DE102013015489A1

DE102013015489A1 - Energieanlage bzw. Kraftwerk mit berührungsarm, berührungslos und/oder magnetisch gelagerten Welle

Info

Publication number: DE102013015489A1
Application number: DE201310015489
Authority: DE
Inventors: Volker Dietz
Original assignee: IMO Holding GmbH
Current assignee: IMO Holding GmbH
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2015-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10), welche wenigstens einen Rotor (2) aufweist und mindestens eine an Rotor (2), insbesondere verdrehsteif, gekoppelte oder koppelbare, Haupt- oder Rotorwelle (16), vorzugsweise welche nahezu vertikal orientiert ist, alternativ welche vorzugsweise nahezu horizontal orientiert ist, wobei die mindestens eine Haupt- oder Rotorwelle (16) mindestens einfach, vorzugsweise an mindestens einer Stelle, berührungsarm oder berührungslos und/oder magnetisch gelagert ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben der/selbiger Energieanlage wobei die während des Betriebes zur Aufrechterhaltung der magnetischen Lagerung notwendige Gesamtenergie der vorhandenen berührungslosen oder magnetischen Lager geringer ist als die Summe der von Außen auf den wenigstens einen Rotor (2) wirkenden Energiemengen, welche aufgenommenen bzw. gewandelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieanlage bzw. ein Kraftwerk mit wenigstens einer berührungsarm, berührungslos und/oder magnetisch gelagerten Haupt-/Rotorwelle, insbesondere eine Onshore oder Offshore aufgestellte Windenergie- oder Windkraftanlage oder alternativ eine in Gewässern errichtete Energieanlage, beispielsweise einer submarine Strömungsanlage welche unterhalb der Wasseroberfläche positionierbar ist oder angebracht ist, gegebenenfalls ausgeführt als eine überwiegend oder zur Gänze unter Wasser angebrachte Strömungsanlage in Küstennähe oder eine Strömungsanlage in Flüssen oder Bächen, oder auch gar eine in Seen oder in Stromschnellen errichtete Anlage. Ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben der Erfindung wird ebenso beschrieben.
Stand der Technik:
Herkömmliche Magnus-, Flettner-, oder Segel-Rotoren werden im Stand der Technik, beispielsweise im Patentdokument DE 10 2010 040 917 offenbart und erklärt. Hieraus ist bekannt, dass Magnus,- bzw. Flettner,- bzw. Segelrotoren überall dort eingesetzt werden können, wo ausreichende Winde herrschen, etwa auf den Meeren (oder/und auf Schiffen auf den Meeren), jedenfalls in allen Klimazonen der Erde.
Der aktuelle Stand der Technik der Magnetlagertechnik auf der anderen Seite weist bereits berührungslose oder magnetische Lagerbaugruppen auf, welche teilweise supraleitende Baugruppen oder Komponenten verwenden oder integrieren. Das Patentdokument DE 19727550 beispielsweise beschreibt die magnetische Lagerung eines Rotors in einem Stator. In diesem Zusammenhang zu nennen ist auch DE 10034922 .
Die DE 10 2008 021 587 offenbart hingegen ein Magnetlager für eine elektrische Maschine, bei welchem ein erster und ein zweiter Lagerteil vorhanden ist, wobei der erste und zweite Lagerteil aufgrund der Magnetkräfte, bezogen auf die Drehachse, relativ zueinander sowohl axial als auch radial stabil gehalten sind, während der erste Lagerteil ausschließlich aus Primärmagneten besteht in Form eines sogenannten Halbach-Arrays, während der zweite Lagerteil für jeden radial magnetisierten Primärmagneten jeweils ein Paar radial magnetisierter Sekundärmagneten aufweist und zwischen den Sekundärmagneten jedes Paares jeweils ein Teil supraleitenden Materiales angeordnet ist.
Weiterführender Stand der Technik hingegen beschreibt unter Anderem einschlägige Magnetlager mit Hochtemperatur-Supraleitelementen, umfassend einen Stator und einen bezüglich des Stators drehbar aufgenommenen Rotor, der in dem Stator axial und radial selbstregelnd gelagert ist, wobei an dem Rotor Körper aus einem Typ-2-Supraleiter, insbesondere Hochtemperatur-Supraleiter, vorgesehen sind, während der Stator eine Spule aus einem supraleitenden Material umfasst. DE 10 2010 003 675 beschreibt konkret ein Magnetlager zur Radiallagerung eines um eine Drehachse rotierenden Elementes mit zumindest einem ersten und einem zweiten Lagerelement, von denen jedes zumindest ein magnetisches Polpaar zur Erzeugung eines magnetischen Feldes aufweist, das in einem Luftspalt radial gerichtet ist.
Dem genannten Stand der Technik ist gemein, dass grundsätzliche Magnetlagertechnik beschrieben wird. Die Benennung der konkreten Ausgestaltung der Maschine und die technische Aufgabe, welche mit solch einschlägiger Maschine gelöst werden soll, bleibt teilweise offen. In herrschender Patentliteratur wird jedoch festgestellt, siehe auch WO 2010/006859 , dass Magnetlagertechnik beispielsweise in schnell drehenden Maschinen, etwa Turbogeneratoren, Turbomotoren oder Turbokompressoren zum Einsatz kommen. Dort integrierte magnetische Lager können etwa in einem Lagerschild oder in einem Maschinengehäuse der rotierenden Maschine angeordnet sein, wobei die magnetischen Lager dabei eine berührungslose, verschleißfreie und stabile Lager und der Rotorwelle bei sehr hohen Drehzahlen gewährleisten.
Es hat sich jedoch, die aktuellen Entwicklungen und Trends der Magnetlagertechnik verfolgend, zunehmend herausgestellt, dass auch langsamer drehende Rotoren durchaus magnetisch gelagert werden können, wenn die Regelung an die energetischen Bedarfe angepasst wird. In der Energiepolitik hingegen nach anwendbaren und einsetzbaren Serienlösungen gesucht, die aktuellen Trends in der Magnetlagertechnik anlagentechnisch sinnvoll nutzbar zu machen, etwa zu CO₂-armen Energieerzeugung bzw. Energieumwandlung, beispielsweise in Kleinkraftwerken oder dementsprechenden Energieanlagen.
Serientauglichen Anlagen zur umweltfreundlichen Energieerzeugung- und Umwandlung werden nicht zuletzt aus klimapolitischen Zielen benötigt. Bisherige technische Anlagenkonzepte, beispielsweise Windenergie- oder Windkraftanlagen, aber auch Unterwasseranlagen im Offshore Bereich, weisen noch immer Mängel hinsichtlich Lebensdauer, Fehleranfälligkeit und Verschleißarmut auf, welche zwar auf ein Minimum reduziert werden können, jedoch aufgrund der physikalischen Wirkprinzipien konventioneller Lagertechnik nicht gänzlich zu eliminieren sind.
Aufgabe der Erfindung und Erfindungsbeschreibung:
Den aktuellen Technikentwicklungen Rechnung tragend ergibt sich die die vorliegende Erfindung initiierende Aufgabe, nämlich die Schaffung einer Energieanlage bzw. eines Kraftwerks, vorzugsweise eines Kleinkraftwerks bzw. einer die Energie wandelnden Anlage zur umweltfreundlicheren Energieerzeugung bzw. Energieumwandlung für Anwendungen in Industrie, Gewerbe und Privathaushalt unter Zuhilfenahme der physikalischen Wirkprinzipien der reibungsarmen und/oder berührungslosen Lagertechnik, insbesondere der Magnetlagertechnik, welche gleichwohl und im allgemeinen Vorteile hinsichtlich Lebensdauer und mechanischer Fehleranfälligkeit sowie hinsichtlich Verschleißarmut aufweist.
Insbesondere soll mechanische Verschleißarmut, Reibungsarmut oder zumindest weitgehende mechanische Reibungsfreiheit der gelagerten Stellen realisiert werden.
Zusätzlich soll die Erfindung mindestens ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer solchen Energieanlage bzw. eines solchen Kraftwerks, beispielsweise einer Strömungsanlage oder einer Windkraft- oder Windenergieanlage, mit wenigstens einem Rotor, bereitstellen. Insbesondere soll dabei ein energetisch sinnvolles Regelungsverfahren dieser erfindungsgemäßen Energieanlage vollzogen werden.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt, wenn die Einzige oder oder mindestens eine der vorhandenen Haupt- oder Rotorwelle der erfindungsgemäßen Anlage entweder nahezu vertikal oder horizontal orientiert ist und/oder stufenlos zwischen diesen beiden Orientierungen neigbar ausgestaltet ist und an mindestens einer Stelle berührungsarm, idealerweise sogar berührungslos, gelagert ist, insbesondere magnetisch gelagert ist, da vor Allem magnetische Lagerung den Ausschluss der mechanischen Lagerfriktion bedingt, welche in der konventionellen Lagertechnik Energieverluste bringt und Verschleiße erhöht und somit die Lebensdauer von Komponenten verringert.
Charakteristisch für die vorliegende Erfindung ist, dass diese Energieanlage bzw. das Kraftwerk die Bewegungsenergie aus der Strömung eines strömenden Mediums, welches beispielsweise Luft oder Wasser oder gar ein anderes Medium bzw. Fluid sein kann, teilweise absorbiert oder in Anspruch nimmt, um an der Energieanlage befestigte Teile, beispielsweise Rotorblätter oder Turbinenschaufeln eines drehbaren Rotors, in überwiegend drehende Bewegung zu versetzen, wobei die Rotoren berührungsarm oder mindestens einer der Rotoren berührungslos oder gar magnetisch gelagert ist, wobei jeder Rotor mindestens eines, vorzugsweise zwei oder drei, vier oder gar mehr als vier, beispielsweise fünf oder sieben oder neun, Blätter aufweist oder aufnimmt, alternativ als mindestens einblättriger Darrieus oder H-Darrieus Rotor ausgebildet ist, gegebenenfalls auch als Savionus Rotor oder in Kombination mit einem Savionus Rotor ausgebildet ist, wobei die Blätter gegebenenfalls mittels einem Blattverstellmechanismus verstellt werden können oder hinsichtlich Ihrer räumlichen Lage verneigbar sind.
Alternativ kann vorliegende Erfindung zur Lagerung anderer Energieanlagen- bzw. Kraftwerks-Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere sogenannte Vertikalanwendungen, beispielsweise zur Lagerung Magnus-Rotors oder dessen Rotorzylinders od. dgl.
Die elektrische Energie kann dabei vorzugsweise aus der Bewegungsenergie des die Anlage umgebenden Mediums (Luft, Wasser, etc.) gewonnen werden. Die Bewegungsenergie des umgebenden Mediums kann an den strömungsoptimiert ausgestalteten Blättern oder Turbinenschaufeln der erfindungsgemäßen Energieanlage, bzw. an den Blatt/Turbinen-Konturen, entlang strömen und die drehbaren Teile in Bewegung versetzen. Dieses in-Bewegung-Versetzen kann idealerweise größtenteils rotatorisch erfolgen.
Blatt- oder Turbinenschaufelkontur kann, um diese Rotationsbewegung zu erreichen, asymmetrisch von einem Fluid bzw. Medium, beispielsweise von Luft, Wasser od. dgl., umströmt werden.
Die Blätter oder Turbinenschaufeln der erfindungsgemäßen Anlage können Idealerweise von einem niederviskosen Fluid oder einem Gas/Luft-Gemisch umströmt werden. Je stärker die Strömung ist, desto mehr Bewegungsenergie, welche die umströmten Profile Blätter oder Turbinenschaufeln der erfindungsgemäßen Anlage und somit jeden damit verbundenen Rotor in Bewegung versetzen können, kann vorherrschend sein.
Es empfiehlt sich im Sinne der Erfindung, die Erfindung stets so zu positionieren, dass starke Fluid- bzw. Medienumströmungen an den Profilen vorherrschen. Um die Anströmung zu optimieren kann die erfindungsgemäße Anlage beispielsweise Apparaturen vorsehen. Diese Verstellbarkeit bezieht sich auf alle drei Raumrichtungen und ist durch den Neigungswinkel charakterisiert. Eine derartige Apparatur kann ein Schwenkeinheit sein.
Es können stets mehrere Blätter oder Turbinenschaufeln mit einem Rotor gekoppelt werden, wobei ein Rotor wiederum mit je einer Haupt- oder Rotorwelle der Erfindung gekoppelt sein kann. Infolge des Strömungsdrucks auf die Blätter oder Turbinenschaufeln kann mindestens eine Haupt- oder Rotorwelle in drehende Bewegung versetzt werden. Dadurch, dass die Haupt- oder Rotorwelle zumindest an einer Stelle berührungslos oder magnetisch gelagert sein kann und somit in radialer Richtung zwischen den berührungslosen oder Magnetlagerringen zumindest an einer Stelle nahezu schwebend gelagert sein kann, können minimale Haltemomente vorherrschend welche überwunden werden müssen um die Haupt- oder Rotorwelle aus der Ruheposition in Drehung zu versetzen.
Durch berührungslose Lagertechnik oder Magnetlagerringtechnik, welche die Haupt- oder Rotorwelle in radialer Richtung zumindest an einer Stelle berührungslos lagern kann, nachfolgend gleichbedeutend als radiale Elektro- oder Permanentmagnetenbaugruppe bezeichnet, kann die Lagerreibung dieser berührungslosen oder magnetischen Lager vorzugsweise gegen Null streben.
Es können sehr hohe Rotordrehzahlen der Welle erreicht werden. Je geringer die Friktion des/der Lager ist, desto höhere Rotordrehzahlen der zugehörigen Welle sind grds. möglich.
Während des Betriebes der Erfindung kann zur Aufrechterhaltung der magnetischen Lagerung vorzugsweise notwendige Gesamtenergie der vorhandenen berührungslosen oder magnetischen Lager, d. h. der beispielsweise radial angebrachten Elektro- oder Permanentmagnetenbaugruppen, geringer sein als die Summe der aus der Umgebung, insbesondere aus der umgebenden Strömung, aufgenommenen und nutzbar gemachten Energien. insbesondere dann ergibt sich eine positive Energiebilanz der einer Energieanlage bzw. des Kraftwerks.
Die Erfindung kann als eine ortsfeste oder ortsbewegliche Energieanlage ausgeführt sein. Ein großer Vorteil einer ortsbeweglichen Erfindung kann darin bestehen, dass jene montierbar und demontierbar sowie remontierbar ist und somit an jenen Orten zur Anwendung gebracht werden kann, an denen kontinuierliche Fluid- oder Medienströmungen vorherrschen. Dies kann vor Allem in Bezug auf solche erfindungsgemäßen Anlagen vorteilhaft sein, welche in strömenden Gewässern positioniert werden können, beispielsweise schwimmend positioniert werden können.
Besonders Vorteilhaft kann die Erfindung im Einsatz als Kleinkraftwerk oder als eine Energieanlage mit nur einem Rotor sein, insbesondere in Ausgestaltung einer Onshore oder Offshore aufgestellten Windenergie- oder Windkraftanlage oder alternativ in Ausgestaltung einer in Gewässern errichtete Energieanlage, beispielsweise als eine submarine Strömungsanlage welche auf dem Meeresgrund oder unterhalb der Wasseroberfläche anbringbar ist oder angebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann diese Anlage als Strömungsanlage überwiegend oder zur Gänze unter Wasser angebracht oder positioniert sein, beispielsweise in Küstennähe oder in Flüssen oder Bächen, insbesondere mit konstanter Strömung. Auch eine in Seen oder in Stromschnellen errichtete Anlage ist gemäß vorliegendem Erfindungsprinzip denkbar.
Als weiterer Vorteil kann dabei folgen, dass die Erfindung möglichst kontinuierlich von strömendem Medium direkt umgeben ist, sodass eine möglichst kontinuierliche – im Idealfall eine als permanent vorhanden anzunehmende, Strömung vorherrschen kann. Je nach Ausführungsform kann es sich um Luftströmung oder um Fluid- bzw. Wasserströmung handeln, da die physikalischen Prinzipien des asymmetrisch umströmten Profils bei beiden Arten (Luftströmung bzw. Fluid- bzw. Wasserströmung) funktioniert.
Blättern und/oder Turbinenschaufeln der Erfindung können jeweils mit einem Rotor gekoppelt sein und sind idealerweise mit asymmetrischem Profil ausgestattet. Dieses asymmetrische Profil ermöglicht während der Umströmung des Profils Kräfte, die zur Bewegung des zugehörigen Rotors führen.
Es kann grds. aus jeder Art der niederviskosen Medienströmung durch die Erfindung jene elektrische Energie gewonnen werden, welche zur Aufrechterhaltung der berührungslosen oder magnetischen Lagerung notwendig ist.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass, beispielsweise für Fälle zu geringer Umströmung oder für Fälle zu geringer aus der vorhandenen Strömung gewinnbarer Energie, weitere Not- oder Hilfslager in der Erfindung vorhanden sein können, welche die Haupt- oder Rotorwelle mittels konventioneller Lagertechnik lagern können, da eine konventionelle Lagertechnik keine elektrische Energie zur Aufrechterhaltung der Lagerfunktion/en benötigt.
Es können in ersten Zeitphasen, in welchen die aus der vorhandenen Strömung gewinnbare Energie gering ist oder gegen Null strebt, Haupt- oder Rotorwelle(n) konventionell gelagert sein, und in zweite Zeitphasen, in welchen die aus der vorhandenen Strömung gewinnbare Energie für den Betrieb einer berührungslosen oder magnetischen Lagerung ausreichend ist, die Haupt- oder Rotorwelle(n) berührungslos oder magnetisch gelagert ist oder gelagert sein können.
Erste und zweite Zeitphasen können alternierend auftreten.
Die Erfindung kann also eine Umschaltung des Lagerungsprinzips ihrer Haupt- oder Rotorwelle(n) ermöglichen: Auch Mischformen in dem vorgenannten energetischen Regelungsverfahren dieser erfindungsgemäßen Energieanlage sind denkbar und im Sinne der Erfindung. Die zur Aufrechterhaltung der magnetischen Lagerung notwendige Gesamtenergie der vorhandenen berührungslosen oder magnetischen Lager kann während des Betriebes der Energieanlage idealerweise geringer sein als die Summe der von der Umgebung aufgenommenen Energie.
In der Erfindung können herkömmliche Windkraftanlagen Rotorblätter im Standarddesign mit zwei oder drei oder (wesentlich) mehr Rotorblättern eingesetzt werden. Es können ebenso Turbinenschaufeln eingesetzt werden. Rotorblätter bzw. Turbinenschaufeln können je an einer Nabe befestigt sein und eine oder mehrere Haupt- oder Rotorwelle(n) antreiben. Rotorblätter bzw. Turbinenschaufeln können in ihrer räumlichen Positionierung verstellbar, beispielsweise bezüglich ihrer X- und/oder Y- und/oder Z-Position, schwenkbar oder neigbar, sein.
Der Vorteil an einer Vertikalen, also der zur Horizontalen senkrecht angebrachten, Lagerung der Haupt- oder Rotorwelle kann darin bestehen, dass geringe Axiallasten auf die Lager als bei horizontaler Lagerung der Haupt- oder Rotorwelle wirken, weil die Gewichtskraft einer horizontal orientierten Haupt- oder Rotorwelle direkt in Richtung der Achse dieser Haupt- oder Rotorwelle wirkt. Daher kann mindestens eine Welle der Erfindung, vorzugsweise die Haupt- oder Rotorwelle, mit einem oder mehreren Savionus- oder Darrieus- oder H-Darrieus- Rotor(en) ausgestattet sein, insbesondere verdrehsteif damit gekoppelt sein.
Im Rahmen einer solchen Vertikalanwendung kann auch eine Magnus-Rotormaschine oder ein sogenannter Magnus-Rotor (vgl. einleitende Beschreibung) verwendet werden. Diese/r kann einen Träger aufweisen, welcher in seiner selbst angeordnet ist und welcher im Betrieb einen Rotorzylinder aufnimmt bzw. beherbergt, wobei dieser Rotorzylinder im Inneren um den genannten Träger rotieren kann, wobei eine berührungsarme oder berührungslose bzw. magnetische Lagerung diesen Rotorzylinder auf dem Träger trägt.
Die Lagerung dieses Rotorzylinders kann als eine konventionelle mechanische Lagerung ausgeführt sein. Auch die Lagerung eines solchen Rotorzylinders bietet sich vorteilhaft in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung an. Wird die vorliegende Erfindung also in Verbindung mit einem solchen Magnus,- bzw. Flettner,- bzw. Segel-Rotor verwendet, so könnte diese konventionelle Lagerung dieses Rotorzylinders beispielsweise als konventionelle oder als berührungslose Lagerung ausgeführt sein, oder gar als eine berührungslose Lagerung in Kombination mit einer diesen Rotorzylinder in vorwiegend axialer Richtung in herkömmlicher Lagertechnik lagernde Baugruppe.
Rotor und/oder Haupt-/Rotorwelle oder vorgenannter Rotorzylinder können jeweils in ihrer Radialen an mindestens einer Stelle berührungslos gelagert sein, insbesondere magnetisch gelagert sein, während mindestens ein integriertes elektronisches Kontrollmodul oder mehrere an zueinander unterschiedlichen Positionen angebrachte Kontrollelemente vorhanden sein können, beispielsweise wenigstens ein Erfassungs-, und/oder Auswerte-, und/oder Stell-, und/oder Verstärkungsmodul.
Jene/s Modul/e kann/können untereinander verschaltet sein zu einem Regelkreis mit Reglermodul, während mindestens eine ringförmig um diesen Rotorzylinder bzw. um diese Haupt- oder Rotorachse radial wirkend angeordnete Elektro- oder Permanentmagnetenbaugruppe vorhanden sein kann, sowie mindestens eine diesen Rotorzylinder in vorwiegend axialer Richtung lagernde Baugruppe vorhanden sein kann, wobei alternativ diese letztgenannte axial lagernde Baugruppe auch als eine Hilfs- oder Notlagerbaugruppe ausgeführt sein kann.
Wenigstens eines dieser Module kann im Rahmen der Erfindung zum lediglich dazu dienen, die Umdrehungsparameter (beispielsweise Frequenz/Periodendauer, Umdrehungsgeschwindigkeit, Änderungen dieser Umdrehungsgeschwindigkeit oder Frequenz, jeweils aktuelle Positionierung der Welle bzw. des Rotors) zu erfassen. Dies kann in datentechnischem Abgleich mit der Sensorik zur Wellendrehüberwachung erfolgen. In diesem Fall kann das Erfassungsmodul überwiegend steuernde oder regelnde Funktion aufweisen.
Zum Zweiten kann das wenigstens eines dieser Module alternativ oder zusätzlich dazu dienen, nicht nur steuernd oder regelnd zu wirken, sondern nennenswerte elektrische Leistungsgrößen zu übertragen. Die Bewegungsenergie des sich drehenden Rotors bzw. der sich drehenden Hauptachse kann also durch ein Modul, beispielsweise das Erfassungsmodul, in Form von elektrischer Energie aufgenommen werden. Dieses Modul kann punktuell oder nur um ein Segment des Rotors bzw. der sich drehenden Hauptachse angebracht sein, beispielsweise unter Ausbildung eines Spaltes, sondern kann auch diesen Rotor bzw. Rotorzylinder bzw. diese Hauptachse auch ringförmig umschließen. In diesem Fall kann das Erfassungsmodul als ein wesentlicher Teil leistungselektronisches System verstanden werden welches geeignet ist, berührungslos Bewegungsenergie des sich drehenden Rotors bzw. der sich drehenden Hauptachse, welche beispielsweise horizontal oder auch vertikal gelagert sein kann – in elektrische Energie umzusetzen.
Beispielsweise kann ein solches Erfassungsmodul mit einem oder mit mehreren elektrischen Schleifring- bzw. Gleitringkontakten verbunden sein, sodass die Umsetzung der Bewegungsenergie des sich drehenden Rotors bzw. der sich drehenden Hauptachse in elektrische Energie nicht ganz berührungslos erfolgt sondern reibungsbehaftet ist und nach dem Generatorprinzip erfolgt, jedoch unter Auftreten minimaler Friktion. In diesem letztgenannten Fall ist das Erfassungsmoduls als ein elektrischer Generator, beispielsweise als ringförmiger Generator, ausgestaltet.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass wenigstens ein Modul elektrisch steuernd bzw. regelnd und/oder leistungsübertragender Funktion wirkt. Es können auch mehrere derartigen Module an oder um einen Rotor bzw. eine Hauptachse bzw. einen Rotorzylinder angebracht sein.
Die Erfindung kann eine oder mehrere Hilfs- oder Notlagerbaugruppe/n und/oder Grundlagerbaugruppe/n aufweisen, insbesondere welche in konventioneller Lagertechnik ausgeführt sein können – alternativ in berührungsarmer Lagertechnik ausgeführt sein können. Es können diesbezüglich Spitzenlager oder Kugellager oder als konisches Hohllager bzw. Konus-Hohllager ausgeführte Lagerungen eingesetzt werden. Alternativ können zwei- oder mehrreihige Vierpunktlager, Zylinderrollenlager, Kreuzrollenlager, Kegelrollenlager, Nadellager, Kugelrollenlager, aber auch Kombinationslager, od. dgl. eingesetzt werden.
Wenigstens eine Hilfs- oder Notlagerbaugruppe und/oder Grundlagerbaugruppe kann als ein- oder mehrreihige Drehverbindungen vollrollig oder mit Käfig ausgeführt sein oder andere im Laufbahnsystem vorhandene Distanz- oder Beabstandungskomponenten aufweisen.
Mindestens eine Laufbahnen eines solchen Laufbahnsystem kann gehärtet sein. Wenigstens eine Hilfs- oder Notlagerbaugruppe und/oder Grundlagerbaugruppe kann jeweils als Vorrichtung zur verdrehbaren Kopplung zweier Anschlusselemente im Wesentlichen zur Aufnahme von Axial- und Radiallasten dienen. Entsprechende Lager-Schmiersysteme können Teil der Hilfs- oder Notlagerbaugruppe und/oder Grundlagerbaugruppe sein.
Wenigstens eine Hilfs- oder Notlagerbaugruppe und/oder Grundlagerbaugruppe oder Teile davon kann alternativ als sogenanntes Kegelspitzenlager oder Spitzenlager ausgestaltet sein: Dabei kann ein Ende der Welle oder des Rotors mindestens eine Kegelspitze aufweisen sein, die in einer korrespondierenden, beispielsweise kegelförmigen, Vertiefung positioniert ist. Auch die umgekehrte Konstruktion ist denkbar, d. h. das Gegenlager kann über eine vorwiegend kegelförmige Kegelspitze verfügen, welche mit dem korrespondierenden Part mechanisch kontaktiert, idealerweise punktuell mechanisch kontaktiert, um auftretende Friktionen zu minimieren.
Die Erfindung kann wenigstens eine Schwenkeinheit zur Verstellung des Neigungswinkels zur Horizontalen aufweisen.
Mindestens eine Schwenkeinheit kann zwischen dem tragenden Teil der Energieanlage und den in der Regel neigbaren Rotoren oder Rotorgehäusen angebracht sein. Mindestens eine Schwenkeinheit kann als ein Schwenktrieb oder Schwenkantrieb ausgestaltet sein.
Mindestens eine Schwenkeinheit kann zumindest zwei drehbaren Ringe aufweisen, in der Regel aus Stahl, beispielsweise 42CrMo4 oder C45 oder 100Cr6, oder aus anderen Wälzlagerstählen, gegebenenfalls beschichtet und für Unterwasseranwendungen optimiert, welche zumindest über einen verzahnten Ring verfügen.
Mindestens eine Schwenkeinheit kann einen Außenring aufweisen, der verzahnt sein kann, so kann dort eine Schnecke eingreifen kann. Diese Schnecke kann im Antriebsteil der Schwenkeinheit positioniert sein. Diese Schnecke kann die Relativverstellung der mindestens zwei Ringe der Drehverbindung antreiben. Diese Schnecke kann über einen elektrischen Motor und/oder über eine Pumpe und/oder über einen Hydraulikmotor betrieben werden. Dieser elektrische Motor und/oder Pumpe und/oder Hydraulikmotor kann an mindestens einer Schwenkeinheit ankoppelbar sein und/oder abgekoppelbar sein. Auch eine gehäuseumschlossene Lösung, bei der der Motor oder die Pumpe in das Gehäuse der Schwenkeinheit integriert ist, kann gegeben sein.
Im Falle von Unterwasseranwendungen kann die mindestens eine Schwenkeinheit und/oder das Rotorgehäuse, fluiddicht abgeschlossen sein. In Fällen, in denen die Erfindung als eine Windkraft- oder Windenergieanlage mit einem oder mehreren Rotoren ausgeführt ist, kann auf diese Fluiddichtheit verzichtet werden. Alternativ kann diese Fluiddichtheit auf ein geringeres Maß beschränkt werden, beispielsweise durch Verwendung von weniger dichtenden Materials. Fluiddichtheit im Allgemeinen kann beispielsweise durch mehrfach übereinander angebrachte Dichtungssysteme realisiert werden.
Bei Unterwasseranwendungen können zwischen zwei und fünf Dichtungssysteme übereinander angebracht sein., um jegliches Eindringen der Feuchtigkeit in das Lagersystem zu unterbinden. Beispielsweise können umlaufende Dichtungsanordnungen mit Spannringen verwendet werden. Alternativ können Kassettendichtungen oder steif sitzende Wellendichtringe verwendet werden.
Demzufolge ist denkbar, dass im Falle von Überwasser-Anwendungen nur eines oder zwei Dichtungssysteme pro Lagerbaugruppe in die Erfindung eingebracht werden.
Mindestens ein Rotor der Erfindung und/oder dessen Rotorgehäuse können mittels der mindestens einen Schwenkeinheit verstellt werden kann. Diese Verstellung kann im- oder gegen den Uhrzeigersinn erfolgen.
Durch Aktivierung des Antriebs (vgl. oben: welcher beispielsweise als Motor und/oder Pumpe und/oder Hydraulikmotor ausgeführt ist) kann die oben genannte Schnecke in Drehung versetzt werden. Diese Drehung kann sich mittels kämmender Elementemechanisch auf die Verzahnung mindestens eines Ringes der Drehverbindung übertragen. Folglich kann mindestens einer der Ringe der Drehverbindung gegenüber einem anderen Ring relativ verstellt werden. Diese Relativverstellung kann für eine Drehung des Rotors bzw. des Rotorgehäuses um einen Neigungswinkel ε sorgen.
Die Drehachse der Schnecke der Schwenkeinheit kann orthogonal zur Dreh- oder Rotationsachse der Drehverbindung stehen, alternativ parallel dazu stehen.
Die Abtriebsrichtung der Schnecke des Schwenktriebs kann tangential auf die Verzahnung des Ringes der Drehverbindung eingreifen, alternativ in Richtung der Dreh- oder Rotationsachse der Drehverbindung eingreifen. Mindestens eine Schwenkeinheit kann in der Ebene seiner Ringe flach aufbauen, insbesondere 40 cm Bautiefe nicht übersteigen, vorzugsweise 20 cm Bautiefe nicht übersteigen, idealerweise 10 cm Bautiefe nicht übersteigen.
Der Blattverstellmechanismus und/oder der Turbinenverstellmechanismus können mit vorgenannten Schwenkeinheiten ausgestattet oder dementsprechend ausgeführt sein.
Die Erfindung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung als eine Windkraft- oder Windenergieanlage mit einem oder mehreren Rotoren ausgeführt sein, wobei die erfindungsgemäße Anlage mindestens einen jeweils schnell andrehenden Rotor beinhalten kann:
Die Erfindung kann bereits bei geringen Anlaufwindgeschwindigkeiten von mindestens 1 bis 5 km/h oder 1 bis 3 Knoten (kn) anlaufen. Mindestens ein Rotor kann bereits bei Fluid- oder Medienströmungsgeschwindigkeiten von 1 bis 5 km/h oder 1 bis 3 Knoten (kn) in Bewegung versetzt werden.
Die Erfindung kann als Strömungs- oder Windkraft- oder Windenergieanlage mit einer begrenzten Gesamtleistung ausgestaltet sein – beispielsweise eine Gesamtleistungsbegrenzung von unter 1 MW aufweisen, beispielsweise gar weniger als 500 kW aufweisen, insbesondere gar weniger als 250 kW aufweisen.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter Anderem eine Energieanlage oder ein Kraftwerk, vorzugsweise eines Kleinkraftwerk bzw. einer die Energie wandelnden Anlage zur umweltfreundlicheren Energieerzeugung bzw. Energieumwandlung für Anwendungen in Industrie, Gewerbe und Privathaushalt unter Zuhilfenahme der physikalischen Wirkprinzipien der reibungsarmen und/oder berührungslosen Lagertechnik, aufweisend wenigstens einen Rotor und mindestens eine an Rotor(en) insbesondere verdrehsteif, gekoppelte oder koppelbare, Haupt- oder Rotorwelle, vorzugsweise welche nahezu vertikal orientiert ist, alternativ welche vorzugsweise nahezu horizontal orientiert ist, gegebenenfalls unter einem Neigungswinkel (ε) zur Horizontalen verstellbar ist, wobei die mindestens eine Haupt- oder Rotorwelle mindestens einfach, vorzugsweise an mindestens einer Stelle, berührungsarm oder berührungslos und/oder magnetisch gelagert ist.
Die verwendeten Begriffe ,Lagerung' oder ,lagernde Baugruppe' sind hierbei technisch äquivalent.
Bezugszeichenliste

1: Energieanlage
2: Rotor
S: Stellgliedmodul
V: Verstärkungsmodul
R: Reglermodul
18: Magnetenbaugruppe
17: Magnetenbaugruppe
16: Haupt-/Rotorwelle
24: Blatt/Rotorblatt/Turbine
27: Haupt-/Rotorachse
23: Sensorik
26: Spalt
22: Ende
19: Lagerbaugruppe
25: Verstellmechanismus
20: Kontrollmodul
28: Ende
301: Umströmtes Profil
304: Grund/Boden
308: Rotorgehäuse
350: Schwenkeinheit
353: Drehverbindung
355: Drehverbindung
365: Schneckendrehachse
10: Kraftwerk
MR: Rotorzylinder
E: Erfassungsmodul
A: Auswertemodul
ε: Neigungswinkel
180: Magnetenbaugruppe
170: Magnetenbaugruppe
160: Haupt-/Rotorwelle
240: Blatt/Rotorblatt/Turbine
270: Haupt-/Rotorachse
230: Sensorik
260: Spalt
220: Lagerbaugruppe
190: Lagerbaugruppe
250: Verstellmechanismus
200: Kontrollmodul
360: Anschluss
305: Tragender Teil
307: Wasseroberfläche
310: Strömungsrichtung
351: Schwenkeinheit
354: Drehverbindung
352: Schnecke
356: Verzahnung

Bevorzugte Anwendungsfälle ergeben sich aus den folgend beispielhaft angeführten Zeichnungen. Dabei zeigen beispielhaft und schematisch:
1 einen zumindest an einer Stelle berührungslos oder magnetisch gelagerten vertikal orientierten Rotorzylinder (16, MR), welcher axial beidseitig konventionell gelagert ist, und in radialer Richtung vorwiegend berührungslos gelagert ist.
2 einen vertikal orientierten und zumindest an einer Stelle berührungslos oder magnetisch gelagerten H-Darrieus Rotor, während die Lagerung in axialer Richtung des Rotors überwiegend mechanisch erfolgt.
2a einen vertikal orientierten und zumindest an einer Stelle berührungslos oder magnetisch gelagerten Darrieus Rotor, während die Lagerung in axialer Richtung des Rotors überwiegend mechanisch erfolgt.
2b einen vertikal orientierten und zumindest an einer Stelle berührungslos oder magnetisch gelagerten Savonius Rotor, während die Lagerung in axialer Richtung des Rotors überwiegend mechanisch erfolgt.
3 einen Anwendungsfall einer überwiegend horizontal orientierten Strömungsenergieanlage als Energieanlage entweder zur, schwimmenden oder fest installierten, Installation in Gewässern.
3a die Verstelleinrichtung zur Variation des Neigungswinkels (ε), welche zwischen dem tragenden Teil der Energieanlage und Rotorgehäuse angebracht ist. (Dargestellt ist beispielsweise eine flach aufbauende Schwenkeinheit, bei der der Abtrieb der Schnecke im Wesentlichen tangential auf die Verzahnung wirkt.)
4 eine horizontal orientierten und zumindest an einer Stelle radial berührungslos oder magnetisch gelagerte Wind- oder Strömungsenergieanlage, während die Lagerung in axialer Richtung des Rotors überwiegend mechanisch erfolgt.
4a eine horizontal orientierten und zumindest an einer Stelle radial berührungslos oder magnetisch gelagerte Wind- oder Strömungsenergieanlage, welche auf eine zusätzliche axiale Lagerung verzichtet.
1 mit 2 mit 2a, mit 2b mit 3 mit 3a mit 4 mit 4a deuten schematisch an, eine Energieanlage 1 bzw. Kraftwerks 10 mit mindestens einem Rotor 2, insbesondere als Onshore oder Offshore aufgestellte Anlage oder alternativ als eine in Gewässern errichtete Anlage, vgl. 3, beispielsweise eine submarine Strömungsanlage welche auf dem Gewässergrund oder unterhalb der Wasseroberfläche anbringbar ist oder angebracht ist, gegebenenfalls ausgeführt als ortsfeste oder ortsveränderliche Anlage in Küstennähe oder in Flüssen oder Bächen oder auch gar als eine in Seen oder in Stromschnellen errichtete Anlage, wobei diese Energieanlage 1 bzw. das Kraftwerk 10 die Bewegungsenergie aus der kinetischen Strömung 310 eines in der unmittelbaren Umgebung der Anlage 1 strömenden Mediums, beispielsweise Luft oder Wasser, zumindest teilweise in Anspruch nimmt, um an der Energieanlage 1 bzw. am Kraftwerk 10 beweglich befestigte Teile, beispielsweise Rotorblätter oder Turbinenschaufeln 24, 240 des wenigstens einen drehbaren Rotors 2, in überwiegend drehende Bewegung zu versetzen, wobei mindestens einer der Rotoren 2 berührungsarm und/oder berührungslos bzw. magnetisch gelagert ist, wobei jeder Rotor 2 mindestens ein(e), vorzugsweise zwei oder drei, vier oder gar eine höhere Anzahl an, Blatter(n) oder Turbinenschaufel(n) 24, 240 aufweist oder aufnimmt und eventuell als mindestens einblättriger Darrieus oder H-Darrieus Rotor ausgebildet ist, gegebenenfalls auch als Savionus Rotor oder in Kombination mit einem Savionus Rotor ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Blatt oder eine Turbinenschaufel 24, 240, gegebenenfalls mittels einem Turbinen- oder Blattverstellmechanismus 25, 250, verstellt oder geneigt werden kann.
1 mit 2 mit 2a, mit 2b mit 3 mit 3a mit 4 mit 4a deuten ferner schematisch an, dass jeweils wenigstens einer der Rotoren 2 in oder entgegen dem Sinne eines Neigungswinkels ε verstellbar ist, insbesondere stufenlos verstellbar ist, sodass die an den wenigstens einem Rotor 2 gekoppelte oder koppelbare Haupt- oder Rotorwelle 16, 160 jeden realen Neigungswinkel ε gegenüber der Horizontalen einnehmen kann, vorzugsweise in einen Neigungswinkel ε zwischen 0° und 90° gegenüber der Horizontalen orientiert ist.
1 mit 2 mit 2a, mit 2b mit 3 mit 3a mit 4 mit 4a deuten ferner schematisch an, dass die an mindestens einer Stelle vorhandene Hilfs- oder Notlagerbaugruppe 19, 190 die Haupt- oder Rotorwelle 16, 160 mittels herkömmlicher Lagertechnik lagert, beispielsweise mittels mindestens einer Kugellager-, Rollenlager-, Kegelrollenlager-, Kugelrollenlager-, Nadellager- oder Schrägrollenlager- Drehverbindung lagert, alternativ mittels Zuhilfenahme von Momenten- oder Kombinationslagertechnik lagert, gegebenenfalls auch aufweisend mindestens eine ein- oder mehrreihige Drehverbindung(en).
1 mit 2 mit 2a, mit 2b mit 3 mit 3a mit 4 mit 4a deuten ferner schematisch an, dass mindestens ein berührungsloses Lager ausgeführt ist als Permanentmagnetenbaugruppe oder Permanentmagnetenbaugruppe in Verbindung mit einem aktiven elektromagnetischen Lager, und gesamthaft ausgestaltet ist als hybrides berührungsloses Lager, welches die Haupt- oder Rotorwelle 16, 160 unter Ausbildung eines Luftspaltes 26; 260 radial lagert, während die Haupt- oder Rotorwelle 16, 160 entlang der eigenen Haupt- oder Rotorachse 27, 270 rotiert, um von Außen auf den Rotor 2 wirkende Energie der Fluidströmung in rotatorische kinetische Energie der Haupt- oder Rotorwelle 16,160 umzusetzen.
1 mit 2 mit 2a, mit 2b mit 3 mit 3a mit 4 mit 4a deuten ferner schematisch an, eine nahe der Haupt- oder Rotorwelle 16, 160 angebrachte Überwachungs-Sensorik 23, 230 Werte oder Anweisungen oder Informationen aus dem Betriebsverhalten der Haupt- oder Rotorwelle 16, 160 an wenigstens ein Erfassungsmodul E übergibt, wobei diese Werte oder Anweisungen oder Informationen in einer nachgeschalteten Auswerteelektronik A verglichen werden mit dort gespeicherten Soll-Werten sowie Soll-Zuständen betreffend die Drehung der Haupt- oder Rotorwelle 16, 160 und welche in einem nachfolgenden Schritt an ein Reglermodul R übergeben werden gemeinsam mit weiterer Information, welche geeignet ist das Regelverhalten der Gesamtanordnung zu beeinflussen, wobei die am Eingang des Reglermoduls R anliegenden Werte oder Anweisungen oder Informationen verschieden sind zu den am Eingang des Auswertemoduls A anliegenden Werten oder Anweisungen oder Informationen.
1 mit 2 mit 2a, mit 2b mit 3 mit 3a mit 4 mit 4a deuten des Weiteren schematisch an, dass Informationen am Ausgang des Reglermoduls R in mindestens einer nachfolgenden Abfolge elektrisch oder elektronisch verstärkt oder gedämpft werden, beispielsweise durch mindestens ein Verstärkungsmodul V, welches durch das Regelmodul R bereitgestellte Werte oder Anweisungen oder Informationen an mindestens ein nachfolgendes Stellgliedmodul S weitergibt, wobei die am Stellgliedmodulausgang anliegenden Werte oder Anweisungen oder Informationen durch die mindestens eine Elektro- oder Permanentmagnetenbaugruppe 17, 18 verarbeitet wird.
1 mit 2 mit 2a, mit 2b mit 3 mit 3a mit 4 mit 4a deuten schematisch an, mindestens eine weitere Hilfs- oder Notlagerbaugruppe 19, 190 gegeben ist, beispielsweise zur radialen Lagerung Haupt- oder Rotorwelle 16, 160 entlang der zugehörigen Achse 27, 270.
1 mit 2 mit 2a, mit 2b mit 3 mit 3a mit 4 mit 4a deuten zuletzt schematisch an, dass mindestens eine Elektro- oder Permanentmagnetenbaugruppe 17, 18 ausgeführt ist als Magnetlager, insbesondere als aktives Magnetlager, welches die Haupt- oder Rotorwelle 16, 160 während des Betriebes unter Ausbildung eines Luftspaltes 26, 260 radial lagert, während die Haupt- oder Rotorwelle 16, 160 entlang der eigenen Haupt- oder Rotorachse 27, 270 rotiert, um von Außen auf die Rotornabe 2 wirkende Energie in rotatorische kinetische Energie der Haupt- oder Rotorwelle 16, 160 umzusetzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010040917 [0002]
DE 19727550 [0003]
DE 10034922 [0003]
DE 102008021587 [0004]
DE 102010003675 [0005]
WO 2010/006859 [0006]

Claims

Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10), aufweisend wenigstens einen Rotor (2) und wenigstens eine am mindestens einen Rotor (2), insbesondere verdrehsteif, gekoppelte oder koppelbare, Haupt- oder Rotorwelle (16, 160), vorzugsweise welche nahezu vertikal orientiert ist, alternativ welche vorzugsweise nahezu horizontal orientiert ist, gegebenenfalls unter einem Neigungswinkel (ε) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Haupt- oder Rotorwelle (16, 160) mindestens einfach, vorzugsweise an mindestens einer Stelle, berührungsarm oder berührungslos und/oder magnetisch gelagert ist.
Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Haupt- oder Rotorwelle (16, 160) mindestens einfach, vorzugsweise an mindestens einer weiteren Stelle, berührungsarm gelagert ist, vorzugsweise durch eine als Spitzenlager oder als Kugellager oder als konisches Hohllager bzw. Konus-Hohllager ausgeführte Lagerung, vorzugsweise gegeben an wenigstens einem Ende (22, 28) der mindestens einen Haupt- oder Rotorwelle (16, 160).
Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rotor (2) als Savonius- oder Darrieus- oder H-Darrieus-Rotor ausgestaltet ist, alternativ mindestens ein Rotor (2) eines/zwei/drei oder mehr Rotorblätter oder Turbinenschaufeln (24, 240) aufweist, gegebenenfalls welche/r mittels wenigstens einer Schwenkeinheit bzw. wenigstens einem Turbinen- oder Blattverstellmechanismus (25, 250, 350, 351) um einen Neigungswinkel (ε) verstellt werden kann und/oder in seiner Haupt-/Rotorachse (27, 270) neigbar ist.
Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der mindestens einen Haupt- oder Rotorwelle (16, 160) an wenigstens einem Ende (22, 28) als Grundlagerbaugruppe (220) ausgeführt ist, vorzugsweise aufweisend mindestens eine Laufbahnreihe eines Kugellagers- oder Rollenlagers- oder Kegelrollenlagers, alternativ aufweisend wenigstens ein Nadellager oder ein- oder mehrreihige Drehverbindung/en.
Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Hilfs- oder Notlagerbaugruppe (19; 190) zur Lagerung der mindestens einen Haupt- oder Rotorwelle (16, 160) gegeben ist.
Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hilfs- oder Notlagerbaugruppe (19; 190) als Kugellager- oder Rollenlager- oder Kegelrollenlager oder als ein- oder mehrreihige Drehverbindung ausgestaltet ist, alternativ als Nadellager ausgestaltet ist, idealerweise als einfache Gleitlagerung ausgestaltet ist mit gleitfähiger oder gleitfördernder Kontaktfläche aus Kunststoff oder aus Metall oder aus Stahl oder aus PTFE.
Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass berührungsarme Lagerung(en) der mindestens einen Haupt- oder Rotorwelle (16, 160) Friktionskoeffizienten zwischen Haupt- oder Rotorwelle (16, 160) und Lagerung von μ = 0,15 (Haftreibung bei Stillstand) und/oder μ = 0,05 (während Rotation) nicht übersteigt.
Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass berührungslose und/oder magnetische Lagerung der mindestens einen Haupt- oder Rotorwelle (16, 160) einen Friktionskoeffizienten aufweist der gegen Null strebt.
Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10), aufweisend wenigstens einen Rotor (2) aufweist und mindestens eine an Rotor (2), insbesondere verdrehsteif, gekoppelte oder koppelbare, Haupt- oder Rotorwelle (16, 160), vorzugsweise welche nahezu vertikal orientiert ist, alternativ welche vorzugsweise nahezu horizontal orientiert ist, gegebenenfalls unter einem Neigungswinkel (ε) zur Horizontalen verstellbar ist, gekennzeichnet durch wenigstens ein Rotorzylinder (MR) und/oder wenigstens einem Rotor (2), welcher in radialer Richtung seiner Haupt- oder Rotorwelle (16, 160) an mindestens einer Stelle berührungslos gelagert ist, insbesondere magnetisch gelagert ist, ferner aufweisend: – mindestens ein integriertes elektronisches Kontrollmodul (20, 200), beispielsweise wenigstens ein Erfassungs (E)-, Auswerte (A)-, Stell (S)-, und Verstärkungs (V) – modul, gegebenenfalls verschaltet zu mindestens einem Regelkreis mit Reglermodul (R), sowie – mindestens eine ringförmig um den Rotorzylinder oder Rotor (2) angeordnete Elektro- oder Permanentmagnetenbaugruppe (17, 170, 18, 180), sowie – mindestens eine den Rotorzylinder oder Rotor (2) berührungsarm lagernde Baugruppe (19, 190, 220).
Verfahren zum Betreiben einer Energieanlage (1) bzw. eines Kraftwerks (10) dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebes zur Aufrechterhaltung einer berührungslosen und/oder magnetischen Lagerung notwendige Gesamtenergie E_ges.Lager kleiner bzw. geringer ist als die Summe E_ges.Aufnahme der infolge Fluid-/Medienströmung(en) auf wenigstens ein umströmtes Profil (301) mindestens eines Rotorblattes bzw. einer Turbinenschaufel (24, 240) wirkenden und von dem mindestens einen Rotor (2) aufgenommenen und/oder wandelbaren Bewegungsenergien.
Verfahren zum Betreiben einer Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektro- oder Permanentmagnetenbaugruppe (17, 18) gegeben ist, insbesondere welche ausgeführt ist als Resonanz-Magnetlager, beispielsweise als passives Resonanz-Magnetlager, welche die mindestens eine Haupt- oder Rotorwelle (16, 160) unter Ausbildung wenigstens eines Luftspaltes (26, 260) berührungslos und/oder magnetisch lagert, während die Haupt- oder Rotorwelle (16, 160) um die eigene Haupt- oder Rotorachse (27, 270) dreht.
Verfahren zum Betreiben einer Energieanlage (1) bzw. ein Kraftwerk (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektro- oder Permanentmagnetenbaugruppe (17, 18), gegebenenfalls ferner damit verbundene Baugruppen, beispielsweise Hochtemperatur-Supraleiterbaugruppen, gekühlt wird, beispielsweise mittels Gas oder Fluidmedium gekühlt wird, beispielsweise mittels kaltem Wasser, vorzugsweise mittels tiefkaltem Wasserstoff, insbesondere mittels flüssigem Stickstoff, aktiv gekühlt werden.