DE102013007187A1 - Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie, bestehend aus einem über mindestens eine Einströmöffnung mittels Wasser beaufschlagbaren und mit Schaufeln bestückten Turbinenrad, welches über eine Welle mit dem Rotor eines ortsfesten Generators verbunden ist. Um den Wirkungsgrad einer solchen Anlage zu verbessern, ist die den Rotor (7a) tragende Welle als Hohlwelle (3) ausgebildet und nimmt in ihrem Inneren eine zumindest einseitig aus derselben herausragende Welle (11) auf, die innerhalb der Hohlwelle (3) befindliche Welle (11) trägt an ihrem einen Ende ein dem ersten Turbinenrad (5) benachbartes Turbinenrad (12), bei dem die Wirkflächen der Schaufeln (12a) den Wirkflächen der Schaufeln (5a) des ersten Turbinenrades (5) entgegen gerichtet sind, die Welle (11) nimmt an ihrem anderen Ende den inneren Rotor (10a) eines zweiten Generators (10) auf und die rotierende Hohlwelle (3) ist mit Abstand hinter dem ersten, ortsfesten Generator (7) mit dem äußeren Rotor (10b) des zweiten Generators (10) verbunden.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie, bestehend aus einem über mindestens eine Einströmöffnung mittels eines Wasserstromes beaufschlagbaren und mit Schaufeln bestückten Turbinenrad, welches über eine Welle mit dem Rotor eines ortsfesten Generators verbunden ist.
- Es sind sogenannte Wasserturbinen zur Erzeugung elektrischer Energie bekannt, die aus einem ortfesten Gehäuse mit mindestens einer radialen oder axialen Einströmöffnung für das Wasser bestehen. In dem Gehäuse ist eine Welle drehbar gelagert, auf der ein Turbinenrad befestigt ist. Das Turbinenrad ist mit einer Vielzahl von radialen Schaufeln bestückt, deren sogenannte Wirkflächen der Einströmöffnung zugewandt sind. Dadurch wird das Turbinenrad durch das einströmende Wasser in Drehbewegung gesetzt. Die das Turbinenrad tragende Welle ist außerhalb des Gehäuses meist mit einer weiteren Welle gekuppelt, die Bestandteil eines ortsfesten Generators ist. Auf dieser Welle ist nun der Rotor des Generators befestigt, der sich somit innerhalb des ringförmigen Stators des Generators befindet. Über das sich drehende Turbinenrad wird zwangsläufig auch der Rotor des Generators in Drehbewegung gesetzt und dadurch Strom erzeugt. Bei einer solchen, aus Wasserturbine und Generator bestehenden Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie wird es als nachteilig angesehen, dass das das Turbinenrad bzw. die Schaufeln desselben verlassende Wasser dass deren Wirkungsgrad noch Energie enthält, die ungenutzt verloren geht. Dies ist bei den immer weniger werdenden Ressoursen, wie Öl, Gas und Kohle bedeutsam. Hinzu kommt noch der fortschreitende Ausstieg aus der Kernenergie.
- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie so weiter zu bilden, dass deren Wirkungsgrad nicht unerheblich verbessert wird.
- Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass die den Rotor tragende Welle als Hohlwelle ausgebildet ist und in ihrem Inneren eine zumindest einseitig aus derselben herausragende Welle aufnimmt, dass die innerhalb der Hohlwelle befindliche Welle an ihrem einen Ende ein dem ersten Turbinenrad benachbartes Turbinenrad trägt, bei dem die Wirkflächen der Schaufeln den Wirkflächen der Schaufeln des ersten Turbinenrades entgegen gerichtet sind, dass die Welle an ihrem anderen Ende den Rotor eines zweiten Generators trägt und dass die rotierende Hohlwelle hinter dem ersten, ortsfesten Generator mit dem Stator des zweiten Generators verbunden ist.
- Durch diese besondere Ausgestaltung einer Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie werden die in dem das Turbinenrad bzw. die Schaufeln desselben verlassenden Wasser noch enthaltene Energie weiter ausgenutzt, der Wirkungsgrad der Anlage erheblich verbessert und wertvolle Ressoursen, wie Öl, Gas und Kohle eingespart.
- Weitere Merkmale einer Anlage gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2–6 offenbart.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand in einer Zeichnung als stark vereinfachte Prinzipskizzen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen
-
1 einen axialen Schnitt durch eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie gemäß der Erfindung, -
2 eine gegenüber der1 geänderte Ausbildung der Anlage und -
3 eine weitere Ausbildung einer Anlage. - In den
1 und2 der Zeichnung sind jeweils nur zwei Lager1 und2 von mindestens einem an sich bekannten und deshalb nicht weiter gezeichneten Gehäuse zu sehen, die mit Abstand voneinander angeordnet sind. Diese beiden Lager1 und2 dienen zur drehbaren Aufnahme einer Hohlwelle3 . Diese Hohlwelle3 ist an ihrem in der Zeichnung unteren Ende über einen Flansch4 mit einem Turbinenrad5 verbunden, welches mit einer Vielzahl von Schaufeln5a bestückt ist, die mit ihren konkav ausgebildeten Wirkflächen gegen ein Strahlrohr6 gerichtet sind, welches unter einem vorgegebenen Winkel in einem an sich bekannten, jedoch nicht gezeichneten Gehäuse eingesetzt ist. Über dieses Strahlrohr6 wird der Wasserstrahl radial auf die Schaufeln5a des Turbinenrades5 gerichtet werden, welches dadurch in Drehbewegung gesetzt wird. - Die Hohlwelle
3 nimmt etwa im mittleren Bereich ihrer Länge den Rotor7a eines Generators7 auf, der dort in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel zwischen zwei Flanschen8a und8b eingesetzt ist. Bei der vorerwähnten Drehung der Hohlwelle3 wird dieser Rotor7a ebenfalls gedreht. Der Stator7b des Generators7 ist ortsfest angeordnet und wird von einem nicht näher gezeichneten Gehäuse aufgenommen. Ferner weist die Hohlwelle3 an ihrem dem Turbinenrad5 abgewandten und damit an ihrem in der Zeichnung oberen Ende einen Flansch9 auf, der mit einem ringförmigen äußeren Rotor10b eines weiteren Generators10 verbunden ist. Dieser äußere Rotor10b ist jedoch nicht ortsfest; er wird bei einer Drehung der Hohlwelle3 ebenfalls in Drehbewegung gesetzt. Bedarfsweise kann dieser drehbare äußere Rotor10b auch von einer ortsfesten Lagerung aufgenommen werden. - Durch die Hohlwelle
3 ragt eine Welle11 , die an ihren aus der Hohlwelle3 herausragenden Enden in an sich bekannter, jedoch nicht dargestellter Weise gelagert ist. Bedarfsweise kann die Welle11 auch noch in der Hohlwelle3 gelagert sein. Auf diese Welle11 ist an deren in der Zeichnung unterem Ende und damit mit geringem Abstand unterhalb des Turbinenrades5 über einen Flansch12b ein Turbinenrad12 befestigt, welches ebenfalls mit Schaufeln12a bestückt ist. Die Wirkflächen dieser Schaufeln12a sind jedoch den Wirkflächen der Schaufeln5a entgegen gerichtet. Die Wirkflächen der Schaufeln5a des Turbinenrades5 besitzen nun eine solche Form, dass sie den über das Strahlrohr6 auf die Schaufeln5a geleiteten Wasserstrahl bei ihrer Drehbewegung umlenken und den Schaufeln12a des Turbinenrades12 zuführen. Dies hat zur Folge, dass sich das Turbinenrad12 ebenfalls dreht, jedoch ist dessen Drehbewegung der Drehbewegung des Turbinenrades5 entgegengesetzt. - Nahe dem anderen Ende der Welle
11 nimmt dieselbe im Bereich des Generators10 bzw. dessen äußeren Rotors10b über einen Flansch13 den inneren Rotor10a des Generators10 auf, der bei der Drehbewegung der Welle11 ebenfalls eine Rotation ausführt. Diese Drehbewegung ist damit der Drehung des äußeren Rotors10b entgegengesetzt. Damit wird durch die Erfindung erreicht, dass durch das von den Schaufeln5a des Turbinenrades5 abströmende Wasser weiter genutzt und die darin noch enthaltene Energie zusätzlich zur Stromgewinnung ausgenutzt werden kann, wodurch sich zwangsläufig der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anlage nicht unbeträchtlich erhöht. Diese Erhöhung des Wirkungsgrades kann etwa 30% betragen. Die Energie des in die Turbine einströmenden Wassers wird also optimal ausgenutzt. - Das Ausführungsbeispiel der
2 unterscheidet sich nur geringfügig von dem Ausführungsbeispiel der1 . Bei dem Ausführungsbeispiel der2 ist lediglich die Hohlwelle3 aus zwei Teilen3a und3b gebildet, zwischen denen dann vorteilhaft der Rotor7a des Generators7 eingesetzt ist. - In Abänderung der Ausführungsbeispiele der
1 und2 ist es möglich, zwischen den Generatoren7 und10 ein an sich bekanntes Getriebe anzuordnen, von dem dann beispielsweise ein Zahnrad auf der Hohlwelle3 bzw. dem Teil3b der Hohlwelle3 befestigt ist. Ferner ist es möglich, den Generator10 unter einem Winkel von gleich oder kleiner als 90° zum Generator7 anzuordnen. Dabei ist es erforderlich, sowohl die Hohlwelle3 bzw. das Teil3b der Hohlwelle3 mit entsprechend ausgebildeten Kegelrädern zu bestücken. - In der
3 der Zeichnung ist nur der untere Bereich der Anlage der1 und2 zu sehen. Der Unterschied besteht darin, dass hier das einströmende Wasser in annähernd radialer Richtung den Schaufeln5a des Turbinenrades5 zugeführt wird. Dazu besitzt das Gehäuse zunächst radial verlaufende Kanäle14a , die dann in axiale Kanäle14b übergehen. Die Wirkflächen der Schaufeln5a und12a der Turbinenräder5 und12 sind dann geringfügig anders geformt. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lager
- 2
- Lager
- 3
- Hohlwelle
- 3a
- Teil
- 3b
- Teil
- 4
- Flansch
- 5
- Turbinenrad
- 5a
- Schaufeln
- 6
- Strahlrohr
- 7
- Generator
- 7a
- Rotor
- 7b
- Stator
- 8a
- Flansch
- 8b
- Flansch
- 9
- Flansch
- 10
- Generator
- 10a
- innerer Rotor
- 10b
- äußerer Rotor
- 11
- Welle
- 12
- Turbinenrad
- 12a
- Schaufeln
- 12b
- Flansch
- 13
- Flansch
Claims (6)
- Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie, bestehend aus einem über mindestens eine Einströmöffnung mittels Wasser beaufschlagbaren und mit Schaufeln bestückten Turbinenrad, welches über eine Welle mit dem Rotor eines ortsfesten Generators verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die den Rotor (
7a ) tragende Welle als Hohlwelle (3 ) ausgebildet ist und in ihrem Inneren eine zumindest einseitig aus derselben herausragende Welle (11 ) aufnimmt, dass die innerhalb der Hohlwelle (3 ) befindliche Welle (11 ) an ihrem einen Ende ein dem ersten Turbinenrad (5 ) benachbartes Turbinenrad (12 ) trägt, bei dem die Wirkflächen der Schaufeln (12a ) den Wirkflächen der Schaufeln (5a ) des ersten Turbinenrades (5 ) entgegen gerichtet sind, dass die Welle (11 ) an ihrem anderen Ende den inneren Rotor (10a ) eines zweiten Generators (10 ) trägt und dass die rotierende Hohlwelle (3 ) mit Abstand hinter dem ersten, ortsfesten Generator (7 ) mit dem äußeren Rotor (10b ) des zweiten Generators (10 ) verbunden ist. - Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (
7a ) des ersten Generators (7 ) auf der Hohlwelle (3 ) angeordnet ist. - Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (
3 ) aus zwei Teilen (3a ,3b ) gebildet und der Rotor (7a ) des ersten Generators (7 ) zwischen den beiden Teilen (3a ,3b ) der Hohlwelle (3 ) angeordnet ist. - Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Generator (
7 ) und dem zweiten Generator (10 ) zumindest ein Teil eines Getriebe angeordnet ist. - Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Generator (
10 ) unter einem Winkel von 90° oder kleiner zum ersten Generator (3 ) angeordnet ist. - Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rotor (
10a ) des zweiten Generators (10 ) drehbar in einer Lagerung gehalten ist.
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CN111622888A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-09-04 | 王瑞凤 | 一种自动调节式海洋潮汐能利用装置 |
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- 2013-04-25 DE DE102013007187.9A patent/DE102013007187B4/de not_active Expired - Fee Related
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CN111622888A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-09-04 | 王瑞凤 | 一种自动调节式海洋潮汐能利用装置 |
CN111622888B (zh) * | 2020-05-22 | 2021-07-02 | 嘉兴金旅燕科技有限公司 | 一种自动调节式海洋潮汐能利用装置 |
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