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Der
Erfindungsgegenstand betrifft ein Stromkabel mit Ausgestaltungen
zum Befördern
von Luft mit einer Endverbinder- und Verteilereinrichtung. Er ist
vorrangig den Einsatz an bzw. auf Wind- und Wasserenergieanlagen,
vorzugsweise auf Offshore- Energieanlagen, als Strom- versorgende
oder -abführende
Verbindungseinrichtung zwischen Wind oder bzw. und Wasserkraftmaschinen
mit elektrischen Generatoren und ihren Energie-Versorgungs-, Sammel- oder
Steuerzentralen,
oder auch als Energie- oder Daten- transferierende Verbindungseinrichtung
für solche
Maschinen untereinander zugedacht,
sowie zur Versorgung von
Wind- und Wasserkraftmaschinen mit Druckluft und zur Be- und Entlüftung von Partien
von Laufradkammern vorzugsweise im Unterwasserbereich betriebener
Radial- und Durchströmturbinen
bestimmt.
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Eine
intensive Erschließung
regenerativer, nachhaltiger Energien ist in Anbetracht der Endlichkeit
fossiler Energieträger
ein global erkanntes und anerkanntes Gebot unserer Epoche, auch
wegen des zwingenden Handlungsbedarfes zur Verminderung der CO2-Belastung unserer Atmosphäre, aber auch
zum Erhalt eines (Rest-) Bestandes an für die Menschheit und Wirtschaft
lebenswichtiger in den fossilen Energieträgern enthaltenen Grundstoffen und
Substanzen.
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Eine übergeordnete
Zielsetzung für
vorliegenden Erfindungsgegenstand besteht in der Schaffung von Voraussetzungen
zur Gewinnung von Strom aus nachhaltigen Energieressourcen, insbesondere
aus der Windenergie und aus der Energie der Meeressströmung.
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Unter
den zur Verfügung
stehenden regenerativen Energieressourcen hat sich bereits die Windenergie – zumindest
mit einem wichtigen Anteil – als zukünftiger
Energielieferant favorisiert.
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Eine
intensive und lukrative Erschließung der Windkraft bietet sich
auf See an, wo Stärke
und Kontinuität
des Windes wesentlich intensiver und günstiger sind.
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Verstärkt wird
in letzter Zeit die Planung und Realisierung von Offshore-Windenergieanlagen
auf hoher See betrieben.
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Auch
sind bereits „schwimmende
Offshore-Windenergieanlagen" in
Planung, wie z. B. beim bereits genehmigten Windenergiepark Ventotec Ost
2. Auch werden solche Anlagen z. B. in den Patentanmeldeschriften
DE 10219062.3-15,
EP 1366209 ,
EP 1269018 ,
EP 1169670 , DE 10 2005 040 808.7.
DE 10 2005 040 803.6 und De 10 205 040 797.8 beschrieben
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Weitere
riesige alles andere übertreffende bisher
wenig erschlossene Energieressourcen liegen in der Meeresströmung mit
ihrem zwar mäßigen, aber
stetigen unerschöpflichen
Energieangebot.
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Ein
vorrangiger Einsatz vorliegenden Erfindungsgegenstandes sind solche
die Meeresströmung
nutzenden Energieanlagen mit ihren den besonderen Betriebsbedingungen
angepassten Wasserkraftmaschinen. Hierzu sei beispielsweise auf
die in den Anmeldeschriften DE 10 205 0404 807.9, DE 10 2005 040
806.0 und DE 10 2005 040 805.2 beschriebenen für den Unterwassereinsatz konzipierten
Wasserkraftmaschinen hingewiesen.
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Bei
all diesen Kraftmaschinen, ob Wind- oder Wasser, liegt eine gewisse
Problematik in der Abdichtung ihrer mechanischen oder elektrischen
Komponenten wie Getriebe, Elektromaschinen und Gehäuse von
elektrischen, elektronischen Einrichtungen. Dies besonders bei Maschinen,
an denen rotierende Wellen in die freie rauhe Atmosphäre oder
gar ins Wasser ragen. Hierbei ist nicht nur der außen sie beaufschlagende
Druck (Wind oder Wasserdruck), sondern auch das durch Temperaturunterschiede
im Inneren verursachte „Atmen" kritisch.
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Eine
Möglichkeit
zur sicheren Abschottung solcher Einrichtungen gegenüber von
außen
auf sie einwirkende zerstörerische
Medien wie Seeluft oder gar Seewasser besteht darin, die zu schützenden
Innenräume
mit sauberer, trockener Druckluft zu beaufschlagen.
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Eine
konkrete Zielsetzung des Erfindungsgedankens besteht in der Schaffung
von wirtschaftlichen und sicheren, den rauhen Einsatzbedingungen gerechtwerdende
Einrichtungen zur Zuführung
von Druckluft zur Beaufschlagung der abzudichtenden Partien vorzugsweise
in oder an Energiegewinnungsanlagen.
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Bei
der Nutzung der Meeresströmung
bieten sich für
die dort herrschenden Betriebsbedingungen niedrige Drücke, kleine
Strömungsgeschwindigkeit und
große
zur Verfügung
stehende Durchflußmengen
modifizierte, im Unterwasserbereich in freier Strömung betriebene
Radial- und Durchströmturbinen
vorteilhaft an. Zum Beispiel werden in letztgenannten beiden Patenanmeldeschriften
solche beschrieben.
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Bei
solchen, die freie Strömung
erfassenden bzw. nutzenden Wasserkraftmaschinen besteht besonders
in Ermangelung einer natürlichen
Fallhöhe für ein Saugrohr
erschwerend die Problematik, ihre nicht aktiven Schaufelradpartien
zur Vermeidung von Verwirbelungsverlusten wasserfrei zu halten.
Die in vorgenannten Patentanmeldeschriften beschriebenen Wasserturbinenkonzeptionen
bedienen sich zur Bewirkung eines „Saugrohreffektes" einer bestimmten
Ausgestaltung, mit der die Energie der die Turbine umströmende freie
Strömung
dafür genutzt
wird. Jedoch bleibt die Erfordernis einer geregelten Be- und Entlüftung der
nicht aktiven Radkammerpartie zur Sicherstellung eines wasserfreien
Bereiches. Hierzu ist eine Be- und Entlüftungsleitung zur freien Atmosphäre erforderlich.
Dies gilt auch für
jegliche anderen Einsatzfälle
solcher Turbinen.
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Eine
weitere konkrete Zielsetzung für
den Erfindungsgegenstand besteht in der Schaffung einer für die Installation
und den Betrieb wirtschaftlichen und sicheren, insbesondere den
rauhen On- und Offshore-Einsatzbedingungen gerechtwerdenden Einrichtung
zur Be- und Entlüftung
von Radkammerpartien von Radial- und Durchströmturbinen.
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Die
Lösungen
der genannten Zielsetzungen mit ihren Vorteilen bestehen im wesentlichen
darin,
dass Luftleiter, sowohl Druckluftleiter, als auch zur Be-
und Entlüftung
dienende weiträumige
Rohrgebilde, in ohnehin obligatorisch vorhandene Kabelverbindungen
integriert oder mit solchen verbunden sind. Konstruktive Details
und Vorteile gehen aus den Beschreibungen der Ausführungsbeispiele
hervor.
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Eine
solche Luftleiter-Kabelkombination werden bereits in der Deutschen
Patentschrift 902988 und Auslegeschrift 1918841 vorgeschlagen. In
beiden Fällen
sind sie für
andere Einsatzfälle
konzipiert.
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Die
Erstgenannte dient zum Durchleitung eines Kühlmediums für das Kabel selbst. In zweitgenannter
Schrift bestehen die Kanäle
aus einem gasdurchlässigen
Medium, wobei die Kanäle
mit einem Gas beaufschlagt werden, das nach außen diffundierend von außen auf
das Kabelmaterial schädlich
einwirkende Bestandteile des das Kabel umgebenden Mediums, z. B.
Erdölemulsionen,
verdrängt
bzw. nicht eindringen lässt.
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Für den praktischen
sicheren Einsatz vorliegenden Erfindungsgegenstandes, insbesondere
für den
Unterwasserbereich, ist wegen seiner unterschiedlichen Leiter, der
für Strom
und Luft, eine zweckmäßige Ausgestaltung
seiner Endverbindungen und Verteilereinrichtungen wichtig.
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Dafür sind die
Ausführungsbeispiele
und Inanspruchnahmen auf zweckmäßige und
vorteilhafte Endverbindungs- und Verteilereinrichtungen erweitert.
Details von den den alternativen bzw. unterschiedlichen Kabelkonzeptionen
zugeordneten erfindungsgemäßen Verteilerkonzeptionen
gehen aus dem Nebenanspruch und seinen Unteransprüchen sowie
aus den Beschreibungen der Ausführungsbeispiele
hervor.
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Der
Anmeldungsgegenstand wird nachstehend unter Verweis auf Zeichnungen
erläutert.
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Als
erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele,
teilweise in schematischer Darstellungsweise zeigen
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1 eine
Schnittdarstellung eines Stromkabels mit einem im Zentrum von Stromleitern
angeordneten Hohlleiter für
Druckluft;
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2 eine
der der Kabelausführung
nach 1 zugeordnete Endverbindereinrichtung, ausgeführt als
Verteilerkasten für
Stromleiter und als Verteilereinrichtung für Druckluftleiter, beispielsweise
einsetzbar als Klemmkasten einer Elektromaschine mit ihren angrenzenden
und räumlich
verbundenen, mit Druckluft zu beaufschlagenden Elektromaschineninnenraum;
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3 eine
Schnittdarstellung eines Stromkabels mit einem im Kabelinneren im
Zentrum von Stromleitern angeordneten relativ weiten Hohlleiter als
Verbindungsleitung zwischen Partien von Laufradkammern von Radial-
und Durchströmturbinen
mit der äußeren Atmosphäre zur Bewirkung
von Be- und Entlüftungsvorgängen dieser
Partien, mit einem innerhalb darin angeordneten weiteren Hohlleiter
für Druckluft
zur Beaufschlagung von abgedichteten Innenräumen;
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4 eine
der Kabelausführung
nach 3 zugeordnete Endverbindereinrichtung zur Verdrahtung
der Stromleiter und zur Trennung und Weiterleitung der Luftleiter
von den Stromleitern, mit einer anschließenden Verteilerkammer für die weiträumigen der
Be- und Entlüftung
dienenden weiträumigen
Luftleiter;
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5 eine
Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß modifizierten Stromkabels,
bestehend aus einem herkömmlichen
Stromkabel mit einer zu einer Baueinheit zusammengefügten schlauchartigen
Be- und Entlüftungsleitung
mit einer darin geführten
Druckluftleitung;
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6 eine
der Kabelausführung
nach 5 zugeordnete Endverbindereinrichtung mit getrennten Verteilerkammern
für die
Strom- und Luftleiter.
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Beschreibungen zu den
Ausführungsbeispielen:
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Zu 1 und 2:
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Innerhalb
der konzentrisch angeordneten, biegsamen, vorzugsweise aus Litzen
bestehenden Stromleitern 1 mit ihrer Isolierung 2 und
weiteren, für die
Versorgung von Aktoren oder Sensoren dienende Leiter 3 niederen
Querschnitts ist ein schlauchförmiger
biegsamer Druckluftleiter 4 integriert. Zu seiner radialen
Versteifung ist in seiner Wandung ein spiralförmig angeordnete metallene
Wendel 5 eingearbeitet. Die Zwischenräume 6 sind mit einer
Isolier- und Dichtmasse befüllt,
der äußere Mantel 7 ist
nach herkömmlicher
Art als robuste Umhüllung
ausgeführt. Ein
durchgehend eingebettetes Zugseil 8 erfüllt bei der „bewegten" Einsatzweise des
Kabels durch die damit bewirkbare Längsfixierung eine wichtige
Aufgabe.
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Vorliegende
Kabelkonzeption mit ihrer Druckluftleitung 4 dient neben
der Strom- und Datenanbindung von Elektromaschinen an Stromenergiesammelknotenpunkte
und Streuerzentralen, oder als Verbindungsleitung für solche
Maschinen untereinander auf bzw. an Offshore Wind- und Wasser-Energieanlagen
auch zur Versorgung solcher Komponenten mit Druckluft.
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Die
Endverbinder- und Verteilereinrichtung nach 2 besteht
hier aus einem – mit
der Funktion eines üblichen
Klemmkastens einer Elektromaschine – abgedichteten Gehäuse 8,
welches mit dem Elektromaschineninnenraum verbunden ist. Das Kabel gemäß 1 wird
gegenüber
der äußeren Umgebung – vorzugsweise
Seewasser – mittels
einer runden, auf den Kabelmantel abgestimmten Dichteinrichtung 11 im
Gehäuse 10 dichtend
verklemmt. Zur axialen Fixierung des im maritimen Einsatz intensiven
Bewegungen und auch Zugkräften
ausgesetzten Kabels ist das in ihm eingearbeitete Seil 8 durch
eine Befestigungseinrichtung 4 axial fixiert.
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Die
Stromleiter 1, sowie Adern von weiteren Leitersträngen 3 sind über ein
Klemmbrett oder mittels einer anderen beliebigen Verbindungseinrichtung
mit weiterführenden
Leitern verbunden. Die aus dem offenen Druckluftschlauch austretende,
von einer Versorgungsstelle eingespeiste Druckluft beaufschlagt
den Innenraum des Gehäuses 1 und
den damit verbundenen Innenraum der Elektromaschine, den Innenraum
eines Getriebes oder eines Gehäuses
von elektrischen bzw. elektronischen Einrichtungen, die sicher gegenüber äußeren Einflüssen abgedichtet
sein müssen.
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Zu 3 und 4
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Innerhalb
der konzentrisch angeordneten, biegsamen, vorzugsweise aus Litzen
bestehenden Stromleitern 13 mit ihrer Isolierung 14 ist
ein schlauchförmiges
biegsames, relativ weites, für
die Be- und Entlüftung
von Wasserkraftmaschinenpartien bestimmtes Rohr 15 angeordnet.
Zu seiner radialen Versteifung ist in seiner Wandung eine spiralförmige metallene
Armierung 16 eingearbeitet. Die Zwischenräume 17 sind
mit einer Isolier- und Dichtmasse befüllt, der äußere Mantel 18 ist
nach herkömmlicher
Art als robuste Umhüllung
ausgeführt.
Einer oder einige Leitungsstränge 21 bestehen
aus mehreren getrennten Leitungen für den Messdaten- oder Steuerkommandotransfer.
Ein durchgehend verlaufendes, eingebettetes Zugseil 19 erfüllt bei
der „bewegten" Einsatzweise des
Kabels für
seine axiale Endfixierung eine wichtige Aufgabe. Innerhalb des weiträumigen Rohres 15 befindet
sich ein weiteres, kleineres Rohr 20 für Druckluft.
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Vorliegende
Kabelkonzeption nach 3 mit ihren beiden getrennten
Luftleitungen 15 und 19 dient neben der Strom-
und Datenanbindung von Elektromaschinen an Stromenergiesammelknotenpunkten und
Streuerzentralen auf bzw. an Offshore Wind- und Wasser-Energieanlagen
außer
der Versorgung der abgedichteten Räume mit Druckluft auch als
Zirkulationsweg zur Be- und Entlüftung
von Laufradkammer-Partien in Radial- und Durchström-Waserturbinen
beim Unterwassereinsatz.
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Die
ihr zugeordnete Endverbinder- und Verteilereinrichtung besteht
- a) aus einem Klemm- bzw. Verteilerkasten 22 für die Stromleiter 13/14, 21 des
kombinierten Kabels. Eine auf den Kabelmantel 18 einwirkende Dichtungseinrichtung 23,
und eine andere auf das durch ihn hindurchgeführte Rohr 15 einwirkende Dichtungseinrichtung 24 dichten
diese Kabel-Ein- und Durchführungen
nach außen
hin ab.
- b) aus einem anschließenden
Verteiler- bzw. Verbindungskasten 25, in dem das offene
Ende des mit der freien Atmosphäre
verbundenen Rohres 15 ragt. Einer oder mehreren Verbindungsleitungen 26 zu
Laufradkammer-Partien von Radial- und Durchström-Wasserturbinen im Unterwassereinsatz
wird ihr Betrieb unter solchen Einsatzbedingungen ermöglicht.
Eine weitere Dichteinrichtung 27 zwischen der Gehäusewandung
und dem durch ihn hindurchgeführten
druckluftführenden Rohr 20 dichtet
seinen Innenraum ab.
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Das
aus dem Verteilerkasten 25 herausgeführte freie, alleinige Druckluftrohr 20 kann
durch Zwischenschalten von Verteilereinrichtungen zu beliebigen
abgedichteten Hohlräumen
der Anlage zugeführt
werden und diese mit Überdruck
gegenüber der
sie umgebenden Atmosphäre
beaufschlagen.
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Zu 5 und 6:
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Bei
dieser Kabelversion nach 5 ist ein herkömmliches
aus den Stromleitern 30/31, 32/33, dem
Mantel 34 und der Isolier- und Dichtfüllung 35 bestehendes
Kabel mit einem biegsames Rohr 37 zu einer Einheit zusammengefasst.
Zur Versteifung der Rohrwandung in seiner radialen Erstreckung ist
in ihr eine spiralförmige
metallene Armierung 38 eingearbeitet. In seinem weiträumigen mit
der freien Atmosphäre
verbundenen Innenraum 39 ist ein Druckluftrohr 40 mit
einer ebenfalls eingearbeiteten spiralförmigen metallenen Armierung 41 untergebracht.
Kabelmantel 34 und Rohrwandung 37 sind mittels
einer Verbindungsmasse 42 zu einer Einheit verbunden. Diese
ist in ihrer Konzistenz, Festigkeit und Bearbeitbarkeit so geartet,
dass die Verbindung an den Kabelenden gelöst und die runden Strukturen
von Kabelmantel und Rohr als Voraussetzung zur Bewirkung einer koaxial
auf sie einwirkenden dichtenden Verklemmung durch eine Dichteinrichtung
hergestellt werden können.
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Die
Klemm- und Verteilerkästen 43, 44 für das stromführende Kabel
und die luftführenden
Rohre sind mit radial auf die Rundkörper 34, 37 einwirkende
Dichteinrichtungen 45, 46 versehen. Der Stromleitung-Verteilerkasten 43 weist
nicht dargestellte abdichtbare Ausgänge zur Anbindung mehrerer
Stromproduzenten- oder Verbraucher auf, sofern er nicht als Klemmkasten
einer Elektromaschine fungiert. Auch vom Luftverteilerkasten 44 führten Rohrleitungen 47 zu
den mit der freien Atmosphäre
zu verbindenden Partien von Radkammern von Radial- und Durchlauf-Wasserturbinen.
Am Ausgang des durch diesen Verteilerraum geführten Druckluftrohr 40 bewirkt
eine Dichteinrichtung 48 die Abdichtung dieses Raumes vom äußeren Medium. Über das
frei herausgeführte
Druckrohr werden unter Zwischenschaltung weiterer Verteilereinrichtungen
verschiedene abgedichtete Hohlräume
der Anlage mit Überdruck
gegenüber
der sie umgebenden Atmosphäre
beaufschlagt.
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In
vorliegender Darstellung sind beide Verteilerkammern als eine Baueinheit
ausgeführt,
sie können
aber auch als separate Bauteile ausgeführt sein.
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- 01
- Stromleiter
- 02
- Stromleiter-Isolierung
- 03
- Strom-,
Messwert- oder Signalleiter
- 04
- Druckluftleiter
- 05
- metallene,
spiralförm.
Armierung in 4
- 06
- Isolier-
und Dichtfüllung
- 07
- Kabelmantel
- 08
- Zugseil
- 09
- Zugseilbefestigung
- 10
- Gehäuse
- 11
- Dichteinrichtung
- 12
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- 13
- Stromleiter
- 14
- Isolierung
von 13
- 15
- Be-
u. Entlüftungsrohr
- 16
- metallene
spiralförm.
Armierung in 15
- 17
- Dicht-
und Isolierfüllung
- 18
- Kabelmantel
- 19
- Zugseil
- 20
- Leiterstrang
für Messwerte,
- 21
- Druckluftleiter
- 22
- Klemm-
und Verteilerkasten
- 23
- Dichteinrichtung
zwischen 18 und 22
- 24
- Dichteinrichtung
zwischen 22 und 15
- 25
- Luft-Verteilerraum
- 26
- Ausgangsleitung
von 25
- 27
- Dichteinrichtung
zwischen 25 und 27
- 28
- Zugseilbefestigung
- 30
- Stromleiter
- 31
- Isolierung
von 30
- 32
- Stromleiter
- 33
- Isolierung
von 32
- 34
- Kabelmantel
- 35
- Isolier-
und Dichtfüllung
- 36
- Zugseil
- 37
- Luftrohr
- 38
- metallene
spiralförmige
Armierung in 36
- 39
- Hohlraum
von 37
- 40
- Druckluftrohr
- 41
- metallene
spiralförmige
Armierung in 40
- 42
- Verbindungsmasse
- 43
- Stromverteiler
- 44
- Luftverteiler
- 45
- Dichtungseinrichtung
an 43
- 46
- Dichtungseinrichtung
an 44
- 47
- Verbindungsrohr
- 48
- Dichtungseinrichtung