DE102012025127A1

DE102012025127A1 - Wasserkraftwerk zur Ausnutzung der Energie geführter oder freier Wasserströme

Info

Publication number: DE102012025127A1
Application number: DE102012025127.0A
Authority: DE
Inventors: Klaus Sommerkorn
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-26
Also published as: JP2016500417A; KR20150097519A; WO2014095109A1; EP2935871A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk zur Ausnutzung der Energie geführter oder freier Wasserströme, umfassend die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile: – eine Wasserturbine mit einer Nabe und von dieser getragenen Laufschaufeln, umfassend ein Schaufelblatt sowie einen Schaufelzapfen; – eine Verstelleinrichtung zum Verstellen der Laufschaufeln; – eine elektrische Maschine, die mit der Turbine in Triebverbindung steht; – ein Gehäuse, das Turbine und elektrische Maschine umschließt. Ein solches Wasserkraftwerk weist die folgenden Merkmale auf – die Verstelleinheit befindet sich außerhalb des Gehäuses; – die Verstelleinrichtung umfasst eine Anzahl von Schiebern, die eine parallel zur Drehachse der Turbine verlaufende Axialbewegung ausführen und dabei jeweils an einer Laufschaufel angreifen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk oder ein Wind- oder Tidenkraftwerk oder einen sonstigen Energieerzeuger mit Propeller, mit einer Wasserturbine und einer elektrischen Maschine, insbesondere einen Elektromotor. Diese beiden Bauteile befinden sich in einem Gehäuse. Hiermit lässt sich die Energie strömenden Wassers nutzen.
Eine Energieeinheit, umfassend eine Wasserturbine und einen elektrischen Generator, wird beispielsweise in einer Rohrturbine angeordnet. Auch kommt die Anordnung im Meer in Betracht, um die Energie von Meeresströmen zu nutzen, beispielsweise als Gezeitenkraftwerk. Die Energieeinheit ist dabei von einem gondelförmigen Gehäuse umschlossen. Die Turbine ist nach Art einer Kaplanturbine gestaltet. Die Laufradschaufeln sind verstellbar, das heißt um die Längsachse der einzelnen Schaufeln um einen bestimmten Winkel verdrehbar. Die Schaufelneigung (Pitch) erfolgt in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsbedingungen, beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers, zur Verbesserung des Wirkungsgrades. Siehe DE 3 921 570 C2 .
GB 2 431 207 B beschreibt ein Strömungskraftwerk, das eine die Energieeinheit tragende Gondel umfasst, fernen einen Pfeiler, der senkrecht im Meeresboden gegründet ist. Beide Bauteile, Gondel und Pfeiler, sind gelenkig miteinander verbunden. Die Gondel kann dabei in die eine oder andere Richtung verschwenkt werden, je nachdem, ob Ebbe oder Flut herrscht.
Beim Betrieb wirkt das strömende Wasser auf die Schaufeln und erzeugt ein Drehmoment, das von einer zentralen Welle innerhalb der Gondel auf den Generator übertragen wird. Die Verstelleinrichtung zum Verstellen der Laufschaufeln befindet sich ebenfalls innerhalb des Gehäuses am oder im rotierenden Teil. Sie umfasst einen Verschiebemechanismus, der eine gradlinige Bewegung in Richtung der Längsachse der Energieeinheit ausführt. Die gradlinige Bewegung wird umgesetzt in eine Dreh- oder Schwenkbewegung der Schaufelzapfen. Die Verstelleinrichtung ist aufwendig in der Konstruktion. Der Ein- und Ausbau ist zeitaufwendig. Reparatur- und Wartungsarbeiten sind schwierig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strömungs- oder Wasserkraftwerk gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, dass die Einrichtung zum Verstellen der Laufradschaufeln kostengünstig herstellbar, leicht zugänglich und weniger störanfällig ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Der Grundgedanke besteht darin, die Verstelleinrichtung aus dem Gehäuse herauszunehmen und außerhalb des Gehäuses anzuordnen. Sie befindet sich somit außerhalb des Gehäuses und ist mit dem Gehäuse bzw. einem Gehäuseteil drehfest verbunden. Die Verstelleinrichtung umfasst eine der Anzahl der Laufschaufeln gleiche Anzahl von Schiebern, deren jeder eine Bewegung parallel zur Längsachse der Turbine ausführt und dabei an einer der Laufschaufeln angreift.
Die Erfindung sowie der Stand der Technik sind anhand der Zeichnungen erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung im Aufriss.
2 zeigt den Gegenstand von 1 in einer Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie II-II.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laufschaufel.
4 zeigt eine Verstelleinrichtung mit einem Verstellring mit Schiebern.
5 zeigt in schematischer Darstellung eine Energieeinheit mit Turbine und Generator gemäß dem Stand der Technik.
In 1 erkennt man eine Turbine 1 mit Turbinenschaufeln 1.1 und einer Nabe 1.2. Die Schaufeln 1.1 sind von der Nabe 1.2 getragen.
Die Nabe ist innerseits an einem Gehäuse 2 gelagert. Das Gehäuse enthält u. a. einen hier nicht dargestellten Generator.
Wie man sieht, zeigt die Nabe 1.2 einen Verstellring 3. Dieser ist koaxial zur Nabe 1.2 angeordnet und umschließt diese. Er ist mit dieser drehfest, kann aber auf der Nabe 1.2 in Richtung der Drehachse 1.3 der Turbine gleiten.
Dem Verstellring 3 sind Schieber 4 zugeordnet, und zwar dieselbe Anzahl wie Schaufeln vorhanden sind. Verstellring 3 und Schieber 4 bilden gemeinsam die Verstelleinrichtung. Dabei sind die Schieber 4 stabförmig. Am einen Ende eines jeden Schiebers greift der Verstellring 3 an, und am anderen Ende greift der Schieber seinerseits an einer Schaufel an. Verstellring 3 und Schieber 4 sind mit der Nabe 1.2 drehfest und laufen somit gemeinsam um. Der Angriffspunkt 5 eines Schiebers 4 an der Schaufel 1.1 ist auf 2 erkennbar.
Das axiale Verschieben des Verstellrings 3 und damit auch der einzelnen Schieber 4 erfolgt mittels eines Aktuators, der hier nicht gezeigt ist. Eine geringfügige Axialverschiebung der Verstelleinrichtung 3, 4 kann bereits zu einer ausreichenden Verstellung der Neigung (Pitch) der Schaufeln 1.1 führen.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung ist in den 3 und 4 dargestellt.
Man erkennt hierbei wiederum eine Schaufel 1.1 einer Turbine. Die Turbine ist im Wesentlichen nach dem Kaplan-Prinzip gestaltet. Die Turbinenschaufel 1.1 weist einen Schaufelzapfen 1.4 auf. Dieser weist einen Zahnring 1.5 auf, der den Schaufelzapfen 1.4 umschließt.
4 zeigt die Verstelleinrichtung mit dem Verstellring 3 in Abwicklung. Der Verstellring 3 trägt im vorliegenden Falle drei Schieber 4 – gleich der Anzahl der Schaufeln 1.1. Die Schieber 4 sind in ihren Endbereichen als Zahnstangen ausgeführt. Die Zahnstangen kämmen im montierten Zustand mit dem Zahnring 1.5.
Der Gegenstand gemäß 5 gehört zum Stande der Technik. Er betrifft eine Kaplan-Turbine 1 mit einer Anzahl von Turbinenschaufeln 1.1 und einer Nabe 1.2. Die Turbinenschaufeln 1.1 sind verstellbar. Ein Kegelradgetriebe 6 überträgt das von der Turbine 1 erzeugte Drehmoment auf einen Generator 7.
Eine Verstelleinrichtung umfasst eine Schubstange 4. Diese ist durch eine Hohlwelle 8 hindurchgeführt. Die Verstellung erfolgt im Inneren der Nabe 1.2, somit im rotierenden Teil.
Die Anzahl der Schieber 4 kann auch von der Anzahl der Schaufeln 1.1 abweichen.
Bezugszeichenliste

1: Turbine
1.1: Turbinenschaufel
1.2: Nabe
1.3: Drehachse
1.4: Schaufelzapfen
1.5: Zahnring
2: Gehäuse
3: Verstellring
4: Schieber
5: Angriffspunkt des Schiebers
6: Kegelradgetriebe
7: Generator
8: Hohlwelle

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 3921570 C2 [0002]
GB 2431207 B [0003]

Claims

Wasserkraftwerk zur Ausnutzung der Energie geführter oder freier Wasserströme, umfassend die folgenden Merkmale bzw. Bauteile: 1.1 eine Wasserturbine (1) mit einer Nabe (1.2) und von dieser getragenen Laufschaufeln (1.1), umfassend ein Schaufelblatt sowie einen Schaufelzapfen (1.4); 1.2 eine Versteileinrichtung zum Verstellen der Laufschaufeln (13); 1.3 eine elektrische Maschine (7), die mit der Turbine (1) in Triebverbindung steht; 1.4 ein Gehäuse (2), das Turbine (1) und elektrische Maschine (7) umschließt; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale 1.5 die Verstelleinheit befindet sich außerhalb des Gehäuses (2); 1.6 die Verstelleinrichtung umfasst eine Anzahl von Schiebern (4), die eine parallel zur Drehachse (1.3) der Turbine (1) verlaufende Axialbewegung ausführen und dabei jeweils an einer Laufschaufel (1.1) angreifen.
Wasserkraftwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 2.1 die Verstelleinrichtung (3, 4) umfasst einen zum Gehäuse (2) koaxialen Verstellring (3), der das Gehäuse (2) umschließt und der auf die Schieber (4) im Sinne von deren Axialbewegung einwirkt.
Wasserkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 3.1 die Schieber (4) sind als Zahnstangen ausgeführt; 3.2 die Schaufelzapfen (1.4) weisen jeweils einen Zahnring (1.5) auf; 3.3 jede Zahnstange kämmt mit einem Zahnring (1.5).
Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schieber (4) gleich der Anzahl der Laufschaufeln (1.1) ist.