DE112013001389T5

DE112013001389T5 - Wasserumlauf-Stauturbine

Info

Publication number: DE112013001389T5
Application number: DE112013001389.4T
Authority: DE
Inventors: Jiri Frolik; Jiri Nozicka; Renata Houbova
Original assignee: Czech Technical University In Prague
Current assignee: Czech Technical University In Prague
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2014-12-31
Also published as: WO2013135217A3; CZ23692U1; WO2013135217A2

Abstract

Die Wasserumlauf-Stauturbine, die aus einem rotierenden Teil (1) der Turbine mit zirkulierenden Flügeln (1.1) der Turbine besteht, die drehbar auf einer Zentralwelle (1.2) gelagert sind, die von einem Antriebsring (1.3) fortgerissen werden, der weiterhin mit quer angeordneten Durchdringungen (1.4) versehen ist, in denen die einzelnen zirkulierenden Flügel (1.1) der Turbine gleitend gelagert sind und wobei ein Drehmoment durch eine Verbindung vom Antriebsring (1.3) mit einer Ausgangswelle (1.5) ausgeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Teil (1) mit den zirkulierenden Flügeln (1.1) vertikal in einem offenen Gehäuse (2) gelagert ist, das durch gegenüberliegende Platten (2.1, 2.2) gebildet ist, die an der Stelle des rotierenden Teils (1) der rotierenden Maschine und einer teilweise gekrümmten Wand (3) fest miteinander verbunden sind und vor dem rotierenden Teil (1) in Gegenrichtung (s) der Strömung des Wasserstroms eine Anlaufwand (3.1) vorgesehen ist, die an die teilweise gekrümmte Wand (3) anknüpft, wobei eine Verbindungskante (3.2) der Anlaufwand (3.1) und die teilweise gekrümmte Wand (3) in einer Ebene liegen, die durch die Zentralwelle (1.2) und ihrem Schnittpunkt (p) mit den Platten (2.1, 2.2) bestimmt ist, und die mit der Richtung (e) der Strömung des Wasserstroms parallel verläuft, wobei das offene Gehäuse (2) in einem Grundblock (4) gelagert ist, der fest im Wasser platziert ist bzw. in dem offenen Gehäuse (2) an dem Wasserfahrzeug befestigt ist. Damit lässt sich die Wasserumlauf-Stauturbine auch an Flussströmen mit geringem Flussgefälle zur Erzeugung elektrischer Energie einsetzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserumlauf-Stauturbine, die aus einem rotierenden Teil mit zirkulierenden Flügeln besteht, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft eine Wasserumlauf-Stauturbine, die auf dem Prinzip der Kinematik einer Rotationsmaschine mit zirkulierenden Flügeln arbeitet und die vor allem für eine einfache Installation in Gewässern bestimmt ist, ohne einen nötigen Bau von Wasserwehren, Dämmen oder anderen unwiederbringlichen Baueingriffen zu erfordern, die die Ökologie, Topographie, Wasserstraßen und ihre natürliche Umwelt negativ beeinflussen.
Die überwiegende Mehrheit der bekannten Wassermotoren und Turbinen benötigt zur Betriebsweise einen Anstieg des Wasserspiegels, um eine potentielle Fallenergie des Wassers zu erhalten, die dann diese Motoren und Turbinen in mechanische Energie umwandeln kann. Diese Anforderung führt zu der Notwendigkeit eines Ausbaus umfangsreicher Bauwerke auf den Gewässern, die unwiederbringlich die natürliche Optik und Funktion verändern, sowie eine negative Auswirkung auf die Fauna und die Flora haben und eventuell auch den Schiffsverkehr einschränken. Die größten Wasserwerke, wie Assuan in Ägypten, Itaipu in Brasilien, der Drei-Schluchten-Staudamm in China, dokumentieren ausreichend die negativen Auswirkungen dieser Bauwerke auf die Umwelt, einschließlich der Umsiedlung einer hohen Zahl der Einwohner und der Verformung dieser Ströme und deren Auswirkungen auf den Wasserverlust und die Degeneration der Umwelt in ihrer folgenden Progression. Diese Veränderungen begleiten jedes größere oder kleinere Bauwerk eines Staudamms oder Wasserwehrs und sind in den meisten Fällen unwiederbringlich.
Aus diesen Gründen erschien in der Vergangenheit eine Reihe von Ausführungsformen von Wassermaschinen, wie z. B. die allgemein bekannten Wasserräder, insbesondere für das Grundwasser, die aber eigentlich keinen Wasserstromfall benötigen. Die Nachteile dieser Ausführungsform liegen jedoch darin, dass für die vorgesehene Leistung ein Bauwerk von größerem Ausmaß sowie eine große bebaute Fläche mit eingeschränkter Beweglichkeit erforderlich sind, da man diese im ganzen nicht in die Wasserströme unter der Wasserfläche installieren kann. Darüber hinaus gibt es noch andere Wassermaschinen, aber ihre Bauweise benötigt praktisch in den meisten Fällen einen größeren oder geringeren Wasserstromfall. Damit sind dazu auch Peripheriegeräte erforderlich, darunter auch der Bau von künstlichen Dämmen, Oberwasser- und Wasserzufuhrkanäle, was im Wesentlichen schon in den natürlichen Charakter von Wasserstraßen eingreift und zu ihren Störungen beiträgt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Wasserumlauf-Stauturbine zu schaffen, die es ermöglicht, Energie von den Wasserläufen zu gewinnen, und zwar mit minimaler Zerstörung der Flüsse und ihrer Umgebung, und dennoch in der Lage ist, die kinetische Energie der Wasserströmung in den Flusskanälen entlang der ganzen Stromlänge ohne künstliche Erhöhung der Wasserfallhöhe zu gebrauchen, wobei die Anbringung dieser Geräte an fast jedem Ort des Wasserstromes möglich ist. Sie würde auch ihre Wiederanbringung im Falle einer Regulierung der Flussbette und eine andere Aufbereitung der Strömung und ihrer Umgebung ermöglichen. Als ein geeignetes Mittel, um dieses Ziel zu erreichen, scheint die Verwendung von einem kinematischen Rotorteil einer Rotordrehmaschine mit zirkulierenden Flügeln zu sein, wie in der tschechischen Patentschrift Nr. 290702 beschrieben ist, dessen Bauweise in einer aufbereiteten Form seine Nutzung ermöglicht, auch für die Funktion der Wassermaschine, vor allem für die Installation von kleinen Wasserwerken.
Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Dies ist nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die Wasserumlauf-Stauturbine, die aus einem rotierenden Teil mit zirkulierenden Flügeln besteht, die drehbar auf einer Zentralwelle montiert sind, die exzentrisch durch einen gelagerten Ring, der mit radial angeordneten Durchdringungen versehen ist, fortgerissen werden, wobei in Durchdringungen einzeln zirkulierende Flügel verschiebbar gelagert sind, und ein Drehmoment durch das Verbinden des Rings mit einer Ausgangswelle herausgeführt ist. Gemäß der Erfindung, deren Grundlage darin liegt, dass der rotierende Teil mit den zirkulierenden Flügeln vertikal in einem offenen Gehäuse gelagert ist, das durch gegenüberliegende Platten und zum Teil von einer gekrümmten Wand gebildet ist, die an der Stelle des rotierenden Teils der Drehmaschine fest miteinander verbunden sind. Zugleich ist es von einer Anlaufwand vor dem rotierenden Teil in Wasserstromgegenrichtung gebildet, die an die teilweise gekrümmte Wand anknüpft. Die Verbindungskante der Anlaufwand und die teilweise gekrümmte Wand liegen dabei in einer Ebene, die durch die Achse der Zentralwelle gegeben ist, und zum Schnittpunkt mit den Platten liegt. Die Kante ist weiter parallel zu der Wasserstromrichtung ausgeführt, und ein geöffnetes Gehäuse ist dabei in einem Grundblock gelagert, der fest im Wasserlauf befestigt bzw. in dem geöffneten Gehäuse zum Wasserfahrzeug befestigt ist.
Die rotierenden Teile der Turbine sind seitenverkehrt in einem Paar quer zur Strömungsrichtung der Wasserströmung angeordnet.
Auf der Ausgangswelle ist ein elektrischer Stromgenerator angeschlossen.
Die Vorteile der Wasserumlauf-Stauturbine gemäß dieser Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die gesamte Vorrichtung auf relativ einfache Weise montiert werden kann, entweder fest in dem Flussstrom ohne Anforderungen an einen Ausbau von Dämmen und anderen Flussregulierungen, die den Wasserspiegelunterschied und die Wasserstromhöhen vergrößern, die für eine Funktion der bekannten Vorrichtungen benötigt werden. In diesem Fall reicht lediglich der Druck der Wassersäule in der normalen Wasserströmung. Das Gerät kann auch an der Vorderseite oder an einem Seitenteil des Wasserfahrzeugs platziert werden, das nach der Verankerung in dem Wasserstrom oder auch bei Fahrt und dem Umströmen des Wasserfahrzeugkörpers seine Funktion zum Erzeugen der elektrischen Energie erfüllen kann.
Die Erfindung wird durch die Zeichnung an einem Beispiel einer Wasserumlauf-Stauturbine näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Vertikalschnitt A-A des rotierenden Teils der Turbine und deren Lagerung in einem offenen Gehäuse,
2 einen Querschnitt B-B des rotierenden Teils der Turbine mit der teilweise gekrümmten Wand des offenen Gehäuses,
3 eine Querschnitts-Ansicht der Lagerung des rotierenden Teils der Turbine auf der Platte, die gemeinsam mit der Form der teilweise gekrümmten Wand und mit dem Anschluss der Anlaufwand ist,
4 die gleiche Lagerung des rotierenden Teils der Turbine mit alternativ angepassten Durchdringungen der zirkulierenden Flügel vom Antriebsring,
5 eine seitenverkehrte Lagerung der rotierenden Teile der Turbine und der Lagerung mit entsprechender Ausführungsform der Anlaufwände,
6 eine Seitenansicht einer Wasserumlauf-Stauturbine und ihr Anschluss an einen elektrischen Generator und
7 die Einrichtung gemäß 6 in Grundriss-Ansicht.
In der 1 ist im Schnitt A-A, der klar in 2 eingezeichnet ist, vertikal in einem offenen Gehäuse 2 zwischen Platten 2.1, 2.2 ein rotierender Teil 1 der Turbine gelagert. 1 zeigt auch, wo die gesamte Einrichtung in Bezug auf die Achse einer Zentralwelle 1.2 in einem festen Grundblock 4, der in dem Wasserstrom platziert ist, gelagert ist. Der rotierende Teil 1 ist von einer fest verankerten Zentralwelle 1.2 gebildet, auf der drehbar zirkulierende Flügel 1.1 der Turbine gelagert sind, die mit Hilfe eines Antriebsrings 1.3 mit einer Ausgangswelle 1.5 verbunden sind. Die gesamte Vorrichtung ist in den Wasserstrom eingetaucht.
2 zeigt im Querschnitt B-B, der in 1 eingezeichnet ist, den rotierenden Teil 1 der Turbine, wo die zirkulierenden Flügel 1.1 zu erkennen sind, die drehbar auf einer Zentralwelle 1.2 montiert sind, und über einen Antriebsring 1.3 fortgerissen werden, den sie in den Penetration-Stellen überqueren.
3 zeigt eine Querschnittansicht, in der, und auch in Draufsicht, die Gesamtkonfiguration des rotierenden Teils 1 der Turbine zu erkennen ist, mit einer teilweise gekrümmten Wand 3, die an der Stelle einer Verbindungskante 3.2 an eine Anlaufwand 3.1 anknüpft, die den Wasserstrom in Richtung s so lenkt, so dass dieser nur auf eine Hälfte des rotierenden Teils 1 der Turbine führt, wo die zirkulierenden Flügel 1.1 in eine maximale Position außerhalb ausgerückt werden. Dabei ist diese Zone von der Ebene abgegrenzt, die von der Achse der Zentralwelle 1.2 definiert ist, und vom Schnittpunkt p dieser Ebene mit der Platte 2.2, wobei der Schnittpunkt p parallel zur Richtung s der Strömung des Wasserlaufs verläuft.
4 zeigt eine Querschnittansicht und eine Draufsicht der Gesamtkonfiguration des rotierenden Teils 1, wobei 4 mit 3 identisch ist, wo jedoch Durchdringungen 1.4 der zirkulierenden Flügel 1.1 von einem Antriebsring 1.3 alternativ mit drehbar gelagerten Leisten 1.6 versehen sind, zwischen denen die zirkulierenden Flügel 1.1 gleitend gelagert sind.
5 zeigt eine Querschnittansicht und eine Draufsicht einer seitenverkehrten Ausführungsform, wobei die rotierenden Teile 1 der Turbine nebeneinander quer zur Richtung s der Strömung des Wasserlaufs gelagert sind, und zu dieser Konfiguration sind die teilweise gekrümmte Wand 3 und die Anlaufwand 3.1 in der Form angepasst.
6 zeigt eine Seitenansicht und in einem Teilabschnitt den rotierenden Teil 1 der Turbine, der unter der Oberfläche h der Wasserströmung gelagert ist und ihren Anschluss an einen Stromgenerator 5, der über der Oberfläche h des Wasserstroms angebracht ist, und seine Befestigung an 6, 6.1 in einem Grundblock 4.
7 zeigt in der Draufsicht die gesamte Einrichtung, wo der erkennbare rotierende Teil 1 an einen Stromgenerator 5 angeschlossen ist, wobei diese 7 aus der Konfiguration der 6 abgeleitet ist. Das grundlegende Merkmal der Wasserumlauf-Stauturbine ist eine einseitige direkte Wirkung des Wasserdrucks auf die ausgerückten zirkulierenden Flügel 1.1 der Turbine. So wird ein Drehmoment des rotierenden Teils 1 der Turbine erzeugt, das weiterhin über eine Ausgangswelle 1.5 auf den Stromgenerator 5 übertragen wird oder gegebenenfalls auf eine andere Maschine, die den Eingang des Drehmoments erfordert.

Claims

Wasserumlauf-Stauturbine, die aus einem rotierenden Teil (1) mit zirkulierenden Flügeln (1.1) besteht, die drehbar auf einer Zentralwelle (1.2) gelagert und von einem Antriebsring (1.3) fortgerissen sind, der weiterhin mit quer angeordneten Durchdringungen (1.4) versehen ist, in denen die einzelnen zirkulierenden Flügel (1.1) der Turbine gleitend gelagert sind, wobei ein Drehmoment durch eine Verbindung von dem Antriebsring (1.3) mit einer Ausgangswelle (1.5) ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Teil (1) mit den zirkulierenden Flügeln (1.1) vertikal in einem offenen Gehäuse (2) gelagert ist, das durch gegenüberliegende Platten (2.1, 2.2) gebildet ist, die in dem rotierenden Teil (1) der Maschine und einer teilweise gekrümmten Wand (3) fest miteinander verbunden sind, dass vor dem rotierenden Teil (1) in Gegenrichtung (s) der Strömung des Wasserstroms eine Anlaufwand (3.1) vorgesehen ist, die an die teilweise gekrümmte Wand (3) anknüpft, wobei eine Verbindungskante (3.2) der Anlaufwand (3.1) und die teilweise gekrümmte Wand (3) in einer Ebene gelagert ist, die durch die Zentralwelle (1.2) und ihrem Schnittpunkt (p) mit den Platten (2.1, 2.2) bestimmt ist, und die mit der Richtung (e) der Strömung des Wasserstroms parallel verläuft, wobei das offene Gehäuse (2) in einem Grundblock (4) gelagert ist, der fest im Wasser platziert bzw. das offene Gehäuse (2) an einem Wasserfahrzeug befestigt ist.
Wasserumlauf-Stauturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierenden Teile (1) der Turbine seitenverkehrt in einem Paar quer zur Strömungsrichtung (s) der Wasserströmung angeordnet sind.
Wasserumlauf-Stauturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (1.5) an einen Stromgenerator (5) angeschlossen ist.