CN101952584A - 水下涡轮 - Google Patents

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Abstract

水下涡轮(10)，用于将水例如在小溪、河流中流动的水或潮流和/或海流中的流动能量转换成机械能和/或电能，其中被流动的水穿流的闭式涡轮(12)的出口布置在文丘里喷嘴装置(20)或类似结构的最窄横截面区域内。此外涡轮(12)优选构成为轴流式涡轮，尽管其它结构形式的涡轮，比如径流式涡轮，也可以考虑。

Description

水下涡轮
本发明涉及一种水下涡轮，用于将水例如在小溪、河流中流动的水或潮流和/或海流中的流动能量转换成机械能和/或电能。
已知带有一种壳体和文丘里管入口的涡轮，用以提高通过涡轮的质量流量和涡轮处的流动速度，以便在已存在的涡轮工作轮中达到更高的能量效率。
本发明的任务在于，以尽可能少的结构及部件上的费用，低成本地大幅提高已知的涡轮可达到的功率。
按照本发明上述任务如此实现，即，被流动的水穿流的闭式涡轮(shrouded turbine)的出口布置在文丘里喷嘴装置或类似结构的最窄横截面区域内。用于文丘里喷嘴装置的水不必穿流涡轮，并且可以最大限度地被加速，而不会在文丘里喷嘴装置的入口处产生高的动压。
相应地在文丘里喷嘴装置的最窄横截面内的压力比涡轮工作轮下游的压力低，并抽吸涡轮中的水。由此，涡轮工作轮上游和下游的压差被提高了，从而增大了对涡轮的穿流和获得的能量。
通过涡轮中水流动速度的增加，该涡轮也可以被应用在缓慢流动的水域中。
文丘里喷嘴装置可设置成以圆形的横截面同心地包围闭式涡轮的涡轮壳体或者在闭式涡轮的涡轮壳体的一侧、优选在闭式涡轮的涡轮壳体的径向对置的两侧布置为侧向突出的，由此与具有圆形横截面的、与涡轮壳体同心的文丘里喷嘴装置相比，水下涡轮的结构高度可以被减小。通过这样获得的扁平的构造形式，涡轮就可以应用于水位较低的水域中了。
水下涡轮的闭式涡轮优选构成为轴流式涡轮，尽管其它结构形式的涡轮，比如径流式涡轮，也可以考虑。
在使用轴流式涡轮的情况下推荐，涡轮设有外部的顶盖箍带。
因此在本发明的有利的改进方案中可能的是，将涡轮工作轮的外部顶盖箍带设置在涡轮壳体的相对于涡轮壳体的内直径在直径上增大的环状环绕的部段中，由此也可能的是，在顶盖箍带的外部圆周面和涡轮壳体的所述在直径上增大的部段之间设置优选构成为迷宫式密封的密封机构。
为了尽可能避免流出的水流的漩涡，在文丘里喷嘴装置的流出口侧的范围内布置至少一个在水流出方向上延伸的导向叶片状的折流板。
闭式涡轮还可以配备有无变速器的发生器或者通过在中间连接的变速器配备发生器。
该发生器优选为提供电能的发电机。
通过使用由发电机所提供的电流用于电解分解水，该发电机可以进一步构成为氢气发生器。
水下涡轮能够可转动和/或可摆动地布置在支架上，例如布置在一个杆状支架的上端部上，杆状支架的下端部被固定在流动水域的地基上的预制的基座上。
此外也是可能的是，将两个在相反驱动方向上被驱动的水下涡轮布置在杆状支架的上端部上。
替代地也可以将涡轮浮动地布置在一个漂浮的浮桥边，或者布置在一个设置在水中的浮体旁，该浮体通过可调节的保持装置(绳索)被固定在地基上，并且能根据水流方向定向。
通过调节锚定保持装置，整个涡轮能摆动离开水平方向，以便最佳地优化利用升降的水流。
接下来，本发明将结合两个实施例的附图得到进一步阐述，其中：
图1在示意图中示出通过以依据本发明的方式所构成的水下涡轮的第一实施例的纵向中心截面，以及
图2以相应于图1的图示方式示出水下涡轮的变化的第二实施例。
图1示出，依据本发明的水下涡轮的整体以10表示的实施例具有一个内部的、构成为闭式涡轮12的轴流式涡轮，其涡轮工作轮14与一个布置于涡轮壳体16中心的、在所示情况中为发电机18的轴抗扭地进行连接。
闭式涡轮12被布置于将其同心地包围的文丘里喷嘴装置20的最窄横截面区域内。在图中从上朝向下的方向流入的水以位于中心区域中的一部分流量穿流轴流式涡轮，由此涡轮工作轮14和抗扭地与其连接的发电机18的轴被驱动，从而产生电能。
水的第二部分流量流过在文丘里喷嘴装置20内部与闭式涡轮12之间构成的间隙，由此，在文丘里喷嘴装置最窄横截面区域内，从轴流式涡轮流出的中心的第一部分流量与具有更高的流动速度的、同心地包围第一部分流量的第二部分流量汇合到一起。由于此时在涡轮出口被降低的压力，涡轮进出口之间的压差就被提高了并且涡轮功率也得以提高。
水下涡轮10的在图2中所示的实施例在功能和基础结构上相应于之前联系图1所说明的实施例，其中，两个实施例的功能相同的构件在附图中还是被配属相同的附图标记，从而为了避免重复，接下来只说明相对于第一种实施例的改变或者补充，其余的可以参考前面的说明。
与第一种实施例不同，在第二种实施例中文丘里喷嘴装置20不是构成为圆形横截面的，而是在横截面上变形成椭圆形，从而在闭式涡轮12的涡轮壳体16的相对置的两侧上构成了两个部分或者完全分离的流动室，用于外部的流过文丘里喷嘴装置的部分流量。为了阻止由于外部的部分流量的径向分量而在流出的全部流量中引起消耗能量的涡流，在出口端设置有一个在水下涡轮的纵向中心方向上延伸的导向叶片状的折流板22，该折流板也伸入闭式涡轮12的涡轮壳体16的出口端中一段并且在径向上穿过文丘里喷嘴装置的流出端部分。

Claims (15)

1.水下涡轮(10)，用于将水例如在小溪、河流中流动的水或潮流和/或海流中的流动能量转换成机械能和/或电能，其特征在于，被流动的水穿流的闭式涡轮(12)的出口布置在文丘里喷嘴装置(20)或类似结构的最窄横截面区域内。
2.按权利要求1所述的水下涡轮，其特征在于，文丘里喷嘴装置(20)设置成以圆形的横截面同心地包围闭式涡轮(12)的涡轮壳体(16)。
3.按权利要求1所述的水下涡轮，其特征在于，文丘里喷嘴装置(20)在闭式涡轮(12)的涡轮壳体(16)的一侧、优选在涡轮壳体的径向对置的两侧布置为侧向突出的。
4.按权利要求1至3中任一项所述的水下涡轮，其特征在于，水下涡轮是一种轴流式涡轮。
5.按权利要求1所述的水下涡轮，其特征在于，水下涡轮是一种径流式涡轮。
6.按权利要求4所述的水下涡轮，其特征在于，涡轮工作轮(14)配有外部的顶盖箍带。
7.按权利要求6所述的水下涡轮，其特征在于，涡轮工作轮(14)的外部顶盖箍带布置在涡轮壳体(16)的相对于涡轮壳体(16)的内直径在直径上增大的环状环绕的部段中。
8.按权利要求7所述的水下涡轮，其特征在于，在顶盖箍带的外部的圆周面和涡轮壳体(16)的所述在直径上增大的部段之间设置密封机构，其优选构成为迷宫式密封。
9.按权利要求4和/或权利要求6至8中任一项所述的水下涡轮，其特征在于，在文丘里喷嘴装置(20)的流出口侧的范围内布置至少一个在水流出方向上延伸的导向叶片状的折流板(22)，用于尽可能避免流出的水流的漩涡。
10.按权利要求1至10中任一项所述的水下涡轮，其特征在于，涡轮(12)配备无变速器的发生器(18)。
11.按权利要求1至10中任一项所述的水下涡轮，其特征在于，涡轮(12)配有变速器和发生器(18)等等。
12.按权利要求10或11所述的水下涡轮，其特征在于，发生器是提供电能的发电机(18)。
13.按权利要求10至12中任一项所述的水下涡轮，其特征在于，发生器是一种通过电解分解水来提供氢气的发生器。
14.按权利要求1至13中任一项所述的水下涡轮，其特征在于，水下涡轮设置在一种杆状的支架的上端上，而支架下端被保持在一种预制的基座上。
15.按权利要求14所述的水下涡轮，其特征在于，在杆状的支架的上端上设置两个在相反的驱动方向上被驱动的水下涡轮。
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