DE19607592A1

DE19607592A1 - Strömungsturbine zur Nutzung von Luft- und Wasserströmungen zur Elektrizitätserzeugung oder Arbeitsleistung

Info

Publication number: DE19607592A1
Application number: DE19607592A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-04

Description

Die Strömungsturbine zur Nutzung von Luft- und Wasserströmung zum Antrieb von Generatoren zur Elektrizitätserzeugung oder Maschinen zur Arbeitsleistung ist ein technisch einfaches, billiges und umweltfreundliches Kleinkraftwerk.

Die von den Industriestaaten gegenwärtig benötigte Menge an elektrischer Energie wird von Kernkraftwerken, die durch die Radioaktivität der Brennelemente die Umwelt gefährden, von Heizkraftwerken, die die Umwelt durch Emissionen belasten oder Wasserkraftwerken, die die Umwelt landschaftlich verändern, gewonnen und nur ein geringer Anteil durch Ausnutzung natürlicher Energiequellen wie Sonnenwärme, Luft- oder Wasserströmungen gedeckt. Der Bau von Großkraftwerken ist kostenintensiv und kann nur durch hohe Kapitalinvestitionen finanziert werden. Die Betriebskosten sind beachtlich. Sie bestimmen den Preis der an die Verbraucher abgegebenen Stromeinheiten.

Der gegenwärtige Stand der Technik läßt sich in zusammengefaßter Form aus folgender Publikation entnehmen:
The American Peoples Encyclopedia, Grolier Incorporated, New York, 1968, Library of Congress Catalog Card Number: 68-10860
Stichworte/Band/Seite:
- ATOMIC ENERGY: Band 2, Seite 280-289;
- ELECTRIC POWER GENERATION AND TRANSMISSION: Band 7, Seite 147-150;
- GENERATOR: Band 8, Seite 434-437;
- HYDRAULIC MACHINERY: Band 10, Seite 87-91;
- TURBINE: Band 18, Seite 285-289;
- WINDMILL: Band 19, Seite 339.

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, für die Elektrizitätsgewinnung die natürliche Strömung der Luft und des Wassers optimal durch viele kleinere, dafür kostengünstigere und umweltfreundliche Kraftwerke zu nutzen, die Einzelverbraucher, Handwerks- wie kleinere Industriebetriebe und Gemeinden versorgen können, die Umwelt schonen und nicht verändern und die bisherigen Großkraftwerke entlasten.

Technisch wird durch die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale eine Strömungsturbine vorgestellt, die sowohl in einer Luft- als auch in einer Wasserströmung verwendbar ist. Die Strömung kann senkrecht und ohne Minderung auf eine Hälfte der in ihr befindlichen Turbinen- oder Walzenblätter geführt werden, während gleichzeitig eine halbseitige Abdeckung den Strömungsdruck von den gegenläufigen Turbinen- oder Walzenblätter fernhält. Die so entstehende Druckdifferenz zwischen angeströmten und abgedeckten Turbinen- oder Walzenblättern setzt die Turbine in Rotation. Die Rotationsbewegung wird durch die Achse oder ein Getriebe an Generatoren zur Energieerzeugung oder aber Transmissionen oder Exzenter an Maschinen zur Arbeitsleistung weitergeleitet.

Zur Regelung der Umdrehungszahl der Turbine kann die Halbabdeckung oder eine Teilabdeckung visierartig in die Strömung gedreht werden und die Abdeckung bis zum Turbinenstillstand vergrößern oder paddelförmige Turbinenblätter um ihre Achse bis zu 90° in die Strömung drehen, um die Drehzahl bis zum Stillstand zu mindern.

Mit der Strömungsturbine nach dem Patentanspruch wird das kleine, kostengünstige und umweltfreundliche Kraftwerk geschaffen, welches das der Erfindung zugrunde liegende Problem löst.

Fig. 1 zeigt die Vorderansicht einer Strömungsturbine:
1 = Mittelachse der Turbine, 2 = radial angeordnete, zur Achse feststehende Turbinenblätter, 3 = halbseitige Abdeckung, die zur Achse drehbar montiert ist, um die Anströmung, dadurch die Umdrehungszahl und den Strömungsdruck auf die Turbinenblätter zu regulieren und die Windrichtung auszugleichen.

Fig. 2 zeigt die Draufsicht der gleichen Anordnung.

Anstatt die halbseitige Abdeckung zu drehen, läßt sich die Regulierung der Drehzahl und des Strömungsdruckes auf die in der Strömung sich drehenden Turbinen- oder Walzenblätter durch eine visierartig um 90° ausfahrbare Teilabdeckung erreichen, die über oder in der Halbabdeckung drehbar montiert ist und die Gesamtanströmung der Turbinen- oder Walzenblätter entsprechend verkleinert, wie Fig. 3 darstellt.

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht einer drehbaren Strömungsturbine mit um 90° verstellbaren Turbinenblättern zur Drehzahl- und Druckregulierung mit feststehender Halbabdeckung:
1 = Mittelachse, 2 = radial angeordnete, zur Achse um 90° drehbar montierte Turbinenblätter, 3 = halbseitige, zu den Turbinenblättern fest montierte, in Windrichtung drehbare Abdeckung.

Fig. 5 zeigt die Draufsicht der gleichen Anordnung wie Fig. 4.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung nach dem Patentanspruch bestehen darin, daß sich eine Form der Turbinenblätter für ein Turbinenrad so wählen läßt, daß sie der Luftströmung den größtmöglichen Widerstand bieten, wie etwa die doppelte Halbkugelform des Pelton-Rades (The American Peoples Encyclopedia, Golier Incorporated, New York, 1968, Library of Congress Card Nr: 6810860, Bd. 10, S. 90) oder Halbkugeln des rotierenden Anemometers (ebenda, Bd. 1, S. 469), wobei die Radachse senkrecht angeordnet ist.

Bei horizontaler Achslagerung werden zwei Turbinenräder, je eins links das andere rechts der Achslagerung, montiert, um den Strömungsdruck pro Achse zu vergrößern und die kinetische Energie der Achsdrehung entsprechend zu steigern (Fig. 4 und 5).

Die Form der Turbinenblätter bestimmt ihre Montage und die benötigte Abdeckungsvorrichtung.

Für Strömungsturbinen in Wasserströmung lassen sich nach dem Patentanspruch nachfolgend dargestellte vorteilhafte Ausgestaltungen anführen:

a) Flachwasserturbine für Wassertiefen unter 1,5 m mit senkrechter Achsstellung
b) Flachwasserturbinen für Wassertiefen unter 1,5 m mit horizontaler Achsstellung auf Stelzenkonstruktion
c) Wasserturbine zur Ausnutzung der Meeresbrandungswellen mit horizontaler Achsstellung auf Stelzenkonstruktion
d) Wasserturbine zur Ausnutzung der Strömung natürlich verbleibender Flüsse als schwimmende, im Boden fest verankerte Pontonkonstruktion.

Beschreibung der Konstruktionen von a) bis d):

a) Die Flachwasserturbine ist eine dem Patentanspruch entsprechende Konstruktion, die von der Flachwasserströmung ganz umspült wird und die nicht abgedeckten Turbinenblätter unter Druck und in drehende Bewegung versetzt, die von der Achse auf einen Generator zur Elektrizitätserzeugung übertragen wird (Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8).
b) Die Flachwasserturbine mit horizontaler Achsstellung auf Stelzenkonstruktion entspricht dem Patentanspruch, wobei bei horizontaler Achsstellung eine Walze das Rad ersetzt und die Walzenblätter die Funktionen der Turbinenblätter übernehmen. Die Wasserströmung wirkt unter der Walzenachse auf die Walzenblätter, die Abdeckung befindet sich darüber. Die Energieabnahme erfolgt durch ein Getriebe in der Walzenmitte und dient der Stabilisierung der Walze in der Strömung Die Stelzenkonstruktion verankert die Strömungsturbine im Boden und bestimmt ihre Bodenfreiheit über Grund. Sie ist besonders zur Montage auf vorhandenen Wasserwehren geeignet und kann mehrere Turbinen neben- und hintereinander, je nach vorhandener Überlauffläche des Wehrs, betreiben. (Fig. 9 und Fig. 10).
c) Die Wasserturbine zur Ausnutzung der Meeresbrandungswellen mit horizontaler Achsstellung auf Stelzenkonstruktion entspricht ebenso dem Patentanspruch, wobei die Wellenbewegung die Turbine über der Walzenachse treffen muß, um das vom Strand zurückfließende Wasser unter der Turbinenabdeckung abfließen zu lassen. Die Stelzenkonstruktion verankert die Turbine fest im Boden, hält sie in der erforderlichen Höhe über Grund und regelt durch eine Blende die mit den Wellen anrollenden Wassermengen, die auf die frei rotierenden Walzenblätter aufprallen. Je nach Wellenfrequenz lassen sich mehrere derartige Konstruktionen voreinander errichten, um die Energiespitzen einer Welle auszugleichen. Je nach Stärke der Brandung lassen sich mehrere Turbinenanlagen zu Kraftwerken zusammenfassen, deren produzierte elektrische Energiemengen denen von Heizkraftwerken gleichkommen dürfte, ohne dafür die Heizkosten aufbringen zu müssen. Auch hier erfolgt die Abnehme der kinetischen Energie von der Walzenachse durch Getriebe in der Walzenmitte und dient der Stabilisierung (Fig. 11).
d) Die Wasserturbine zur Ausnutzung der Strömung natürlich verbleibender Flüsse als schwimmend, fest verankerte Pontonkonstruktion ist die umweltfreundlichste Nutzung der in den Flüssen vorhandenen Strömungsenergie. Sie verändert weder Flußläufe noch Landschaften, verschmutzt oder verseucht nicht das Wasser der Flüsse, sondern setzt nur die Wasserbewegung in nutzbare elektrische Energie um. Auch diese Wasserturbine entspricht dem Patentanspruch. Zwischen zwei Auftriebskörpern (Schiffsrümpfe, Rohrkörper, Tonnen usw.) werden Turbinenwalzen mit der halbseitigen Abdeckung nach oben so montiert, daß die Walzenachse in Höhe der Wasseroberfläche liegt und die frei rotierenden Walzenblätter der Flußströmung ausgesetzt sind. Die beiden Auftriebskörper werden durch eine Plattformkonstruktion verbunden, auf der sich die Generatoren befinden, die mit der Walzenachse durch Getriebe verbunden sind. Die Auftriebskörper sind durch Stahltrossen und Haltevorrichtungen oder andere technische Mittel und Baukonstruktionen fest im Erdboden verankert, so daß die Wasserströmung die Walze in Drehung versetzt und diese durch das Getriebe auf den Generator übertragen wird, der die elektrische Energie erzeugt. Auch hier lassen sich mehrere schwimmende Strömungsturbinen hintereinander im Wasser verankern und die Stromerzeugung soweit steigern, daß sie vorhandenen Kraftwerken gleichkommt (Fig. 12).

Claims

Strömungsturbine zur Nutzung von Luft- und Wasserströmungen zur Elektrizitätserzeugung oder Arbeitsleistung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Turbine, bestehend aus einer Achse mit radial angeordneten vier oder mehr Turbinen- oder Walzenblättern in eine Luft- oder Wasserströmung gebracht wird, wobei eine Halbabdeckung der Turbine, die beweglich, zusätzlich mit einer Teilabdeckung oder fest ausgearbeitet ist, das Anströmen der sich gegenläufig bewegenden Turbinen- oder Walzenblätter verhindert. Die so entstehende Druckdifferenz zwischen angeströmten und abgedeckten Turbinen- oder Walzenblättern setzt die Turbine um ihre Achse in drehende Bewegung. Die Drehbewegung wird durch die Achse oder Getriebe an Generatoren oder durch Transmissionen und Exenter an Maschinen übertragen und dadurch Elektrizität erzeugt oder Arbeit geleistet. Bei luftangeströmten Turbinen mit senkrecht stehender Achse wird die jeweilige Abdeckung, bei querstehender Achse der Turbinenkopf in Windrichtung gedreht. Wasserströmungen sind richtungsstabil und erlauben die feste Verankerung der Turbinen oder ihrer Trägerkonstruktion im Erdboden.