DE10033310C2

DE10033310C2 - Strömungsmaschine zur Verwendung im Unterwasserkraftwerk

Info

Publication number: DE10033310C2
Application number: DE10033310A
Authority: DE
Inventors: Karl Stern
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: DE10033310A1

Description

Strömungsmaschinen sind als Wasser- und Windräder in der Geschichte schon sehr lange zur Entlastung der menschlichen und tierischen Arbeit bekannt.

Während Windräder in moderner Ausführung eine Renaissance erfuhren, beschränkt sich die Nutzung der kinetischen Energie des Wassers auf große Turbinenanlagen in Verbin dung mit Speicherkraftwerken.

Bei den Wasserturbinen wird unterschieden zwischen Freistrahlturbinen, deren Laufräder von einzelnen Wasserstrahlen teilbeaufschlagt werden und in vollbeaufschlagte Turbinen, die vollständig unter Wasser arbeiten. In Wasserkraftanlagen finden je nach Drehzahl kenngröße Peltonturbinen (Hochdruckanlage im Gebirge), Francisturbinen (Mitteldruck anlage an einer Talsperre) oder Kaplanturbinen (Niederdruckanlage am Flussstauwehr) Anwendung. Die Einsatzbereiche werden durch die nutzbare Fallhöhe, den Wasservolu menstrom und die Wellenleistung bestimmt.

Ähnlich ist es bei den Gezeitenkraftwerken, die als sogenannte Flutkraftwerke den Unter schied des Wasserstandes bei Ebbe und Flut ausnutzen (DE 80 05 619 U1, DE 42 44 104 A1, DE 33 43 955 A1).

In den 90iger Jahren wurden auch einige Unterwasserkraftwerke zum Patent angemeldet (DE 197 03 565 A1, DE 39 17 974 C2 und DE 44 23 278 A1).

Die DE 197 03 565 A1 beschreibt eine Anlage zur Erzeugung von Strom unter Nutzung der Fließgeschwindigkeit, in dem mindestens eine Turbine entgegen der Fließrichtung an geordnet ist. Durch eine Leiteinrichtung für die Flüssigkeit trifft diese mit höherer Ge schwindigkeit auf die Turbine. Diese Lösung ist bautechnisch aufwendig. Die DE 39 17 974 C2 beschreibt eine Turbine für Unterwasserkraftwerke, die durch eine spirale Kanal gestaltung der aus den Laufradflügeln und dem Gehäuse gebildeten Kanäle einen höheren hydraulischen Wirkungsgrad erreicht. Die Herstellung derartiger Turbinen ist durch die Ausbildung der Kanäle kostenintensiv.

Weiterhin ist aus der DE 35 42 120 A1 ein Rotorsystem mit einer Hauptturbine, einer Welle und einer Rotoreinheit, die aus einer vorderen Turbine und einem in Strömungs richtung hinter der Hauptturbine angeordneten Propeller besteht, bekannt.

Die Turbine und der Propeller sind starr miteinander verbunden und bilden eine Turbinen einheit.

Die Strömung durch das System wird verstärkt durch Verstärken der Durchschnittsaxial geschwindigkeit durch die ersten Turbinen, wobei die Strömung über den Propeller "aus gesaugt" wird.

Nachteilig bei diesem Rotorsystem ist die außen angeordnete starre Verbindung zwischen vorderer Turbine und Propeller.

In der WO 01/34973 A1 wird darüberhinaus ein Unterwasserkraftwerk beschrieben, das über eine Turbine mit zwei gegenläufig arbeitenden Schaufelrädern verfügt, die über einen gemeinsamen Abtrieb mit dem Generator verbunden sind. Durch die Schaufelanord nung wird die Strömung gezielter auf das zweite Schaufelrad gelenkt, ohne dass bedingt durch den gemeinsamen Abtrieb dadurch wesentliche Drehzahlerhöhungen erreichbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad von Turbinen mit einer Laufradachse in Strömungslängsrichtung kostengünstig zu erhöhen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1, vorteilhafte Ausgestal tung sind Gegenstand der Unteransprüche

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Schaufelrad einer Strömungsmaschine mit in Strömungsrichtung angeordneter Laufradachse mindestens ein kleineres weiteres Schaufel rad vorgesetzt ist, so dass erst das kleinere und dann das größere Schaufelrad durchströmt wird, beide Schaufelräder in die selbe Richtung drehen, zwischen den Schaufelrädern eine Reibschlussverbindung besteht, die eine Relativbewegung zwischen den beiden Schaufel rädern in Rotationsrichtung zulässt und die Rotationsbewegung über ein Getriebe einen Generator antreibt.

In einer bevorzugten Ausführung sind die Schaufelräder auf jeweils einer Hohlwelle gelagert, die ineinander gesteckt sind und um eine starre Laufradachse rotieren, wobei der Reibschluss zwischen den Hohlwellen besteht und eine Hohlwelle die Rotationsbewegung zum Getriebe überträgt.

Die Reibschlussverbindung ist so ausgelegt, dass die Drehzahl des kleinen Schaufelrades größer ist als die des größeren Schaufelrades. Optimal beträgt die Drehzahl des großen Schaufelrades 30-70% der des kleinen Schaufelrades.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Schaufelradanordnung in einem Gerüst,

Fig. 2 Ansicht in Strömungsrichtung,

Fig. 3 Schnitt durch die Schaufelradanordnung und

Fig. 4 Blockanordnung.

In Fig. 1 und 2 sind die Schaufelräder 1, 2 auf einem Gerüst 9 angeordnet. Die Schaufel räder 1, 2 verfügen jeweils über vier Schaufelblätter 3, 4. Das Schaufelrad 2 ist über ein Getriebe 6 mit einem Generator 5 verbunden und kann so die Rotationsbewegung übertra gen. In Strömungsrichtung ist dem Schaufelrad 2 ein kleineres Schaufelrad 1 vorgesetzt, so dass erst das kleine und dann das größere Schaufelrad 2 durchströmt wird. Zwischen den Schaufelrädern 1, 2 besteht eine Reibschlussverbindung, die eine Relativbewegung zwischen den Schaufelrädern 1, 2 zulässt.

Eine derartige Ausführung ist in Fig. 3 im Schnitt dargestellt. Die Schaufelräder 1, 2 sind jeweils auf einer Hohlwelle 10, 13 gelagert, die ineinander gesteckt sind und um eine starre Laufradachse rotieren, wobei der Reibschluss zwischen den Hohlwellen 10, 13 besteht und die Hohlwelle 10 die Rotationsbewegung zum Getriebe 6 überträgt. Der Reibschluss wird bei der dargestellten Ausführung durch einen auf der Hohlwelle 13 des kleineren Schaufelrades 1 angeordneten Reibring 12 erzielt, der Reibschluss mit der Stirnseite der Hohlwelle 10 bildet. Der Reibschluss zwischen der Hohlwelle 13 und der Hohlwelle 10 ist dabei so ausgelegt, dass die Drehzahl des kleineren Schaufelrades 1 größer ist als die des größeren Schaufelrades 2, bevorzugt ist die Drehzahl des größeren Schaufelrades 2 etwa 30% bis 70% der Drehzahl des kleineren Schaufelrades 1.

Um die Leistung der Strömungsmaschine zu erhöhen, werden mehrere Schaufelradkombi nationen zu Blöcken 15 zusammengefasst. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 4 darge stellt. Ein solcher Block lässt sich gut auf einem Fundament 16 aufstellen, wobei im Fun dament die Steuerungselemente 17 angeordnet sein können. Je nach Lage hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn seitlich von den Blöcken 15 Leitanordnungen 20 vorgesehen sind, die die Strömung unmittelbar auf den Block 15 leiten. In der dargestellten Ausfüh rung ist das Fundament als Unterwasserplattform ausgebildet, die über einen Zugang 18, 19 zur Oberfläche verfügt.

Modellversuche haben gezeigt, dass die Rotationsgeschwindigkeit des großen Schaufelra des 2 sich durch die erfindungsgemäße Kombination erhöht.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle dargestellt und beziehen sich auf die Zeit für 5 Umdre hungen:

Bezugszeichenliste

1

Schaufelrad klein

2

Schaufelrad groß

3

Schaufelblatt klein

4

Schaufelblatt groß

5

Generator

6

Getriebe

7

Zahnrad

8

Zahnkranz

9

Gerüst

10

Hohlwelle

11

Lager

12

Reibring

13

Hohlwelle

14

Widerlager

15

Block

16

Fundament

17

Steuerungselemente

18

Aufzug

19

Zugang

20

Leiteinrichtung

Claims

1. Strömungsmaschine zur Verwendung in Unterwasserkraftwerken mit in Strömungs richtung angeordneter Laufradachse, auf der ein Schaufelrad (2) umläuft und dessen Rotationsbewegung über ein Getriebe (6) einen Generator (5) antreibt, dadurch ge kennzeichnet, dass dem Schaufelrad (2) mindestens ein kleineres weiteres Schaufelrad (1) vorgesetzt ist, so dass erst das kleinere und dann das größere Schaufelrad durchströmt wird, beide Schaufelräder (1, 2) in die selbe Richtung drehen und zwischen den Schaufelrädern (1, 2) eine Reibschlussverbindung besteht, die eine Relativbewegung zwischen den beiden Schaufelrädern (1, 2) in Rotationsrichtung zulässt.

2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelräder (1, 2) auf jeweils einer Hohlwelle (10, 13) gelagert sind, die ineinan der gesteckt sind und um eine starre Laufradachse rotieren, wobei der Reibschluss zwischen den Hohlwellen (10, 13) besteht und die Hohlwelle (10) die Rotationsbewe gung zum Getriebe (6) überträgt.

3. Strömungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Hohlwelle (13) des kleineren Schaufelrades (1) ein Reibring (12) angeordnet ist, der den Reibschluss mit der Stirnseite der Hohlwelle (10) bildet.

4. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Drehzahl des großen Schaufelrades (2) 30-70% der des kleinen Schaufelrades (1) beträgt.

5. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kombinationen von Schaufelrädern (1, 2) nebeneinander angeordnet sind und einen Block (15) bilden.