DE102010025070A1 - Hydraulic power device i.e. hydropower turbine for generating water in e.g. stationary hydroelectric power plant, has ventilation device designed such that gas is exhausted from chamber, and water is sent into chamber by suppression of gas - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Wasserkraftvorrichtung für den Einsatz im strömenden Wasser an oder unter der Wasseroberfläche eines Gewässers. Dabei ist diese Wasserkraftvorrichtung dafür geeignet, die eigene Position in Bezug auf die Wasseroberfläche des Gewässers zu variieren, also die Wasserkraftvorrichtung zu nivellieren.The invention relates to a hydropower device for use in the flowing water at or below the water surface of a body of water. In this case, this hydropower device is adapted to vary its own position with respect to the water surface of the water, so to level the hydropower device.
Wasserkraftvorrichtungen für den Einsatz im strömenden Wasser sind grundsätzlich bekannt. Solche Wasserkraftvorrichtungen sind zum Beispiel Wasserkraftturbinen, wie sie in stationären Wasserkraftwerken zum Einsatz kommen. Dort sind Turbinen in einem strömenden Gewässer direkt angeordnet oder in Rohrleitungen positioniert, durch welche strömendes Wasser aus dem strömenden Gewässer entnommen wird und der Turbine zugeleitet wird. Nachteilig bei den bekannten Wasserkraftwerken ist die sehr aufwendige Konstruktion. So ist die Positionierung solcher Wasserkraftwerke nicht flexibel änderbar sondern aufgrund der großen baulichen Maßnahmen auf den Konstruktionsort beschränkt. Beispielsweise sind solche Wasserkraftwerke bei Stauseen oder in Fließgewässern angeordnet und produzieren stationär Strom. Neben der mangelnden Flexibilität ist ein weiterer Nachteil, dass die Positionierung, also der Bau solcher Wasserkraftwerke sehr aufwendig ist. Daher kommt der Einsatz solcher Wasserkraftwerke in Gebieten, welche für Baumaßnahmen nur schwer zugänglich sind, nur in Ausnahmefällen in Frage. Insbesondere bei Einsatzsituationen, in welchen in dezentral gelegenen Gebieten nur eine geringe Stromverbrauchsmenge vorherrscht, lohnt sich der übermäßige Aufwand des Baus eines Wasserkraftwerks nicht. An solchen Orten wird momentan oft, trotz möglicherweise vorhandener strömender Gewässer, als Stromquelle ein handelsüblicher Dieselgenerator als Stromerzeuger verwendet.Hydropower devices for use in flowing water are known in principle. Such hydropower devices are, for example, hydropower turbines, as used in stationary hydroelectric power plants. There turbines are arranged directly in a streaming water or positioned in piping, through which flowing water is taken from the flowing water and the turbine is fed. A disadvantage of the known hydroelectric power plants is the very complex construction. Thus, the positioning of such hydroelectric power plants is not flexible changeable but limited due to the large construction measures on the construction site. For example, such hydroelectric power plants are located at reservoirs or in streams and produce stationary power. In addition to the lack of flexibility is another disadvantage that the positioning, so the construction of such hydroelectric power plants is very expensive. Therefore, the use of such hydroelectric power plants in areas that are difficult to access for construction, only in exceptional cases in question. Especially in situations of use, in which in decentralized areas only a small amount of electricity prevails, the excessive effort of building a hydroelectric power plant is not worthwhile. In such places, a commercial diesel generator is currently often used as a power generator, despite possibly existing flowing waters, as a power source.
Weiter ist schon vorgeschlagen worden, schwimmende Wasserkraftvorrichtungen zur Verfügung zu stellen, welche in Gewässern platziert werden. Solche schwimmenden Wasserkraftwerke haben jedoch den Nachteil, dass sie mit sehr aufwendigen Komponenten in der schwimmenden Position gehalten werden. Üblicherweise sind Schwimmkörper vorgesehen, welche den notwendigen Auftrieb für die Wasserkraftvorrichtung erzeugen. Solche Wasserkraftvorrichtungen weisen grundsätzlich eine höhere Flexibilität auf. Zwar sind sie an unterschiedliche Einsatzorte bewegbar, jedoch hinsichtlich ihrer Positionierung im strömenden Gewässer unflexibel. Durch bauliche Anordnung von Schwimmkörpern und die dadurch festgelegte Position der Wasserkraftvorrichtung, ist auch die Position der Turbine im strömenden Gewässer festgelegt. Eine Variation der Turbinenposition ist nur durch bauliche Veränderungen an der Wasserkraftvorrichtung selbst und damit mit großem Kosten- und Zeitaufwand möglich. Dadurch wird die Flexibilität stark eingeschränkt. Insbesondere in Einsatzgebieten, die eine Anpassung der Position der Wasserkraftvorrichtung benötigen und in denen keine Fachleute für den konstruktiven Umbau vorhanden sind, ist der Einsatz solcher Wasserkraftvorrichtungen aufgrund der mangelnden Flexibilität nicht möglich.Furthermore, it has been proposed to provide floating hydropower devices which are placed in waters. However, such floating hydroelectric power plants have the disadvantage that they are kept in the floating position with very expensive components. Usually floating bodies are provided which generate the necessary buoyancy for the hydropower device. Such hydropower devices generally have a higher flexibility. Although they are movable to different locations, but inflexible in terms of their positioning in the flowing waters. Due to the structural arrangement of floats and the thus determined position of the hydropower device, the position of the turbine in the flowing water is set. A variation of the turbine position is only possible through structural changes to the hydropower device itself and thus with great cost and time. This greatly reduces flexibility. Especially in applications that require an adjustment of the position of the hydropower device and in which there are no professionals for the structural conversion, the use of such hydropower devices is not possible due to the lack of flexibility.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Wasserkraftvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die voranstehend erläuterten Probleme bekannter Wasserkraftvorrichtungen löst. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wasserkraftvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche für den dezentralen Einsatz geeignet ist und eine hohe Flexibilität hinsichtlich ihrer Einsatzsituation aufweist.It is an object of the present invention to provide a hydropower device which solves the above-described problems of known hydropower devices. In particular, it is an object of the present invention to provide a hydropower device which is suitable for decentralized use and has a high degree of flexibility with regard to its application situation.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Wasserkraftvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Einsetzen einer Wasserkraftvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 10 und durch ein Wasserkraftsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen ergeben sich u. a. aus den an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen.This object is achieved by a hydraulic power device with the features of independent claim 1 and by a method for employing a hydraulic power device with the features of
Eine erfindungsgemäße Wasserkraftvorrichtung für den Einsatz im strömenden Wasser an und/oder unter der Wasseroberfläche eines Gewässers weist dabei einen Strömungskörper mit wenigstens einer Einlassöffnung für strömendes Wasser und wenigstens einer der Einlassöffnung gegenüberliegenden Auslassöffnung für Wasser auf. Der Strömungskörper ist demnach die Grundstruktur der Wasserkraftvorrichtung, welcher von dem strömenden Wasser des Gewässers umströmt und über die Einlassöffnung und die Auslassöffnung durchströmt wird. Vorteilhafterweise ist ein solcher Strömungskörper an eine derartige Umströmung, bzw. Durchströmung angepasst, so dass er möglichst wenig Strömungswiderstand liefert. Bei der expliziten Ausgestaltung des Strömungskörpers können dabei die Grundprinzipien der Strömungsmechanik zum Einsatz kommen, so dass insbesondere eine möglichst laminare Umströmung des Strömungskörpers vorherrscht.A water power device according to the invention for use in the flowing water at and / or below the water surface of a body of water has a flow body with at least one inlet opening for flowing water and at least one outlet opening opposite the inlet opening for water. The flow body is therefore the basic structure of the hydropower device, which flows around the flowing water of the water body and flows through the inlet opening and the outlet opening. Advantageously, such a flow body is adapted to such a flow around, or through flow, so that it supplies as little flow resistance as possible. In the case of the explicit configuration of the flow body, the basic principles of fluid mechanics can be used, so that, in particular, the laminar flow around the flow body which is as laminar as possible predominates.
Weiter weist eine erfindungsgemäße Wasserkraftvorrichtung eine Turbine auf, die zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung des Strömungskörpers um ihre Turbinenachse drehbar im Strömungskörper gelagert ist. Mit anderen Worten bildet der Strömungskörper eine im Wesentlichen ringförmige Struktur, welche an beiden Seiten wenigstens eine Öffnung, nämlich die Einlassöffnung und die Auslassöffnung aufweist. Die Einlassöffnung ist dabei im Einsatz der Wasserkraftvorrichtung dem strömenden Wasser des Gewässers entgegen gewendet, während die Auslassöffnung in Richtung der Strömung des strömenden Wassers des Gewässers zeigt. Dabei sind selbstverständlich geringe Winkelunterschiede zur Strömungsrichtung, insbesondere bei der Auslassöffnung, unproblematisch für die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Wasserkraftvorrichtung. Die Turbine ist durch ihre Anordnung zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung in dem strömenden Wasser angeordnet, welches zwischen Einlassöffnung und Auslassöffnung den Strömungskörper der Wasserkraftvorrichtung durchströmt. Die Strömungsrichtung ist dabei durch die Ausrichtung des Strömungskörpers im Bezug auf die Strömungsrichtung des strömenden Wassers definiert. Durch die definierte Strömungsrichtung kann auch die Turbine selbst hinsichtlich ihrer Drehrichtung definiert sein. Vorteilhafterweise ist eine erfindungsgemäße Wasserkraftvorrichtung also für den Einsatz in einer einzigen definierten Strömungsrichtung ausgestaltet. Die Turbine ist dabei um ihre Turbinenachse drehbar im Strömungskörper gelagert, so dass Wasser, welches durch die Einlassöffnung in den Strömungskörper einströmt, die Turbine antreibt und durch die Auslassöffnung den Strömungskörper wieder verlässt.Furthermore, a hydraulic power device according to the invention has a turbine, which is mounted rotatably in the flow body between its inlet opening and the outlet opening of the flow body about its turbine axis. In other words, the flow body forms a substantially annular structure having on both sides at least one opening, namely the inlet opening and the outlet opening. The inlet opening is the use of the hydropower device flowing water of the water opposite, while the outlet opening points in the direction of the flow of the flowing water of the water. Of course, small differences in angle to the flow direction, in particular at the outlet opening, unproblematic for the operation of a water power device according to the invention. The turbine is arranged by its arrangement between the inlet opening and the outlet opening in the flowing water, which flows through the flow body of the hydraulic power device between the inlet opening and the outlet opening. The flow direction is defined by the orientation of the flow body with respect to the flow direction of the flowing water. By the defined flow direction and the turbine itself can be defined in terms of their direction of rotation. Advantageously, a hydropower device according to the invention is thus designed for use in a single defined flow direction. The turbine is rotatably mounted about its turbine axis in the flow body, so that water, which flows through the inlet opening in the flow body, drives the turbine and leaves the flow body again through the outlet opening.
Das Antreiben der Turbine erfolgt durch das Anströmen, bzw. Umströmen der einzelnen Turbinenschaufeln durch das strömende Wasser.The driving of the turbine is carried out by the flow, or flow around the individual turbine blades by the flowing water.
Weiter ist ein Generator zur Erzeugung von Strom durch die Drehung der Turbine vorgesehen, welcher mit der Turbine gekoppelt ist. Unter Kopplung der Turbine mit dem Generator ist dabei zu verstehen, dass die Drehung der Turbine durch diese Kopplung den Strom im Generator erzeugt. Eine solche Kopplung kann sowohl direkt als auch indirekt vorgesehen sein.Further, a generator for generating electricity by the rotation of the turbine is provided, which is coupled to the turbine. Coupling the turbine with the generator is to be understood that the rotation of the turbine generated by this coupling, the current in the generator. Such a coupling can be provided both directly and indirectly.
Eine direkte Kopplung ist zum Beispiel möglich, wenn die Welle, auf welcher die Turbine sitzt und mit welcher die Turbine rotiert, gleichzeitig als Eingangswelle des Generators dient. Diese Eingangswelle im Generator, welche aus einem einzigen Element oder auch mehrteilig ausgestaltet sein kann, ist wiederum vorteilhafterweise mit einem Rotor verbunden, welcher sich innerhalb eines Stators des Generators dreht und durch die Relativbewegung zwischen Rotor und Stator einen elektrischen Strom erzeugt. Auch kann eine Kupplung, zum Beispiel eine Rutschkupplung zwischen den Bauteilen platziert werden, so dass eine indirekte Kopplung über diese Kupplung hergestellt wird.A direct coupling is possible, for example, when the shaft on which the turbine is seated and with which the turbine rotates simultaneously serves as the input shaft of the generator. This input shaft in the generator, which may be configured from a single element or also in several parts, is in turn advantageously connected to a rotor which rotates within a stator of the generator and generates an electric current by the relative movement between the rotor and the stator. Also, a clutch, for example, a slip clutch between the components can be placed so that an indirect coupling is made via this coupling.
Auch indirekte Kopplungen zwischen der Turbine und dem Generator sind möglich, um die beiden Bauteile miteinander zu koppeln. So sind je nach Fließgeschwindigkeit des strömenden Wassers, nach Größe des Strömungskörpers und nach Art der Turbine möglicherweise Getriebe sinnvoll, welche innerhalb der Kopplung zwischen Turbine und Generator vorgesehen sind. Durch das Vorsehen von Getrieben, insbesondere mehreren Getriebestufen, kann beispielsweise bei besonders langsam strömendem Wasser, jedoch großer Turbinenfläche eine langsame Drehung der Turbine in eine schnelle Drehung des Rotors im Generator übersetzt werden, so dass auch in langsam strömendem Gewässer eine hohe Energiemenge in den Generator zur Stromerzeugung übertragen werden kann.Also indirect couplings between the turbine and the generator are possible to couple the two components together. Depending on the flow velocity of the flowing water, the size of the flow body and the type of turbine, it may be appropriate to use gearboxes which are provided within the coupling between the turbine and the generator. By providing gears, in particular a plurality of gear stages, for example, in particularly slowly flowing water, but large turbine area a slow rotation of the turbine can be translated into a fast rotation of the rotor in the generator, so that even in slow flowing waters a high amount of energy in the generator can be transmitted to generate electricity.
Weiter weist die erfindungsgemäße Wasserkraftvorrichtung eine Ankervorrichtung auf, die derart ausgestaltet ist, dass die Wasserkraftvorrichtung mittels der Ankervorrichtung bezogen auf die Strömungsrichtung des Wassers entgegen dem strömenden Wasser gehalten wird. Mit anderen Worten dient die Ankervorrichtung dazu, die Wasserkraftvorrichtung in Bezug auf die Strömungsrichtung des strömenden Wassers im Gewässer an einem definierten Ort zu halten. Die Wasserkraftvorrichtung ist demnach durch die Ankervorrichtung gegen ein Abtreiben mit dem strömenden Wasser gesichert. Damit bildet die Ankervorrichtung auch ein Gegenlager zur Abstützung der Kraft, welche durch das strömende Wasser auf die Turbine übertragen wird, und von dieser durch die Lagerelemente der Turbine auf den Strömungskörper und von diesem über die Ankervorrichtung an der jeweiligen Ankerstelle abgestützt wird. Eine solche Ankervorrichtung kann dabei in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. So ist es möglich, dass Elemente in klassischer Ankerform auf dem Grund eines Gewässers fixiert werden, um dort die Wasserkraftvorrichtung zu verankern. Auch das Verankern außerhalb des Gewässers, beispielsweise durch ein Fixieren einer Ankervorrichtung am Rand des Gewässers, ist dabei zur Positionierung der Wasserkraftvorrichtung denkbar. Bei Einsatzsituationen, welche eine Brücke über das Gewässer mit strömendem Wasser aufweisen, kann es vorteilhaft sein, die Ankervorrichtung direkt mit der Brücke zu verbinden, so dass bereits bestehende bauliche Maßnahmen, wie die Brücke, für die Positionierung der Wasserkraftvorrichtung verwendet werden können.Furthermore, the hydropower device according to the invention has an anchoring device which is designed such that the hydropower device is held by means of the anchoring device with respect to the flow direction of the water counter to the flowing water. In other words, the anchoring device serves to keep the hydropower device at a defined location in relation to the flow direction of the flowing water in the body of water. The hydropower device is thus secured by the anchor device against drifting with the flowing water. Thus, the anchor device also forms an abutment for supporting the force, which is transmitted by the flowing water to the turbine, and is supported by the bearing elements of the turbine on the flow body and from there via the anchor device at the respective anchor point. Such an anchor device can be designed in different ways. So it is possible that elements are anchored in the classical anchor shape at the bottom of a body of water to anchor there the hydropower device. Anchoring outside the water, for example, by fixing an anchor device at the edge of the water, is conceivable for positioning the hydropower device. In situations of use, which have a bridge over the water with flowing water, it may be advantageous to connect the anchor device directly to the bridge, so that existing structural measures, such as the bridge, can be used for the positioning of the hydropower device.
Weiter ist bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftvorrichtung wenigstens eine Nivellierkammer in dem Strömungskörper vorgesehen, die zumindest eine Entlüftungsvorrichtung aufweist, welche derart ausgestaltet ist, dass in der Nivellierkammer enthaltenes Gas aus der Nivellierkammer entweichen kann und Wasser in die Nivellierkammer unter Verdrängung des Gases eindringen kann. Damit wird die Auftriebskraft der Wasserkraftvorrichtung verändert. Die Nivellierkammer ist als Kernstück der vorliegenden Erfindung dafür geeignet, den hohen Flexibilitätsgrad der erfindungsgemäßen Wasserkraftvorrichtung zu erzeugen. Durch das Vorsehen einer Entlüftungsvorrichtung kann die gesamte Wasserkraftvorrichtung ihre Auftriebskraft verändern. Dabei bezieht sich der Begriff ”Veränderung der Auftriebskraft” nicht nur auf die Einstellung einer Position relativ zur Oberfläche des Gewässers, sondern vielmehr auch auf eine mögliche Rotation der Wasserkraftvorrichtung selbst im Bezug auf die Gewässeroberfläche bzw. den Grund des Gewässers. Die Nivellierkammer wirkt dabei in zweierlei Weise aktiv auf die Auftriebskraft der Wasserkraftvorrichtung. Zum einen wird durch das Entlüften mittels der Entlüftungsvorrichtung, also durch das Entweichen von in der Nivellierkammer enthaltenem Gas, und Verdrängung des Gases durch einströmendes Wasser, die Auftriebskraft als absolute Kraft reduziert, wodurch die Wasserkraftvorrichtung im Gewässer absinkt. Darüber hinaus ist durch die geometrische Anordnung der Nivellierkammer im Strömungskörper, insbesondere im Bezug auf den Leerschwerpunkt der Wasserkraftvorrichtung, also auf den Schwerpunkt der Wasserkraftvorrichtung mit vollständig belüfteten Nivellierkammern, ein Verschieben des Schwerpunktes möglich. Durch das Verschieben des Schwerpunktes kann zum Beispiel eine Rotation, also eine Neuausrichtung der Wasserkraftvorrichtung erzeugt werden. Mit anderen Worten kann die Auftriebskraft nicht nur in absoluter Weise, sondern auch in relativer Weise durch die Verschiebung des Schwerpunkts und damit durch die Verschiebung des Angriffspunkts der Auftriebskraft verändert werden.Furthermore, in a hydropower device according to the invention, at least one leveling chamber is provided in the flow body, which has at least one venting device which is designed such that gas contained in the leveling chamber can escape from the leveling chamber and water can penetrate into the leveling chamber while displacing the gas. Thus, the buoyancy force of the hydropower device is changed. The leveling chamber, as the centerpiece of the present invention, is suitable for producing the high degree of flexibility of the hydropower device according to the invention. By providing a ventilation device, the entire Hydroelectric device change its buoyancy. In this case, the term "change in the buoyancy force" refers not only to the setting of a position relative to the surface of the water body, but also to a possible rotation of the water power device itself with respect to the water surface or the bottom of the water. The leveling chamber actively acts on the buoyancy force of the hydropower device in two ways. Firstly, by venting by means of the venting device, ie by the escape of gas contained in the leveling chamber, and displacement of the gas by inflowing water, the buoyancy force is reduced as absolute force, whereby the hydropower device sinks in the water. In addition, a displacement of the center of gravity is possible by the geometric arrangement of the leveling chamber in the flow body, in particular with respect to the center of gravity of the water power device, ie to the center of gravity of the hydropower device with fully ventilated leveling chambers. By moving the center of gravity, for example, a rotation, ie a realignment of the hydropower device can be generated. In other words, the buoyant force can be changed not only in an absolute manner but also in a relative manner by the displacement of the center of gravity and thus by the displacement of the point of application of the buoyant force.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Wasser, welches mittels der Entlüftungsvorrichtung in die Nivellierkammer zur Verdrängung des Gases geführt wird, um Wasser, welches den Strömungskörper der Wasserkraftvorrichtung direkt umgibt. In einer solchen Ausgestaltungsform ist es nicht notwendig, zusätzliche Fluide vorzusehen, sondern der Einsatzort selbst bietet die Möglichkeit, die Flexibilität der Wasserkraftvorrichtung zu nutzen.Advantageously, the water which is guided into the leveling chamber for displacing the gas by means of the venting device is water which directly surrounds the flow body of the hydropower device. In such an embodiment, it is not necessary to provide additional fluids, but the location itself provides the opportunity to use the flexibility of the hydropower device.
Selbstverständlich kann der Strömungskörper bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftvorrichtung auch mehrteilig ausgestaltet sein. Dabei sind insbesondere wenigstens eine aber auch mehrere Nivellierkammern vorsehbar. Die Nivellierkammern können dabei in einem einzigen Bauteil des Strömungskörpers oder auch in verschiedenen Bauteilen des Strömungskörpers vorgesehen sein. Auch ist es möglich, dass die Nivellierkammer erst durch das Zusammenbauen verschiedener Teile des Strömungskörpers entsteht, also eine Abdichtung zweier Bauteile des Strömungskörpers gegeneinander einen Hohlraum bilden, welcher als Nivellierkammer fungieren kann. Unter dem Begriff ”Strömungskörper” ist also allgemein die Struktur zu verstehen, an welcher das strömende Wasser vorbeiströmt und welche zumindest als Grundstruktur zur Lagerung der Turbine, des Generators und der Ankervorrichtung dient. Innerhalb dieses Strömungskörpers ist die erfindungsgemäße Nivellierkammer oder auch mehrere dieser Nivellierkammern vorgesehen.Of course, the flow body can also be designed in several parts in a hydropower device according to the invention. In particular, at least one but also more leveling chambers are providable. The leveling chambers can be provided in a single component of the flow body or in different components of the flow body. It is also possible that the leveling chamber is formed only by assembling different parts of the flow body, that is, a seal of two components of the flow body against each other form a cavity, which can act as a leveling chamber. The term "flow body" is thus generally to be understood as the structure on which the flowing water flows past and which serves at least as a basic structure for mounting the turbine, the generator and the anchor device. Within this flow body, the leveling chamber according to the invention or even more of these leveling chambers is provided.
Dabei kann jede Nivellierkammer als eine einzelne abgeschlossene Kammer ausgebildet sein oder durch eine Vielzahl von Einzelkammern gebildet werden, die miteinander in fluidkommunizierender Verbindung stehen. Durch das Ausbilden vieler einzelner Kammern kann insbesondere auf geometrisch komplexe Formen des Strömungskörpers eingegangen werden. So ist es möglich, den Strömungskörper rein nach strömungsdynamischen Gesichtspunkten zu entwerfen und anschließend an der definierten Außenkontur orientierte Einzelkammern im Inneren des Strömungskörpers vorzusehen, welche miteinander verbunden in fluidkommunizierender Verbindung stehen und damit die Nivellierkammer bilden. In gleicher Weise können durch Kappung der fluidkommunizierenden Verbindung auch eine Vielzahl von einzelnen, also separaten Nivellierkammern gebildet werden.Each leveling chamber may be formed as a single sealed chamber or formed by a plurality of individual chambers communicating with each other in fluid communication. By forming many individual chambers, it is possible in particular to address geometrically complex shapes of the flow body. Thus, it is possible to design the flow body purely in terms of fluid dynamic aspects and then to provide on the defined outer contour oriented individual chambers in the interior of the flow body, which are interconnected in fluidkommunizierender connection and thus form the leveling chamber. In the same way, a large number of individual, ie separate leveling chambers can be formed by capping the fluid-communicating connection.
Der Strömungskörper kann einzelne aktive Strömungselemente aufweisen. Unter ”aktives Strömungselement” ist dabei ein Element zu verstehen, welches dem Strömungskörper eine Möglichkeit erlaubt, die Strömung des strömenden Wassers des Gewässers zu nutzen und/oder zu beeinflussen. Eine Möglichkeit eines solchen Strömungselements ist das Vorsehen eines Diffusors am Strömungskörper, bzw. als Teil des Strömungskörpers. Ein solcher Diffusor ist in Strömungsrichtung der Turbine nachgeordnet und erstreckt sich vorteilhafterweise bis zur Auslassöffnung des Strömungskörpers. Der Diffusor vergrößert dabei seinen Innendurchmesser sprunghaft oder kontinuierlich in Strömungsrichtung nach der Turbine. Durch die Vergrößerung des Innendurchmessers, welcher zum Beispiel im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein kann, wird die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Turbine erhöht. Dies ermöglicht eine höhere Leistung der Turbine. Um sicherzustellen, dass in Einsatzfällen, welche einen Diffusor vorsehen, die Strömung innerhalb des Diffusors, also zwischen Turbine und Auslassöffnung, in einem vorteilhaften, insbesondere einem laminaren Bereich am Rand des Diffusors bleibt, kann es vorteilhaft sein, Einlassschlitze vorzusehen, welche eine Verbindung zwischen dem Inneren des Strömungskörpers zwischen Turbine und Auslassöffnung und der Umgebung des Strömungskörpers herstellen. Auf diese Weise kann durch die Einlassschlitze Wasser, welches den Strömungskörper umgibt, in den Diffusor einströmen und einen möglicherweise drohenden Abriss der Strömung am Diffusor verhindern. Mit anderen Worten dienen diese Einlassschlitze zur Unterstützung der Strömung im Bereich des Diffusors des Strömungskörpers.The flow body may have individual active flow elements. By "active flow element" is to be understood an element which allows the flow body a possibility to use the flow of the flowing water of the water body and / or influence. One possibility of such a flow element is the provision of a diffuser on the flow body, or as part of the flow body. Such a diffuser is arranged downstream in the flow direction of the turbine and advantageously extends to the outlet opening of the flow body. The diffuser thereby enlarges its inner diameter abruptly or continuously in the flow direction downstream of the turbine. As a result of the enlargement of the inner diameter, which, for example, can be substantially circular in cross-section, the flow velocity in the area of the turbine is increased. This allows a higher power of the turbine. To ensure that in use cases which provide a diffuser, the flow within the diffuser, ie between the turbine and outlet opening, remains in an advantageous, in particular a laminar area at the edge of the diffuser, it may be advantageous to provide inlet slots, which provide a connection between establish the interior of the flow body between the turbine and the outlet opening and the surroundings of the flow body. In this way, water, which surrounds the flow body, can flow into the diffuser through the inlet slits and prevent a possibly imminent demolition of the flow at the diffuser. In other words, these inlet slots serve to support the flow in the region of the diffuser of the flow body.
Vorteilhafterweise kann bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftvorrichtung die Entlüftungsvorrichtung unabhängig von der Position der Wasserkraftvorrichtung, insbesondere deren Ausrichtung im Bezug auf die Schwerkraft sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Entlüftungsvorrichtung in sämtlichen Positionen, insbesondere in gegenüberliegenden Positionen einer Rotation der Wasserkraftvorrichtung, also in 0°-Stellung und 180°-Stellung, in gleicher Weise funktioniert. Mit anderen Worten handelt es sich vorteilhafterweise bei der Entlüftungsvorrichtung um eine symmetrische Anordnung, welche die Entlüftung unabhängig von der Ausrichtung der Wasserkraftvorrichtung in Bezug auf die Schwerkraft ermöglicht. Damit ist es möglich, nach der Rotation, also einem Umdrehen der Wasserkraftvorrichtung, zu Entlüften oder vorher.Advantageously, in a hydropower device according to the invention, the Venting device regardless of the position of the hydropower device, in particular their orientation with respect to gravity. It is particularly advantageous if the ventilation device in all positions, in particular in opposite positions of rotation of the hydropower device, ie in the 0 ° position and 180 ° position, works in the same way. In other words, the venting device is advantageously a symmetrical arrangement which allows venting independently of the orientation of the hydropower device with respect to gravity. This makes it possible, after the rotation, so turning the hydropower device to vent or before.
Eine erfindungsgemäße Wasserkraftvorrichtung kann dahingehend weitergebildet werden, dass der Strömungskörper wenigstens eine Flosse aufweist, die sich im Wesentlichen entlang der Turbinenachse erstreckt und in welcher zumindest eine Nivellierkammer vorgesehen ist. Diese Flosse ist sozusagen ein aktives Strömungselement, welches dazu dient, die Strömung entlang des Strömungskörpers zu beeinflussen, bzw. die Strömung zu nutzen, um die Position der Wasserkraftvorrichtung festzulegen. Die Flosse dient dabei zum Beispiel zum Ausrichten der Wasserkraftvorrichtung entlang der Strömungsrichtung des strömenden Wassers des Gewässers. Durch die erfindungsgemäße Korrelation der Flossenerstreckung mit der Erstreckung der Turbinenachse dreht die an der Flosse angreifende Strömung die mit der Flosse verbundene Wasserkraftvorrichtung, insbesondere den Strömungskörper, in eine Position, in welcher die Flosse den geringsten Widerstand gegenüber dem strömenden Wasser des Gewässers aufweist. Da durch die Erstreckung der Flosse entlang der Erstreckung der Turbinenachse die Position des geringsten Widerstandes identisch ist mit der Position des Strömungskörpers, in welcher die Turbinenachse im Wesentlichen entlang der Strömungsrichtung des strömenden Wassers des Gewässers verläuft, dient die Flosse dazu, die Turbine, insbesondere die Ausrichtung der Turbinenachse, in die für die Stromerzeugung beste Position zu bringen. Durch das Vorsehen von Nivellierkammern in einer solchen Flosse wird der durch das Vorsehen der Flosse entstehende zusätzliche Bauraum des Strömungskörpers erfindungsgemäß genutzt. Flossen, welche bei vollständig Belüfteten Nivellierkammern im Wesentlichen überhalb der Wasseroberfläche des Gewässers mit strömendem Wasser angeordnet sind, können durch das Entlüften der Nivellierkammer in den Flossen untergetaucht werden, indem sich die gesamte Wasserkraftvorrichtung durch die Reduktion der Auftriebskraft Stück für Stück unter die Wasseroberfläche des Gewässers absenkt. Mit anderen Worten kann durch das Entlüften der Nivellierkammern die Aktivität der Flosse in Bezug auf deren Kraft zur Ausrichtung der Wasserkraftvorrichtung angepasst werden. Je weiter die Flosse in das Gewässer eintaucht, desto größer ist die Angriffsfläche des strömenden Wassers und desto stärker ist die Ausrichtungskraft, welche durch das Anströmen des strömenden Wassers an der Flosse auf die Wasserkraftvorrichtung ausgeübt wird.A hydraulic power device according to the invention can be further developed such that the flow body has at least one fin which extends substantially along the turbine axis and in which at least one leveling chamber is provided. This fin is, so to speak, an active flow element which serves to influence the flow along the flow body, or to use the flow to determine the position of the hydropower device. The fin serves, for example, for aligning the hydropower device along the flow direction of the flowing water of the water body. Due to the inventive correlation of the fin extension with the extension of the turbine axis, the flow engaging the fin rotates the water power device connected to the fin, in particular the flow body, to a position in which the fin has the least resistance to the flowing water of the water body. Since the extension of the fin along the extent of the turbine axis, the position of least resistance is identical to the position of the flow body, in which the turbine axis extends substantially along the flow direction of the flowing water of the water, the fin serves to the turbine, in particular the Alignment of the turbine axis to bring in the best position for power generation. By providing leveling chambers in such a fin, the additional space of the flow body resulting from the provision of the fin is used according to the invention. Fins, which are arranged at fully aerated leveling chambers substantially above the water surface of the water body with flowing water, can be submerged by venting the leveling chamber in the fins, by gradually reducing the buoyancy force to the entire hydropower device below the water surface of the water body lowers. In other words, by venting the leveling chambers, the activity of the fin can be adjusted with respect to its force for orienting the hydropower device. The farther the fin dives into the water, the larger the surface of attack of the flowing water and the stronger the alignment force exerted by the flow of the flowing water at the fin onto the hydropower device.
Weiter kann eine solche Flosse eine Warnvorrichtung aufweisen oder mit einer Warnvorrichtung verbunden sein, die fest oder flexibel mit der Flosse verbunden ist, so dass eine Beschädigung durch Schiffe im Wesentlichen ausgeschlossen ist. Eine solche Warnvorrichtung kann dabei zum Beispiel als eigener Schwimmer vorgesehen sein, welcher durch flexible Verbindung auf der Oberfläche des Gewässers die Position der vollständig abgetauchten Wasservorrichtung signalisiert. Die Signalisierung kann dabei durch grelle Farben, Leuchtfarben oder auch aktive Leuchtmittel wie LEDs erzeugt werden.Furthermore, such a fin can have a warning device or be connected to a warning device, which is firmly or flexibly connected to the fin, so that damage by ships is essentially precluded. Such a warning device can be provided, for example, as a separate float, which signals the position of the fully submerged water device by flexible connection on the surface of the water. The signaling can be generated by bright colors, fluorescent colors or active light sources such as LEDs.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftvorrichtung wenigstens eine Flosse des Strömungskörpers eine Standfläche aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass in entlüfteten Zustand der Nivellierkammer in der Flosse diese Flosse als Standkörper der Wasserkraftvorrichtung auf dem Grund eines Gewässers mit strömenden Wasser dienen kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Flosse, und damit ein Teil des Strömungskörpers, eine Doppelfunktion erhält. Nach dem Einsetzen der Wasserkraftvorrichtung dient die Flosse dazu, beim langsamen Absenken oder bereits direkt nach dem Einsetzen, den Strömungskörper, insbesondere die Turbinenachse entlang der Strömungsrichtung des strömenden Wassers des Gewässers auszurichten. Durch weiteres Entlüften der Nivellierkammern, zum Beispiel der Nivellierkammern in der Flosse, kann anschließend die Wasserkraftvorrichtung rotiert werden, so dass die Flossen nach dem Einsetzen, zum Beispiel durch die Rotation der Wasserkraftvorrichtung, in Richtung des Grundes des Gewässers zeigen. Ein weiteres Absenken der Wasserkraftvorrichtung führt dazu, dass durch die Reduktion der Auftriebskraft die Wasserkraftvorrichtung auf dem Grund aufsetzt. Um dieses Aufsetzen in definierter Weise erfolgen zu lassen, ist die Standfläche auf wenigstens einer Flosse vorgesehen, so dass die Wasserkraftvorrichtung einen festen Stand erhält. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform kann die Standfläche zumindest einen Teil der Ankervorrichtung bilden, so dass durch das finale Absenken der Wasserkraftvorrichtung auf den Grund eines Gewässers gleichzeitig die Verankerung der Wasserkraftvorrichtung gegen ein Abtreiben erfolgt.Further, it is advantageous if at least one fin of the flow body in a hydropower device according to the invention has a footprint which is designed such that in the vented state of the leveling chamber in the fin, this fin can serve as a stand body of the water power device on the bottom of a body of water flowing. In this way, it is possible that the fin, and thus a part of the flow body, receives a dual function. After insertion of the hydropower device, the fin is used to align the flow body, in particular the turbine axis along the flow direction of the flowing water of the water during slow lowering or already directly after insertion. By further venting the leveling chambers, for example the leveling chambers in the fin, the hydropower device can then be rotated so that the fins, after insertion, for example by the rotation of the hydropower device, point towards the bottom of the water. Further lowering the hydropower device causes the hydropower device to land on the ground by reducing the buoyancy force. To make this placement in a defined manner, the footprint is provided on at least one fin, so that the hydropower device gets a firm footing. In an advantageous embodiment, the footprint can form at least a part of the anchor device, so that at the same time the anchoring of the hydropower device against abortion takes place by the final lowering of the hydropower device to the bottom of a body of water.
Unabhängig von der Rotation der Wasserkraftvorrichtung ist es auch möglich, dass die Flosse, bezogen auf die Schwerkraftsrichtung, an der unteren Seite der Wasserkraftvorrichtung angeordnet ist. Mit einer solchen Anordnung muss keine Rotation erfolgen, um durch ein vollständiges Absenken die Standfläche der Flosse für den Kontakt mit dem Grund des Gewässers vorzusehen.Regardless of the rotation of the hydropower device, it is also possible for the fin to be located on the lower side of the hydropower device with respect to the gravity direction is. With such an arrangement, no rotation is required to provide, by fully lowering, the footprint of the fin for contact with the bottom of the water body.
Es kann vorteilhaft sein, wenn eine erfindungsgemäße Wasserkraftvorrichtung dahingehend weitergebildet ist, dass die Entlüftungsvorrichtung in ihrer Nivellierkammer wenigstens ein Wassereinlassventil und wenigstens ein Luftauslassventil aufweist, wobei das Luftauslassventil, bezogen auf die Einsatzsituation beim Entlüften der Nivellierkammer oberhalb des Wassereinlassventils angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann durch das Öffnen beider Ventile, vorteilhafterweise zuerst des Wassereinlassventils und anschließend des Luftauslassventils, die Entlüftung der Nivellierkammer durchgeführt werden. Durch das Wassereinlassventil kann Wasser, insbesondere Wasser, welches den Strömungskörper umgibt, in die Nivellierkammer eindringen und Gas verdrängen. Das verdrängte Gas entweicht durch das Luftauslassventil und die Nivellierkammer füllt sich mit Wasser. Dieser Vorgang kann vollständig durchgeführt werden, also bis zum vollständigen Entlüften der Nivellierkammer, aber auch jederzeit zwischendurch abgebrochen werden. Das Abbrechen erfolgt durch Schließen wenigstens eines der beiden Ventile, insbesondere zumindest des Luftauslassventils. Vorteilhafterweise sind die beiden Ventile einander gegenüberliegend angeordnet, so dass das Luftauslassventil vorteilhafterweise am höchsten Punkt und das Wassereinlassventil vorteilhafterweise am tiefsten Punkt der Nivellierkammer angeordnet ist. Unter der hier verwendeten Ausrichtung der Ventile ist dabei die Einsatzsituation beim Entlüften der Nivellierkammer zu verstehen. Diese hängt wiederum von der Ausrichtung der Wasserkraftvorrichtung im strömenden Gewässer zum Zeitpunkt der Entlüftung ab.It may be advantageous if a hydraulic power device according to the invention is further developed such that the venting device has in its leveling chamber at least one water inlet valve and at least one air outlet valve, wherein the air outlet valve, based on the use situation when venting the leveling chamber above the water inlet valve is arranged. By the arrangement according to the invention can be performed by opening both valves, advantageously first of the water inlet valve and then the air outlet valve, the venting of the leveling chamber. Through the water inlet valve, water, in particular water, which surrounds the flow body, penetrate into the leveling chamber and displace gas. The displaced gas escapes through the air outlet valve and the leveling chamber fills with water. This process can be carried out completely, ie until complete venting of the leveling chamber, but also interrupted at any time in between. The canceling takes place by closing at least one of the two valves, in particular at least the air outlet valve. Advantageously, the two valves are arranged opposite each other, so that the air outlet valve is advantageously located at the highest point and the water inlet valve advantageously at the lowest point of the leveling chamber. The orientation of the valves used here is to be understood as the deployment situation when venting the leveling chamber. This in turn depends on the orientation of the hydropower device in the flowing water at the time of venting.
Auch kann es vorteilhaft sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftvorrichtung eine Belüftungsvorrichtung vorgesehen ist, welche derart ausgestaltet ist, dass in der Nivellierkammer enthaltenes Wasser aus der Nivellierkammer entweichen kann und Gas in die Nivellierkammer unter Verdrängung des Wassers eindringen kann, um die Auftriebskraft der Wasserkraftvorrichtung zu verändern. Mit anderen Worten dient die Belüftungsvorrichtung dem entgegengesetzten Ziel der Entlüftungsvorrichtung. Die Belüftungsvorrichtung belüftet also die jeweilige Nivellierkammer und agiert gegensätzlich zur Entlüftung durch die Entlüftungsvorrichtung. Durch das Vorsehen einer Belüftungsvorrichtung wird der Einsatz der Wasserkraftvorrichtung noch flexibler, da die Entlüftung der Nivellierkammer auf diese Weise reversibel ist. Durch ein Zusammenspiel zwischen Entlüftungsvorrichtung und Belüftungsvorrichtung kann ein flexibles Ausnivellieren durch Verändern der Auftriebskraft der Wasserkraftvorrichtung in beliebigen Richtungen durch gezieltes Belüften oder Entlüften erzielt werden. Auch hier ist unter der Bezeichnung ”Veränderung der Auftriebskraft” nicht nur die Veränderung des Absolutwerts der Auftriebskraft zu verstehen, sondern auch die Möglichkeit der Verschiebung des Angriffspunktes der Auftriebskraft, so dass neben dem Absenken bzw. Anheben der Wasserkraftvorrichtung auch eine Relativbewegung der Wasserkraftvorrichtung zum Beispiel eine Rotation relativ zur Wasseroberfläche bzw. zum Grund des Gewässers möglich ist.It may also be advantageous if in a hydropower device according to the invention a ventilation device is provided which is designed such that water contained in the leveling chamber can escape from the leveling chamber and gas can penetrate into the leveling chamber to displace the water, in order to increase the buoyancy force of the hydropower device change. In other words, the ventilation device serves the opposite destination of the ventilation device. The ventilation device thus ventilates the respective leveling chamber and acts in contradistinction to the ventilation by the ventilation device. By providing a ventilation device, the use of the hydropower device is even more flexible, since the venting of the leveling chamber is reversible in this way. By interplay between the venting device and the venting device, flexible leveling can be achieved by varying the buoyancy of the hydropower device in any direction by targeted venting. Again, the term "change in buoyancy" is to be understood not only the change in the absolute value of the buoyancy force, but also the possibility of shifting the point of application of the buoyancy force, so that in addition to the lowering or lifting of the hydropower device, a relative movement of the water power device, for example a rotation relative to the water surface or to the bottom of the water is possible.
Ein weiterer Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftvorrichtung die Belüftungsvorrichtung jeder Nivellierkammer wenigstens ein Wasserauslassventil und wenigstens ein Lufteinlassventil aufweist, wobei das Lufteinlassventil bezogen auf die Einsatzsituation beim Belüften der Nivellierkammer oberhalb des Wasserauslassventils angeordnet ist. In ähnlicher Weise wie bei der Entlüftungsvorrichtung, auf welche hier Bezug genommen wird, sind Lufteinlassventil und Wasserauslassventil auf diese Weise so angeordnet, dass durch das Lufteinlassventil Luft in die Nivellierkammer geführt werden kann, welches unter dem Zwang der Lufteinführung, beispielsweise durch das Einführen von Pressluft, das Wasser in der Nivellierkammer durch das Wasserauslassventil verdrängt. Mit anderen Worten findet ein Belüftungsvorgang statt, welcher umgekehrt zum Entlüftungsvorgang ist.A further advantage may be if, in a hydropower device according to the invention, the ventilation device of each leveling chamber has at least one water outlet valve and at least one air inlet valve, the air inlet valve being arranged above the water outlet valve in relation to the application situation when the leveling chamber is ventilated. In a similar manner as in the venting device referred to herein, the air inlet valve and water outlet valve are arranged so that air can be introduced into the leveling chamber through the air inlet valve, which is forced to introduce air, for example by introducing compressed air , which displaces water in the leveling chamber through the water outlet valve. In other words, a ventilation process takes place, which is the reverse of the deaeration process.
Die Belüftung selbst kann dabei in unterschiedlichster Weise stattfinden. So ist es möglich, dass ein Gasgenerator unabhängig von der Umgebung vorhanden ist, welcher gespeichertes Druckgas oder durch chemische Reaktionen erzeugtes Gas durch das Lufteinlassventil in die Nivellierkammer führt. Auch ist es möglich, dass ein Kompressor vorgesehen ist, welcher in fluidkommunizierender Verbindung mit dem Lufteinlassventil und mit einem Luftvorrat steht. Der Luftvorrat kann dabei sowohl eine Druckluftkammer, als auch die Verbindung mit der Wasseroberfläche mittels eines Schnorchels sein. Entscheidend dabei ist, dass die Belüftungsvorrichtung grundsätzlich die Möglichkeit eröffnet, durch das Lufteinlassventil Luft in die Nivellierkammer einzuführen, welche das Wasser durch das Wasserauslassventil verdrängt.The ventilation itself can take place in different ways. Thus, it is possible for a gas generator to be present independently of the environment which leads stored compressed gas or gas produced by chemical reactions through the air inlet valve into the leveling chamber. It is also possible that a compressor is provided, which is in fluid communication with the air inlet valve and with an air supply. The air supply can be both a compressed air chamber, as well as the connection to the water surface by means of a snorkel. The decisive factor is that the ventilation device basically opens the possibility to introduce air through the air inlet valve in the leveling chamber, which displaces the water through the water outlet valve.
Bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftvorrichtung kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest zwei Nivellierkammern im Strömungskörper derart voneinander beabstandet vorgesehen sind, dass sich durch Entlüften und/oder Belüften einer der beiden Nivellierkammern der Schwerpunkt der Wasserkraftvorrichtung verschiebt, so dass eine Rotation der Wasserkraftvorrichtung als Bewegung relativ zum Grund des Gewässers mit strömendem Wasser erfolgt. Durch die Anordnung der Nivellierkammern derart voneinander beabstandet, wird der Schwerpunkt und damit auch der Angriffspunkt der Auftriebskraft verschoben. Dieses Verschieben erzwingt eine Neuausrichtung der Wasserkraftvorrichtung bezüglich ihrer Position zum Grund des Gewässers mit strömendem Wasser. Diese Neuausrichtung erfolgt in Form einer Rotation, welche hervorgerufen wird durch das Drehmoment zwischen dem alten Schwerpunkt, zum Beispiel dem Leerschwerpunkt und dem neuen Schwerpunkt, an welchem nun die geänderte Auftriebskraft angreift.In a hydropower device according to the invention, it may be advantageous if at least two leveling chambers are provided spaced apart in the flow body such that the center of gravity of the hydropower device shifts by venting and / or venting one of the two leveling chambers so that a rotation of the hydropower device as a movement relative to the ground of the water with pouring water. By the arrangement of the leveling chambers so spaced apart, the Focus and thus the point of application of the buoyancy force shifted. This displacement forces reorientation of the hydropower device with respect to its position to the bottom of the water body with flowing water. This reorientation takes the form of a rotation which is caused by the torque between the old center of gravity, for example the center of gravity and the new center of gravity, at which the changed buoyancy force now acts.
Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass die Wasserkraftvorrichtungen zumindest zwei Nivellierkammern im Strömungskörper aufweist, die in Umfangsrichtung der Turbine voneinander beabstandet angeordnet sind, so dass sich durch Entlüften oder Belüften einer der beiden Nivellierkammern der Schwerpunkt der Wasserkraftvorrichtung relativ radial zur Turbinenachse verschiebt und damit eine Rotation der Wasserkraftvorrichtung um die Turbinenachse folgt. Diese Ausgestaltungsform ist eine vorteilhafte Ausgestaltungsform, um zum Beispiel die Rotation der Wasserkraftvorrichtung um die Turbinenachse vollständig, also um 180°, durchzuführen und zum Beispiel anschließend ein weiteres Absenken mit einem Aufsetzen der Wasserkraftvorrichtung am Grund des Gewässers durchführen zu können. Die Wasserkraftvorrichtung kann dabei um die Turbinenachse, welche entlang der Strömungsrichtung des strömenden Wassers des Gewässers ausgerichtet ist, rotiert werden. Auch ist auf diese Weise ein rotatorisches Ausrichten der Wasserkraftvorrichtung möglich.Additionally or alternatively, it is also possible that the Wasserkraftvorrichtungen has at least two leveling chambers in the flow body, which are arranged spaced from each other in the circumferential direction of the turbine, so that displaces by venting or venting one of the two leveling chambers of the center of gravity of the hydropower relative to the turbine axis and thus a rotation of the hydropower device follows about the turbine axis. This embodiment is an advantageous embodiment, for example, to complete the rotation of the hydropower device to the turbine axis, ie by 180 °, and to be able to perform, for example, then further lowering with a placement of the hydropower device at the bottom of the water. The hydropower device can be rotated about the turbine axis, which is aligned along the flow direction of the flowing water of the water. Also, a rotational alignment of the hydropower device is possible in this way.
Alternativ oder parallel ist es auch möglich, wenn zumindest zwei Nivellierkammern im Strömungskörper auf unterschiedlichen Seiten des Leerschwerpunktes der Wasserkraftvorrichtung in einem Zustand mit belüfteten Nivellierkammern angeordnet sind, so dass durch Entlüften und/oder Belüften einer der beiden Nivellierkammern der Schwerpunkt der Wasserkraftvorrichtung relativ zum Leerschwerpunkt der Wasserkraftvorrichtung verschoben wird und damit ein Anstellen der Turbinenachse gegenüber der Strömungsrichtung des strömenden Wassers erfolgt. Ein solches Anstellen ist zum Beispiel dann sinnvoll, wenn Wasser aus unterschiedlichen Schichten des strömenden Gewässers zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung des Strömungskörpers transportiert werden soll. Zum Beispiel kann auf diese Weise die Einlassöffnung abgesenkt werden und die Auslassöffnung angehoben werden oder umgekehrt. Unter dem Begriff ”Leerschwerpunkt” ist dabei der Schwerpunkt zu verstehen, welcher bei vollständig belüfteten Nivellierkammern vorgesehen ist. Selbstverständlich verschiebt sich der Schwerpunkt kontinuierlich während der Entlüftung, bzw. Belüftung der Nivellierkammern. So ist der Leerschwerpunkt als ein Extrempunkt auf einer Kurve beliebig vieler Schwerpunkte der Wasserkraftvorrichtung zu sehen. Der gegenüberliegende Extrempunkt ist ein Vollschwerpunkt, also ein Schwerpunkt der Wasserkraftvorrichtung bei voll befüllten Nivellierkammern. Dazwischen erstreckt sich eine Linie bzw. bei einer Vielzahl von Nivellierkammern und unterschiedlichen Befüllvorgängen sogar eine Fläche von möglichen Schwerpunkten, auf welcher der Schwerpunkt je nach Füllgrad bzw. Entlüftungs- oder Belüftungssituation der jeweiligen Nivellierkammer zu liegen kommen kann. Innerhalb dieser Fläche bzw. auf dieser Linie kann der Schwerpunkt durch gezieltes Belüften oder Entlüften der Nivellierkammern verschoben werden und damit die Position der Wasserkraftvorrichtung verändert werden.Alternatively or in parallel, it is also possible if at least two leveling chambers are arranged in the flow body on different sides of the center of gravity of the hydropower device in a state with aerated leveling chambers, so that by venting and / or aerating one of the two leveling chambers of the center of gravity of the hydropower device relative to the center of gravity of the Hydroelectric device is moved, and thus a hiring of the turbine axis with respect to the flow direction of the flowing water takes place. Such a setting is useful, for example, when water is to be transported from different layers of the flowing water body between the inlet opening and the outlet opening of the flow body. For example, in this way the inlet opening can be lowered and the outlet opening raised or vice versa. The term "center of gravity" is to be understood as the focus which is provided in fully ventilated leveling chambers. Of course, the center of gravity shifts continuously during ventilation, or ventilation of the leveling chambers. Thus, the center of gravity is to be seen as an extreme point on a curve of any number of centers of gravity of the hydropower device. The opposite extreme point is a full center of gravity, so a focus of the hydropower device at fully filled leveling chambers. In between, a line or, in the case of a multiplicity of leveling chambers and different filling processes, even an area of possible centers of gravity extends, on which the center of gravity can come to rest, depending on the degree of filling or venting or ventilation situation of the respective leveling chamber. Within this area or on this line, the center of gravity can be shifted by targeted venting or venting the leveling chambers and thus the position of the hydropower device can be changed.
Dabei ist insbesondere darauf hinzuweisen, dass die Nivellierkammern vorteilhafterweise derart angeordnet sind, dass sie sowohl eine Rotation um die Turbinenachse, als auch ein Anstellen der Turbinenachse ermöglichen. Insbesondere die Rotation der Turbinenachse ist dabei vorteilhaft, da auf diese Weise eine Gegenrotation durch das von der sich drehenden Turbine aufgebrachte Drehmoment auf die Wasserkraftvorrichtung ausgeübt werden kann. Eine drehende Turbine neigt dazu, die Wasserkraftvorrichtung um die Turbinenachse zumindest teilweise zu drehen, so dass die Wasserkraftvorrichtung schief im Wasser zu liegen kommt. Um definierte Strömungsergebnisse zu erzielen, kann durch gezieltes Entlüften bzw. Belüften einzelner Nivellierkammern, eine Gegenrotation der Wasserkraftvorrichtung in die Turbinenachse erfolgen, so dass die bevorzugte Position der Wasserkraftvorrichtung im strömenden Wasser des Gewässers wieder eingenommen wird.It should be noted in particular that the leveling chambers are advantageously arranged such that they allow both a rotation about the turbine axis, as well as a hiring of the turbine axis. In particular, the rotation of the turbine axis is advantageous because in this way a counter-rotation can be exerted by the torque applied by the rotating turbine to the hydropower device. A rotating turbine tends to at least partially rotate the hydropower device about the turbine axis so that the hydropower device is tilted in the water. In order to achieve defined flow results, by targeted venting or venting individual leveling chambers, a counter rotation of the Wasserkraftvorrichtung done in the turbine axis, so that the preferred position of the hydropower device in the flowing water of the water is taken again.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Einsetzen einer erfindungsgemäßen Wasserkraftvorrichtung in ein Gewässer mit strömendem Wasser. Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- • Einsetzen der Wasserkraftvorrichtung mit belüfteten Nivellierkammern in das strömende Wasser eines Gewässers,
- • Verankern der Wasserkraftvorrichtung mittels der Ankervorrichtung gegen ein Abtreiben der Wasserkraftvorrichtung mit der Strömung des Gewässers, und
- • wenigstens teilweises Entlüften von zumindest einer Nivellierkammer mittels der Entlüftungsvorrichtung zum Absenken und/oder Rotieren der Wasserkraftvorrichtung in einer Bewegung relativ zum Grund des Gewässers.
- Inserting the hydropower device with aerated leveling chambers into the flowing water of a body of water,
- • Anchoring the hydropower device by means of the anchor device against a drive off the hydropower device with the flow of the water, and
- At least partially venting at least one leveling chamber by means of the venting device for lowering and / or rotating the hydropower device in a movement relative to the bottom of the water body.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist die gleichen Vorteile auf, wie sie eine erfindungsgemäße Wasserkraftvorrichtung mit sich bringt und wie es voranstehend ausführlich erläutert worden ist. Insbesondere ist ein erfindungsgemäßes Verfahren vorteilhaft, da keine komplexen baulichen Maßnahmen notwendig sind und damit ein flexibler und dezentraler Einsatz einer erfindungsgemäßen Wasserkraftvorrichtung, insbesondere des Einsetzens dieser Wasserkraftvorrichtung möglich wird. So kann eine solche Wasserkraftvorrichtung an einen beliebigen Ort der Welt transportiert werden und ohne weiteres Zubehör in einem strömenden Wasser eines Gewässers eingesetzt werden. In entlegenen Gebieten kann auf diese Weise eine Stromversorgung für kleinere Gebiete, beispielsweise Dörfer, ermöglicht werden. Das Einsetzen ist dabei ohne großen technischen Aufwand, insbesondere ohne Fachpersonal möglich, da ausschließlich ein Einsetzen im Wasser und ein Entlüften der Wasserkraftvorrichtung erfolgen müssen. Eine komplizierte Steuerung und vor allem bauliche oder konstruktive Maßnahmen sind dabei nicht erforderlich.A method according to the invention has the same advantages as a hydropower device according to the invention and as has been explained in detail above. In particular, a method according to the invention is advantageous, Since no complex structural measures are necessary and thus a flexible and decentralized use of a hydropower device according to the invention, in particular the use of this hydropower device is possible. Thus, such a hydropower device can be transported to any place in the world and be used without further accessories in a flowing water of a body of water. In remote areas, this can be used to provide power to smaller areas such as villages. The insertion is possible without great technical effort, especially without specialist personnel, since only an insertion in the water and a venting of the hydropower device must be done. A complicated control and especially structural or constructive measures are not required.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann dahingehend weitergebildet sein, dass in Abhängigkeit der Wasserlage der Wasserkraftvorrichtung gezielt wenigstens eine Nivellierkammer über die Entlüftungsvorrichtung entlüftet und/oder über die Belüftungsvorrichtung belüftet wird, so dass sich die Wasserlage der Wasserkraftvorrichtung durch eine Bewegung relativ zum Grund des Gewässers ändert. Dieser zusätzliche Verfahrensschritt kann sowohl aktiv ausgeführt werden, also durch die Bedienung eines Bedienpersonals veranlasst sein, oder aber von einer kleinen Regelvorrichtung, ausgelöst werden. Eine solche Regelvorrichtung weist beispielsweise verschiedene Sensoren auf, welche in der Lage sind, neben der Leistung der Turbine auch die relative Position, also Absenktiefe und Anstellwinkel, bzw. Rotationsgrad der Wasserkraftvorrichtung zu bestimmen. In Abhängigkeit der von solchen Sensoren ermittelten Parameter kann eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung den Verfahrensschritt gemäß der vorliegenden Erfindung ausführen und eine Anpassung der Wasserlage der Wasserkraftvorrichtung durch gezieltes Entlüften oder Belüften der Nivellierkammern erzeugen.A method according to the invention can be further developed such that, depending on the water position of the hydropower device, at least one leveling chamber is specifically vented via the venting device and / or vented via the aeration device, so that the water position of the hydropower device changes by movement relative to the bottom of the waterbody. This additional process step can be carried out both actively, be initiated by the operation of an operator, or by a small control device, triggered. Such a control device has, for example, various sensors which are capable of determining, in addition to the power of the turbine, also the relative position, that is to say the lowering depth and the angle of attack, or the degree of rotation of the hydraulic power device. Depending on the parameters determined by such sensors, a control device according to the invention can carry out the method step according to the present invention and produce an adaptation of the water position of the hydropower device by targeted venting or aeration of the leveling chambers.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann weiter verbessert werden, wenn durch Entlüften wenigstens einer Nivellierkammer mittels der Entlüftungsvorrichtung, die Wasserkraftvorrichtung im Wesentlichen 180° um die Turbinenachse gedreht wird. Mit anderen Worten wird die Wasserkraftvorrichtung durch einen solchen Schritt umgedreht, so dass vorher nach oben zeigende Elemente nun nach unten, also in Richtung des Grundes, zeigen. Bei Wasserkraftvorrichtungen mit Flossen, welche Standflächen aufweisen, ist dies insbesondere sinnvoll, da nach dem Umdrehen der Wasserkraftvorrichtung ein weiteres Absenken, insbesondere ein Aufsetzen der Standfläche des Strömungskörpers auf dem Grund der Wasserkraftvorrichtung erfolgen kann.An inventive method can be further improved if, by venting at least one leveling chamber by means of the venting device, the hydropower device is rotated substantially 180 ° about the turbine axis. In other words, the hydropower device is turned over by such a step, so that previously pointing up elements now downwards, ie in the direction of the ground point. In hydropower devices with fins, which have footprints, this is particularly useful because after turning the water power device, a further lowering, in particular a placement of the base of the flow body can be done on the bottom of the hydropower device.
Auch ist es vorteilhaft, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Turbine der Wasserkraftvorrichtung als Antrieb zur Bewegung der Wasserkraftvorrichtung zu ihrem Einsatzort verwendet wird. Hier macht man sich zunutze, dass eine Turbine ein aktives Strömungselement ist. Im Turbineneinsatz wird durch das Anströmen bzw. Umströmen des strömenden Wassers der Turbinenschaufeln diese in Drehung versetzt. Gleichermaßen kann jedoch auch durch aktives Ansteuern der Turbine, also durch motorisches Drehen der Turbine, stehendes Wasser in Bewegung versetzt werden. Mit anderen Worten dient die Turbine bei einer solchen Ausführungsform für den Transport der Wasserkraftvorrichtung als Schiffsschraube, welche der motorischen Bewegung der Wasserkraftvorrichtung dient. Dabei ist zu beachten, dass die Bewegungsrichtung der Wasserkraftvorrichtung sowohl von der Drehrichtung als auch von den Anstellwinkeln der Turbinen Schaufelblätter abhängt. So ist es vorteilhaft, wenn zur Positionierung der Wasserkraftvorrichtung bzw. zum Transport der Wasserkraftvorrichtung im Gewässer die Turbine entgegengesetzt der Richtung gedreht wird, welche während der Stromerzeugung durch das strömende Wasser verwendet wird. Bei einer solchen Ansteuerung kann die Wasserkraftvorrichtung positioniert werden und nach dem Umschalten auf Stromerzeugungsbetrieb ohne eine Neupositionierung der Wasserkraftvorrichtung, insbesondere ohne eine Rotation direkt Strom erzeugenIt is also advantageous if, in a method according to the invention, the turbine of the hydropower device is used as a drive for moving the hydroelectric device to its place of use. Here one makes use of the fact that a turbine is an active flow element. In the turbine insert, the turbine blades are caused to rotate by the flowing or flowing around of the flowing water. Equally, however, standing water can also be set in motion by active activation of the turbine, that is to say by means of motorized rotation of the turbine. In other words, in such an embodiment, the turbine is used to transport the hydropower device as a propeller, which serves for the motive movement of the hydropower device. It should be noted that the direction of movement of the hydropower device depends on both the direction of rotation and the angles of attack of the turbine blades. Thus, it is advantageous if, in order to position the hydropower device or to transport the hydropower device in the water, the turbine is rotated opposite to the direction which is used during power generation by the flowing water. With such control, the hydropower device can be positioned and generate power directly after switching to power generation operation without repositioning the hydropower device, particularly without rotation
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wasserkraftsystem, aufweisend wenigstens eine erfindungsgemäße Wasserkraftvorrichtung sowie wenigstens eine Energieregeleinheit, die über eine Kabelverbindung mit dem Generator der Wasserkraftvorrichtung in elektrischer Verbindung steht. Diese Energieregeleinheit dient dazu, in erster Linie den vom Generator erzeugten Strom über die Kabelleitung zu empfangen und für die Benutzung vorzubereiten. Dies kann zum Beispiel in Form von Wechselrichtern oder Gleichrichtern in einer Energieregeleinheit erfolgen. Auch die Energiespeicherung in den Energieregeleinheiten in Form von Batterien ist denkbar. Weiter ist es möglich, dass die Energieregeleinheit über die Kabelverbindung auch eine Rückkopplung mit der jeweiligen Wasserkraftvorrichtung vorsieht. So kann komplizierte Regelelektronik in der Energieregeleinheit vorgesehen werden, welche zum Beispiel die Entlüftungsvorrichtung und über die Belüftungsvorrichtung für die einzelnen Nivellierkammern steuert.A further subject of the present invention is a hydropower system comprising at least one hydropower device according to the invention and at least one energy control unit which is in electrical connection with the generator of the hydropower device via a cable connection. This power control unit serves primarily to receive the power generated by the generator via the cable line and to prepare it for use. This can be done, for example, in the form of inverters or rectifiers in an energy control unit. The energy storage in the energy control units in the form of batteries is conceivable. It is also possible that the energy control unit via the cable connection also provides a feedback with the respective hydropower device. Thus, complicated control electronics can be provided in the energy control unit, which controls, for example, the ventilation device and the ventilation device for the individual leveling chambers.
Die Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren. Dabei beziehen sich die verwendeten Begriffe ”links”, ”rechts”, ”oben” und ”unten” auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing figures. The terms used "left", "right", "top" and "bottom" to an orientation of the drawing figures with normal readable reference numerals. Show it:
In den
Innerhalb des Strömungskörpers
Vor der Eingangsöffnung
Der Strömungskörper
Nicht dargestellt in
Der Strömungskörper
Die Wasserkraftvorrichtung
Darüber hinaus ist in
Wie bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung näher erläutert, handelt es sich bei der Veränderung der Auftriebskraft nicht ausschließlich um ein reines Absenken bzw. Anheben der Wasserkraftvorrichtung
In
Neben einem reinen Absenken der Wasserkraftvorrichtung
Zu diesem Zeitpunkt können zwei unterschiedliche Handlungen durchgeführt werden. Wird die vollständig entlüftete Nivellierkammer
Neben einem weiteren Entlüften der Nivellierkammern
Neben der Möglichkeit der Rotation um die Turbinenachse
Für den Fall, dass nicht nur ein vollständiges Absetzen sondern darüber hinaus sondern auch ein Anstellen der Turbinenachse gewünscht ist, kann anstelle eines weiteren kontinuierlichen Füllens beider Nivellierkammern
Umgekehrt ist es auch möglich, die linke Nivellierkammer
In
Neben der besonders einfachen Ausgestaltungsform der
In der
Zusätzlich ist in
In diesem Fall sind ebenfalls in Funktionalunion ein Luftauslassventil
In den
Es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele nur näher erläutert und in keiner Weise eingeschränkt werden muss. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die zu den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Optionen für einzelne Bauteile der Wasserkraftvorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- WasserkraftvorrichtungHydropower device
- 2020
- Strömungskörperflow body
- 2222
- Einlassöffnunginlet port
- 2424
- Auslassöffnungoutlet
- 2626
- Flossefin
- 26a26a
- Standflächefootprint
- 2828
- Diffusordiffuser
- 2929
- Einlassschlitzinlet slot
- 3030
- Turbineturbine
- 3232
- Turbinenachseturbine axis
- 3434
- Lagerung der TurbinenwelleStorage of the turbine shaft
- 4040
- Generatorgenerator
- 5050
- Ankervorrichtunganchoring device
- 6060
- NivellierkammerNivellierkammer
- 7070
- Entlüftungsvorrichtungventing device
- 7272
- WassereinlassventilWater inlet valve
- 7474
- Luftauslassventilair release
- 8080
- Belüftungsvorrichtungaeration device
- 8282
- LufteinlassventilAir inlet valve
- 8484
- Wasserauslassventilwater outlet
- 8686
- DruckluftbehälterAir receiver
- 9090
- Pumpepump
- 9292
- Absperrventilshut-off valve
- 100100
- WasserkraftsystemHydropower system
- 110110
- EnergieregeleinheitPower control unit
- 112112
- Kabelverbindungcable connection
- LL
- Leerschwerpunkt der WasserkraftvorrichtungEmpty center of the hydropower device
- LuLu
- Luftair
- WaWa
- Wasserwater
- GrGr
- Grund des GewässersReason of the water
- WoWhere
- Wasseroberflächewater surface
- DD
- Abstand zur WasseroberflächeDistance to the water surface
- WaWa
- Wasserwater
- LuLu
- Luftair
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-
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Representative=s name: BALS & VOGEL PATENTANWAELTE, DE Representative=s name: BALS & VOGEL PATENTANWAELTE, 81667 MUENCHEN, DE |
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