichtungen noch weniger störanfällig sind.This bearing is located above the water surface, so that the buoy and its energy-generating equipment are even less susceptible to failure.
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29517886U DE29517886U1 (en) | 1995-11-02 | 1995-11-02 | Buoy with its own energy supply |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29517886U DE29517886U1 (en) | 1995-11-02 | 1995-11-02 | Buoy with its own energy supply |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29517886U1 true DE29517886U1 (en) | 1996-01-04 |
Family
ID=8015305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29517886U Expired - Lifetime DE29517886U1 (en) | 1995-11-02 | 1995-11-02 | Buoy with its own energy supply |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29517886U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008145325A1 (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Alfa-Kinetik Aps | Nautical safety-buoy |
| CN117284423A (en) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 广州海洋地质调查局三亚南海地质研究所 | Ocean energy self-powered small miniature monitoring buoy |
-
1995
- 1995-11-02 DE DE29517886U patent/DE29517886U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008145325A1 (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Alfa-Kinetik Aps | Nautical safety-buoy |
| CN117284423A (en) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 广州海洋地质调查局三亚南海地质研究所 | Ocean energy self-powered small miniature monitoring buoy |
| CN117284423B (en) * | 2023-11-27 | 2024-03-01 | 广州海洋地质调查局三亚南海地质研究所 | Ocean energy self-powered small miniature monitoring buoy |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19960215 |
|
| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 19990901 |