DE10162516A1

DE10162516A1 - Wendeschaufelwehr zum Energieaustausch in Fließgewässern

Info

Publication number: DE10162516A1
Application number: DE10162516A
Authority: DE
Inventors: Rolf-Dieter Naschke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: DE10162516B4

Abstract

Die Aufgabe, Energieaustausch in Fließgewässern ohne Turbinen und Staustufen zu ermöglichen, wird gelöst mit einem schwimmfähigen, verankerbaren Wendeschaufelwehr, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den an den Enden des Verbindungssteges auf Schwimmkörpern befindlichen Wendekammern die durch geführte Ketten verbundenen, senkrecht eintauchenden Wendeschaufeln quer zur Gewässerströmung umlaufen und daraus gewonnene Bewegungsenergie über Achsen von Kettenrädern zum Antrieb von Elektrogeneratoren abgeben, wobei in den Wendekammern die Schaufellager so geführt sind, daß sich die Schaufeln für die gegenläufige Bewegung selbsttätig wenden.

Description

Wasserwehre dienten schon immer zur Wasserstandsregelung in Fließgewäs sern und zur meist damit verbundenen Energiegewinnung durch Wasserräder oder Turbinen. Durch die Staustufen entstanden Hindernisse für die Schiffahrt. Heutige z. B. Pelton- und Francis-Turbinen nutzen die Wasserenergie derart effektiv, daß zur Zeit bei uns das Potential der Gewinnung von Energie aus Wasserkraft als nahezu erschlossen gilt.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, für bestehende Fließgewässer eine weitere Möglichkeit für den Energieaustausch zu eröffnen ohne Staustufen und/oder Turbinen.

Diese Aufgabe löst ein schwimmendes verankerbares Wendeschaufelwehr, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den an den Enden des mehrholmigen Verbindungssteges befindlichen Wendekammern die mit in Rollenbahnen geführten Ketten verbundenen und senkrecht eintauchenden Wendeschaufeln quer zur Hauptströmungsrichtung des Gewässers umlaufen und daraus ge wonnene translatorische Bewegungsenergie über die Achse von Kettenrädern zum Antrieb des Elektrogenerators abgeben, wobei in den Wendekammern die Rollenbahnen der Schaufellager so geführt sind, daß sich die Schaufeln für die gegenläufige Bewegung selbsttätig wenden.

Vorteilhaft ist dabei die weitere Erschließung von Energie aus Wasser und die Möglichkeit der flexiblen Anordnung der schwimmfähigen Anlage und damit vermeidbaren Behinderung des Schiffsverkehrs. Auch erlaubt ein Fluten oder Leeren der Schwimmkörper die Eintauchtiefe der Schaufeln zu regulieren und die Anpassung an veränderte Wasserstände.

Durch Energieentnahme oder Energiezufuhr erscheint auch eine energetische Regulierung des Wasserspiegels von Fließgewässern in Bezug auf Hochwasser oder Dürre in gewissem Umfang möglich, da ein solches Wendeschaufelwehr die Strömungsgeschwindigkeit beeinflussen kann.

Es wird nun ein Beispiel einer Ausführung des erfindungsgemäßen Wende schaufelwehrs beschrieben (in Verbindung mit der Bezugszeichenliste zu den Zeichnungen). Es zeigen:

Fig. 1 Gesamtansicht der Anlage,

Fig. 2 Wendeschaufel,

Fig. 3 hinteres Lager der Schaufelunterkante,

Fig. 4 Vorderkantenlager im Kettenglied,

Fig. 5 unteres Kettenrad der Vorlaufwendekammer,

Fig. 6 Stegquerschnitt zur Rücklaufwendekammer.

Die auf flut- und belüftbaren Auftriebskörpern (7, 8) schwimmenden Wende kammern (3, 6) tragen außer den Generatorhäuschen (1) den mehrholmigen Verbindungssteg (2, 21), der die Rollenbahnen mit den Ketten (20, 11) für die Schaufellager (25, 28, Fig. 3, Fig. 4) hält und die strömungsbedingten Querkräfte und Momente aufnimmt sowie Wartung und Transport der Anlage zu erleichtern. Die Wendekammern bergen die Kettenräder (14, 16) und sind zum Steg hin offen.

Eine Wendeschaufel (4, 5) aus steifem, elastischem, blechartigem Material ist oben und unten so gelagert, daß ihre Halterungen nahe der Vorderkante oben und unten in den rollengelagerten Kettengliedern (Fig. 3, 4) enden. Ein in der hinteren Rollenbahn unverkettet nachlaufendes Rollenlager (29, Fig. 3) führt die hintere untere Ecke der Schaufel (29). Der Abstand der unteren Rollenbahnen (11, 13, 19, 20) ist so eingestellt, daß zwischen den beiden Lagern der Vorderkante und dem dritten rückwärtigen Lager die Schaufel ihre Anstellung zur Strömung einnimmt und sich wölbt und verwindet, wie es für den Energieaustausch mit der Strömung vorgesehen ist.

Wegen der Schaufelwölbung und der konkaven Schaufelunterkante (27) schließt die Schaufel mit den zwischen ihr und den unteren Lagern ange brachten Leitflächen (12, 18) bündig ab, wodurch eine Umströmung der Unter kante nach vorne weitgehend vermieden wird. Eine Umströmung der Schau feloberkante tritt nicht auf. Die Wölbung wird erreicht durch den Abstand der Unterkantenlager und begrenzt durch die Elastizität des Schaufelmaterials.

Die vorderen Rollenbahnen (11, 20) führen die Ketten nur zwischen den Ketten rädern. Die hintere Rollenbahn des Vorlaufs reicht über das untere Vorlaufket tenrad (14) in der Vorlaufwendekammer (3) hinüber bis zu dessen äußerem Rand, wo sie das hintere Unterkantenlager (29, Fig. 3) freigibt, so daß die Wen deschaufel sich ungewölbt und unverwunden in der Vorlaufwendekammer frei von den Kräften der Gewässerströmung bewegen kann.

In den Wendekammern schwenkt das hintere Lager mitsamt der Schaufel hinterkante um die virtuelle Achse durch die Lager der Vorderkante auf die andere Seite, bevor es in die Gegenbahn gleitet und so selbsttätig die ge eignete Schaufelanstellung zur Strömung gewährleistet.

In der Nachlaufwendekammer (6) schwenkt die Hinterkante der Schaufel in Drehrichtung der Kettenräder um die virtuelle Achse durch die vorderen Lager der Wendeschaufel auf die andere Seite. Dabei wird das hintere Unterkanten lager (29) in der Rollenbahn um das Kettenrad (16) herumgeführt.

Dieses Teilstück der Rollenbahn um das Kettenrad beschreibt wegen der konkaven Form der Schaufelunterkante eine räumliche Kurve, die sich aus der Geometrie der nicht gewölbten Schaufel und dem Bewegungsablauf ergibt.

Dieses Teilstück der Rollenbahn endet vor dem Kreuzen der Bahn der unteren Vorderkantenlager (23). An dieser Stelle ist die Rollenbahn für den Durchlaß der Halterung der vorderen Unterkantenlager (28, Fig. 4) unterbrochen. Wegen der Formen und Abmessungen von nachlaufendem Rollenlager und Rollen bahn stellt sich die Schaufelwölbung für den Vorlauf nach der Wende selbsttätig ein.

In der Vorlaufwendekammer (3) schwenkt die Schaufelhinterkante gegen die Drehung des Kettenrades (14) auf die andere Schaufelseite. Dazu wird die Rollenbahn des hinteren Lagers auf der Anlage (13, 19) höher angebracht afs die untere Rollenbahn für die Kette, die sich in Höhe des unteren Kettenrades befindet. In dieser höher gelegten Rollenbahn wird das hintere Lager bis an den äußeren Rand des unteren Kettenrades geführt.

Beim Eintritt der Wendeschaufel in den Bereich der Vorlaufwendekammer (3) erfolgt mittels des Wendenockens (17) die Einleitung des Wendens der Schaufel dadurch, daß der vordere Teil der Wendeschaufel vor der virtuellen Drehachse durch ihre vorderen Lager verzögert wird und gleichzeitig infolge der beginnenden Schaufeldrehung die Elastizität des Schaufelmaterials mit dazu beiträgt, daß das hintere Rollenlager den vorderen Lagern vorauszueilen beginnt bis am Ende der hinteren Rollenbahn das hintere Lager freikommt.

Die nunmehr ungewölbte Wendeschaufel schwenkt mit der Drehung des Kettenrades (14) in die Nachlaufbahn ein. Dabei wird in der Eingleiteinheit (10) für das hintere Rollenlager (36) sichergestellt, daß sich auch auf der Nach laufbahn selbsttätig die erforderliche Anstellung, Wölbung und Verwindung der Wendeschaufel einstellt.

Die Kettenräder sitzen paarweise auf den senkrechten Achsen (30) in den Wendekammern und werden von den Wendeschaufeln angetrieben.

Die unteren Lager der Achsen (32) sind verbunden mit dem unteren Teil des Stegs und die oberen Lager (31) befinden sich am Boden des Generator häuschens, wo sie mit dem Generator verbunden sind.

Die mehrholmige Stegkonstruktion (2, 21) ist nach den Erfordernissen der Belastung durch die Schaufelreihen und deren Lagerführungen ausgerichtet sowie an den Erfordernissen hinsichtlich Schwimmfähigkeit und Stabilität bei Transport und bei möglicher Verankerung am Grund des Arbeitsortes.

Die Schwimmkörper (7, 8) weisen mehrere getrennte Kammern auf. Die oberen (33) sind immer wasserdicht und leer. Sie sorgen für den Mindest auftrieb der Anlage. Die unteren Kammern (34) können teilweise oder ganz geflutet und entleert werden, wie es die gewünschte Eintauchtiefe (39) der Wendeschaufeln sowie die waagerechte Arbeitsposition erfordert.

Die gesamte Anlage ist ausreichend stabil und kann entweder verankert werden an der Arbeitsposition oder, falls es die Umstände erlauben, auf dem Grund abgesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1

Generatorhäuschen im Vorlauf

2

oberer mehrholmiger Steg

3

Wendekammer im Vorlauf

4

Wendeschaufel im Vorlauf

5

Wendeschaufel im Nachlauf

6

Wendekammer im Nachlauf

7

Schwimmer der Nachlaufwendekammer

8

Schwimmer der Vorlaufwendekammer

9

Gewässergrund für Verankerung

10

Eingleiteinheit für Hinterkantenlager

11

vordere Rollenbahn im Nachlauf

12

Gleitfläche im Nachlauf

13

hintere Rollenbahn im Nachlauf

14

Kettenrad in Vorlaufwendekammer

15

Umlaufrichtung des Vorlaufs

16

Kettenrad in Nachlaufwendekammer

17

Wendenocken

18

Gleitfläche im Vorlauf

19

hintere Rollenbahn in Vorlauf

20

vordere Rollenbahn im Vorlauf

21

untere mehrholmige Stegkonstruktion

22

Hauptströmungsrichtung des Fließgewässers

23

Kreuzungspunkt der hinteren Rollenbahn

24

Auslauf für hinteres Rollenlager im Vorlauf

25

obere Schaufelhalterung

26

Wendeschaufel

27

konkave Unterkante

28

vordere Halterung Unterkante

29

hintere Halterung Unterkante

30

Achse der Kettenräder

31

oberes Lager

32

unteres Lager

33

obere Schwimmkörperkammer

34

flutbare Schwimmkörperkammer

35

frei

36

Rollenlager Unterkante hinten

37

Schaufeltragendes Kettenglied

38

Transportglied der Kette

39

Wasserlinie, Eintauchtiefe

Claims

1. Wendeschaufelwehr zum Energieaustausch in Fließgewässern, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den an den Enden des mehrholmigen Verbindungssteges auf Schwimmkörpern befindlichen Wendekammern die mit in Rollenbahnen ge führten Ketten verbundenen, senkrecht eintauchenden Wendeschaufeln quer zur Hauptströmung des Gewässers umlaufen und daraus gewonnene trans latorische Bewegungsenergie über Achsen von Kettenrädern für den Antrieb von Elektrogeneratoren bereitstellen, wobei die Schaufeln selbsttätig wenden.

2. Wendeschaufelwehr zum Energieaustausch in Fließgewässern nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Wendeschaufeln aus steifem, elastischem, blechartigem Material bestehen und im Bereich der Vorderkante mit ihren Halterungen mit den rollengeführten Kettengliedern (Fig. 4) schwenkbar verbunden sind und eine hintere dritte Halterung der konkaven Unterkante von einem nachlaufen den unverketteten Rollenlager so geführt wird, daß sich dadurch die ge wünschte Anstellung und Wölbung und Verwindung der Schaufel selbsttätig einstellt.

3. Wendeschaufelwehr zum Energieaustausch in Fließgewässern nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Steg Min offenen Wendekammern (3, 6) die oben und unten angeordneten Kettenräder (14, 16) mit den Achsen enthalten und in der Nach laufwendekammer (6) die Wendeschaufeln in Drehrichtung der Kettenräder gewendet werden, in der Vorlaufwendekammer (3) gegen diese Drehrichtung und die Drehung eingeleitet und unterstützt wird vom Wendenocken (17), der den vorderen Teil der sich dabei elastisch entwölbenden Wendeschaufel verzögert.

4. Wendeschaufelwehr zum Energieaustausch in Fließgewässern nach An spruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen der Wendeschaufeln schwenkbar an Rollenlagern (Fig. 3, Fig. 4) befestigt sind, die ihrerseits in Rollenbahnen geführt werden, wobei die zur Schaufelvorderkante gehörenden Rollenlager Glieder der oben bzw. unten in am Steg befestigten Rollenbahnen (11, 20) verlaufenden Ketten sind mit je einer doppelten vertikalen tragenden Rolle (37) und die Kettenglieder (38), in welche die Kettenräder eingreifen, nur horizontale Rollen aufweisen, wohin gegen die nachlaufenden unverketteten Rollenlager der Schaufelunterkanten (29, 36) sowohl horizontale als auch vertikale Rollen aufweisen.

5. Wendeschaufelwehr zum Energieaustausch in Fließgewässern nach An spruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die am Steg befestigten Rollenbahnen der Ketten für die Schaufelvorder lager nur zwischen den Kettenrädern verlaufen, hingegen die Rollenbahn für die nachlaufenden unverketteten Hinterkantenlager (36, Fig. 3) sich in der Nachlaufwendekammer fortsetzt, wo sie gemäß der Schwenkbewegung der hinteren Ecke der Schaufelunterkante einen räumlich gekrümmten Verlauf aufweist und für den Durchlaß der Halterungen der unteren Schaufelvorder lager durchbrochen ist (23) sowie in der Vorlaufwendekammer über dem unteren Kettenrad bis zu dessen äußerem Rand kragend mit sich erweiternder oben offener Bahn (24) hinaus reicht und insgesamt oberhalb der Ebene der unteren Kettenräder am Steg befestigt ist und für das Einschwenken des in der Vorlaufwendekammer zeitweilig frei hängenden Lagers der Unterkante in die Rollenbahn des Nachlaufs (13) eine etwa trichterförmige oben offene Eingleit einheit (10) aufweist.

6. Wendeschaufelwehr zum Energieaustausch in Fließgewässern nach An spruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der eben gekrümmten Wendeschaufelunterkante und den unteren Rollenbahnen Leitflächen (12, 18) aus blechartigem Material so angebracht sind, daß die Unterkanten bündig darüber gleiten und so eine Umströmung der Unterkanten nach vorne weitgehend unterbleibt.

7. Wendeschaufelwehr zum Energieaustausch in Fließgewässern nach An spruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ketten der Vorderkantenlager der Wendeschaufeln abwechselnd Transport- und Halteglieder aufweisen und die Kettenräder nur in die Transportglieder eingreifen (Fig. 4, 37, 38, Fig. 5).

8. Wendeschaufelwehr zum Energieaustausch in Fließgewässern nach An spruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verankerbaren Schwimmkörper (7, 3) unter den Wendekammern und gegebenenfalls an weiteren Stellen unter dem Steg über mehrere getrennte Kammern (33, 34) verfügen, deren obere (33) ständig wasserdicht und mit Luft befüllt sind und deren untere (34) flutbar sowie mit Luft befüllbar gestaltet sind, so daß damit die Schwimmlage und Position des Wendeschaufelwehrs als auch die Eintauchtiefe (39) der Wendeschaufeln eingestellt werden können.