AT516077A1 - Wasserturbine - Google Patents

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AT516077A1 ATA588/2014A AT5882014A AT516077A1 AT 516077 A1 AT516077 A1 AT 516077A1 AT 5882014 A AT5882014 A AT 5882014A AT 516077 A1 AT516077 A1 AT 516077A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wasserturbine, insbesondere Pumpturbine mit einem Laufrad und einem Leitrad. Sie ist vornehmlich dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln von Laufrad und Leitrad verstellbar ausgestaltet sind. Durch die Verstellbarkeit der Laufschaufeln und Leitschaufeln, insbesondere über den Bereich von 180° bzw. 90° hinaus, lässt sich die Gezeitenströmung energetisch besonders effektiv nutzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserturbine, insbesondere Pumpturbine mit einem Laufrad und einem Leitrad.
Pumpturbinen werden oft bei Speicherkraftwerken eingesetzt und haben einen schlechten Wirkungsgrad, da sie in beide Richtungen arbeiten müssen und der Wirkungsgrad auf den gesamten Turbinen- und Pumpbetrieb optimal ausgelegt wird. Zur Nutzung der Meeresenergie werden, wie bei Flusskraftwerken, Axialturbinen eingesetzt. Um die Strömungen der Gezeiten zu unterstützen, werden Systeme mit großen Becken gebaut, die durch Pumpen befüllt werden und einen Speicher darstellen. Zur optimalen Nutzung der Gezeitenströmungen muss die Turbine in beiden Richtungen arbeiten können. Um einen optimalen Wirkungsgrad für den Turbinen- und Pumpbetrieb zu haben, wurde z.B. in der US 4 275 989 vorgeschlagen, die gesamte Turbine mit dem Leitrad in einer Einheit anzuordnen, die um 180° schwenkbar ist. Dies ist jedoch nur für kleine Einheiten durchführbar.
Ziel der Erfindung ist es eine Turbine zu schaffen, die in beiden Richtungen mit optimalem Wirkungsgrad arbeiten kann und auch als Pumpe eingesetzt werden kann.
Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln von Laufrad und Leitrad verstellbar ausgestaltet sind. Damit kann zu jeder Zeit sowohl für den Turbinen- als auch den Pumpbetrieb ein optimaler Wirkungsgrad erzielt werden.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine als Rohrturbine ausgestaltet ist. Damit kann die Energie der Strömung, speziell der Gezeitenströmung, gut genutzt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Laufschaufelwinkel größer als 180° einstellbar ist. Durch diese Einstellung kann auch bei einer Wasserströmung in die Gegenrichtung, wie sie bei Gezeitenströmungen vorkommt, immer ein optimaler Turbinenwirkungsgrad erzielt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelwinkei größer 90° einstellbar ist. In Kombination mit dem großen Laufschaufelwinkel wird der Wirkungsgrad der Turbine bei Gegenbetrieb besonders groß.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei
Fig. 1 eine bekannte Anordnung einer Turbine mit Anwendung der Erfindung und
Fig. 2 eine Anwendung der erfindungsgemäßen Turbine bei einem Gezeitenkraftwerk im Gegenbetrieb darstellt.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Turbine 1, die hier beispielhaft als Rohrturbine dargestellt ist. Im Normalbetrieb, d.h. das Oberwasser 10 ist im Bild links und das Unterwasser 11 im Bild rechts angeordnet, fließt das Wasser im Turbinenbetrieb in Richtung des Pfeils 4 vom Oberwasser 10 überden Leitapparat mit Leitschaufein 3 auf das Laufrad mit Laufschaufeln 2 in das Untenwasser 11. Der Anstellungswinkel von Laufschaufeln 2 und Leitschaufeln 3 ist ähnlich, wie bei einer konventionellen Kaplan-Rohrturbine. Für einen optimalen Wirkungsgrad wird hier der Anstellungswinkel ß der Laufschaufeln 2 etwa zwischen 0° und 40° variiert. Ebenso wird der Anstellungswinkel α der Leitschaufeln 3 zwischen 0° und weniger als 90° eingestellt.
Beim Pumpbetrieb fließt das Wasser in Richtung des Pfeils 5 vom Untenwasser 11 über das Laufrad mit Laufschaufeln 2 durch den Leitapparat mit Leitschaufeln 3 in das Oberwasser 10. Auch hier wird für einen optimalen Wirkungsgrad der Anstellungswinkel ß der Laufschaufeln 2 etwa zwischen 0“ und 40° variiert. Ebenso wird der Anstellungswinkel α der Leitschaufeln 3 zwischen 0° und weniger als 90° eingestellt. Für ein Gezeitenkraftwerk wurde nunmehr ein Konzept mit einem Speicherbecken entwickelt. Bei Flut fließt das Wasser vom Meer (entspricht Oberwasser 10) durch die Turbine 1 in das Becken (entspricht Untenwasser 11).
Bei Ebbe kommt dann der Gegenbetrieb zum Tragen, der in Fig. 2 dargestellt ist.
Hier fließt das Wasser in Richtung des Pfeils 6 aus dem Becken (entspricht Oberwasser 12) durch die Turbine 1 (Laufrad mit Laufschaufeln 2 und Leitapparat mit Leitschaufeln 3) zurück ins Meer (entspricht Unterwasser 13). Dafür wird der Anstellwinkel ß der Laufschaufeln 2 auf über 180° eingestellt und die Leitschaufeln 3 müssen dabei ebenfalls übersteuern und einen Anstellwinkel α größer 90° einstellen. Dazu werden auch Verstelleinrichtungen für die Laufschaufeln 2 benötigt, die einen derartigen Anstellwinkel ß größer 180° ermöglichen. Um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen wird der Anstellwinkel ß bis zu 220 ° gewählt.
Beim Pumpbetrieb fließt das Wasser dann in Richtung des Pfeils 7 vom Unterwasser 13 über die Turbine 1 mit Leitschaufeln 3 und Laufschaufeln 2 in das Oberwasser 12.
Es hat sich gezeigt, dass durch zusätzliches Pumpen das Potenzial der Gezeiten besser genützt werden kann.
Speziell durch die Schaufelstellung von Laufschaufeln 2 mit einem Anstellwinkel ß größer 180° und den Leitschaufeln 3 mit einem Anstellwinkel α größer 90° kann die Turbine 1 auch im Gegenbetrieb, d.h. bei einem Gezeitenkraftwerk bei Ebbe, mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden. Erst durch diese bidirektionale Pumpturbine wird ein effektiver Betrieb in beide Strömungsrichtungen ermöglicht, wodurch ein zusätzliches Energiepotenzial des Meeres genützt werden kann.

Claims (4)

  1. Ansprüche: 1. Wasserturbine, insbesondere Pumpturbine mit einem Laufrad und einem Leitrad, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufein (2) und Leitschaufeln (3) verstellbar ausgestaltet sind.
  2. 2. Wasserturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (1) als Rohrturbine ausgestaltet ist.
  3. 3. Wasserturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufschaufelwinkel (ß) größer als 180° einstellbar ist.
  4. 4. Wasserturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelwinkel (a) größer 90° einstellbar ist.
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