DE102010045413A1

DE102010045413A1 - Strömungswandler

Info

Publication number: DE102010045413A1
Application number: DE102010045413A
Authority: DE
Inventors: Auf Teilnichtnennung Antrag; Ralf Korngiebel; Artur Henneberg; Nico Braune
Original assignee: P E A C E POWER WATER AND WASTEWATER GmbH; Peace-Power Water And Wastewater GmbH
Current assignee: P E A C E POWER WATER AND WASTEWATER GmbH; Peace-Power Water And Wastewater GmbH
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-15
Also published as: WO2012034616A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strömungswandler, zumindest bestehend aus einem drehbaren Turbinenkegel 1 mit Schraubenblättern 11, einem Gehäuse 2, zumindest einer Einheit zur Drehzahlumwandlung 7 und zumindest einer Einheit Energieumwandlung 6, welche in einem Hohlraum 41 des Strömungswandlers 4 angeordnet sind.

Description

Strömungswandler bestehen aus einem sich durch das Strömungsmedium drehenden Turbinenkegel mit am Umfang angeordneten, spiralförmigen Schraubenblättern, wobei der Strömungswandler sich in üblicher Art und Weise abstützt, beispielsweise durch ein feststehendes Gehäuse.
Aus der DE 10 2008 032 411 A1 ist ein solcher Strömungswandler bekannt, dessen Turbinenkegel gegenüber einem Gehäuse drehbar gelagert und abgedichtet ist. Eine integrierte Einheit zur effizienten Drehzahlumwandlung und Energieumwandlung in dem integrierten Hohlraum untergebracht und wirksam vor Eindringen des Strömungsmediums geschützt. Durch diese gewählte Bauform wird Treibgut vom Strömungswandler weggeleitet. Durch den Strömungswandler können große Leistungen übertragen werden.
Die DE 41 39 134 C2 offenbart eine Wasserkraftschnecke zur Energieumwandlung, welche im Aussehen und Ausführung gleich einer aus der Abwassertechnikbekannten Wasserförderschnecke mit oben offenen, nicht drehenden Trog, ist. Dem Trog, in dem sich die Schnecke dreht, wird am oberen Ende Wasser zugeführt, welches sich durch Einwirkung der Schwerkraft abwärts bewegt und durch die Schnecke in Bewegungsenergie umgewandelt wird. Die durch die Schnecke gewonnene Bewegungsenergie kann einer Kraft- oder Arbeitsmaschine zugeführt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen Strömungswandler bereit zu stellen, welcher insbesondere eine höhere Leistung besitzt und mit höherer Energieeffizienz arbeitet.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Strömungswandler gelöst, welcher die Merkmale des Anspruchs 1 besitzt.
Erfindungswesentlich ist, dass zwischen dem Gehäuse 2 und dem Turbinenkegel 1 eine drehbare Wasserkraftschnecke 3 angeordnet ist. Damit wird eine Vergrößerung des Schluckvermögens der Turbine erreicht. Mit der Wasserkraftschnecke als Erweiterung oder Verlängerung des Turbinenkegels wird die Schraubenblattfläche der Turbine, damit die Angriffsfläche des Wassers und demzufolge eine Steigerung der Leistungsausbeute erreicht. Die besondere, angepasste Form des Kegels verbessert die Leitung des Wassers auf die Schraubenblätter und minimiert den Energieverlust, welcher durch das Umlenken des Wassers in Richtung Schraubenblätter auftritt. Die verfeinerte Schaufelgeometrie ermöglicht eine verbesserte Energieaufnahme zur effizienteren Nutzung des Wasserstroms und verringert die Möglichkeit des Festsetzens von Geschiebe und Geschwemmsel.
Insbesondere die Unteransprüche geben weitere Merkmale der Erfindung an, ohne diese abschließend zu benennen.
Im Folgenden soll die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
1 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Strömungswandlers 4 in einer ersten Ausführungsvariante,
2 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Strömungswandlers 4 in einer zweiten Ausführungsvariante,
3 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Strömungswandlers 4 in einer dritten Ausführungsvariante,
4 eine schematische Seitenansicht des Turbinenkegels 1,
5 eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des Turbinenkegels 1,
und
6 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Strömungswandlers 4 in einer sechsten Ausführungsvariante.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Strömungswandlers 4 in einer ersten Ausführungsvariante. Bei dieser Variante ist ein Strömungswandler 4 derart gestaltet, dass ein Turbinenkegel 1, insbesondere bestehend aus einem Kegelmantel 13 und einer Kegelspitze 12, auf welchen mehrere gleichmäßig versetzt angeordnete sich in Richtung Kegelspitze 12 verjüngende spiralförmige Schraubenblätter 11 befinden. Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Turbinenkegel 1 ist eine drehbare Wasserkraftschnecke 3 angeordnet, wobei der Turbinenkegel 1 und die Wasserkraftschnecke 3 spaltfrei verbunden sind. Die Wasserkraftschnecke 3 und dieser Turbinenkegel 1 sind somit gegenüber einem feststehenden Gehäuse 2 drehbar gelagert. Der Schneckenboden 31 der Wasserkraftschnecke 3 besitzt eine zylinderförmige Form.
Zwischen der vorzugsweise aus Stahl hergestellten Wasserkraftschnecke 3 und dem ebenfalls aus Stahl bestehenden Gehäuses 2 sind mehrere Verbindungsflansche 21 angeordnet. Unten am Gehäuse 2 wurde zur Befestigung mit dem Untergrund eine Grundplatte 22 mit dem Gehäuse 2 fest verbunden. Im Inneren des Strömungswandlers 4, d. h. hier des von Wasserkraftschnecke 3, Turbinenkegel 1 und Gehäuse 2 gebildeten und gegenüber dem Strömungsmedium abgedichteten Hohlraums 41 befinden sich ein, der Wasserkraftschnecke 3 drehbar aufnehmendes Hauptlager, eine im Kegelmantel 13 untergebrachte Einheit zur Energieumwandlung 6, bestehend aus einem in Art und Ausführung üblichen Magnetring 61, welcher in einer Magnetglocke 62 angeordnet und fest mit dem Turbinenkegel 1 verbunden ist, einem Spulenkern 63 und ein Stromkabel 8, welches ausgehend vom Spulenkern 63 durch das abgedichtete Gehäuse 2 nach außen geführt wird.
Der Durchmesser des einen Endes 312 des Schneckenbodens 31, welches nahe des Turbinenkegels 1 angeordnet ist, überschreitet nicht den Durchmesser des Turbinenkegels 1.
Die Schraubenblätter 11 verbreitern sich von der Kegelspitze 12 des Turbinenkegels 1 beginnend, wobei die Anfangsbreite der Schraubenblätter 11 einen Wert von Null besitzt; alternativ einen größeren Wert besitzt.
Der Kerndurchmesser der Wasserkraftschnecke 3 überschreitet nicht den Basisdurchmesser des Turbinenkegels 1. Die Schraubenblätter 11 der Wasserkraftschnecke 3 sind rechtsläufig, sie schließen sich bündig an die eingängigen, ebenfalls rechtsläufigen Schraubenblätter 11 des Turbinenkegels 1 an. Dabei entspricht der Außendurchmesser der Schraubenblätter 11 der Wasserkraftschnecke 3 dem maximalen Außendurchmesser der Schraubenblätter 11 des Turbinenkegels 1. Der Turbinenkegel 1 zeichnet sich in diesem Ausführungsbeispiel durch eine konkave Kegelwandung 13, welche ein vergrößertes Schluckvermögen und eine höhere Leistungsausbeute ermöglicht, aus.
Zum Schutz der Oberfläche vor Beschädigung und Korrosion werden alle, mit dem Strömungsmedium in Kontakt kommenden Flächen des Turbinenkegels 1, der Wasserkraftschnecke 3 und des Gehäuses 2 mit einer Beschichtung versehen. Eine wahlweise Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels in einem korrosionsfreien Stahl ist möglich.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Strömungswandlers 4 in einer zweiten Ausführungsvariante.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Turbinenkegel 1, im Unterschied zur Lösung gemäß 1, mechanisch von der Wasserkraftschnecke 3 getrennt. Der Spalt 5 zwischen Turbinenkegel 1 und Wasserkraftschnecke 3 wurde hierbei durch mehrere Dichtungen 9 gegen eindringendes Wasser abgedichtet. Im Hohlraum 41 des Turbinenkegels 1 wurde ein die Drehbewegung des Turbinenkegels 1 aufnehmender Generator untergebracht. Die Wasserkraftschecke 3 wurde mit einem zweiten, ebenfalls innen liegenden, Generator versehen.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Strömungswandlers 4 in einer dritten Ausführungsvariante, welche insbesondere eine alternative Lösung zur zweiten Ausführungsvariante ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Turbinenkegel 1, im Unterschied zur Lösung gemäß 1, mechanisch von der Wasserkraftschnecke 3 getrennt. Der Spalt 5 zwischen Turbinenkegel 1 und Wasserkraftschnecke 3 wurde hierbei durch mehrere Dichtungen 9 gegen eindringendes Wasser abgedichtet. Im Hohlraum 41 des Strömungswandlers 4, hier im Hohlraum 41 der Wasserkraftschecke 3, wurde ein die Drehbewegung des Turbinenkegels 1 und/oder der Wasserkraftschecke 3 aufnehmender Generator untergebracht.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht des Turbinenkegels 1. Dabei weisen die auf dem Turbinenkegel 1 angebrachten Schraubenblätter 11 eine konkave Wölbung auf. So wird bei gleichbleibendem Außendurchmesser eine Vergrößerung der Schraubenblätterfläche erreicht. Um eine günstigere Anströmung zu gewährleisten stehen die Schraubenblätter nicht lotrecht auf der Symmetrieachse des Turbinenkegels, sondern besitzen einen Anstellwinkel. Die Schraubenblätter verbreitern sich von der Kegelspitze 12 zur Kegelbasis hin linear, wobei die Anfangsbreite der Schraubenblätter an der Kegelspitze 12 einem vordefinierten Wert größer Null entspricht. Der Schraubenblattanfang 111 wird rechteckig ausgeführt.
5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des Turbinenkegels 1.
Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenblätter 11 erst in einem bestimmten Abstand zur Kegelspitze 12, welcher einer Länge von einem Drittel der Kegelhöhe entspricht, beginnen. Damit dient die blanke Kegelspitze 12 als Leiteinrichtung des Wassers auf die Schraubenblätter 11. Die Anfangsbreite der Schraubenblätter entspricht in diesem Fall ebenfalls einem vordefinierten Wert größer Null. Um eine hydrodynamischere Form zu gewährleisten wird der Schaufelbeginn hierbei abgerundet.
6 zeigt eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des Turbinenkegels 1.
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Turbinenkegel 1 drei spiralförmige, von der Kegelspitze 12 bis zur Kegelbasis reichende, sich verbreiternde Schraubenblätter 11 auf. Sie sind um jeweils 120 Grad versetzt auf dem Kegelmantel 13 angeordnet. Zwischen den durchgängigen Schraubenblättern 11 sind insgesamt drei verkürzte Schraubenblätter, die sich im hinteren Kegelbereich befinden, angeordnet. Sie haben die gleiche Breite, Wölbung und den gleichen Anstiegswinkel wie die von der Kegelspitze 12 bis zur Kegelbasis reichenden Schraubenblätter. Die Anfangsbreite der verkürzten Schraubenblätter 11 entspricht dabei einem vordefinierten Wert größer Null Damit werden eine Vergrößerung der Schraubenblattfläche bei gleichbleibenden Außenmaßen und eine Steigerung der Leistungsausbeute erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Turbinenkegel
11: Schraubenblätter
111: Schaufelfläche
12: Kegelspitze
13: Kegelmantel
2: Gehäuse
21: Verbindungsflansche
3: Wasserkraftschnecke
31: Schneckenboden
4: Strömungswandler
41: Hohlraum
5: Spalt
6: Einheit zur Energieumwandlung
61: Magnetring
62: Magnetglocke
63: Spulenkern
7: Einheit zur Drehzahlumwandlung
8: Stromkabel
9: Dichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008032411 A1 [0002]
DE 4139134 C2 [0003]

Claims

Strömungswandler, zumindest bestehend aus einem drehbaren Turbinenkegel 1 mit Schraubenblättern 11, einem Gehäuse 2, zumindest einer Einheit zur Drehzahlumwandlung 7 und zumindest einer Einheit Energieumwandlung 6, welche in einem Hohlraum 41 des Strömungswandlers 4 angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse 2 und dem Turbinenkegel 1 eine drehbare Wasserkraftschnecke 3 angeordnet ist.
Strömungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenboden 31 der Wasserkraftschnecke 3 eine zylinderförmige Form besitzt.
Strömungswandler nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbinenkegel 1 und die Wasserkraftschnecke 3 spaltfrei verbunden sind.
Strömungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des einen Endes 312 des Schneckenbodens 31, welches nahe des Turbinenkegels 1 angeordnet ist, den Durchmesser des Turbinenkegels 1 nicht überschreitet.
Strömungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserkraftschnecke 3 und der Turbinenkegel 1 jeweils ein- oder mehrgängig ist.
Strömungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbinenkegel 1 und die Wasserkraftschnecke 3 nicht mechanisch miteinander verbunden sind.
Strömungswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt 5 zwischen dem Turbinenkegel 1 und der Wasserkraftschnecke 3 wasserdicht abgedichtet ist.
Strömungswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbinenkegel 1 mechanisch mit einer ersten Einheit zur Energieumwandlung 6, insbesondere einem Generator, und die Wasserkraftschnecke 3 mit einer zweiten, Einheit zur Energieumwandlung 6, insbesondere einem Generator, gekoppelt sind.
Strömungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der links- oder rechtsläufig drehende Turbinenkegel 1 einen konkav oder konvex geformten Kegelmantel 13 besitzt.
Strömungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Schraubenblätter 11 am Turbinenkegel 1 lotrecht und/oder in einem positiven oder negativen Anstellwinkel zur Symmetrieachse des Turbinenkegels 1 angeordnet sind.
Strömungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelfläche 111 der Schraubenblätter 11 eine gerade, konvex oder konkav gewölbte Form besitzen.
Strömungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schraubenblätter 11 von der Kegelspitze 12 des Turbinenkegels 1 beginnend verbreitern, wobei die Anfangsbreite der Schraubenblätter 11 einen Wert von Null oder einen größeren Wert besitzt.
Strömungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schraubenblatt 11.1 der Schraubenblätter 11 in einem Abstand von der Kegelspitze 12 des Turbinenkegels 1 angeordnet ist und sich die Schraubenblätter 11 beginnend mit dem ersten Schraubenblatt 11.1 verbreitern, wobei die Anfangsbreite der Schraubenblätter 11 einen Wert von Null oder einen größeren Wert besitzt.
Strömungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des einen Endes 311 des Schneckenbodens 31, welches nahe dem Gehäuse 2 angeordnet ist, den Durchmesser des Gehäuses 2 überschreitet.
Strömungswandler nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenblätter 11, wobei das erste Schraubenblatt 111 eine Anfangsbreite größer als Null besitzt, einen rechteckigen oder abgerundeten Schaufelbeginn besitzen.