DE10036307A1 - Device converting flowing liquid kinetic energy into current has turbine wheel in open housing with upstream inlet part with concave inner surface line, expanding downstream section - Google Patents

Device converting flowing liquid kinetic energy into current has turbine wheel in open housing with upstream inlet part with concave inner surface line, expanding downstream section

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DE10036307A1
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Abstract

The device has a generator mounted with a gearbox in a housing in a watertight manner, a gearbox shaft protruding out of the housing and a turbine wheel subject to axial flow that transfers torque to the gearbox shaft. The turbine wheel is mounted concentrically inside an axially open housing with an upstream inlet part with a concave inner surface line and a diffusing expanding downstream section with at least one concentric annular gap. The device has a generator mounted with a gearbox in a housing (3) in a watertight manner, a gearbox shaft protruding essentially horizontally out of the housing and a turbine wheel (2) subject to axial flow that transfers a torque to the gearbox shaft. The turbine wheel is mounted concentrically inside an axially open housing (4) with an inlet part upstream of the turbine wheel with a concave inner surface line (6) and a diffusing expanding downstream section in which the housing is interrupted by at least one concentric annular gap (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung der kinetischen Energie einer strömenden Flüssigkeit in elektrischen Strom. Insbesondere bezieht sich die Erfin­ dung auf eine Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Unterwasserströmungen, wie sie in den Meeren, in Meerengen und Fjorden, vorzugsweise solchen mit hoher Ge­ zeitenströmung, aber auch in grossen langsam fliessenden Flüssen mit Strömungs­ geschwindigkeiten ab 1,5 m/s, anzutreffen sind.The invention relates to a device for converting the kinetic energy of a flowing liquid into electric current. In particular, the Erfin relates on a device for generating energy from underwater currents, such as they in the seas, in straits and fjords, preferably those with high ge time flow, but also in large slow flowing rivers with current speeds from 1.5 m / s can be found.

Meeresströmungen bilden sich hauptsächlich aufgrund von Erdrotations- und Gravi­ tationskräften sowie Temperatur- und Konzentrationspotentialen heraus, die in mächtigen interkontinentalen Strömen nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren die Weltmeere durchziehen. Allein die wohl bekannteste Meeresströmung - der Golfstrom - transportiert Wassermassen von mehr als 108 m3/s mit Geschwin­ digkeiten von teilweise über 2 m/s.Ocean currents are mainly formed due to the earth's rotational and gravitational forces, as well as temperature and concentration potentials, which traverse the world's oceans in powerful intercontinental currents based on the principle of communicating tubes. The most well-known ocean current alone - the Gulf Stream - transports water masses of more than 10 8 m 3 / s with speeds of sometimes more than 2 m / s.

In küstennahen Bereichen sind insbesondere die Auswirkungen des Einflusses der Gravitationskräfte von Sonne und Mond auf die Meere in Form der Gezeiten zu spü­ ren, die regional unterschiedlich erhebliche Wassermassen auf die Küste zu- und von ihr wegfördern.In coastal areas, the effects of the influence of the To sense gravitational forces from the sun and moon on the oceans in the form of the tides other, the regionally different water masses towards the coast promote away from it.

Diese enormen Ressourcen zur regenerativen Energiegewinnung werden bislang nur in einem sehr geringen Umfang genutzt.These enormous resources for regenerative energy generation have so far only been used used to a very limited extent.

Sie beschränkt sich im wesentlichen auf die Ausnutzung der Tidewasserkraft in Ge­ zeitenkraftwerken an Küsten mit starken Gezeiten. It is essentially limited to the exploitation of tidal hydropower in Ge Temporary power plants on coasts with strong tides.  

Diese Kraftwerke beruhen im wesentlichen darauf, dass die bei Flut auflaufenden Wassermassen in ein Staubecken geleitet und dort zurückgehalten werden, um an­ schliessend bei fallendem Wasserstand bis zum Eintritt der Ebbe arbeitsleistend über Turbinen wieder abgelassen zu werden. Nach der einfachsten Bauart ist das Becken eine abgeriegelte Bucht oder eine Flussmündung.These power plants are essentially based on the fact that they run up at high tide Masses of water directed into a reservoir and retained there to closing when the water level drops until the tide comes in to be drained again via turbines. According to the simplest type, that is Basin a closed bay or a river mouth.

Ein Nachteil dieser Betriebsweise ist die stark schwankende, vom zeitlichen Verlauf der Tide abhängige Leistung. Dieser Nachteil wird etwas gemildert durch doppelt wirkende Kraftwerke, die sowohl die einströmenden als auch die ausströmenden Wassermassen zur Energiegewinnung ausnutzen.A disadvantage of this mode of operation is the strongly fluctuating over time the tide dependent performance. This disadvantage is alleviated somewhat by double acting power plants, both the inflowing and the outflowing Use masses of water to generate energy.

Der gravierende Nachteil der Gezeitenkraftwerke sind jedoch deren hohe Investiti­ ons- und Betriebskosten für zu errichtende Dämme und Stauwerke. Darüber hinaus gehen mit einigen dieser Projekte vielfältige Eingriffe in die Natur einher, so dass eine Reihe an sich geeigneter Küstenlandschaften aus Gründen des Naturschutzes von vornherein als Standort ausscheidet.The serious disadvantage of tidal power plants, however, is their high investment ons and operating costs for dams and dams to be built. Furthermore some of these projects involve diverse interventions in nature, so that a number of suitable coastal landscapes for reasons of nature conservation from the outset as a location.

Des weiteren sind aus überwiegend theoretischen Untersuchungen Unterwasser­ kraftwerke zur Energiegewinnung aus Meeresströmungen bekannt. Derartige Kraft­ werke, die keinerlei Dämme oder kanalisierender Massnahmen bedürfen, umfassen im wesentlichen eine Einrichtung zur Umwandlung der Strömungsenergie in eine Rotationsbewegung und einen daran gekoppelten Generator, um aus der Rotations­ bewegung Strom zu erzeugen. Das Energieumwandlungsaggragat ist in geeigneter Weise mit einem ortsfesten Träger, beispielsweise einem Fundament oder einem am Meeresgrund verankerten Gestell, verbunden.Furthermore, predominantly theoretical studies are underwater Power plants known for generating energy from ocean currents. Such power works that do not require any dams or channeling measures essentially a device for converting the flow energy into a Rotational motion and a generator coupled to it to keep the rotation motion to generate electricity. The energy conversion aggregate is more appropriate Way with a fixed beam, such as a foundation or an am Frame anchored to the sea floor, connected.

Auf Grundlage der Daten existierender Meeresströmungen gehen Studien allein für Europa von einem technischen Potential für Unterwasserkraftwerke von mindestens 12 GW aus.Based on the data of existing ocean currents, studies are only for Europe of a technical potential for underwater power plants of at least 12 GW off.

Im Vergleich zu Gezeitenkraftwerken haben Unterwasserkraftwerke eine Reihe von Vorteilen. Sie erfordern geringere Investitionskosten, ihre Leistung unterliegt weit weniger starken Schwankungen und schädliche Auswirkungen auf natürliche ökolo­ gische Systeme sind kaum zu erwarten. Compared to tidal power plants, underwater power plants have a number of Benefits. They require lower investment costs and their performance is subject to a lot less severe fluctuations and harmful effects on natural ecology Systems are hardly to be expected.  

Unter dem Titel "Underwater turbine operated by ocean currents" ist in US 4026587 ein solches Unterwasserkraftwerk beschrieben. An der Spitze eines am Meeres­ grund verankerten turmartigen Trägers ruht auf einem Drehkranz ähnlich einer Windkraftanlage ein um die vertikale Achse frei bewegliches Gehäuse, in dessen Inneren ein Generator angeordnet ist. Auf der annähernd horizontal aus dem Ge­ häuse ragenden Generatorwelle sitzt ein Turbinenrad mit verstellbaren Blättern. Die Meeresströmung versetzt das Rad in eine Rotationsbewegung, die über ein Getriebe auf den Generator übertragen wird. Der erzeugte Strom wird über Grundkabel in eine ufernahe Station an Land übertragen, die die notwendigen peripheren Einrichtungen beherbergt.Under the title "Underwater turbine operated by ocean currents" is in US 4026587 such an underwater power plant described. At the top of one by the sea the anchored tower-like girder rests on a slewing ring similar to one Wind turbine a housing freely movable about the vertical axis, in the Inside a generator is arranged. On the approximately horizontal from the Ge The generator shaft protruding from the house sits a turbine wheel with adjustable blades. The Ocean current sets the wheel in a rotational movement, via a gear is transferred to the generator. The electricity generated is converted into a via a basic cable near shore station transferred to the necessary peripheral facilities houses.

Mit einer einfachen Propelleranordnung ähnlich einer Windkraftanlage, wie in dieser Patentschrift wiedergegeben, gelingt es nicht, die kinetische Energie langsamer Meersströmungen mit einem befriedigenden Wirkungsgrad umzusetzen.With a simple propeller arrangement similar to a wind turbine like this one Patent specification reproduced, the kinetic energy does not succeed more slowly To implement sea currents with a satisfactory efficiency.

In Greenpeace-Magazin 6/98 wird von einem Pilotprojekt eines Unterwasserkraft­ werks im küstennahen Bereich berichtet. Eine Anlage mit einem Raddurchmesser von knapp 20 Metern soll 300 kW Strom erzeugen soll. Auch dieses Projekt sieht ein axial angeströmtes Turbinenrad vor, wie es an sich von Windkraftanlagen her be­ kannt ist.In Greenpeace magazine 6/98 of an underwater force of a pilot plant in coastal areas reported. A system with a wheel diameter of just under 20 meters should generate 300 kW of electricity. This project also envisages an axially flowing turbine wheel, as is known from wind turbines.

Ein im Zusammenhang mit der Ausnutzung der Meeresströmungen zu lösendes technisches Problem stellen die relativ geringen Strömungsgeschwindigkeiten dar, die besonderer Turbinenausführungen bedürfen.A problem to be solved in connection with the exploitation of ocean currents the relatively low flow velocities represent a technical problem, require the special turbine designs.

Trotz teilweise aufwendiger konstruktiver Massnahmen zugunsten eines möglichst hohen Ausnutzungsgrades der kinetischen Energie der Strömung ist der Wirkungs­ grad dieser Kraftwerke noch zu gering, um eine wirtschaftlich attraktive Alternative zu konventionellen Verfahren der Stromerzeugung darstellen zu können.Despite some complex design measures in favor of one if possible The high degree of utilization of the kinetic energy of the flow is the effect These power plants are still too low to be an economically attractive alternative to represent conventional methods of power generation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Umwandlung der kinetischen Energie einer strömenden Flüssigkeit in elektrischen Strom bereitzustel­ len, die mit einem vergleichsweise geringen apparativen Aufwand einen wartungs­ armen Betrieb ermöglicht und sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet. The invention has for its object a device for converting the to provide kinetic energy of a flowing liquid in electrical current len, the maintenance with a comparatively low expenditure on equipment enables poor operation and is characterized by high efficiency.  

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung der in Anspruch 1 genannten Art.According to the invention, the object is achieved by a device according to claim 1 Art.

Vorteilhafte Ausführungsformen geben die Unteransprüche wieder.Advantageous embodiments reflect the subclaims.

Der Vorteil eines hohen Wirkungsgrads bei einer Vorrichtung zur Umwandlung der kinetischen Energie einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere einer Meeresströ­ mung, in elektrische Energie, bestehend aus einem Generator, der zusammen mit einem Getriebe wasserdicht in einem Gehäuse untergebracht ist, einer zumindest annähernd horizontal aus dem Gehäuse ragenden Getriebewelle sowie einem axial angeströmten Turbinenrad, das ein Drehmoment auf die Getriebewelle überträgt, wird dadurch erreicht, dass das Turbinenrad konzentrisch innerhalb eines axial offe­ nen Mantelgehäuses angeordnet ist, welches Gehäuse zumindest überwiegend eine konkav gekrümmte Innenmantellinie mit einer in Strömungsrichtung sich verengen­ den Einlaufpartie stromauf des Turbinenrads und einer sich diffusorartig erweitern­ den Auslaufpartie stromab des Turbinenrads aufweist, wobei der Mantel des sich diffusorartig erweiternden Gehäuseabschnitts von zumindest einem konzentrischen Ringspalt durchbrochen ist, und der Austrittsquerschnitt des Gehäuses dessen Ein­ trittsquerschnitt übersteigt.The advantage of high efficiency in a device for converting the kinetic energy of a flowing liquid, especially a sea current mung, in electrical energy, consisting of a generator that together with a gearbox is housed watertight in a housing, at least one gear shaft protruding approximately horizontally from the housing and an axially inflated turbine wheel that transmits torque to the transmission shaft, is achieved in that the turbine wheel concentrically within an axially open NEN shell housing is arranged, which housing at least predominantly one concavely curved inner surface line with a narrowing in the direction of flow the inlet section upstream of the turbine wheel and one expanding like a diffuser has the outlet section downstream of the turbine wheel, the jacket of the diffuser-like widening housing section of at least one concentric Annular gap is broken, and the outlet cross-section of the housing its on cross-section exceeds.

Nach einer günstigen Ausführungsform der Erfindung ist das Turbinenrad innerhalb eines zumindest annähernd zylindrischen Abschnitts des offenen Mantelgehäuses angeordnetAccording to a favorable embodiment of the invention, the turbine wheel is inside an at least approximately cylindrical section of the open jacket housing disposed

In zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung übersteigt der Austrittsquerschnitt den Eintrittsquerschnitt um den Faktor 1,2 bis 2,5, vorzugsweise 1,5 bis 2,0.In an expedient embodiment of the invention, the outlet cross section exceeds the inlet cross-section by a factor of 1.2 to 2.5, preferably 1.5 to 2.0.

Nach einer alternativen Ausführungsform weist der sich erweiternde Gehäuseab­ schnitt anstelle einer konkav verlaufenden Innenmantellinie konisch ausgerundete Abschnitte mit in Strömungsrichtung steigendem Öffnungswinkel auf. According to an alternative embodiment, the widening housing rejects cut instead of a concave inner surface line Sections with increasing opening angle in the flow direction.  

Zweckmässigerweise beträgt die Länge des sich erweiternden Abschnitts ein Mehr­ faches, vorzugsweise das 2- bis 4-fache, der Länge des zylindrischen Abschnitts.The length of the widening section is expediently more times, preferably 2 to 4 times, the length of the cylindrical section.

In vorteilhafter Ergänzung ist die Länge des Mantelgehäuses auf das 0,8-fache des Turbinenraddurchmessers festgelegt.In an advantageous addition, the length of the casing is 0.8 times the Turbine wheel diameter set.

Durch die stetige Querschnittsverengung der Eintrittspartie des Mantelgehäuses wird die Strömung bis zum Turbinenrad zunehmend beschleunigt. Das im engsten Ge­ häusequerschnitt angeordnete Turbinenrad wird damit von einer Strömung mit er­ höhter Geschwindigkeit beaufschlagt. In dem sich anschliessenden diffusorartig er­ weiternden Bereich erfolgt die verlustarme Verzögerung der Strömung. Durch den mindestens einen Ringspalt tritt das Mantelgehäuse aussen umströmendes schnelle­ res Wasser in den Diffusor ein und bildet im Zusammenwirken mit der gekrümmten Mantellinie unter Vermeidung der Grenzschichtablösung und Wirbelbildung eine be­ schleunigte Randströmung aus, die die Diffusorströmung verstärkt nach aussen zieht und so den nachgeschalteten Strömungswiderstand verringert.Due to the constant narrowing of the cross-section of the inlet part of the casing the flow up to the turbine wheel is accelerating. That in the tightest of spaces Turbine wheel arranged cross-section is thus a flow with it at high speed. In the subsequent diffuser-like he The low-loss deceleration of the flow takes place in the wider area. By the At least one annular gap occurs rapidly flowing around the outer casing res water in the diffuser and forms in cooperation with the curved Surface line avoiding boundary layer detachment and vortex formation a be accelerated edge flow, which increasingly pulls the diffuser flow outwards and thus reduces the downstream flow resistance.

Eine im Vergleich zu den Lösungen des Standes der Technik signifikant erhöhte Ausnutzung der kinetischen Energie der anströmenden Flüssigkeit ist die Folge. Gegenüber den bekannten Turbinenausführungen des Standes der Technik werden Wirkungsgradverbesserungen auf das 1,5- bis 2,5-fache erreicht. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit und gestattet es darüber hinaus, vergleichbare Leistungen mit ge­ ringerem Turbinendurchmesser zu erreichen.A significantly increased compared to the solutions of the prior art This results in the utilization of the kinetic energy of the incoming liquid. Compared to the known turbine designs of the prior art Efficiency improvements of 1.5 to 2.5 times achieved. This increases the Profitability and also allows comparable services with ge to achieve a smaller turbine diameter.

Aufgrund dieser vorteilhaften Wirkungen eignet sich diese Vorrichtung damit in vor­ teilhafter Weise als Modul zur Errichtung eines Unterwasserkraftwerks von hoher Wirtschaftlichkeit.Because of these advantageous effects, this device is therefore suitable in front partly as a module for the construction of an underwater power plant of high Economics.

Ein entsprechendes Kraftwerk kann dabei auf einem oder einer Mehrzahl der erfin­ dungsgemässen Vorrichtungen basieren.A corresponding power plant can be based on one or a plurality of the inventions devices according to the invention.

Im einfachsten Falle eines Unterwasserkraftwerks ist die erfindungsgemässe Vor­ richtung, zur Anpassung an die Strömungsrichtung eine Schwenkbewegung um die vertikale Achse zulassend, auf einem Gründungskörper, beispielsweise einem Fun­ dament oder einem Mast, fixiert.In the simplest case of an underwater power plant, the front according to the invention direction, to adapt to the direction of flow, a pivoting movement around the  Allowing vertical axis on a foundation, for example a fun fixed or a mast.

Alternativ kann ein oder eine Mehrzahl der erfindungsgemässen Energieumwand­ lungsmodule in ein beispielsweise mastartiges Traggerüst integriert sein. Dieses Traggerüst kann alternativ entweder an einem Gründungskörper auf dem Meeresgrund fixiert sein oder - nach einem ergänzenden Vorschlag der Anmelderin und Gegenstand einer korrespondierenden Anmeldung - durch Auftriebskörper und am Grund des Gewässers verankerte Zugseile schwebend in der Strömung gehalten werden.Alternatively, one or a plurality of the energy conversion according to the invention be integrated into a mast-like supporting structure, for example. This supporting structure can alternatively either on a foundation on the Be fixed to the seabed or - according to a supplementary proposal by the applicant and subject of a corresponding application - by buoyancy and traction ropes anchored at the bottom of the water are kept floating in the current become.

Die nach der Erfindung ausgeführten Unterwasserkraftwerke bieten gegenüber den Lösungen des Standes der Technik zahlreiche Vorteile.The underwater power plants designed according to the invention offer compared to Prior art solutions have numerous advantages.

Das Mantelgehäuse bildet einen Strömungskanal mit annähernd homogenen Strö­ mungsverhältnissen aus. Diese vergleichmässigte Strömung hat geringere Wechsel­ biegungs- und Torsionsbeanspruchungen der Blätter und der Wellenlagerung des Turbinenrads zur Folge. In Verbindung mit der Beschleunigung, die die Strömung im Strömungskanal erfährt, erreicht die Turbine einen gleichmässigeren Lauf bei grö­ sserem Moment und höherer Drehzahl. Daraus resultieren gegenüber dem bekann­ ten Stand der Technik bei vergleichbarer Leistung Anlagen mit geringeren Abmes­ sungen bzw. bei vergleichbaren Abmessungen eine um den Faktor 2 bis 2,5 höhere Leistungsabgabe. Dies erhöht die Attraktivität dieser Kraftwerksgattung und er­ schliesst ihr weitere Einsatzgebiete, sowohl im Hinblick auf das Spektrum wirtschaft­ lich nutzbarer Strömungsgeschwindigkeiten als auch hinsichtlich der geografischen Voraussetzungen.The jacket housing forms a flow channel with approximately homogeneous flows conditions. This even flow has fewer changes bending and torsional loads on the blades and the shaft bearings of the Turbine wheel result. In connection with the acceleration that the flow in the If the flow channel experiences, the turbine will run more smoothly at large higher torque and higher speed. From this result compared to the known State of the art with comparable performance systems with smaller dimensions solutions or, for comparable dimensions, a factor 2 to 2.5 higher Power output. This increases the attractiveness of this type of power plant and he you close further areas of application, both with regard to the spectrum economy usable flow velocities as well as in terms of geographic Requirements.

Die äussere Form des Mantelgehäuses bedingt zwangsläufig eine Ausrichtung der Turbine in Strömungsrichtung. Zu diesem Zweck ist lediglich dafür Sorge zu tragen, dass das eine Rotationsbewegung um die Vertikale zulassende Drehlager sich an­ nähernd lotrecht im Masseschwerpunkt der Anlage und vor dem Angriffspunkt der Staukräfte befindet. Diese Massnahmen gewährleisten eine selbsttätige Ausrichtung des Kraftwerks nach den jeweils herrschenden Strömungsrichtungen in stabilem Gleichgewicht. Dies erspart aufwendige zusätzliche Massnahmen, um die Turbine in der Strömung zu halten.The outer shape of the jacket housing inevitably requires an alignment of the Turbine in the direction of flow. For this purpose, only care must be taken that the rotary bearing, which allows a rotational movement about the vertical, turns on almost perpendicular in the center of gravity of the system and in front of the point of attack Is located. These measures ensure automatic alignment of the power plant according to the prevailing flow directions in a stable  Balance. This saves time-consuming additional measures to put the turbine in to keep the flow.

Nicht zuletzt sind auch die Aufwendungen für Schutzmassnahmen, wie Schutzgitter um das Turbinenrad, geringer.Last but not least are the expenses for protective measures, such as protective grilles around the turbine wheel, lower.

Ausgehend von den genannten Vorteilen bieten sich solche Anlagen als variable, lautlose und umweltfreundliche Alternative zur Stromerzeugung mittels dieselelektri­ scher Aggregate in weit abgelegenen Küstenorten oder dünn besiedelten Küstenre­ gionen, aber auch auf Bohrinseln oder Baustellen in Meeresnähe an. Mit der zuneh­ menden Verknappung fossiler Energieträger werden sie langfristig auch als Einspei­ ser in die Netze von Interesse sein.Based on the advantages mentioned, such systems are available as variable, silent and environmentally friendly alternative to electricity generation using diesel electric shear aggregates in remote coastal towns or sparsely populated coastal areas regions, but also on oil rigs or construction sites near the sea. With the increasing As fossil fuels become scarcer, they will also be used in the long term be of interest to the networks.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Erläute­ rung mehrerer Ausführungsformen anhand der Zeichnungen zu entnehmen. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Merkmale wiedergegeben. Gleiche oder einander entsprechende Elemente figurieren unter demselben Bezugs­ zeichen.Further features and details of the invention are explained in the following tion of several embodiments with reference to the drawings. There are reproduced only the features essential for understanding the invention. The same or corresponding elements figure under the same reference character.

Es zeigenShow it

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Unterwasserkraftwerk nach der Erfindung Fig. 1 shows a longitudinal section through an underwater power plant according to the invention

Fig. 2 Längsschnitt durch ein Mantelgehäuse Fig. 2 longitudinal section through a casing

Fig. 3 Vorderansicht der Vorrichtung gem. Fig. 1 in Strömungsrichtung Fig. 3 front view of the device acc. Fig. 1 in the direction of flow

Fig. 4 Leistungsvergleich zwischen einer Vorrichtung gemäss der Erfindung und ei­ ner solchen nach dem Stand der Technik Fig. 4 performance comparison between a device according to the invention and egg ner such according to the prior art

Fig. 1 zeigt in schematischer Weise die wesentlichen Elemente der erfindungsgemä­ ssen Vorrichtung zur Umwandlung der kinetischen Energie einer Meeresströmung in elektrischen Strom, bestehend aus einem wasserdichten Gehäuse (3), in dem ein Generator zusammen mit einem Getriebe untergebracht ist, einer im wesentlichen horizontal, parallel zur Strömungsrichtung aus dem Gehäuse (3) ragenden Getrie­ bewelle und einem axial angeströmten Turbinenrad (2), das ein Drehmoment auf die Getriebewelle überträgt. Fig. 1 shows the essential elements of the inventive SEN apparatus for converting the kinetic energy shows schematically an ocean current in electric current consisting of a watertight housing (3), in which a generator is accommodated, together with a transmission, a substantially horizontal, Gearbox protruding parallel to the direction of flow from the housing ( 3 ) and an axially impinged turbine wheel ( 2 ) which transmits a torque to the transmission shaft.

Ein axial offenes Mantelgehäuse (4) mit einer zumindest überwiegend konkav ver­ laufenden Innenkontur (6) umschliesst konzentrisch das Turbinenrad (2). Dabei ist der Austrittsquerschnitt (8) erheblich grösser als der Eintrittsquerschnitt (7). Vor­ zugsweise ist er etwa doppelt so gross.An axially open casing ( 4 ) with an at least predominantly concave inner contour ( 6 ) concentrically encloses the turbine wheel ( 2 ). The outlet cross-section ( 8 ) is considerably larger than the inlet cross-section ( 7 ). It is preferably about twice as large.

Nach einer in Fig. 2 dargestellten, insbesondere fertigungstechnisch günstigen Aus­ führungsform weist das Mantelgehäuse (4) in seiner geometrischen Struktur im we­ sentlichen drei deutlich voneinander zu unterscheidende Bereiche auf, einen ersten sich verengenden Eintrittsabschnitt (4.1), einen zumindest annähernd zylindrischen zweiten Abschnitt (4.2) und einen dritten sich diffusorartig erweiternden Abschnitt (4.3). Der sich erweiternde Gehäuseabschnitt (4.3) ist mit einem oder mehreren Ringspalten (5) ausgerüstet, durch die das Mantelgehäuse (4) aussen umströmen­ des Wasser in den vom Gehäuse (4) umschlossenen Strömungskanal (15) ein­ strömt. Die sich verengende Einlasspartie (4.1) weist eine konisch ausgerundete oder konkav gekrümmte Mantellinie (6) auf, die in einen zylindrischen Abschnitt (4.2) übergeht. In diesem Bereich des engsten Strömungsquerschnitts ist das umlaufende Turbinenrad (2) angeordnet. Die mit der Verengung einhergehende Querschnittsre­ duzierung um 20%-30% bewirkt nach dem Kontinuitätsgesetz eine dementspre­ chende Erhöhung der Durchtrittsgeschwindigkeit der Strömung, die aufgrund des höheren Druckverlusts gegenüber der ungestörten Meeresströmung zu etwa 70% - 75% realisiert wird. Aus praktischen Versuchen wurde beispielsweise eine Be­ schleunigung der Wasserströmung von 2,2 m/s auf 3,1 m/s vor dem Turbinenrad (2) festgestellt.According to an embodiment which is particularly advantageous in terms of production technology and which is shown in FIG. 2, the casing housing ( 4 ) has three geometrically distinct areas in its geometric structure, a first narrowing inlet section ( 4.1 ), an at least approximately cylindrical second section ( 4.2 ) and a third section ( 4.3 ) widening like a diffuser. The expanding housing section (4.3) is equipped with one or more annular gaps (5) through which outside the casing housing (4) to flow around the water in the space enclosed by the housing (4) flow passage (15) flows. The narrowing inlet section ( 4.1 ) has a conically rounded or concavely curved surface line ( 6 ) which merges into a cylindrical section ( 4.2 ). The rotating turbine wheel ( 2 ) is arranged in this area of the narrowest flow cross section. The 20% -30% reduction in cross-section associated with the narrowing results in a corresponding increase in the flow velocity of the current according to the Continuity Act, which is realized by about 70% - 75% due to the higher pressure loss compared to the undisturbed ocean current. From practical tests, for example, an acceleration of the water flow from 2.2 m / s to 3.1 m / s in front of the turbine wheel ( 2 ) was found.

In dem stromab des Turbinenrades (2) sich erweiternden Abschnitt des Strömungs­ kanals (15) erfolgt die verlustarme Verzögerung der Strömung.In the downstream of the turbine wheel ( 2 ) widening section of the flow channel ( 15 ) there is the low-loss deceleration of the flow.

Gegenüber dem an sich bekannten Diffusor zeichnet sich der erfindungsgemässe Gehäuseauslauf 4.3 durch ein weit grösseres Öffnungsverhältnis und eine konkave Innenkontur (6) oder eine stufenweise konische Innenkontur (6) mit steigendem Öff­ nungswinkel aus.Compared to the known diffuser, the inventive housing outlet 4.3 is characterized by a far greater aperture ratio and a concave internal contour (6) or a gradual conical inner contour (6) with increasing opening angle of Publ.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der sich erweiternde Gehäuseabschnitt (4.3) mit drei Ringspalten (5.1), (5.2) und (5.3) ausgerüstet, angeordnet in den Berei­ chen mit einer Querschnittsfläche von 110%, 135% und 170% gegenüber der Fläche des zylindrischen Abschnitts (4.2). Die Breite der Ringspalte (5) ist so konzipiert, dass sie den Strömungsquerschnitt jeweils um etwa 3%-4% erweitern.According to a preferred embodiment, the widening housing section ( 4.3 ) is equipped with three annular gaps ( 5.1 ), ( 5.2 ) and ( 5.3 ), arranged in the areas with a cross-sectional area of 110%, 135% and 170% compared to the area of the cylindrical Section ( 4.2 ). The width of the annular gap ( 5 ) is designed in such a way that it increases the flow cross-section by about 3% -4%.

Die Öffnungswinkel steigen von 20°-25° vor dem ersten, 30-35° vor dem zweiten und 55°-60° vor dem dritten Spalt auf bis zu 130° am Gehäuseaustritt (8).The opening angles increase from 20 ° -25 ° before the first, 30-35 ° before the second and 55 ° -60 ° before the third gap up to 130 ° at the housing outlet ( 8 ).

Das Mantelgehäuse (4) ist vorzugsweise mehrteilig ausgebildet, wobei eine schmale strömungsgünstige Formgebung den Strömungswiderstand niedrig hält. Es umfasst ein erstes zentrales Gehäusesegment (9), das über strömungsgünstig ausgebildete Rippen (14) mit dem Generatorgehäuse (3) starr verbunden ist und im wesentlichen die Einlaufpartie (4.1), den vom Turbinenrad (2) beaufschlagten zylindrischen Be­ reich (4.2) und die beginnende diffusorartige Erweiterung (4.3) bis hin zum ersten Ringspalt (5.1) bildet, sowie in Abhängigkeit von der Anzahl der Ringspalte (5) eine Reihe von ringförmigen Diffusorelementen (10), (11), (12) mit steigendem Querschnitt. Der erste Ringspalt (5.1) wird realisiert, indem das ringförmige Diffusorelement (10), dessen Innendurchmesser entsprechend der doppelten Spaltbreite den Aussen­ durchmesser des zentralen Gehäusesegments (9) übersteigt, konzentrisch und überlappend zum ersten Gehäusesegment (9) angeordnet wird. In analoger Weise werden die folgenden Ringspalte (5.2) und (5.3) durch überlappende Anordnung der Diffusorelemente (10), (11) und (11), (12) gebildet, wie dies Fig. 2 deutlich wieder­ gibt. Die Diffusorelemente (10), (11), (12) sind mittels parallel zur Anlagenachse (16) angeordneter Streben (13) untereinander oder mit dem zentralen Gehäuseteil (9) verbunden. Die Innenflächen (6) dieser Diffusorelemente (10), (11), (12) sind konkav oder konisch ausgerundet ausgebildet.The casing ( 4 ) is preferably made of several parts, with a narrow, streamlined shape keeping the flow resistance low. It comprises a first central housing segment (9) which is rigidly connected via flow-formed ribs (14) with the generator casing (3) and substantially the inlet section (4.1), which is acted upon by the turbine wheel (2) cylindrical Be rich (4.2) and the beginning of the diffuser-like enlargement ( 4.3 ) to the first annular gap ( 5.1 ) and, depending on the number of annular gaps ( 5 ), a series of annular diffuser elements ( 10 ), ( 11 ), ( 12 ) with increasing cross-section. The first ring gap ( 5.1 ) is realized by concentrically and overlapping the first housing segment ( 9 ), the annular diffuser element ( 10 ), whose inner diameter exceeds the outer diameter of the central housing segment ( 9 ) corresponding to twice the gap width. The following annular gaps ( 5.2 ) and ( 5.3 ) are formed in an analogous manner by overlapping arrangement of the diffuser elements ( 10 ), ( 11 ) and ( 11 ), ( 12 ), as clearly shown in FIG. 2. The diffuser elements ( 10 ), ( 11 ), ( 12 ) are connected to one another or to the central housing part ( 9 ) by means of struts ( 13 ) arranged parallel to the system axis ( 16 ). The inner surfaces ( 6 ) of these diffuser elements ( 10 ), ( 11 ), ( 12 ) are concavely or conically rounded.

Durch die Ringspalte (5) strömt schnelleres, am Mantelgehäuse (4) aussen vor­ beifliessendes Wasser in den sich erweiternden Strömungskanal (15) ein und lehnt sich an den konkaven oder konisch ausgerundeten Innenmantel (6) der Diffusorele­ mente (10), (11) und (12) an. Die aus der Beschleunigung der Randströmung resul­ tierende Druckabsenkung bewirkt insgesamt einen radialen Druckgradienten mit der Folge, dass die Strömung innerhalb des sich diffusorartig erweiternden Mantelge­ häuses (4.3) nach aussen gezogen wird und auf diese Weise dem vergrösserten Öffnungswinkel ohne Abriss folgen kann. Through the annular gap ( 5 ), faster, flowing outside on the jacket housing ( 4 ) in front of flowing water into the widening flow channel ( 15 ) and leans against the concave or conically rounded inner jacket ( 6 ) of the diffuser elements ( 10 ), ( 11 ) and ( 12 ). The resulting pressure drop resulting from the acceleration of the peripheral flow results overall in a radial pressure gradient, with the result that the flow inside the jacket housing ( 4.3 ), which widens like a diffuser, is drawn outwards and can thus follow the enlarged opening angle without demolition.

Die grundlegenden Grössenverhältnisse des Mantelgehäuses (4) gehorchen in etwa den folgenden Beziehungen. Bezogen auf den Gehäusequerschnitt im Abschnitt (4.2) mit dem umlaufenden Turbinenrad (2) beträgt der Einlassquerschnitt (4.1) an der Gehäusevorderkante (7) etwa das 1,2- bis 1,3-fache und der Austrittsquerschnitt (4.3) an der Gehäusehinterkante (8) etwa das 2- bis 2,5-fache dieses Querschnitts. Die Gehäuselänge beträgt etwa das 0,8-fache des engsten Querschnitts, die Breite der Ringspalte (5) etwa 3-4% dieses Wertes.The basic proportions of the casing ( 4 ) obey roughly the following relationships. In relation to the housing cross section in section ( 4.2 ) with the rotating turbine wheel ( 2 ), the inlet cross section ( 4.1 ) on the housing front edge ( 7 ) is approximately 1.2 to 1.3 times and the outlet cross section ( 4.3 ) on the housing rear edge ( 8 ) about 2 to 2.5 times this cross-section. The length of the housing is about 0.8 times the narrowest cross-section, the width of the annular gaps ( 5 ) is about 3-4% of this value.

Eine für eine Strömungsgeschwindigkeit von 2 m/s und eine Leistungsabgabe von 500 kW ausgelegte Vorrichtung gemäss der Erfindung kann beispielsweise folgen­ dermassen dimensioniert sein:
Durchmesser des Turbinenrades: 11,0 m
Gehäusedurchmesser am Eintritt: 12,7 m
Gehäusedurchmesser am Austritt: 16,6 m
Länge des Mantelgehäuses: 8,8 m
Anzahl der Ringspalte: 3
Ringspaltbreite: 15 cmA device according to the invention designed for a flow speed of 2 m / s and a power output of 500 kW can be dimensioned as follows, for example:
Diameter of the turbine wheel: 11.0 m
Housing diameter at the entrance: 12.7 m
Housing diameter at the outlet: 16.6 m
Length of the casing: 8.8 m
Number of ring gaps: 3
Annular gap width: 15 cm

Vorzugsweise wird das Turbinenrad (2) mit drei bis fünf Blättern ausgeführt. Dies gewährleistet, dass der Läufer schon bei der relativ niedrigen Strömungsgeschwin­ digkeit von weniger als 1,5 m/s in Drehung versetzt wird und eine relativ niedrige Durchgangszahl besitzt.The turbine wheel ( 2 ) is preferably designed with three to five blades. This ensures that the rotor is rotated at the relatively low flow rate of less than 1.5 m / s and has a relatively low number of passes.

Über vorzugsweise zwei strömungsgünstig ausgeführte Rippen (14) sind Generator­ gehäuse (3) und Mantelgehäuse (4) starr miteinander verbunden.The generator housing ( 3 ) and casing housing ( 4 ) are rigidly connected to one another via preferably two streamlined ribs ( 14 ).

Sämtliche Versorgungskabel zum und vom Generatorgehäuse (3), wie Versor­ gungsleitungen für Mess-Steuer- und Regeleinrichtungen sowie die Generatorablei­ tung sind durch eine der Rippen (14) in das Mantelgehäuse (4) geführt, um an ge­ eigneter Stelle aus dem Gehäuse (4) auszutreten und in einem oder mehreren Strängen (17) zunächst zum Grund hinabgeführt und von dort als Grundkabel bis zu einer stationären oder mobilen die Schaltungstechnik, Umrichtereinheit und Netzein­ speisungseinrichtung aufnehmenden Station an Land geführt. All the supply cable to and from the generator housing (3) as versor supply lines for measuring and control equipment as well as the Generatorablei tung are routed through one of the ribs (14) in the casing housing (4) in order to ge suitable location of the housing (4 ) emerge and in one or more strands ( 17 ) first led down to the bottom and from there as a base cable to a stationary or mobile circuitry, converter unit and power supply station receiving station on land.

Die Umrichtereinheit dient der Erhöhung der Flexibilität der Anlage. Sie ermöglicht es, einen grossen Bereich unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten zur Stromerzeugung nutzen zu können. Zwangsstillsetzungen der Anlage bei einen Ma­ ximalwert übersteigender Strömungsgeschwindigkeit, wie bei Windkraftanlagen üb­ lich, sind damit nicht erforderlich.The converter unit serves to increase the flexibility of the system. It enables es, a wide range of different flow velocities To be able to use electricity generation. Forced shutdown of the plant at one Ma flow rate exceeding the maximum value, as is the case with wind turbines Lich, are not necessary.

Mantelgehäuse (4) ist bis zu Turbinenraddurchmessern von etwa sieben Metern einteilig ausgeführt, darüber herstellungs- und transportbedingt vorzugsweise zwei­ teilig. In letzterem Falle treffen die Halbschalen vorzugsweise im Bereich der beiden Rippen (14) aufeinander und sind dort in geeigneter Weise unter Einschaltung dieser Rippen (14) miteinander verbunden.Sheath housing ( 4 ) is made in one piece up to turbine wheel diameters of about seven meters, more preferably two-piece because of manufacturing and transport. In the latter case, the half-shells preferably meet in the region of the two ribs ( 14 ) and are connected to one another there in a suitable manner by engaging these ribs ( 14 ).

Die Wellenabdichtung am Gehäuse (3) für die Generator-/Getriebeeinheit ist als wartungsarme Fettkammerdichtung mit automatischer Nachschmierung bzw. als Schleifringdichtung ausgeführt.The shaft seal on the housing ( 3 ) for the generator / gear unit is designed as a low-maintenance grease chamber seal with automatic relubrication or as a slip ring seal.

Zur Verhinderung von Beschädigungen der Anlagenbauteile, insbesondere des Tur­ binenrads (2) durch Treibgut, aber auch als Unfallschutz für grössere Lebewesen ist der Strömungskanal (15) einlassseitig durch ein Schutzgitter (19) abgesperrt. Das Schutzgitter (19) ist dabei so gestaltet, dass die Wasserströmung nicht beeinträchtigt wird und auftreffendes Gut nach aussen abgleitet und damit nicht den Einlass bloc­ kieren kann. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform zeigt ein sich kegelförmig öffnendes Gitter (19) vor dem Gehäuseeinlass (7).To prevent damage to the system components, in particular the turbine wheel ( 2 ) due to flotsam, but also as accident protection for larger organisms, the flow channel ( 15 ) is blocked off on the inlet side by a protective grille ( 19 ). The protective grille ( 19 ) is designed in such a way that the water flow is not impaired and material strikes it slides outwards and therefore cannot block the inlet. The embodiment shown in Fig. 1 shows a conically opening grille ( 19 ) in front of the housing inlet ( 7 ).

Fig. 4 gibt einen Vergleich der Leistungsabgabe eines erfindungsgemäss ausgerü­ steten Unterwasserkraftwerks mit einem solchen nach dem Stand der Technik, also ohne Mantelgehäuse, wieder. Fig. 4 shows a comparison of the power output of an underwater power station equipped according to the invention with one according to the prior art, that is to say without a casing.

Die Werte basieren auf dem Vergleich von Anlagen mit einem Turbinenraddurch­ messer von etwa 20 m. In dem Diagramm ist die Leistungsabgabe [kW] in Abhän­ gigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit [m/s] wiedergegeben.The values are based on the comparison of systems with one turbine wheel knife of about 20 m. In the diagram, the power output [kW] is dependent of the flow velocity [m / s].

Der strichliert dargestellt Kurvenverlauf gibt die Verhältnisse bei einer konventionel­ len Turbine ohne Mantelgehäuse wieder, die durchgehende Kurve die Verhältnisse bei einer erfindungsgemäss ausgestatteten Turbine. The curve shape shown in dashed lines gives the conditions for a conventional len turbine again without casing, the continuous curve the conditions in a turbine equipped according to the invention.  

Aus dem Diagrammm ist der durch die Erfindung erzielte erhebliche Leistungssteige­ rungsfaktor um das 2 bis 2,5-fache gegenüber einem Turbinenrad ohne erfindungs­ gemässes Mantelgehäuse zu erkennen. The significant increase in performance achieved by the invention is shown in the diagram ration factor of 2 to 2.5 times compared to a turbine wheel without invention appropriate housing to recognize.  

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Energieumwandlungsmodul
Energy conversion module

22

Turbinenrad
turbine

33

Gehäuse mit Generator/Getriebeeinheit
Housing with generator / gear unit

44

Mantelgehäuse
cover housing

4.14.1

Einlaufpartie
intake part

4.24.2

zylindrischer Abschnitt
cylindrical section

4.34.3

diffusorartiger Abschnitt
diffuser-like section

55

Ringspalt
annular gap

5.15.1

erster Ringspalt
first annular gap

5.25.2

zweiter Ringspalt
second ring gap

5.35.3

dritter Ringspalt
third annular gap

66

Innenmantel
inner sheath

77

Gehäuseeintritt
housing inlet

88th

Gehäuseaustritt
housing outlet

99

zentrales Gehäusesegment
central housing segment

1010

Diffusorsegment
diffuser segment

1111

Diffusorsegment
diffuser segment

1212

Diffusorsegment
diffuser segment

1313

Streben
pursuit

1414

Rippen
ribs

1515

Strömungskanal
flow channel

1616

Längsachse
longitudinal axis

1717

Kabelstrang
wire harness

1818

Wasseroberfläche
water surface

1919

Schutzgitter
guard

Claims (19)

1. Vorrichtung zur Umwandlung der kinetischen Energie einer strömenden Flüssig­ keit, insbesondere einer Meeresströmung, in elektrische Energie, umfassend ei­ nen Generator, der zusammen mit einem Getriebe wasserdicht in einem Gehäu­ se (3) untergebracht ist, eine im wesentlichen horizontal aus dem Gehäuse (3) ragende Getriebewelle sowie ein axial angeströmtes Turbinenrad (2), das ein Drehmoment auf die Getriebewelle überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (2) konzentrisch innerhalb eines axial offenen Mantelgehäuses (4) angeordnet ist, welches Mantelgehäuse (4) zumindest überwiegend eine konkav gekrümmte Innenmantellinie (6) mit einer in Strömungsrichtung sich verengenden Einlaufpartie (4.1) stromauf des Turbinenrads (2) und einem sich diffusorartig er­ weiternden Abschnitt (4.3) stromab des Turbinenrads (2) aufweist, und das Mantelgehäuse (4) in dem sich erweiternden Abschnitt (4.3) von mindestens ei­ nem konzentrischen Ringspalt (5) durchbrochen ist.1. Device for converting the kinetic energy of a flowing liquid, in particular a sea current, into electrical energy, comprising a generator, which is housed together with a gear watertight in a housing ( 3 ), a substantially horizontal from the housing ( 3 ) projecting gear shaft and an axially flowed turbine wheel ( 2 ), which transmits a torque to the gear shaft, characterized in that the turbine wheel ( 2 ) is arranged concentrically within an axially open casing housing ( 4 ), which casing housing ( 4 ) at least predominantly one has a concavely curved inner casing line ( 6 ) with an inlet section ( 4.1 ) narrowing in the flow direction upstream of the turbine wheel ( 2 ) and a widening section ( 4.3 ) downstream of the turbine wheel ( 2 ), and the casing housing ( 4 ) in the widening section Section ( 4.3 ) of at least one concentric annular gap ( 5 ) is broken. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelgehäuse (4) in Strömungsrichtung eine sich verengende Einlaufpartie (4.1), einen zumin­ dest annähernd zylindrischen Abschnitt (4.2) mit dem umlaufenden Turbinenrad (2) und einen sich diffusorartig erweiternden Abschnitt (4.3) aufweist,2. Device according to claim 1, characterized in that the casing ( 4 ) in the flow direction a narrowing inlet section ( 4.1 ), an at least approximately cylindrical section ( 4.2 ) with the rotating turbine wheel ( 2 ) and a diffuser-like widening section ( 4.3 ) having, 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsquer­ schnitt des Mantelgehäuses (4) den Eintrittsquerschnitt um den Faktor 1,2 bis 2,5, vorzugsweise 1,5 bis 2,0 übersteigt.3. Device according to claim 1, characterized in that the outlet cross-section of the casing ( 4 ) exceeds the inlet cross-section by a factor of 1.2 to 2.5, preferably 1.5 to 2.0. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sich erweitern­ de Gehäuseabschnitt (4.3) eine konkav gekrümmte Innenmantellinie (6) aufweist.4. The device according to claim 1, characterized in that the widening de housing section ( 4.3 ) has a concavely curved inner surface line ( 6 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsra­ dius in Strömungsrichtung zunimmt. 5. The device according to claim 4, characterized in that the curvature dius increases in the direction of flow.   6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sich erweitern­ de Gehäuseabschnitt (4.3) konisch ausgerundete Abschnitte mit in Strömungs­ richtung steigendem Öffnungswinkel aufweist.6. The device according to claim 1, characterized in that the widening de housing section ( 4.3 ) has conically rounded sections with an increasing opening angle in the direction of flow. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Mantelgehäuses (4) dem 0,8-fachen des Turbinenraddurchmessers (2) ent­ spricht.7. The device according to claim 1, characterized in that the length of the casing ( 4 ) speaks 0.8 times the turbine wheel diameter ( 2 ) ent. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des sich erweiternden Abschnitts (4.3) ein Mehrfaches, vorzugsweise das 2- bis 4-fache der Länge der sich verengenden Einlaufpartie (4.1) beträgt.8. The device according to claim 1, characterized in that the length of the widening section ( 4.3 ) is a multiple, preferably 2 to 4 times the length of the narrowing inlet section ( 4.1 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel am Eintritt (7) des Mantelgehäuses (4) 90° bis 120° beträgt.9. The device according to claim 1, characterized in that the opening angle at the inlet ( 7 ) of the casing ( 4 ) is 90 ° to 120 °. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel 105° beträgt.10. The device according to claim 9, characterized in that the opening angle Is 105 °. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelgehäuse (4) drei Ringspalte (5.1), (5.2), (5.3) aufweist.11. The device according to claim 1, characterized in that the casing ( 4 ) has three annular gaps ( 5.1 ), ( 5.2 ), ( 5.3 ). 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ring­ spalte (5) jeweils eine Erweiterung des Strömungsquerschnitts um 3-4%, vor­ zugsweise 3,5%, erfolgt.12. The device according to claim 11, characterized in that through the annular column ( 5 ) each an expansion of the flow cross section by 3-4%, preferably before 3.5%. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungs­ winkel des Mantelgehäuses (4) vor dem ersten Ringspalt 22°, vor dem zweiten Ringspalt 34°, vor dem dritten Ringspalt 56° und an der Austrittskante (8) 130° beträgt.13. The apparatus according to claim 1, characterized in that the expansion angle of the casing ( 4 ) before the first annular gap 22 °, before the second annular gap 34 °, before the third annular gap 56 ° and at the trailing edge ( 8 ) is 130 °. 14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelgehäuse (4) mehrteilig ausgebildet ist, umfassend ein erstes zentrales Gehäusesegment (9), das über strömungsgünstig ausgebildete Rippen (14) mit dem Generatorge­ häuse (3) starr verbunden ist und im wesentlichen die Einlaufpartie (4.1), den vom Turbinenrad (2) beaufschlagten zylindrischen Abschnitt (4.2) und die begin­ nende diffusorartige Erweiterung (4.3) bis hin zum ersten Ringspalt (5.1) auf­ nimmt, sowie in Abhängigkeit von der Anzahl der Ringspalte (5) eine Reihe von ringförmigen Diffusorelementen (10), (11), (12) mit steigendem Querschnitt, wobei der Innendurchmesser am Einlass jedes Diffusorelements (10), (11) oder (12) dem Aussendurchmesser am Auslass des vorgelagerten Gehäussegements (9) oder Diffusorlements (10) oder (11) plus der doppelten Spaltbreite des einge­ schlossenen Ringspalts (5) entspricht und diese Gehäusesegmente (9), (10), (11) und (12) mit steigendem Querschnitt jeweils zueinander konzentrisch und sich überlappend angeordnet werden.14. The apparatus according to claim 2, characterized in that the jacket housing ( 4 ) is formed in several parts, comprising a first central housing segment ( 9 ) which is rigidly connected to the generator housing ( 3 ) via streamlined ribs ( 14 ) and substantially the inlet section ( 4.1 ), the cylindrical section ( 4.2 ) acted on by the turbine wheel ( 2 ) and the beginning diffuser-like extension ( 4.3 ) up to the first annular gap ( 5.1 ), and depending on the number of annular gaps ( 5 ) one Row of ring-shaped diffuser elements ( 10 ), ( 11 ), ( 12 ) with increasing cross-section, the inside diameter at the inlet of each diffuser element ( 10 ), ( 11 ) or ( 12 ) the outside diameter at the outlet of the upstream housing element ( 9 ) or diffuser element ( 10 ) or ( 11 ) plus twice the gap width of the enclosed annular gap ( 5 ) and these housing segments ( 9 ), ( 10 ), ( 11 ) and ( 12 ) with increasing cross-section are arranged concentrically and overlapping each other. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenflächen (6) dieser Diffusorelemente (10), (11), (12) konkav oder konisch ausgerundet aus­ gebildet sind.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the inner surfaces ( 6 ) of these diffuser elements ( 10 ), ( 11 ), ( 12 ) are formed concavely or conically rounded. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Ringspalte (5) getrennten Gehäusesegmente (9), (10), (11) und (12) mittels paral­ lel zur Anlagenachse (16) angeordneter strömungsgünstig gestalteter Streben (13) verbunden sind.16. The apparatus according to claim 14, characterized in that the housing segments ( 9 ), ( 10 ), ( 11 ) and ( 12 ) separated by the annular gaps ( 5 ) by means of flow-shaped struts ( 13 ) arranged parallel to the system axis ( 16 ). are connected. 17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Generatorgehäuse (3) und Mantelgehäuse (4) über mindestens zwei strömungsgünstig geformte Tragrippen (14) starr miteinander verbunden sind.17. The apparatus according to claim 1, characterized in that the generator housing ( 3 ) and casing ( 4 ) are rigidly connected to one another via at least two aerodynamically shaped support ribs ( 14 ). 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Rippen (14) die Versorgungsleitungen und die Generatorableitung geführt sind.18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the supply lines and the generator lead are guided through the ribs ( 14 ). 19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (2) drei bis fünf Blätter aufweist.19. The apparatus according to claim 1, characterized in that the turbine wheel ( 2 ) has three to five blades.
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