DE102010022935A1 - Concave flow turbine for conversion of mechanical energy in other energy forms, particularly in electrical energy, has turbine cone with concave wall with spiral-shaped screw blades and stationary housing - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer in andere Energieformen, vorzugsweise in elektrische Energie. Dabei kann die als konkave Strömungsturbine bezeichnete Vorrichtung durch ihre kompakte Bauform mit integriertem Generator und einem gegebenenfalls notwendigem integrierten Getriebe und ihrer ebenfalls integrierten Lagerung in vielen Strömungsmedien zur Elektroenergieerzeugung eingesetzt werden. In einem Kegel mit konkaver Wandung mit am Umfang links- oder rechtsläufig angeordneten spiralförmigen Schraubenblättern, welcher drehbar gegenüber einem Gehäuse auf der Bodenseite des Kegels mit konkaver Wandung gelagert ist, befinden sich die Einrichtungen zur Drehzahlübersetzung, zur Energieumwandlung und zur Abdichtung gegenüber dem Strömungsmedium.The invention relates to a device for converting mechanical into other forms of energy, preferably into electrical energy. In this case, called the concave flow turbine device can be used by its compact design with integrated generator and an optionally necessary integrated gear and their also integrated storage in many flow media for electric power generation. In a cone with a concave wall with circumferentially left- or right-handed arranged spiral-shaped screw blades, which is rotatably mounted relative to a housing on the bottom side of the cone with concave wall, there are the means for speed translation, energy conversion and sealing against the flow medium.
Bekannt sind Turbinen zur Umwandlung von Wind- und Wasserkraft in Elektroenergie verschiedenster Größen und Bauausführungen.Turbines are known for the conversion of wind and water power into electrical energy of various sizes and construction types.
Bekannt ist nach
Weiterhin ist nach
Auch sind nach
In den Schriften
Mit
Nach
Die nach
Bei der Turbine nach
Auch die Turbinen nach
Die in den Schriften
Eine beidseitig außerhalb des Grundkörpers gelagerte, in einem Rohr angeordnete Turbine nach
Des Weiteren ist nach
Auch der Wasserkraft-Stromgenerator nach
Bisher wurden diese Art von Turbinen sowie auch die bekannten Hochleistungsturbinen mit Schutzeinrichtungen gegen Treibgut versehen, um eine Beschädigung zu verhindern.So far, this type of turbine as well as the known high-performance turbines were provided with protection against flotsam to prevent damage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbine zu entwickeln, die durch eine kompakte Bauweise und ohne wesentliche Strömungshindernisse in allen Strömungsmedien zur effizienten Energieumwandlung eingesetzt werden kann, ohne dass zusätzliche Einrichtungen zur Treibgutabwehr notwendig sind.The invention has for its object to develop a turbine that can be used by a compact design and without significant flow obstacles in all flow media for efficient energy conversion without additional facilities for propellant defense are necessary.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Turbinenkegel mit konkaver Wandung mit auf der Bodenseite des Kegels mit konkaver Wandung gegenüber einem, den Durchmesser des Kegelbodens nicht überschreitenden, feststehenden Gehäuses gelagert und gegenüber diesem abgedichtet ist wobei sich die innen liegenden Einheiten zur Drehzahl und Energiewandlung sowohl im Kegelbereich als auch im Gehäusebereich der Turbine befinden können.This object is achieved in that the turbine cone with concave wall mounted on the bottom side of the cone with concave wall opposite a, not exceeding the diameter of the conical bottom, fixed housing and sealed against this is where the internal units for speed and energy conversion can be located both in the cone area and in the housing area of the turbine.
Dabei hat sich als äußerst vorteilhaft erwiesen, wenn die Einheit zur Energieumwandlung von mechanischer in elektrische Energie aus einem mit dem konkaven Turbinenkegel fest verbundenen mit diesem rotierenden Magnetring und einem mit dem Gehäuse fest verbundenen fest stehenden Spulenkern im konkaven Turbinenkegel untergebracht ist.It has proven to be extremely advantageous if the unit for energy conversion of mechanical into electrical energy from a fixedly connected to the concave turbine cone with this rotating magnetic ring and a fixedly connected to the housing fixed coil core is housed in the concave turbine cone.
Bei der hydrodynamischen Gestaltung des Turbinenkegels hat sich die Verwendung eines Turbinenkegels mit einer konkaven Wandung aufgrund des besseren Verhältnisses von Turbinenkegelkörper zu den spiralförmig angeordneten Turbinenschaufeln und dem daraus resultierenden höheren Schluckvermögen des Turbinenkegels mit konkaver Wandung, welches eine höhere Leistungsausbeute des Strömungsmediums gewährleistet, als vorteilhaft erwiesen.In the case of the hydrodynamic design of the turbine cone, the use of a turbine cone with a concave wall has proven advantageous due to the better ratio of turbine cone bodies to the spirally arranged turbine blades and the resulting higher buoyancy of the concave wall turbine cone, which ensures a higher power output of the flow medium ,
Bei der Verwendung von Einheiten zur Drehzahlübersetzung hat sich die Verwendung von Planetengetrieben im Hohlraum von konkavem Turbinenkegel und Gehäuse als vorteilhaft erwiesen.When using speed-translation units, the use of planetary gears in the cavity of the concave turbine cone and housing has proven to be advantageous.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es äußerst vorteilhaft, wenn die Einheiten zur Drehzahl und Energiewandlung aus Standardbaugruppen bestehen und diese im Hohlraum von konkavem Turbinenkegel und Gehäuse untergebracht werden können.According to a further embodiment of the invention, it is extremely advantageous if the units for speed and energy conversion consist of standard assemblies and these can be accommodated in the cavity of the concave turbine cone and housing.
Dabei ist es äußerst vorteilhaft, wenn der Generator als wassergekühlter Synchrongenerator der Schutzklasse IP 68 ausgebildet ist.It is extremely advantageous if the generator is designed as a water-cooled synchronous generator of protection class IP 68.
Bei Verwendung eines Standard-Planetengetriebes ist es vorteilhaft, wenn die Schmierung der Zahnräder durch einen Langzeitschmierstoff vorgenommen wird, was die Revisionsintervalle verringert.When using a standard planetary gear, it is advantageous if the lubrication of the gears is made by a long-term lubricant, which reduces the inspection intervals.
Entsprechend des Anspruches 1 der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der konkave Turbinenkegel mit auf der Bodenseite des Kegels mit konkaver Wandung und gegenüber einem den Durchmesser des Kegelbodens nicht überschreitenden feststehenden Gehäuse gelagert und gegenüber diesem abgedichtet ist.According to
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn mehre radial und axial wirkende Wellendichtungen zwischen dem feststehenden Gehäuse und dem sich links- oder rechtsläufig drehenden konkaven Turbinenkegel angeordnet sind. Zwischen den zueinander feststehenden Bauelementen sind Flachdichtungen in ihrer Verwendung äußerst vorteilhaft. Durch die Dichtungen wird ein Eindringen von Strömungsmedium in den Hohlraum verhindert und die innen liegenden Einheiten vor Beschädigung geschützt.It is particularly advantageous if several radially and axially acting shaft seals between the fixed housing and the left or right-handed rotating concave turbine cone are arranged. Between the mutually stationary components flat gaskets are extremely advantageous in their use. The seals prevent fluid from entering the cavity and protect the internal units from damage.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es äußerst vorteilhaft, wenn das Material von Turbine und Gehäuse aus korrosionsbeständigem Werkstoff gefertigt werden.According to a further embodiment of the invention, it is extremely advantageous if the material of turbine and housing are made of corrosion-resistant material.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der konkave Turbinenkegel aus Kunststoff in einem Urformverfahren hergestellt und Elemente des Energieumwandlers bereits eingegossen werden.It is particularly advantageous if the concave turbine cone made of plastic in a primary molding process and elements of the energy converter are already cast.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Einsatz als konkave Strömungsturbine in sauberen Strömungsmedien ist es äußerst vorteilhaft, wenn der konkave Turbinenkegel mit links- oder rechtsläufig aufgesetzten Schaufeln und das Gehäuse fest zueinander installiert sind, dabei der konkave Turbinenkegel mit den Schaufeln als Vorleitrad dient und zwischen konkavem Turbinenkegel und Gehäuse ein drehbar angeordnetes Turbinenlaufrad angeordnet ist.According to a further embodiment of the invention in use as a concave flow turbine in clean flow media, it is extremely advantageous if the concave turbine cone with left or right hand mounted blades and the housing are firmly installed to each other, while the concave turbine cone with the blades serves as Vorverring and between concave turbine cone and housing a rotatably arranged turbine runner is arranged.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Turbinenlaufrad im Kerndurchmesser dem Kegelboden des konkaven Turbinenkegels entspricht, zumindest aber nicht überschreitet und die auf ihm angeordneten Schaufeln entgegengesetzt zu den Schaufeln des Vorleitrades steigend angeordnet sind.It is particularly advantageous if the turbine wheel in the core diameter corresponds to the conical bottom of the concave turbine cone, but at least does not exceed and the blades arranged on it are arranged opposite to the blades of Vorführrades rising.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es äußerst vorteilhaft, wenn das Gehäuse der konkaven Strömungsturbine aerodynamisch und um seine senkrechte Achse drehbar gestaltet ist. Dies ermöglicht dann die vorzugsweise Nutzung der konkaven Strömungsturbine als Windkraftanlage. According to a further embodiment of the invention, it is extremely advantageous if the housing of the concave flow turbine is designed aerodynamically and rotatable about its vertical axis. This then allows the preferred use of the concave flow turbine as a wind turbine.
Die Erfindung wird im Nachfolgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf Positionsangaben in den Figuren genauer beschrieben. Mit den Figuren wird folgendes dargestellt:The invention will be described in more detail below with reference to embodiments with reference to position information in the figures. The figures show the following:
In einem ersten Ausführungsbeispiel, dargestellt in den
Zur Stabilisierung des Gehäuses
Das Wälzlager
Zur Abdichtung des sich gegenüber dem Gehäuse
Zur Kühlung des innen liegenden Generators wird eine zentrale Zuleitung
In einem zweiten, hier in
Mit einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in
Der Generator
Wahlweise können in diesem Ausführungsbeispiel auch andere Generatoren wie Asynchrongeneratoren und Lineargeneratoren jeweils mit und ohne Getriebe Verwendung finden.Optionally, in this embodiment, other generators such as asynchronous generators and linear generators can be used each with and without gear.
In einem vierten Ausführungsbeispiel, siehe
Bei einem fünften Ausführungsbeispiel, in
In einem sechsten Beispiel, welches in
Kombinationen zwischen den Ausführungsbeispielen sind möglich und werden ebenfalls beansprucht.Combinations between the embodiments are possible and are claimed as well.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Turbinenkegel mit konkaver WandungTurbine cone with concave wall
- 1a1a
- konkaver Kegelmantelconcave cone sheath
- 1b1b
- Kegelspitzeapex
- 1c1c
- Schraubenwendelhelical coil
- 1d1d
- äußerer Zentriersitzouter centering seat
- 1e1e
- Kegelbodenconical
- 22
- Gehäuse, TurbinengehäuseHousing, turbine housing
- 2a2a
- Montageklappe, RevisionsklappeMounting flap, inspection flap
- 2b2 B
- Gehäuseflanschhousing flange
- 2c2c
- GehäuseoberteilHousing top
- 2d2d
- GehäuseunterteilHousing bottom
- 33
- Verbindungsflanschconnecting flange
- 44
- Grundplattebaseplate
- 55
- Strömungskeilflow wedge
- 66
- Knotenblechgusset plate
- 77
- Verbindungselement, SchraubeConnecting element, screw
- 88th
- Hauptlagermain bearing
- 99
- Magnetring, MagnetrotorMagnetic ring, magnetic rotor
- 1010
- Magnetglockemagnetic bell
- 1111
- Spulenkern, SpulenstatorCoil core, coil stator
- 1212
- Stromkabel, KabelPower cable, cable
- 1313
- Lagerzapfenpivot
- 1414
- Gegenlager, WälzlagerCounter bearing, rolling bearing
- 1515
- Lagergehäusebearing housing
- 1616
- Einbauglockeinstallation bell
- 1717
- Dichtungspaket, WellendichtungSeal package, shaft seal
- 1818
- Flachdichtunggasket
- 1919
- zentrale Zuleitung für Wasserkühlung, ZuleitungskanalCentral supply line for water cooling, supply duct
- 2020
- Schlauchkupplung drehbarRotatable hose coupling
- 2121
- Schlauchkupplung festHose coupling fixed
- 2222
- Abführungsschlauchdrainage tube
- 2323
- GleitringdichtungMechanical seal
- 2424
- Einheit zur Drehzahlübersetzung, GetriebeUnit for speed ratio, gearbox
- 2525
- Einheit zur Energieumwandlung, GeneratorUnit for energy conversion, generator
- 2626
- Zentrierdeckelcentering
- 2727
- Mitnehmerbuchsedriving bushing
- 2828
- AbschlussdeckelEnd cover
- 2929
- GleitringdichtungMechanical seal
- 3030
- Wellendichtring, axial wirkend, AxialwellendichtringShaft seal, axial acting, Axialwellendichtring
- 3131
- Wellendichtring, radial wirkend, RadialwellendichtringRadial sealing ring, radial acting, radial shaft sealing ring
- 3232
- Zentrierflanschcentering
- 3333
- Schraubescrew
- 3434
- Turbinenlaufrad, LaufradTurbine wheel, impeller
- 3535
- Schaufeln, TurbinenschaufelnShovels, turbine blades
- 3636
- Labyrinthdichtunglabyrinth seal
- 3737
- Radialwellendichtring TurbinenlaufradRadial shaft seal Turbine wheel
- 3838
- Gleitringdichtung TurbinenlaufradMechanical seal Turbine wheel
- 3939
- Kranzlagerring bearings
- 4040
- Motor, AzimutmotorMotor, azimuth motor
- 4141
- Ritzelpinion
- 4242
- Dichtungspaket für KranzlagerSealing package for wreath bearing
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130101 |