DE102005040805A1 - Through-flow water turbine for power and irrigation has horizontal inflow focusing funnel and diverting device to direct water in two flows onto turbine wheel - Google Patents

Through-flow water turbine for power and irrigation has horizontal inflow focusing funnel and diverting device to direct water in two flows onto turbine wheel Download PDF

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Abstract

The turbine has a free flow horizontal inflow focusing funnel (4) and a diverting device (5) at the end of the water inlet section, which combines with the housing walls (4d, 4e) to divide the water into two flows directed onto the turbine wheel (2). The turbine wheel chamber (7) is connected to a horizontal induction tube (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchströmturbine für den Einsatz in freien Wasserströmungen bei allseitiger Umströmung und ohne nutzbare Saugrohr-Fallhöhe, mit den in dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einigen in Patentschrift DE 3327457 angegebenen Konstruktionsmerkmalen.The invention relates to a Durchströmturbine for use in free water flows with all-round flow around and no usable intake pipe head, with in the preamble of claim 1 and some in patent DE 3327457 specified design features.

Die dem Erfindungsgegenstand zugedachten zukunftsorientierten Einsatzfelder und Aufgaben sind:

  • a) Unterwassereinsatz bevorzugt in Formationen und schwimmend angeordnet auf hoher See zur Gewinnung von Strom aus der Energie der Meeresströmung, zur Nutzung stetiger oder bzw. und Gezeitenströmungen;
  • b) Unterwassereinsatz – vorzugsweise schwimmend – in Fließgewässern zur Gewinnung von Strom aus der Energie der Strömung, in Kombinations- und Kompaktausführung mit einem el. Generator als leicht zu installierendes Kleinkraftwerk für unterentwickelte Regionen in Entwicklungs- und Schwellenländern;
  • c) als Zusatzeinrichtungen an Offshore-Windenergieanlagen zur zusätzlichen Gewinnung von Strom aus der Meeresströmung, insbesondere an Anlagen mit autark ablaufendem Inselbetrieb, mindestens zur Stromversorgung der Betriebseinrichtungen an Bord von autarken Offshore Windkraftanlagen,
  • d) in Kombination mit a) und c) als (mit) tragender Unterwasser-Schwimmkörper für schwimmende Offshore-Wind- und Wasserkraftanlagen,
  • e) in Kombination mit a), c) und d) als Einrichtung zur Bewirkung eines variierbaren Auftriebes zur Nutzung als Korrekturgröße bei Stabilisierungs- und Schwingungsdämpfungsmaßnahmen an schwimmenden Offshore-Wind- und Wasserkraftanlagen.
The future-oriented fields of application and tasks intended for the subject of the invention are:
  • (a) underwater use, preferably in formations and floating on the high seas, for the purpose of obtaining electricity from the energy of the ocean current, using continuous or or tidal currents;
  • (b) underwater use - preferably floating - in flowing waters to obtain electricity from the energy of the flow, in combination and compact design with an electric generator as an easily installed small power station for underdeveloped regions in developing and transition countries;
  • (c) as ancillary equipment to offshore wind turbines for additional generation of electricity from the ocean current, in particular to installations with self-sufficient island operation, at least for the power supply of the operating facilities on board self-sufficient offshore wind turbines;
  • (d) in combination with (a) and (c), as a (self-supporting) submersible floating body for floating offshore wind and hydroelectric power plants,
  • (e) in combination with (a), (c) and (d), as a means of providing variable lift for use as a correction factor in stabilization and vibration damping measures on floating offshore wind and hydroelectric power plants.

Aspekte zur Energiegewinnung, insbesondere mittels Durchströmturbinen: 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.Aspects of energy production, in particular by means of flow-through turbines: Considering the finiteness of fossil fuels, an intensive development of regenerative, sustainable energies is a globally recognized and recognized requirement of our epoch, also because of the compelling need for action to reduce the CO 2 pollution of our atmosphere, but also to preserve it of a (residual) stock of basic materials and substances that are vital for mankind and the economy, and which are vital in fossil fuels.

Unter den zur Verfügung stehenden regenerativen Energieressourcen hat sich bereits die Windenergie – zumindest mit einem wichtigen Anteil – als zukünftiger Energielieferant favorisiert.Under available stationary renewable energy resources already have wind energy - at least with an important share - as a future one Energy supplier favors.

Für die Versorgung mit nachhaltigen, schadstoffarmen Energien sind bereits umfangreiche Windkraftanlagen-Projekte an Land entwickelt und realisiert, eine Steigerung (außer einigen Repowering-Aktionen) ist nach technischen und ökonomischen Aspekten kaum noch möglich. Auch sprechen Landschaftsschutz- und Öko-Strömungen in der Bevölkerung dagegen.For the supply Sustainable, low-emission energies are already extensive Wind turbines projects developed and realized on land, one Increase (except some repowering actions) is after technical and economic Aspects hardly possible. Also, landscape conservation and eco-trends speak in the population on the other hand.

Eine intensive und lukrative Erschließung der Windkraft bietet sich auf See an, wo Stärke und Kontinuität des Windes wesentlich intensiver und günstiger sind. Darüber hinaus kommen für die Akzeptanz und Realisierbarkeit einer Windkraftanlage oder eines -Parks noch weitere Aspekte wie Geräuschimmission, Schattenwurf, optische Verträglichkeit und vor allem auch Natur- und Landschaftsschutzaspekte eher zum Tragen. Aber auch hier stehen letztgenannte Aspekte häufig der Realisierung küstennaher Offshore-Windenergieanlagen entgegen.A intensive and lucrative development of wind power offers itself at sea, where strength and continuity the wind are much more intense and cheaper. Furthermore come for the acceptance and feasibility of a wind turbine or a Parks even more aspects like noise immission, shadow, optical compatibility and above all, nature and landscape protection aspects rather to bear. But even here, the latter aspects are often the realization nearer to the coast Offshore wind turbines.

Verstärkt wird in letzter Zeit die Planung und Realisierung von Offshore-Windenergieanlagen auf hoher See betrieben. Nachteilig sind dabei die höheren Aufwendungen für Gründungen besonders in tiefen Gewässern und Aufwendungen für die Netzanbindung.Reinforced Lately the planning and realization of offshore wind turbines operated on the high seas. The disadvantage here are the higher expenses for foundations especially in deep waters and expenses for the network connection.

Als Ausweg gegen erforderliche tiefreichende aufwendige Gründungen bieten sich „Schwimmende Offshore-Windenergieanlagen" an, wie sie beispielsweise bereits im in Planung befindlichen Offshore-Windenergiepark Ventotec Ost 2 vorgesehen, oder in den Patentanmeldungen DE 10219062 , EP 1366209 , EP 1269018 , EP 1169670 DE 10 205w 040 803.6, DE 10 2005 040 797.8 beschrieben sind. Besonders effizient arbeiten solche Anlagen, wenn an Bord – wie in erstgenannter Patentanmeldung beschrieben und beansprucht – der gewonnene Strom ohne Übertragungsverluste und aufwendiger und somit teurer Übertragungseinrichtungen zur Gewinnung des für die bevorstehende „Wasserstoffwirtschaft" so wichtigen Energieträgers Wasserstoff eingesetzt wird.As a way out against the need for in-depth, costly foundations, "floating offshore wind turbines" are available, as already provided, for example, in the Ventotec East 2 offshore wind farm in planning, or in the patent applications DE 10219062 . EP 1366209 . EP 1269018 . EP 1169670 DE 10 205 040 803.6, DE 10 2005 040 797.8 are described. Such systems work particularly efficiently when on board - as described and claimed in the first-mentioned patent application - the power generated is used without transmission losses and expensive and thus expensive transmission facilities for the recovery of the upcoming "hydrogen economy" so important energy carrier hydrogen.

Bei solchen schwimmenden Anlagen auf offener See stellen aber zwangsläufig die Rauheiten der Wasseroberfläche, die Schwingungen an der Anlage verursachen können, ein nach Möglichkeit zu begegnendes Problem dar.at such floating facilities on the open sea, however, are inevitably Roughness of the water surface, which can cause vibrations on the system, one if possible to be encountered problem.

Eine Zielsetzung und Aufgabe vorliegenden Erfindungsgedankens besteht daher in der Perfektionierung der Möglichkeiten und Einrichtungen für Einsatz und Betrieb schwimmender, insbesondere autark arbeitender Offshore-Windenergieanlagen gemäß den vorgenannten Einsatzfällen d) und e).A Objective and task of the present inventive concept consists therefore in perfecting the possibilities and facilities for use and operation of floating, especially self-sufficient working offshore wind turbines according to the aforementioned use cases d) and e).

Weitere riesige alles andere übertreffende Energieressourcen, bisher weniger erschlossene Energiepotentiale, liegen in der Meeresströmung.Further huge energy resources surpassing everything else, previously less developed energy potentials are in the ocean current.

Deren Nutzung ist – wie die relativ geringe bisherige Realisierung auch unter Beweis stellt – durch Energiegewinnungsanlagen mit im Meer gegründeten Bauwerken aufwendig und wegen ihrer Gefährdung durch die Rauheiten des Meeres sehr problematisch.their Usage is - like the relatively low previous realization also proves - by Energy recovery plants with buildings built in the sea consuming and because of their endangerment very problematic due to the roughness of the sea.

Vorliegender Erfindungsgegenstand ist besonders auf die Nutzung der zwar mäßigen, aber stetigen Unterwasser-Strömungen der Meere abgestimmt. Neben einer weitgehenden Beständigkeit dieses Energieangebotes birgt ein Unterwassereinsatz auch den Vorteil, dass unter solchen Einsatzbedingungen arbeitende Einrichtungen nicht oder zumindest nur in geringerem Maße den zerstörerischen rauhen Oberflächenwellengängen ausgesetzt sind. Außerdem setzt – vorwegnehmend den Haupt-Nutzeffekt des Erfindungsgedankens – die Erwirkung eines erforderlichen Soges auf den Turbinenausgang eine ausschließlich luftfreie Durchflutung der Turbine und der erfindungsgemäßen noch zu beschreibenden Zusatzeinrichtungen voraus.present Subject of the invention is particularly based on the use of moderate, but steady underwater currents tuned to the seas. In addition to a substantial consistency of this Energy supply, underwater use also has the advantage that working under such conditions not working facilities or at least to a lesser extent the destructive rough Surface wave gears exposed are. Furthermore sets - anticipating the main benefit of the inventive concept - the achievement of a required Also on the turbine outlet an exclusively air-free flooding the turbine and the invention still to be described Additional equipment required.

Ein für einen solchen Einsatz herkömmlicher Wasserkraftmaschinen abträglicher Tatbestand ist, dass bei den zugedachten Einsatzbedingungen ein nur geringes (staudruckbedingtes) Druckgefälle zur Nutzung in der Wasserkraftmaschine zur Verfügung steht. Auch liegt keine nutzbare Fallhöhe für das wichtige, für die meisten Turbinen obligatorische Saugrohr zur Bewirkung einer sicheren Abführung des Arbeitsmediums aus dem aktiven Arbeitsbereich vor. Dies ist besonders bei vorliegender modifizierter Turbinengattung, der Durchströmturbine nach Art der bekannten Ossbergerturbine mit doppelt durchströmtem Laufrad besonders relevant, da sie sonst zur Wasserwirbelbremse mutiert. Zumal unter den genannten Einsatzbedingungen der Energiegewinn weitgehend nur aus der Strömungsenergie bei zudem noch geringer Fließgeschwindigkeit gezogen wird, sind dafür keine oder nur in sehr eingeschränktem Maße herkömmliche Wasserkraftmaschinen geeignet und einsetzbar.One for one such use of conventional hydroelectric engines deleteriously The fact is that under the intended conditions of use a only low (pressure-related) pressure gradient for use in the hydropower plant is available. There is also no usable drop height for the important, for the Most turbines mandatory intake manifold to effect a safe Discharge of the Working medium from the active work area. This is special in the case of the present modified type of turbine, the throughflow turbine in the manner of the known Ossberg turbine with double-flow impeller particularly relevant, otherwise it mutates to the water vortex brake. Especially under the conditions of use of the energy gain largely only from the flow energy at a still low flow rate is drawn, are for it no or only very limited Dimensions conventional Hydropower machines suitable and usable.

Die primäre Zielsetzung für den Erfindungsgegenstand besteht daher in der Schaffung einer Wasserturbinenkonzeption, die für den Einsatz in fließenden Gewässern ohne geodätische Fallhöhe für ein Saugrohr geeignet ist.The primary Objective for The subject of the invention is therefore the creation of a water turbine concept, the for the use in flowing waters without geodesic fall height for a Suction tube is suitable.

Die Lösungen der genannten Zielsetzungen bestehen im wesentlichen darin, dass die bekannte und bewährte Ossberger-Turbine (mit Ausführungsmerkmalen gemäß DE 3327457 und den darin in Bezug genommenen Patentschriften) die für niedrige Differenzdrücke und Fallhöhen besonders geeignet ist, erfindungsgemäß modifiziert wird. Diese Modifikation besteht im wesentlichen darin, dass sie zur Erfüllung ihrer Funktion ohne Saugrohr-Fallhöhe bei den ihr zugedachten Einsatzfeldern a), b) und c) mit in den Ausführungsbeispielen und Ansprüchen näher beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltung und Ergänzungen versehen ist, in einer Weise, dass die sie umgebende Strömung einen Injektoreffekt auf den Turbinenausgang und somit einen Sog ausübt, der eine verlustfreie – oder zumindest -arme – partielle radiale Laufraddurchströmung ermöglicht, wobei des weiteren für Einsatzfall

  • d) das Turbinengehäuse mit einer Ummantelung mit Auftrieb bildende Hohlräume ausgestattet ist;
  • e) das Turbinengehäuse und seine Ummantelung außen leitflächenhafte Konturen aufweist, die anstellwinkelabhängig zur äußeren freien Strömung, für Schwingungs-Dämpfungsprozesse nutzbar, variierbare Auftriebs- oder Senkkräfte bewirken.
The solutions of the stated objectives consist essentially in that the well-known and proven Ossberger turbine (with execution features according to DE 3327457 and the patents referred to therein) which is particularly suitable for low differential pressures and drop heights, is modified according to the invention. This modification consists essentially in the fact that it is provided to fulfill its function without Saugrohr-fall height in their intended use fields a), b) and c) with the embodiments and claims described in more detail embodiment and supplements in a manner that the surrounding flow exerts an injector effect on the turbine outlet and thus a suction which allows for a lossless - or at least low - partial radial impeller flow, the further case of application
  • d) the turbine housing is provided with a jacket with buoyancy-forming cavities;
  • e) the turbine housing and its outer casing has conductive surface contours, the angle of attack depending on the outer free flow, usable for vibration damping processes, cause variable buoyancy or lowering forces.

Details der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen gehen aus den Ansprüchen und Beschreibungen der Ausführungsbeispiele hervor.details the embodiments of the invention go out of the claims and descriptions of the embodiments out.

Die damit erzielbaren Funktionen und Vorteile ergeben sich aus der erfindungsgemäßen Erfüllung der Zielsetzungen. Details über Funktionen der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen mit ihren bewirkten Vorteilen gehen ebenfalls aus den Ansprüchen und den Beschreibungen der Ausführungsbeispiele hervor.The achievable functions and advantages resulting from the inventive fulfillment of Objectives. Details about Functions of the embodiments according to the invention with their brought benefits also go from the claims and the descriptions of the embodiments out.

Der Anmeldungsgegenstand wird nachstehend unter Verweis auf Zeichnungen erläutert.Of the The subject of the application is described below with reference to drawings explained.

1 zeigt eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäß modifizierten Durchströmturbine (nach Art der Ossbergerturbine) mit weitgehend horizontalem Durchfluss,
mit Ausgestaltungen und Einrichtungen zur Nutzung der Energie der äußeren Strömung zur Bewirkung eines Soges auf ein horizontal angeordnetes Saugrohr,
mit leitflächenhafter Ausbildung der Gehäuseoberflächen und mit Gehäusehohlräumen zur Bewirkung eines Auftriebes.
1 shows a schematic representation of a modified according to the invention Durchströmturbine (on the type of Ossberg turbine) with largely horizontal flow,
with features and means for utilizing the energy of the outer flow to cause a suction on a horizontally disposed suction tube,
with leitflächenhafter design of the housing surfaces and with housing cavities to effect buoyancy.

2 beinhaltet eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Durchströmturbine mit horizontalem Zu- und Abfluss, wobei die weitgehend horizontal angeströmte Laufradkammer in einen kurzen vertikalen Fallschacht übergeht, den von der Zuströmseite herkommende Strömungskanäle durchlaufen mit einer derartigen Ausbildung, dass sie einen Injektoreffekt bewirken und das Turbinenabwasser über ein horizontal angeordnetes, als Diffusor wirkendes Saugrohr wieder der offenen Strömung zuführen. 2 includes a schematic sectional view of a flow turbine according to the invention with horizontal inflow and outflow, wherein the largely horizontally impinged impeller chamber merges into a short vertical chute, the flow coming from the inflow side flow channels with such a design that they cause an injector and the turbine wastewater over a horizontal arranged, acting as a diffuser suction pipe back to the open flow.

3 zeigt eine Draufsicht-Schnittdarstellungen von 3,
in der Schnittebene A-B mit einem in das Schaufelrad integrierten Generator,
in Schnittebene C-D den Fallschacht mit den ihn durchziehenden, als Injektor ausgebildeten Kanalgebilden.
3 shows a plan view sectional views of 3 .
in the sectional plane AB with a generator integrated into the impeller,
in section plane CD the chute with him passing, designed as an injector channel formations.

Beschreibung zu den Darstellungendescription to the representations

Zu 1 To 1

Das auf der Turbinenwelle 1 sitzende Laufrad 2 mit einer für diese Turbinengattung bekannten Beschaufelung 3 wird von dem über den Einlauftrichter 4 fokussierten Fließwasser radial beaufschlagt. Die durch den weitgehend horizontal in Strömungsrichtung angeordneten Einlauftrichter 4 bedingte radiale Zuströmung wird durch die gekrümmten Einlauftrichterrandpartien 4d und 4e und mittels eines Umlenk- und Leitstückes 5 zur (leicht-) tangentialen Einströmung in das Laufrad umgelenkt. Die anschließende, dicht am Laufradumfang verlaufende untere Radkammerumwandung 6a geht in einen erweiterten Freiraum 6c und dann in das anschließende Saugrohr 8 über. Auf der oberen Seite schließt sich kurz nach dem Einlaufkrümmer 4d ein Luftdom 7 an, der ebenfalls in das Saugrohr 8 übergeht.That on the turbine shaft 1 seated impeller 2 with a blading known for this type of turbine 3 is from the above the inlet funnel 4 Focused flow water applied radially. The inlet funnel, which is arranged largely horizontally in the flow direction 4 conditional radial inflow is through the curved inlet funnel edge portions 4d and 4e and by means of a deflecting and guide piece 5 for (slightly) tangential inflow deflected into the impeller. The subsequent, running close to the impeller circumference lower Radkammerumwandung 6a goes into an extended free space 6c and then into the subsequent intake manifold 8th above. On the upper side closes shortly after the inlet manifold 4d an air dome 7 on, who also in the intake manifold 8th passes.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Ausführungsweisen von Durchströmturbinen, wo eine Fallhöhe für ein Saugrohr zur Verfügung steht und genutzt werden kann, so, dass ein Abfließen des Wassers sichergestellt ist, womit Planschverluste in den nicht aktiven Laufradpartien vermieden werden, wird hier mangels Fallhöhe erfindungsgemäß Strömungsenergie aus außen das Turbinengehäuse umstreichende, vom Einlauftrichter 4 nicht erfasste Strömungen zur Ausbildung eines intensiven Soges im Saugrohr genutzt.In contrast to conventional embodiments of Durchströmturbinen, where a drop height for a suction pipe is available and can be used so that a drainage of the water is ensured, which churning losses are avoided in the non-active impeller parts, here according to the invention for lack of drop height flow energy from the outside the turbine housing umstreichende, from the inlet funnel 4 unrecognized flows used to form an intense suction in the intake manifold.

Zunächst sei zur Verdeutlichung einer weiteren einsatzweisebedingten Schwierigkeit vorausgesetzt, dass das Saugrohr 8 seine Aufgabe erfüllt. Bei einer geschlossenen Laufradkammer wird sie bei vollem Zufluss zwangsläufig mit Wasser gefüllt. Zur Vermeidung einer leistungsschädlichen Überflutung ist daher die inaktive Partie des Laufrades durch den Luftdom 7 erfasst und überdeckt. Da ein darin ausgebildetes Luftpolster – z. B. von der Inbetriebnahme her – wegen der Sogwirkung des Saugrohres und der Vermischungsneigung nicht erhalten bleibt, ist eine stetige Belüftungsmöglichkeit für diesen Raum 7 erforderlich.First, it is assumed to illustrate a further difficulty due to the operation that the intake manifold 8th fulfilled his task. In a closed impeller chamber, it is inevitably filled with water at full inflow. To avoid a performance-damaging flooding is therefore the inactive part of the impeller through the air dome 7 recorded and covered. Since a trained therein air cushion -. B. from startup ago - because of the suction effect of the suction pipe and the mixing tendency is not maintained, is a continuous ventilation option for this room 7 required.

Vergleichsweise ist bei herkömmlichen Durchströmturbinen mit weitgehend senkrechtem Saugrohr bei gleichbleibender Saughöhe ein auf einen definierten Unterdruck, der einer vorbestimmten Wassersäulenhöhe im Saugrohr entspricht, eingestelltes Belüftungsventil angeordnet. Bei der vorliegenden Einsatzweise ohne Fallhöhe mit den noch näher beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen zur Bewirkung einer Saugwirkung hängt die Saugintensität von den unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten des Fließwassers ab, die auf See auch noch vom Oberflächenwellengang beeinflusst wird. Außerdem sind strikte Vorkehrungen zu treffen, dass nicht Luft in das als Diffuser wirkende Saugrohr 8 gelangt, wodurch wegen ihrer Expansionsfähigkeit die unterdruckbildenden physikalischen Voraussetzungen für eine Diffusorwirkung gestört würden.By comparison, in conventional flow-through turbines with a substantially vertical suction pipe with a constant suction height, a ventilation valve is provided which is set to a defined negative pressure which corresponds to a predetermined water column height in the suction pipe. In the present application without drop height with the embodiments according to the invention described in more detail for effecting a suction, the suction intensity depends on the different flow velocities of the running water, which is also influenced by the surface wave at sea. In addition, strict precautions must be taken that not air in the diffuser acting as a diffuser 8th passes, which would be disturbed because of their ability to expand the negative pressure physical conditions for a diffuser effect.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist daher ein wasserspiegelabhängiges, mit der freien Atmosphäre über Leitung 9 verbundenes Belüftungsventil 10 mit an einem über der Saugrohreingans-Oberkante (8a) liegenden Niveau angeordnet. Der Linienverlauf 10a entspricht etwa der Oberflächenkontur des das Laufrad durchströmenden Wassers in Fortsetzung einer vom Umfangsdrall verursachten Anschwellung 10b. Bei den durch mehrere Einflussgrößen möglichen Unterdruckschwankungen im Saugrohr kann bei abnehmender Saugintensität oder bzw. und spontan gesteigerter Wasserzufuhr der Wasserstand im Bereich der nicht aktiven Laufradpartie zunehmen, was leistungsschädliche Verwirbelungen zur Folge hat. Um diesem Effekt zu begegnen, zumindest einzuschränken, ist zur Vermeidung einer diesenfalls schädlich sich auswirkenden Entlüftung des Luftdomes 7 das Ventil 10 auch für ansteigende Wasserstandspegel mit einer Schließfunktion versehen.In the present embodiment, therefore, a water level-dependent, with the free atmosphere via line 9 connected ventilation valve 10 with at one over the Saugrohreingans upper edge ( 8a ) lying level. The course of the line 10a approximately corresponds to the surface contour of the water flowing through the impeller in continuation of a swelling caused by the circumferential twist 10b , In the case of the vacuum fluctuations in the intake manifold, which are possible by means of a plurality of influencing variables, the water level in the region of the non-active impeller part may increase as the suction intensity or or spontaneously increased water supply increases, which results in turbulences which are detrimental to performance. In order to counteract this effect, at least to limit it, in order to avoid a venting of the air dome which is harmful in this case, it is harmful 7 the valve 10 Also provided for increasing water level with a closing function.

Ventil 9 besteht beispielsweise aus folgenden Komponenten:
einem vertikal im Turbinengehäuse angeordneten Ventilschacht 11; mit einem darin beweglichen Schwimmer 12; einem damit verbundenen Ventilkörper 13 mit gegensinnig angeordneten Ventilkegeln 12a und 12b; zwei den Ventilkegeln zugeordnete Ventilsitze 14a und 14b; einem aus dem Ventilkörper hervorgehenden, in einen Dämpfungszylinder 17 ragenden Dämpfungskolben 16. Der obere Ventilraum steht über Kanal 14 und einer weiterführenden Schlauchverbindung mit der freien Atmosphäre in Verbindung. Zweckmäßigerweise ist dieser Luftschlauch mit einem ohnehin obligatorischen Strom-Verbindungskabel gebündelt und endet über dem Wasserspiegel auf einer Sammel- oder Umrichterstation, oder, je nach Einsatzfall, auf einer Windenergieanlage-Plattform.
Valve 9 For example, it consists of the following components:
a valve shaft arranged vertically in the turbine housing 11 ; with a floating float inside 12 ; an associated valve body 13 with oppositely arranged valve cones 12a and 12b ; two valve seats associated with the valve cones 14a and 14b ; a resulting from the valve body, in a damping cylinder 17 projecting damping piston 16 , The upper valve chamber is above the duct 14 and a continuing hose connection with the free atmosphere. Conveniently, this air hose is bundled with an already obligatory power connection cable and ends above the water level on a collection or inverter station, or, depending on the application, on a wind turbine platform.

Zur Erfüllung der Zielsetzungen, die Bewirkung eines „Saugrohreffektes ohne Fallhöhe", sowie die Modifikation einer Wasserkraftmaschine zum tragfähigen Schwimmkörper mit steuerbar veränderlichen Tragfähigkeiten, weist das Gehäuse der erfindungsgemäßen Durchlaufturbine folgende Oberflächengestaltungen und Zusatzeinrichtungen aufTo fulfill the objectives, the effect of a "suction tube effect without drop height", as well as the modification of a water engine to the portable floating body with controllable variable capacities, the housing of the continuous turbine according to the invention has the following Oberflä equipment and ancillary equipment

Die Innenwandungen 4a, 7a, 8a und 4b, 6b, 8b der Turbine bilden mit einer vom Anfang 4c bis zum Ende 8d sich erstreckenden stromlinieförmigen äußeren Verkleidung 20 und 21 die Außenkonturen des Turbinengehäuses. Die Zwischenräume 22 und 23 stellen die Auftrieb bewirkenden Volumina. Den Aussenwandungen 22 und 23 sind, vorzugsweise ab Einlauftrichterende, Wandungen 23 und 24 zugeordnet, in einer Weise derart, dass sie an ihren, der Strömung zugerichteten Anfängen 24a, 24b Fließwasser erfassen und die Zwischenräume, die Kanäle 26, 27 die geometrische Formgebung einer Düse mit geschwindigkeitsbeschleunigender Wirkung auf das eingeströmte Wasser aufweisen, wobei die engsten Stellen der Kanäle 25a, 25b sich im Bereich des Saugrohrendes 8d befinden. Die Querschnitte und ihre Verläufe der als Düse wirkenden Kanäle 26, 27, des als Diffusor wirkenden Saugrohres 8, der wirksame Durchflussquerschnitt des Laufrades 2/3 und des Einlauftrichters 4 sind aufeinander so abgestimmt, dass das aus den Kanälen 26, 27 ausströmende Medium auf das aus dem Saugrohr 8 ausströmende Medium eine Injektorwirkung ausübt. Damit keine Strömungstrennung zwischen den Wasserschichten aus den Kanälen 25, 25 und dem Saugrohr 8 verbleibt, – zumal bei der rechteckigen Querschnittsform der Durchlaufturbine und ihrer bevorzugten Mehrfach-Nebeneinanderanordung die Seitenpartien diesbezüglich benachteiligt sind – ist im Ausströmbereich aus dem Saugrohr eine drallgebende Leiteinrichtung 28 angeordnet.The inner walls 4a . 7a . 8a and 4b . 6b . 8b Turbine make with one from the beginning 4c until the end 8d extending stromlinieförmigen outer panel 20 and 21 the outer contours of the turbine housing. The gaps 22 and 23 provide the buoyant volumes. The outer walls 22 and 23 are, preferably from the inlet funnel end, walls 23 and 24 associated in a manner such that they begin at their, the flow-oriented beginnings 24a . 24b Flow water capture and the interstices, the channels 26 . 27 have the geometric shape of a nozzle with speed-accelerating effect on the infiltrated water, the narrowest points of the channels 25a . 25b in the area of the suction tube end 8d are located. The cross sections and their courses of the channels acting as nozzle 26 . 27 , the suction pipe acting as a diffuser 8th , the effective flow area of the impeller 2 / 3 and the inlet funnel 4 are tuned to each other, that from the channels 26 . 27 outflowing medium on the from the suction pipe 8th outflowing medium exerts an injector effect. So no flow separation between the water layers from the channels 25 . 25 and the suction tube 8th remains - especially as in the rectangular cross-sectional shape of the continuous turbine and their preferred multiple juxtaposition the side parts are disadvantaged in this regard - is in the outflow from the suction tube a swirling guide 28 arranged.

Zur Intensivierung der Saugwirkung des Saugrohres 8 und zur impulsfreien geschwindigkeitsmäßigen Anpassung des Flüssigkeitsgemisches aus den Kanälen 25, 26 und dem Saugrohr 8 sind die Wandungen 24, 25 in der nachfolgenden Erstreckung 24b-24c und 25b-25c so weitergeführt, dass der Innenraum 29 eine Diffusorfunktion ausübt. Die Innenwandung 24, 25 ist wiederum mit einer stromlinienförmigen Außenwandung 30, 31 versehen, wobei beide wiederum Auftrieb bildende Hohlräume 32, 33 schaffen. Bei günstigen Konstellationen der Innen- und Außen-Wandverläufe und der Strömungsgeschwindigkeitsunterschiede zwischen der inneren Durchströmung und äußeren Randströmung kann am Diffusorende 24c, 25c abermals eine Injektorwirkung auf das aus dem zweiten Diffusor 29 ausströmende Medium ermöglicht werden. Damit kann über eine erhöhte Sogwirkung im Saugrohr 8 die Effizienz der Turbine nochmals günstig beeinflusst werden.To intensify the suction effect of the suction pipe 8th and for pulse-free speed adjustment of the liquid mixture from the channels 25 . 26 and the suction tube 8th are the walls 24 . 25 in the following extension 24b - 24c and 25b - 25c so continued, that the interior 29 exerts a diffuser function. The inner wall 24 . 25 is again with a streamlined outer wall 30 . 31 provided, both in turn buoyancy forming cavities 32 . 33 create. In favorable constellations of the inner and outer wall courses and the flow rate differences between the inner flow and outer edge flow can at the diffuser end 24c . 25c again an injector on the second diffuser 29 outflowing medium are allowed. This can be an increased suction in the intake manifold 8th the efficiency of the turbine are again favorably influenced.

Die leitwerkhafte äußere Ausbildung des Turbinengehäuses ermöglicht durch Schrägstellung die Bewirkung der angestrebten, für Stabilitätsregelungen von schwimmenden Kraftmaschinenträgern nützlichen vertikalen Kraftaktionen. Diese basieren wegen der niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten auf den Krafteinwirkungen, die sich „durch Strahlablenkung an einer Platte" ergeben.The guiding outer education of the turbine housing allows by tilting the Effecting the desired, for stability control vertical force actions useful by floating engine mounts. These are based on the low flow rates the forces acting "by beam deflection a plate ".

Für den Einsatz der erfindungsgemäßen Wasserkraftmaschine zur Nutzung der Meeresströmung werden vorteilhafterweise mehrere solcher erfindungsgemäßen Durchströmturbinen nebeneinander zu einer Baueinheit vereinigt. Hierbei ist es des weiteren vorteilhaft, die Laufräder 2 auf einer durchgehenden Welle anzuordnen, an der an einer Stirnseite ein Generator sitzt.For the use of the hydrodynamic machine according to the invention for utilizing the ocean current, a plurality of such throughflow turbines according to the invention are advantageously combined next to one another to form a structural unit. It is also advantageous, the wheels 2 to arrange on a continuous shaft on which a generator sits on one end face.

Für solche Einsatzfälle, bei denen die Turbine in ganzen Formationen angeordnet und „unter Wasser" positioniert ist, ist ihr mindestens ein über Verstrebungen mit ihr verbundener auf dem Wasserspiegel schwimmender Schwimmkörper zugeordnet. Dieser weist vorzugsweise eine strömungsgerechte, widerstandsarme Formgebung und -Zuordnung auf. Die Auftriebsvermögen beider Schwimmkörper sind so aufeinander abgestimmt, dass nur ein kleiner Anteil des erforderlichen Tragvermögens beider vom Oberwasserschwimmkörper gestellt wird. Dadurch kann dieser volumenmäßig klein gehalten werden, wodurch der Oberflächenwellengang des Meeres sich auf die Schwimm-Stabilität bzw. -Ruhe der „schwimmenden Turbine" nicht so störend auswirkt. Ferner erfordert und bietet er dadurch keine großen durch Meeresrauheiten gefährdete Angriffsflächen, was auch einer ruhigeren horizontalen Positionierung – was besonders bei Verbänden mehrerer schwimmender Wasserkraftmaschinen aktuell ist – dienlich ist.For such Applications, where the turbine is arranged in whole formations and positioned "under water", is her at least one about bracing associated with her floating on the water level floating float assigned. This preferably has a flow-friendly, low-resistance Shaping and allocation. The buoyancy of both floats are like this coordinated, that only a small proportion of the required buoyancy both from the upper water swimming body is provided. As a result, this volume can be kept small, thereby the surface wave of the sea to the floating stability or calm of the "floating Turbine "not like that disturbing effect. Furthermore, he does not require and does not offer much through this Sea roughness endangered Attack surfaces, what even a quieter horizontal positioning - which is special in associations several floating hydropower machines is up to date.

Zu 2 und 3.To 2 and 3 ,

Das auf seiner Welle 41 sitzende Schaufelrad 42 mit seinen Laufschaufeln 42a und den radialen Durchströmkanälen 42b ist im Turbinengehäuse 43 drehbar gelagert. Das Gehäuse 43 bildet mit seinen Innenkonturen 43a und 43b den Einlauftrichter 44, mit seiner Innenkontur 43c die Laufradkammer 45 und mit der weiteren Innenpartie einen Fallschacht 46 für das aus dem Schaufelrad ausströmende Wasser. Am Einlauftrichterende ist eine Leitschaufel 47 angeordnet, die den fokussierten Zustrom des Wassers in zwei das Schaufelrad 42 weitgehend tangential anströmende Kanäle 44b und 44c teilt.That on his shaft 41 sitting paddle wheel 42 with his blades 42a and the radial flow channels 42b is in the turbine housing 43 rotatably mounted. The housing 43 forms with its inner contours 43 and 43b the inlet funnel 44 , with its inner contour 43c the impeller chamber 45 and with the other inner part of a chute 46 for the water flowing out of the paddle wheel. At the inlet funnel end is a vane 47 arranged the focused inflow of water into two the paddle wheel 42 largely tangential inflowing channels 44b and 44c Splits.

Im Fallschacht 46 befinden sich unten einen Injektoreffekt bewirkende ineinander übergehende Kanalsysteme:
Ein von der Anströmseite ausgehender rechteckförmiger oberer Kanal 48 als Einlauftrichter fungierend, geht mit einem – funktionell eine Düse bildenden – reduzierenden Querschnittsverlauf in die Engstelle 49 über. Ein in Fortsetzung dazu konzentrisch zugeordneter, die Funktion eines Diffusors ausübender Kanal mit seinem Anfangsquerschnitt 50 und seinem Endquerschnitt 51 übernimmt die Strömung aus dem vorderen Kanal 48/49). Ihre Übergangspartien sind so ausgebildet und im Fallschacht positioniert und die Kanalverläufe von Einlauftrichter 48/49 und Saugrohr 50/51 so aufeinander abgestimmt, dass durch eine Injektorwirkung am Übergangsbereich 49-50 im Fallschacht befindliches Wasser in den als Saugrohr wirkenden Diffusor 50/51 eingesogen und über das Diffusorende 51 der freien Meeresströmung wieder zugeführt wird. Mit einer zweckentsprechenden Abstimmung einer unterhalb der Meeresströmung liegenden Austrittsgeschwindigkeit kann der Sogeffekt noch gesteigert werden.
In the chute 46 Below are an injector effect effecting merging channel systems:
An outgoing from the upstream side rectangular upper channel 48 acting as inlet funnel, goes with a - functionally forming a nozzle - reducing cross-sectional profile in the bottleneck 49 above. A continuation concentrically assigned to the function of a diffuser performing channel with its initial cross-section 50 and his end cross-section 51 takes over the flow from the front channel 48 / 49 ). Your transitional parts are designed and positioned in the chute and the channel courses of inlet funnel 48 / 49 and suction pipe 50 / 51 matched so that by an injector effect at the transition area 49 - 50 Water in the chute in the diffuser acting as a suction tube 50 / 51 sucked in and over the diffuser end 51 the free ocean current is supplied again. With an appropriate vote of a lying below the ocean current exit velocity of Sogeffekt can be increased.

Damit sich die Injektorwirkung sicher ausbildet (zwischen unterschiedlich schnellen Strömungen kein Grenzschichtabriss erfolgt), werden zur Begrenzung der Querschnitte und sicheren Vermischung diese Kanalgebilde in mehrfacher Anordnung auszuführen vorgeschlagen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind diese in zwei Ebenen angeordnet, parallel zu den oberen Kanälen 48/49, 50/51 die unteren Kanäle 52/53, 54/55.In order for the injector effect to be formed reliably (no boundary layer separation takes place between differently fast flows), these channel structures are proposed to be designed in multiple arrangements in order to limit the cross sections and secure mixing. In the present embodiment, these are arranged in two planes, parallel to the upper channels 48 / 49 . 50 / 51 the lower channels 52 / 53 . 54 / 55 ,

Zwecks einer strömungsgünstigen allseitigen Zugänglichkeit des Wassers aus dem Fallschacht zu den Einströmkanälen 57 bis 59, vor allem zu den unteren 58, 59, sind diese Kanäle taillienhaft ausgeführt, so, dass ein reichlich breiter vertikaler Zuflussbereich für das abzuführende „ausgenutzte" Wasser verbleibt.For the purpose of a streamlined all-round accessibility of the water from the chute to the inflow channels 57 to 59 especially to the lower ones 58 . 59 , these channels are designed waisted, so that a fairly wide vertical inflow area for the discharged "exploited" water remains.

Der zur Stromgewinnung anzutreibende Generator ist im Inneren des Schaufelrades 42 mit einem vorgeschalteten, ins Schnelle übersetzenden Planetengetriebe untergebracht. Hierfür ist im Bereich seiner Längserstreckung in Abänderung des bei Durchlaufturbinen radial offenen Schaufelrades innen mit einer Trommelwandung 60 versehen. In diesem Bereich wird die Turbine eine Verdrängermaschine, in dem zweckmäßigerweise die Laufschaufeln 61 becherförmiger und steiler ausgebildet und angeordnet sind. Laufradwelle 41 ist aus dieser gekürzt in einer Wandung eines gehäusefesten Getriebe- und Generatorflansches 62 gelagert, der das Gehäuse eines Getriebes und des elektrischen Generators bildet. Das auf der Generatorwelle 65 sitzende innere Planetenrad 66 wird von den auf dem laufradfesten Steg 69 gelagerten Planetenrädern 67 angetrieben, die des weiteren mit einem gehäusefesten äußeren innenverzahnten Planetenrad 68 in Einriff stehen.The generator to be powered to generate electricity is inside the paddle wheel 42 housed with an upstream, fast translating planetary gear. For this purpose, in the region of its longitudinal extension, in a modification of the impeller wheel which is radially open in continuous turbines, there is a drum wall on the inside 60 Mistake. In this area, the turbine is a positive displacement machine, in which expediently the blades 61 cup-shaped and steeper are formed and arranged. impeller shaft 41 is shortened from this in a wall of a housing-fixed gear and generator flange 62 stored, which forms the housing of a transmission and the electric generator. That on the generator shaft 65 sitting inner planet wheel 66 is from the on the impeller-fixed bridge 69 stored planet gears 67 driven, which further with a housing-fixed outer internally toothed planetary gear 68 to interfere.

Eine Beibehaltung des Schaufelrades als Durchströmturbine über seine gesamte Länge kann erreicht werden, wenn der Generatoraußendurchmesser wesentlich kleiner ist als der Schaufelradinnendurchmesser. Dies ist in Anbetracht der großvolumigen Durchsätze und daher relativ großen Gestaltung des Schaufelrades bei dem relativ kleinen Energieinhalt der freien Strömung durch eine rohrmotorähnliche Ausführung des Generators sicherlich leicht möglich.A Maintaining the impeller as Durchströmturbine over its entire length can be achieved when the generator outside diameter is much smaller than the paddle wheel inner diameter. This is in view of the large volume throughputs and therefore relatively large Design of the paddle wheel with the relatively small energy content the free flow through a tubular motor-like execution of the generator certainly easily possible.

Außerhalb der äußeren Generatorlagerbasis 70 trägt die durchgehende Generatorwelle eine Kupplung 71 zum Anflanschen weiterer solcher Durchström-Turbinen ohne Generator auf. Der Einsatz zusammengekoppelter Turbinen verspricht kostenmäßig Vorteile, auch dürfte es wegen der vorstehend schon erwähnten strömungstechnischen Aspekte bezüglich der Injektorwirkung günstig sein, keine allzu großen Turbinen dieser Art zu konzipieren..Outside the outer generator base 70 the continuous generator shaft carries a clutch 71 for flanging further such flow-through turbines without a generator. The use of coupled turbines promises advantages in terms of cost, and it is also likely to be favorable because of the above-mentioned fluidic aspects with regard to the injector effect, not to design very large turbines of this type.

Bei der Zuammenfassung mehrerer Turbinen zu einer Baueinheit besteht eine vorteilhafte Ausgestaltungs-Kupplungsvariante darin, dass die Generatorwelle 65 eines nur einmal angeordneten Generators als Hohlwelle ausgebildet ist, durch die eine mit den Laufrädern benachbarter Turbinen verbundene Welle geführt ist, die wiederum mit der eigenen Laufradwelle 41 drehfest verbunden ist. Dadurch bleibt nicht nur die mehrfache Anordnung von Generatoren, sondern auch die der Getriebe erspart. Auf der generatorlosen Seite können die Laufradwellen benachbarter Turbinen natürlich direkt gekoppelt sein.When combining multiple turbines into a structural unit, an advantageous design coupling variant is that the generator shaft 65 a generator arranged only once is designed as a hollow shaft through which a shaft connected to the wheels of adjacent turbines shaft is guided, in turn, with its own impeller shaft 41 rotatably connected. This saves not only the multiple arrangement of generators, but also the transmission. Of course, on the generatorless side, the impeller shafts of adjacent turbines can be directly coupled.

Zu einem sicheren Schutz gegen das Eindringen von Wasser und als Unterstützung für die Abdichtungsmaßnahmen erscheint es vorteilhaft, den Generatorinnenraum mit einer Pressluftversorgung geringen Druckniveaus zu versehen, als Gegenpart gegen den von außen einwirkenden Wasserdruck. Auch hier kann eine Schlauchleitungsbündelung mit dem Stromkabel wie in der Anmeldeschrift zu DE 10 205 040 804.4 vorgeschlagen wird, vorteilhaft sein.For a secure protection against the ingress of water and as a support for the sealing measures, it seems advantageous to provide the generator interior with a compressed air supply low pressure levels, as a counterpart against the externally acting water pressure. Again, a hose line bundling with the power cable as in the application to DE 10 205 040 804.4 is proposed to be advantageous.

Die zu Erfüllung der essentiellen, bekannten, unter 1 näher beschriebenen Bedingung bei Durchströmturbinen, die Wasserfreiheit nicht aktiver Laufradpartien, wird auch in vorliegendem Ausführungsbeispiel durch ein doppelt wirkendes Be- und Entlüftungsventil 72 erfüllt, das mit der freien Atmosphäre über ein Zirkulationsrohr 73 in Verbindung steht. Seine Elemente und Funktionsweisen entsprechen im wesentlichen dem zu Pos 9 unter 1 Vermerkten. Zweckmäßigerweise ist bei Unterwassereinsatz die Verbindungsleitung zur freien Atmosphäre auch wieder mit der obligaten Stromleitung gepaart.To fulfill the essential, well-known, under 1 described condition with flow-through turbines, the freedom from water not active impeller parts, is also in the present embodiment by a double-acting air valve 72 fulfilled, with the free atmosphere via a circulation pipe 73 communicates. Its elements and functions correspond substantially to the pos 9 under 1 Noted. Conveniently, underwater use the connection line to the free atmosphere is also paired with the obligatory power line again.

Für den Einsatz der Turbine als tragende Komponente bei schwimmenden Offshore-Energieanlagen ist das Turbinengehäuse 43 mit mehreren Auftrieb bewirkenden Luftkammern 30a, b, c, d 70a-70d ausgestattet. Diese können auch bei einem ausgewogenen Verhältnis zum Gewicht der Turbine ihrer Handhabung beim Transport, Montage und Reparatur erleichternFor the use of the turbine as a supporting component in floating offshore power plants is the turbine housing 43 with several buoyancy causing air chambers 30a , b, c, d 70a - 70d fitted. These, even with a balanced ratio to the weight of the turbine, can facilitate their handling during transport, installation and repair

11

11
Turbinenwelleturbine shaft
22
LaufradWheel
33
Beschaufelungblading
44
Einlauftrichterfeed hopper
4d4d
EinlautkrümmerEinlautkrümmer
4d, 4e4d, 4e
Randpartien in 4 Edge games in 4
55
Leitstückguide piece
66
Laufradkammerimpeller chamber
6a6a
Umwandung von 6 Conversion of 6
6c6c
Freiraum in 6 Free space in 6
77
Luftdom in 6 Air dome in 6
88th
Saugrohrsuction tube
8a8a
Oberkante in 8 Top edge in 8th
99
Belüftungsleitungvent line
1010
Belüftungsventilvent valve
10a10a
Wasseroberkante in 2 Water upper edge in 2
10b10b
Wasseroberkantewater top
außerhalb des Laufradesoutside of the impeller
1111
Ventilschachtvalve box
1212
Schwimmerswimmer
1313
Ventilkörpervalve body
1414
Ventilsitzvalve seat
1515
Verbindungsleitung zu 7 Connection line to 7
1616
Dämpfungskolbendamping piston
1717
Dämpfungszylinder- in 11 Damping cylinder in 11
20, 2120 21
äußere Gehäusewandungouter housing wall
22, 2322 23
Hohlraumcavity
24, 2524 25
Wandungwall
26, 2726 27
Kanalchannel
2828
Leiteinrichtungguide
2929
Diffusordiffuser
30, 3130 31
Außenwandungouter wall
32, 3332 33
Hohlraumcavity

2 und 3

41
Schaufelradwelle
42
Schaufelrad
42a
Laufschaufel
42b
Laufschaufeldurchströmkanal
43
Turbinengehäuse
43a, 43b, 43c, 43d
Wandungen von 43
43e, 43f, 43g, 43h
Hohlraum in 43
44
Einlauftrichter
44a,
Erfassungsfläche von 44
45
Laufradkammer
46
Fallschacht
47
Wasserstand in 46
48
Einlauftrichteranfang in mittlerer Ebene C-D
48a, 48b
Mehrfachanordnung von 48a auf Ebene C-D
49
Einlauftrichterende in mittlerer Ebene C-D
49a, 49b
Mehrfachanordnung von 49 auf Ebene C-D
50
Saugrohranfang in mittleren Ebene C-D
50a, 50b
Mehrfachanordnung von 50 in Ebene C-D
51
Saugrohrende in mittleren Ebene C-D
51a, 51b
Mehrfachanordnung von 51 in Ebene C-D
52
Saugrohranfang in unterer Ebene E-F
52a, 55b
Mehrfachanordnung von 52 in Ebene E-F
56-59
Injkektor-Zuströmkanäle aus 46
60
partielle Laufradtrommelwandung
61
Laufschaufelausführung zu 60
62
Gehäuseflansch (Gehäuse von 62-69)
63
Generator-Stator
64
Generator-Rotor
65
Generator-Welle
66
inneres Sonnenrad
67
Planetenrad
68
äußeres Sonnenrad
69
Steg
70
äußeres Generatorlager
71
Kupplung
72
Be- und Entlüftungsventil
73
Verbindungsleitung zur freien Atmosphäre
2 and 3
41
bucket wheel
42
paddle wheel
42a
blade
42b
Laufschaufeldurchströmkanal
43
turbine housing
43a, 43b, 43c, 43d
Walls of 43
43e, 43f, 43g, 43h
Cavity in 43
44
feed hopper
44a,
Detection area of 44
45
impeller chamber
46
chute
47
Water level in 46
48
Inlet funnel beginning in middle level CD
48a, 48b
Multiple arrangement of 48a on level CD
49
Inlet funnel end in middle level CD
49a, 49b
Multiple arrangement of 49 on level CD
50
Intake manifold beginning in middle level CD
50a, 50b
Multiple arrangement of 50 in level CD
51
Suction tube end in middle level CD
51a, 51b
Multiple arrangement of 51 in level CD
52
Intake manifold beginning in lower level EF
52a, 55b
Multiple arrangement of 52 in level EF
56-59
Injkektor inflow channels out 46
60
partial impeller drum wall
61
Blade design too 60
62
Housing flange (housing of 62 - 69 )
63
Generator stator
64
Generator rotor
65
Generator shaft
66
inner sun wheel
67
planet
68
outer sun gear
69
web
70
outer generator bearing
71
clutch
72
Ventilation valve
73
Connecting line to the free atmosphere

Claims (22)

Durchström-Wasserturbine für den Einsatz in freien Strömungen, bestehend aus einem partiell angeströmten Schaufelrad mit doppelter Durchströmung, einem anschließenden Saugohr, einer Radkammerausbildung derart und unter Einbeziehung eines Belüftungsventils so, dass die nicht aktiven Schaufelradpartien durch einen sich ausbildenden Luftdom weitgehend wasserfrei gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzuführstrecke als ein die freie Strömung erfassender Einlauf- und Fokussiertrichter (4) mit einer weitgehend horizontalen Strömungsachse ausgebildet ist, am Ende der Wasserzuführstrecke eine Teil- und Umlenkeinrichtung (5) angeordnet ist, wobei diese und die Gehäusewandungen (4d, 4e) so ausgebildet sind, dass sie das einströmende Wasser geteilt umlenken und nach unten gerichtet dem Schaufelrad (2/3) zuführen, sich der Schaufelradkammer (7) ein weitgehend horizontal verlaufendes Saugrohr (8) anschließt, die Radkammer (7) auf der Wasseraustrittseite einen nach oben sich erstreckenden Freiraum aufweist in dem ein Belüftungsventil (10) angeordnet ist, die äußeren Wandungen des Turbinengehäuses (20, 21) eine zur freien Strömung weitgehend strömungskonforme, tragflächenhafte Struktur aufweisen, um die hintere Partie des Turbinengehäuses (20, 21) eine Ummantelung (24, 25) angeordnet ist, die mit der Turbinenaußenwandung (20, 21) einen Kanal (26, 27) bildet, wobei dieser mit einer der freien Strömung zugerichteten weiten Distanz (26a, 27a) beginnt und sich bis zum Ende (8d) des Turbinensaugrohres (8) derart verjüngt, dass die Kanäle (26, 27) die Funktion einer die Durchströmgeschwindigkeit steigernden Düse aufweisen und deren Austrittspartie schräg auf die Mittelachse des Turbinensaugrohres (8) gerichtet ist, eine beidseitige Turbinenummantelung (26, 27) ab der Kanalengstelle (26b, 27b) und äußeren Turbinengehäusewandung (24b, 25b) sich so erweitert, dass es bis Strukturende (24c, 25c) für die zusammengeführten Ströme aus den Kanälen (26, 27) und dem Turbinensaugrohr (8) ein weiteres Saugrohr (29) bildet, die äußeren Wandungen (30, 31) der Ummantelung (26, 27) auf die äußere Umströmung bezogen eine tragflächenhafte Struktur aufweisen, Ummantelung und Turbinengehäuse Auftrieb bewirkende Hohlräume (22, 23, 32, 33) aufweisen.Through-flow water turbine for use in free currents, consisting of a partially impinged paddle wheel with double flow, a subsequent suction, a Radkammerausbildung such and including a vent valve so that the non-active Schaufelradpartien be kept largely free of water by a forming air dome, characterized in that the water supply path is designed as a free flow detecting inlet and focussing funnel ( 4 ) is formed with a substantially horizontal flow axis, at the end of Wasserzuführstrecke a partial and deflection device ( 5 ) is arranged, these and the housing walls ( 4d . 4e ) are formed so that they divert the inflowing water divided and directed down the paddle wheel ( 2 / 3 ), the Schaufelradkammer ( 7 ) a substantially horizontally extending suction tube ( 8th ), the wheel chamber ( 7 ) on the water outlet side one has upwardly extending free space in which a ventilation valve ( 10 ), the outer walls of the turbine housing ( 20 . 21 ) have a substantially free-flow flow-conforming, wing-like structure to the rear portion of the turbine housing ( 20 . 21 ) a sheath ( 24 . 25 ) arranged with the turbine outer wall ( 20 . 21 ) a channel ( 26 . 27 ), wherein this with a free flow dressed far distance ( 26a . 27a ) starts and gets to the end ( 8d ) of the turbine intake manifold ( 8th ) so that the channels ( 26 . 27 ) have the function of a flow rate increasing nozzle and whose outlet part obliquely to the central axis of the turbine suction ( 8th ), a double-sided turbine casing ( 26 . 27 ) from the channel gorge ( 26b . 27b ) and outer turbine housing wall ( 24b . 25b ) is extended to the end of the structure ( 24c . 25c ) for the merged streams from the channels ( 26 . 27 ) and the turbine intake manifold ( 8th ) another suction tube ( 29 ), the outer walls ( 30 . 31 ) of the sheath ( 26 . 27 ) have on the outer flow around a wing-like structure, casing and turbine housing buoyancy causing cavities ( 22 . 23 . 32 . 33 ) exhibit. Durchström-Wasserturbine für den Einsatz in freien Strömungen, bestehend aus einem partiell angeströmten Schaufelrad mit doppelter Durchströmung seiner Beschaufelung, einem anschließenden Saugrohr, mit einer Radkammerausbildung derart unter Einbeziehung eines Belüftungsventils so, dass die nicht aktiven Schaufelradpartien durch einen sich ausbildenden Luftdom weitgehend wasserfrei gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzuführstrecke als ein die freie Strömung erfassender Einlauf- und Fokussiertrichter (44) mit einer weitgehend horizontalen Strömungsachse ausgebildet ist, am Ende der Wasserzuführstrecke eine Leiteinrichtung (47) die Strömung in zwei Teilströme (44b, 44c) teilt, wovon der untere das Schaufelrad (42) weitgehend horizontal und der obere das Schaufelrad (42) weitgehend vertikal nach unten gerichtet anströmt, der Schaufelradkammer sich ein nach unten erstreckender Fallschacht (46) anschließt, im vertikalen Übergangsbereich zwischen Schaufelradkammer und Fallschacht ein Be- und Entlüftungsventil (72) angeordnet ist, im unteren Niveau des Fallschachtes ein weiterer, die freie Strömung erfassender Einlauftrichter (48) angeordnet ist, der mit einer weitgehend horizontalen, sich verengenden Strömungsführung die Funktion einer die Durchströmgeschwindigkeit beschleunigenden Düse aufweist, deren Ende (49) in den Fallschacht ragt, sich dem Düsenende (49) des ersten Kanals ein dazu im Querschnitt weiterer Kanal anschließt mit einem die Kanalwandungen (49) des ersten umschließenden größeren Anfangsquerschnitt (50), wobei dieser sich zur äußeren Strömungsrichtung parallel verlaufend bis zu seinem Ende (51) so erweitert, dass er einen Diffusor bildet, wobei die Querschnittsverläufe beider Kanäle (48-49), (50-51) und die Differenzquerschnittsflächen (56, 57) bei ihrer axialen Überschneidung so aufeinander abgestimmt sind, dass auf die von den Differenzflächen gebildeten Zuflusskanäle (56-59) ein Injektoreffekt und somit auf das Medium im Fallschacht ein Sog ausgeübt wird, diese Kanäle (48-49), (50-51) in mehreren Ebenen (A-B und C-D) vertikal übereinander angeordnet sind, diese Kanäle (48-49), (50-51) in den einzelnen horizontalen Ebenen (A-B), (C-D) mehrfach (48a-49a), (48b-49b) nebeneinander angeordnet sind, diese Kanäle in den horizontalen Ebenen taillienhaft strukturiert sind, ihre engste Breitenerstreckung im Bereich der Zuströmpartien (56, 57, 58, 59) im Fallschacht liegt, wobei diese engste Partie der Kanäle in der oberen Ebene (A-B) schmäler ausgeführt ist als die der unteren Ebene (C-D), die Außenwandungen (43a, 43c, 43f) der Turbine so ausgebildet sind, dass das die Turbine umströmende Wasser auf den Saugrohrausgang (51, 55) einen Sog ausübt, das Turbinengehäuse Auftrieb bewirkende Hohlräume (30a, 30b, 30c, 30d) beinhaltet.Through-flow water turbine for use in free currents, consisting of a partially impinged paddle wheel with double flow through its blading, a subsequent intake manifold, with a Radkammerausbildung so involving a vent valve so that the non-active Schaufelradpartien be kept largely free of water by a forming air dome , characterized in that the water supply path as a free flow detecting inlet and Fokussrichter funnel ( 44 ) is formed with a substantially horizontal flow axis, at the end of the Wasserzuführstrecke a guide ( 47 ) the flow into two partial streams ( 44b . 44c ), of which the lower the paddle wheel ( 42 ) substantially horizontally and the upper the paddle wheel ( 42 ) flows largely vertically downwards, the Schaufelradkammer a downwardly extending chute ( 46 ), in the vertical transition region between paddle wheel chamber and chute, a ventilation valve ( 72 ), in the lower level of the chute another, the free flow detecting inlet funnel ( 48 ) is arranged, which has the function of a flow rate accelerating nozzle with a largely horizontal, narrowing flow guide nozzle whose end ( 49 ) in the chute, to the nozzle end ( 49 ) of the first channel to a cross-section further channel connects with a the channel walls ( 49 ) of the first enclosing larger initial cross-section ( 50 ), which runs parallel to the outer flow direction until its end ( 51 ) so that it forms a diffuser, wherein the cross-sectional profiles of both channels ( 48 - 49 ) 50 - 51 ) and the differential cross-sectional areas ( 56 . 57 ) are matched to one another in their axial overlap so that on the inflow channels formed by the differential surfaces ( 56 - 59 ) an injector effect and thus a suction is exerted on the medium in the chute, these channels ( 48 - 49 ) 50 - 51 ) are arranged vertically above one another in several planes (AB and CD), these channels ( 48 - 49 ) 50 - 51 ) in the individual horizontal planes (AB), (CD) several times ( 48a - 49a ) 48b - 49b ) are arranged side by side, these channels are structured waisted in the horizontal planes, their narrowest width extension in the region of the inflow ( 56 . 57 . 58 . 59 ) is located in the chute, wherein this narrowest part of the channels in the upper level (AB) is made narrower than that of the lower level (CD), the outer walls ( 43 . 43c . 43f ) of the turbine are designed so that the water flowing around the turbine to the Saugrohrausgang ( 51 . 55 ) exerts a suction, the turbine housing buoyancy causing cavities ( 30a . 30b . 30c . 30d ) includes. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die freie Strömung erfassende Eintrittsfläche (4c, 44a) des Einlauftrichters (4, 44) mindestens das Dreifache der Turbinenzuflussfläche (4f + 4g, 44b + 44c) beträgt.Through-flow water turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the free flow sensing entrance surface ( 4c . 44a ) of the inlet funnel ( 4 . 44 ) at least three times the turbine inlet area ( 4f + 4g . 44b + 44c ) is. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Be- und Entlüftungsventil (10, 72) eine den Wasserstand (10, 47) in der Laufradkammer (7) oder im Fallschacht (46) erfassende Einrichtung (12) aufweist mit einen damit verbundenen Ventilkörper (13) mit wasserstandsabhängigen Schließfähigkeiten zum Verbinden der oberen Schaufelrad-Kammer-Partie (7, 47) mit einer Verbindungsleitung (11, 73) zur freien Atmosphäre.Through-flow water turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the ventilation valve ( 10 . 72 ) one the water level ( 10 . 47 ) in the impeller chamber ( 7 ) or in the chute ( 46 ) ( 12 ) has an associated valve body ( 13 ) with water-level-dependent closing capabilities for connecting the upper impeller chamber chamber ( 7 . 47 ) with a connecting line ( 11 . 73 ) to the free atmosphere. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass Be- und Entlüftungsventil mit seinem Ventilkörper (13) und Ventilsitz (14) zwei Schließstellungen aufweist, eine für einem vorbestimmten unteren, und eine für einem vorbestimmten oberen Wasserstand.Through-flow water turbine according to claim 1, 2 and 4, characterized in that the ventilation valve with its valve body ( 13 ) and valve seat ( 14 ) has two closed positions, one for a predetermined lower, and one for a predetermined upper water level. Durchströmturbine nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass seitlich seines Schaufelrades ein elektrischer Generator angeordnet ist.Crossflow according to claim 1 and 2, characterized in that the side of his Paddle wheel is arranged an electric generator. Durchströmturbine nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass im inneren seines Schaufelrades (42) ein von ihm angetriebener elektrischer Generator (64/64) angeordnet ist.Throughflow turbine according to claim 1 and 2, characterized in that in the interior of its paddle wheel ( 42 ) an electric generator driven by it ( 64 / 64 ) is arranged. Durchströmturbine nach Anspruch 1, 2 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass dem Generator ein ins Schnelle übersetzendes Getriebe vorgeschaltet ist, vorzugsweise ausgeführt als ein Planetengetriebe (66-69)Throughflow turbine according to claim 1, 2 and 7, characterized in that the generator is preceded by a fast translating gear, preferably designed as a planetary gear ( 66 - 69 ) Durchströmturbine nach Anspruch 1, 2 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Generator nach Art eines Rohrmotors schlank ausgeführt ist, einen gegenüber dem inneren Schaufelraddurchmesser (2, 42) wesentlich dünneren Außendurchmesser aufweist.Throughflow turbine according to claim 1, 2 and 7, characterized in that the generator is designed to be slim in the manner of a tubular motor, one with respect to the inner Schaufelraddurchmesser ( 2 . 42 ) has substantially thinner outer diameter. Durchströmturbine nach Anspruch 1, 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuse (62) des Generators (63/64) mit seinem vorgeschalteten Getriebe (66-69) in seiner radialen Erstreckung über eine Teillänge des Schaufelrades (42) weitgehend den ganzen Raum innerhalb des Schaufelrades (42) einnimmt, das Schaufelrad (42) in dieser Längsstrecke innerhalb seiner Beschaufelung eine trommelförmige Wandung (60) aufweist, wobei über dieser Wandung (60) die Schaufeln (61) eine einer Radialturbine gerechtwerdenden Schaufelform aufweisen. Throughflow turbine according to claim 1, 2 and 8, characterized in that housing ( 62 ) of the generator ( 63 / 64 ) with its upstream transmission ( 66 - 69 ) in its radial extent over a partial length of the impeller ( 42 ) largely the entire space within the paddle wheel ( 42 ), the paddle wheel ( 42 ) in this longitudinal section within its blading a drum-shaped wall ( 60 ), wherein over this wall ( 60 ) the blades ( 61 ) have a blade shape suitable for a radial turbine. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere dieser Durchströmturbinen zu einer Baugruppe zusammengefasst sind, wobei sie vorzugsweise in einer Ebene nebeneinander positioniert sind.The flow-through water turbine according to claim 1, 2 and any further preceding claims, characterized characterized in that a plurality of these Durchströmturbinen to an assembly are summarized, preferably in a plane next to each other are positioned. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2, und 11, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer Baugruppe zusammengefasste Durchström-Wasserturbinen eine durchgehende Schaufelradwelle (1, 41) und eine von ihr angetriebene Elektromaschine aufweisen.Through-flow water turbine according to claim 1, 2, and 11, characterized in that combined to form an assembly Durchström-Wasserurbinen a continuous Schaufelradwelle ( 1 . 41 ) and an electric machine driven by it. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Turbinenkonstruktion eine in horizontaler Ebene schwenkbare Befestigungseinrichtung aufweist.The flow-through water turbine according to claim 1, 2 and any further preceding claims, characterized characterized in that the entire turbine design one in horizontal Plane has pivotable attachment device. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der schwenkbaren Befestigungseinrichtung ein die Schwenkung bewirkender Verstellantrieb integriert ist, oder ihr ein solcher zugeordnet ist.The flow-through water turbine according to claim 1, 2 and any further preceding claims, thereby marked that in the pivotable fastening device a pivoting adjusting actuator is integrated, or her one is assigned. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das sie mit einem darüber angeordneten Schwimmkörper verbunden ist, so dass beide ein einheitliches schwimmfähiges System bilden, ihre räumlichen Zuordnungen derart sind, dass die obere Wassereintrittsbasis am Einlauftrichter (4, 44) unterhalb der Wasseroberfläche liegt. Through-flow water turbine according to claim 1, 2 and any further preceding claims, characterized in that it is connected to a float arranged above it, so that both form a uniform floatable system, their spatial associations are such that the upper water inlet base at the inlet funnel ( 4 . 44 ) lies below the water surface. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das sie zusätzlich zu einem elektrischen Generator, oder alternativ an Stelle dessen eine vom Schaufelrad angetriebene Wasserpumpe aufweist.The flow-through water turbine according to claim 1, 2 and any further preceding claims, characterized They additionally to an electric generator, or alternatively instead having a driven by the impeller water pump. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Wasserpumpe eine Schlauchpumpe ist, wobei diese vorzugsweise außen und seitlich vom Schaufelrad angeordnet ist und eine verlängerte, nach außen geführte Schaufelradwelle die Arme der Quetsch- und Rollkörper einer Schlauchpumpe trägt.The flow-through water turbine according to claim 1, 2 and any further preceding claims, characterized marked, the the water pump is a peristaltic pump, in which these preferably outside and is arranged laterally of the paddle wheel and a lengthened, after Outside guided Paddlewheel shaft carries the arms of the squeezing and rolling body of a peristaltic pump. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie schwimmfähig, Konstruktions- und Funktionsmerkmale eines autarken und automatisch arbeitenden Kleinkraftwerkes aufweist, mit elektrischen und elektronischen Komponenten zur Wandlung des erzeugten Stromes auf eine vorbestimmte Frequenz und Spannung ausgestattet ist, mechanische, elektrische und elektronische Komponenten und Messgeräte und eine Regeleinrichtung aufweist, die so geartet sind, dass die der Turbine abverlangte elektrische Leistung – z. B. durch Bevorrechtungsschaltungen und Abschaltung einzelner Verbraucherkreise-, die ihm abverlangte Pumpenleistung – z. B., durch Begrenzung des Fördervolumens der Pumpe so eingeregelt wird, dass das bekannte, das Leistungsmaxima einer Strömungsmaschine bestimmende Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis vzuström/vausström = 2 im wesentlichen eingehalten wird.Flow-through water turbine according to claim 1, 2 and any further preceding claims, characterized in that it has buoyant, design and functional features of a self-sufficient and automatically operating small power plant, equipped with electrical and electronic components for converting the generated current to a predetermined frequency and voltage is, mechanical, electrical and electronic components and measuring devices and a control device, which are such that the demanded of the turbine electrical power -. B. by preemption circuits and shutdown of individual Verbrauchererkreise-, which demanded him pump power -. B., is regulated by limiting the delivery volume of the pump so that the known, the Leistungsmaxima a flow machine determining flow rate ratio v inflow / v outflow = 2 is substantially maintained. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das an Bord ihres darüber angeordneten, mit ihr verbundenen Schwimmkörpers eine Wasseraufbereitungsanlage installiert ist, die mit dem von ihr angetriebenen Generator erzeugten Strom betrieben wird.The flow-through water turbine according to claim 1, 2 and any further preceding claims, characterized marked on board her over it, connected to her Float one Water treatment plant is installed, which is powered by the Generator generated electricity is operated. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihre vom Wasser abgedichtete Innenräume wie z. B. Getriebe- oder Generatorgehäuse oder Gehäuse elektronischer-elektrischer Komponenten mit einer Druckluftatmosphäre beaufschlagt werden, wobei der aufzubauende Innendruck über dem äußeren auf ihn einwirkenden Wasserdruck liegt, der sich aus der geodätischen darüber liegenden Wasserhöhe und aus durch Strömungen und Verwirbelungen verursachten Staudruckbeaufschlagungen ergibt.Through-flow water turbine according to claim 1, 2 and any further preceding claims, characterized in that their sealed from the water interior such. B. gear or generator housing or housing electronic-electrical components are subjected to a compressed air atmosphere, wherein the internal pressure to be built on the outer water pressure applied to it, resulting from the geodetic overlying water level and caused by currents and turbulences Staudruckbeaufschlagungen. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in ihrem Wasserzuflussbereich ein Schutzgitter oder eine Sendeeinrichtung mit Meeresgetier vertreibenden bzw. fernhaltenden Ausstrahlungen wie Magnetfelder, elektrische Spannungsfelder, Schall oder Licht angeordnet ist.The flow-through water turbine according to claim 1, 2 and any further preceding claims, characterized characterized in that in its water inflow area a protective grid or a transmitting device with Meeresgetier driving away or keep away Emanations such as magnetic fields, electric fields of tension, sound or light is arranged. Durchström-Wasserturbine nach Anspruch 1, 2 und beliebiger weiterer vorstehender dadurch gekennzeichnet, dass ihre aktiven Partien mit einem Bewuchs und Meeres-Kleintierbesatz verhindernden Belag überzogen sind.The flow-through water turbine according to claim 1, 2 and any other above by characterized in that their active parts with a fouling and Marine small animal stocking preventing coating are coated.
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