DE102015108556A1

DE102015108556A1 - turbine assembly

Info

Publication number: DE102015108556A1
Application number: DE102015108556.9A
Authority: DE
Inventors: Miraka Vullnet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-01

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenanordnung, insbesondere für eine Anlage zur Umwandlung von mechanischer Energie oder kinetischer Energie aus Wasserkraft in elektrische Energie, umfassend mindestens ein um seine Mittelachse (16) rotierend antreibbares Turbinenrad, dessen Schaufeln von einem strömenden Fluid, insbesondere Wasser beaufschlagt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Turbinenrad (13) als Hohlrad ausgebildet ist und Schaufeln des Turbinenrads (13) von radial innenseitig her von mindestens einem Wasserstrom beaufschlagt werden. Die vorliegende Erfindung stellt eine alternative Turbinenanordnung zur Verfügung, die auf einem anderen Arbeitsprinzip beruht als herkömmliche Turbinen, bei denen das Turbinenrad von radial/tangential außen beaufschlagt wird, so dass das Turbinenrad massiv ist. Demgegenüber lässt die erfindungsgemäße Lösung die Verwendung eines Turbinenrads leichterer Bauart und mit folglich geringerer Massenträgheit zu.The present invention relates to a turbine arrangement, in particular for a plant for the conversion of mechanical energy or kinetic energy from hydropower into electrical energy, comprising at least one around its central axis (16) rotatably driven turbine wheel whose blades are acted upon by a flowing fluid, in particular water. According to the invention it is provided that the turbine wheel (13) is designed as a ring gear and blades of the turbine wheel (13) are acted upon from radially inside by at least one water flow. The present invention provides an alternative turbine arrangement which relies on a different operating principle than conventional turbines in which the turbine wheel is acted on radially / tangentially outside, so that the turbine wheel is solid. In contrast, the solution according to the invention allows the use of a turbine wheel of lighter construction and consequently with lower inertia.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenanordnung, insbesondere für eine Anlage zur Umwandlung von mechanischer Energie oder kinetischer Energie aus Wasserkraft in elektrische Energie, umfassend mindestens ein um seine Mittelachse rotierend antreibbares Turbinenrad, dessen Schaufeln von einem strömenden Fluid, insbesondere Wasser beaufschlagt werden. The present invention relates to a turbine arrangement, in particular for a plant for the conversion of mechanical energy or kinetic energy from hydropower into electrical energy, comprising at least one about its central axis rotatably driven turbine wheel whose blades are acted upon by a flowing fluid, in particular water.

Pelton-Turbinen sind Freistrahlturbinen mit hohem Wirkungsgrad und als solche aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Beispielsweise werden in der EP 2 035 690 B1 Pelton-Turbinen beschrieben und es wird dargestellt, wie ein von einer Düse erzeugter Wasserstrahl die Becher des Laufrads einer Pelton-Turbine beaufschlagt. Grundsätzlich werden jedoch diese Pelton-Turbinen von einem Strom zuströmenden Wassers immer von radial außen her beaufschlagt. Das heißt, das Wasser fließt mit einer tangentialen Komponente dem Turbinenrad zu, trifft dabei auf die meist becherförmig geformten Schaufeln und veranlasst dadurch das Turbinenrad, sich um seine Achse zu drehen. Der radial innenseitige Bereich der herkömmlichen Pelton-Turbine konzentrisch innen zu den Schaufeln liegend, ist hingegen bis zur Achse hin massiv. Dadurch hat das kompakte Turbinenrad ein vergleichsweise hohes Eigengewicht und damit verbunden eine entsprechende Massenträgheit. Pelton turbines are free-jet turbines with high efficiency and as such known from the prior art for a long time. For example, in the EP 2 035 690 B1 Pelton turbines described and it is shown how a jet of water generated by a nozzle acts on the cups of the impeller of a Pelton turbine. Basically, however, these Pelton turbines are always acted upon by a stream of incoming water from the outside radially. That is, the water flows with a tangential component to the turbine wheel, thereby meeting the most cup-shaped blades and thereby causes the turbine wheel to rotate about its axis. The radially inner side region of the conventional Pelton turbine concentrically lying inside the blades, however, is solid up to the axis. As a result, the compact turbine wheel has a comparatively high weight and, associated therewith, a corresponding mass inertia.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Turbinenanordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die auf einem anderen Arbeitsprinzip beruht als herkömmliche Turbinen und dadurch die Verwendung eines Turbinenrads leichterer Bauart zulässt. Object of the present invention is to provide an alternative turbine arrangement of the type mentioned above, which is based on a different operating principle than conventional turbines and thereby allows the use of a turbine wheel lighter design.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Turbinenanordnung der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. The solution to this problem provides a turbine arrangement of the type mentioned with the features of the main claim.

Die vorliegende Erfindung schlägt zur Lösung der vorgenannten Aufgabe vor, dass das Turbinenrad als Hohlrad ausgebildet ist und Schaufeln des Turbinenrads von radial innenseitig her von mindestens einem Wasserstrom beaufschlagt werden. Das Turbinenrad hat bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein geringeres Gewicht und eine reduzierte Massenträgheit. Der Wasserstrom trifft von radial innen auf die Schaufeln des Turbinenrads, um dieses rotierend anzutreiben und tritt durch die Schaufeln hindurch nach radial außen hin aus. The present invention proposes to achieve the above-mentioned object that the turbine wheel is designed as a ring gear and blades of the turbine wheel are acted upon from radially inside by at least one water flow. The turbine wheel in the arrangement according to the invention has a lower weight and a reduced mass inertia. The water flow impinges radially on the blades of the turbine wheel to drive it in rotation and exits through the blades radially outward.

Bevorzugt ist es so, dass der mindestens eine das Turbinenrad beaufschlagende Wasserstrom in einer rotierenden Hohlkammer erzeugt wird, welche konzentrisch in dem Hohlraum des Turbinenrads angeordnet ist und um eine konzentrisch zu Hohlkammer und Turbinenrad liegende Achse rotierend angetrieben wird. Dies lässt eine besonders kompakte Bauweise zu, da die rotierende Hohlkammer konzentrisch innerhalb des Turbinenrads liegt. Das Wasser kann von der rotierenden Hohlkammer ausgehend nach radial außen hin geschleudert werden und trifft dann auf die Schaufeln des Turbinenrads, um dieses in eine Rotationsbewegung zu versetzen. Auf diese Weise können hohe Strömungsgeschwindigkeiten des auf die Schaufeln des Turbinenrads auftreffenden Wasserstroms erzeugt werden. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass man Geschwindigkeit und Volumen des Wasserstroms und somit die auf das hohle Turbinenrad einwirkenden Kräfte über die rotierende Hohlkammer steuern kann. It is preferred that the at least one water flow impinging on the turbine wheel is generated in a rotating hollow chamber, which is arranged concentrically in the cavity of the turbine wheel and is driven in rotation about an axis concentric to the hollow chamber and turbine wheel. This allows a particularly compact design, since the rotating hollow chamber is concentric within the turbine wheel. The water can be thrown radially outward starting from the rotating hollow chamber and then impinges on the blades of the turbine wheel in order to set it in a rotational movement. In this way, high flow velocities of the impinging on the blades of the turbine wheel water flow can be generated. It is also advantageous that it is possible to control the speed and volume of the water flow and thus the forces acting on the hollow turbine wheel via the rotating hollow chamber.

Weiterhin kann gemäß einer vorteilhaften konstruktiven Lösung im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Hohlkammer einen achsparallel ausgerichteten Ansaugstutzen aufweist, über den Wasser angesaugt wird sowie von diesem Ansaugstutzen nach radial außen gerichtet ausgehende Düsenkanäle mit Düsenöffnungen, von denen aus ein Wasserstrom ausgestoßen wird, welcher das Turbinenrad von radial innenseitig her beaufschlagt. Das Wasser kann also gegebenenfalls aus einem Vorratsvolumen heraus über den Ansaugstutzen angesaugt werden, wobei es dann durch die Drehung der Hohlkammer eine Beschleunigung in Richtung auf die Schaufeln des Turbinenrads erfährt, welche quasi ringsum um die sich drehende Hohlkammer angeordnet sind. In der Regel ist eine Mehrzahl von mit dem Ansaugstutzen strömungstechnisch verbundenen Düsenöffnungen vorgesehen, über die das Wasser aus der Hohlkammer nach außen hin in Richtung auf das Turbinenrad austritt, die jeweils in regelmäßigen Abständen zueinander über den Umfang der Hohlkammer verteilt angeordnet sind. Beispielsweise kann man wenigstens so viele Düsenöffnungen vorsehen wie das Turbinenrad Schaufeln hat, so dass jede dieser Schaufeln von jeweils einem Wasserstrahl beaufschlagt wird. Furthermore, according to an advantageous structural solution in the context of the present invention, it is provided that the hollow chamber has an axially aligned intake manifold, is sucked through the water and from this intake radially outwardly directed outgoing nozzle channels with nozzle openings, from which a stream of water is ejected, which acts on the turbine wheel from radially inside. The water can thus be sucked out of a supply volume out of the intake manifold, where it then experiences an acceleration in the direction of the blades of the turbine wheel through the rotation of the hollow chamber, which are arranged virtually around the rotating hollow chamber. In general, a plurality of fluidically connected to the intake nozzle openings is provided through which the water exits the hollow chamber outwardly towards the turbine wheel, which are each arranged at regular intervals to each other distributed over the circumference of the hollow chamber. For example, one can provide at least as many nozzle openings as the turbine wheel has blades, so that each of these blades is acted upon by a respective water jet.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Turbinenrad über dessen Umfang verteilt angeordnet eine Mehrzahl von gekrümmten Schaufeln aufweist, zwischen denen jeweils Zwischenräume verlaufen, durch die das Wasser radial/tangential nach außen hin austritt. Anders als bei einer herkömmlichen Pelton-Turbine strömt das Wasser somit quasi von radial innen nach radial außen durch das Turbinenrad hindurch. It is preferably provided that the turbine wheel arranged distributed over the circumference of a plurality of curved blades, between which each intermediate spaces extend, through which the water radially / tangentially emerges to the outside. Unlike a conventional Pelton turbine, the water thus flows through the turbine wheel virtually from radially inward to radially outward.

Während bei einer herkömmlichen Pelton-Turbine in der Regel die Schaufeln des Turbinenrads eine Becherform mit einer Krümmung quer zur Umfangsrichtung (also parallel zur Achse des Turbinenrads) aufweisen, ist es gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung so, dass die Schaufeln des Turbinenrads als gekrümmte Schaufelblätter ausgebildet sind, die sich jeweils in der Draufsicht gesehen von einem Innenkreis um die Rotationsachse des Turbinenrads ausgehend in Form eines Kreisbogenabschnitts zu einem Außenkreis hin erstrecken, wobei der Innenkreis definiert wird durch die jeweils radial inneren Enden der Schaufelblätter und der Außenkreis definiert wird durch die jeweils radial äußeren Enden der Schaufelblätter und wobei die Ausrichtung der Schaufeln jeweils so ist, dass jede Schaufel jeweils an ihrem radial inneren Ende den gleichen spitzen Winkel mit einer gedachten Tangente an den Innenkreis einnimmt. Die Schaufeln sind also etwa in Umfangsrichtung gekrümmt, genauer gesagt gleicht deren Verlauf in der Draufsicht auf das Turbinenrad gesehen in etwa dem äußeren Ende einer Spirallinie, die vom Mittelpunkt (Achszentrum) der Turbine ausgeht. While in a conventional Pelton turbine usually the blades of the turbine wheel having a cup shape with a curvature transverse to the circumferential direction (ie parallel to the axis of the turbine wheel), it is according to a preferred embodiment of the present invention such that the blades of the turbine as curved vanes are formed, each extending in plan view of an inner circle around the axis of rotation of the turbine starting in the form of a circular arc portion to an outer circle, wherein the inner circle is defined by the respective radially inner ends of the blades and the outer circle is defined by the respective radially outer ends of the blades and the orientation of the blades is in each case such that each blade occupies at its radially inner end the same acute angle with an imaginary tangent to the inner circle. The blades are therefore curved approximately in the circumferential direction, more precisely their course in the plan view of the turbine wheel is approximately the same as the outer end of a spiral line extending from the center (axial center) of the turbine.

Neben den Schaufelblättern weist das erfindungsgemäße Turbinenrad bevorzugt eine Deckfläche auf, mit der eine Abtriebsachse verbunden ist, die als Hohlachse ausgebildet ist und sich vorzugsweise konzentrisch um die angetriebene Achse der Hohlkammer herum erstreckt. Bei dieser konstruktiven Variante kann sich zum Beispiel die Achse der Hohlkammer durch die ringförmige Hohlachse des Turbinenrads hindurch erstrecken, wodurch sich eine besonders kompakte Bauweise ergibt. In addition to the blade blades, the turbine wheel according to the invention preferably has a top surface, to which an output shaft is connected, which is designed as a hollow axle and preferably extends concentrically around the driven axis of the hollow chamber. In this constructive variant, for example, the axis of the hollow chamber may extend through the annular hollow axis of the turbine wheel, resulting in a particularly compact design.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn zwischen die Abtriebsachse und die Welle eines von der Turbine angetriebenen Generators eine Übersetzung geschaltet ist, wozu beispielsweise auf der Abtriebsachse Getriebemittel angeordnet sein können, umfassend mindestens ein Getrieberad, insbesondere Zahnrad sowie einen mit dem Getrieberad in Eingriff stehenden Antriebsriemen, insbesondere Zahnriemen, mittels dessen das von der Abtriebsachse erzeugte Drehmoment übertragen und vorzugsweise übersetzt wird. According to a preferred embodiment of the invention, it is advantageous if between the output shaft and the shaft of a generator driven by the turbine, a translation is connected, for which, for example, can be arranged on the output axis gear means comprising at least one gear, in particular gear and one with the Gear in meshing drive belt, in particular toothed belt, by means of which the torque generated by the output shaft is transmitted and preferably translated.

Um die auf den Zahnriemen geleitete Kraft für den Antrieb eines Generators zu nutzen, kann beispielsweise der Zahnriemen ein weiteres Zahnrad antreiben, welches mit einer Welle eines Generators verbunden ist. In order to use the force guided on the toothed belt for the drive of a generator, for example, the toothed belt can drive a further gear, which is connected to a shaft of a generator.

Eine bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass Hohlkammer und Turbinenrad in einem Behälter angeordnet sind und der Ansaugstutzen der rotierenden Hohlkammer Wasser aus einem Wasservorrat in dem Behälter ansaugt. A preferred embodiment of the present invention provides that the hollow chamber and turbine wheel are arranged in a container and the intake of the rotating hollow chamber sucks water from a water reservoir in the container.

Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. The features mentioned in the dependent claims relate to preferred developments of the task solution according to the invention. Further advantages of the invention will become apparent from the following detailed description.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying drawings.

Dabei zeigen: Showing:

1 einen Längsschnitt durch eine beispielhafte Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Wasserkraft gemäß einer möglichen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung; 1 a longitudinal section through an exemplary plant for generating electrical energy from hydropower according to a possible embodiment of the present invention;

2 eine Draufsicht auf ein Turbinenrad gemäß einer möglichen beispielhaften Lösungsvariante der vorliegenden Erfindung; 2 a plan view of a turbine wheel according to a possible exemplary solution variant of the present invention;

3 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Turbinenrads gemäß einer beispielhaften möglichen Ausführungsvariante. 3 a schematic perspective view of a turbine according to the invention according to an exemplary possible embodiment variant.

Zunächst werden unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beispielhafte Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Turbinenrads beschrieben, welches insgesamt mit dem Bezugszeichen 13 gekennzeichnet ist. Das Turbinenrad 13 hat einen kreisförmigen äußeren Umriss und über seinen Umfang verteilt jeweils mit Abstand zueinander ist eine größere Anzahl von Schaufeln 32 angeordnet. Diese Schaufeln 32 sind im radial äußeren Bereich des Turbinenrads mit Abstand zu seiner zentrischen Abtriebsachse 31 angeordnet und haben in der Draufsicht gemäß 2 gesehen von radial innen nach radial außen verlaufend eine in sich gekrümmte Form, wobei der Krümmungsverlauf annähernd einem kürzeren Segment aus einem Kreisbogen entspricht oder alternativ auch einem kurzen Segment einer Spirale. An der Seite des Turbinenrads 13, die von dem Wasserstrom beaufschlagt wird, sind die Schaufeln 32 konkav gekrümmt, wobei diese Seite hierin als Innenseite 37 definiert ist. First, with reference to the 2 and 3 exemplary embodiments of a turbine wheel according to the invention described, which in total with the reference numeral 13 is marked. The turbine wheel 13 has a circular outer contour and distributed over its circumference each spaced from each other is a larger number of blades 32 arranged. These shovels 32 are in the radially outer region of the turbine wheel with distance to its central output axis 31 arranged and have in the plan view according to 2 seen from radially inward to radially outward extending a curved shape, wherein the curvature corresponds approximately to a shorter segment of a circular arc or alternatively also a short segment of a spiral. At the side of the turbine wheel 13 , which is acted upon by the water flow, are the blades 32 concavely curved, this side being referred to herein as the inside 37 is defined.

Der zwischen jeweils zwei beabstandeten benachbarten Schaufeln liegende Zwischenraum 34 ist nach radial innen hin und nach radial außen hin jeweils offen, so dass das Wasser, welches das Turbinenrad antreibt und auf die konkave Innenseite 37 der Schaufeln trifft, zwischen jeweils zwei Schaufeln 32 durch den Zwischenraum 34 von innen nach außen hindurchströmen kann. Anders als bei einer herkömmlichen Pelton-Turbine ist der Wasserstrom von radial innen her auf die Schaufeln 32 gerichtet und strömt nach radial außen hin ab und somit durch den außen aus den Schaufeln 32 gebildeten Kranz hindurch. Die Schaufeln 32 können beispielsweise jeweils in ihrem oberen Bereich an einer Deckfläche 14 des Turbinenrads 13 befestigt sein, die man auch in 1 erkennen kann, in der das Turbinenrad 13 im Längsschnitt dargestellt ist. The gap between each two spaced adjacent blades 34 is open towards the radially inward and radially outward, so that the water that drives the turbine wheel and the concave inside 37 the blades hit, between each two blades 32 through the gap 34 can flow from the inside out. Unlike a conventional Pelton turbine, the flow of water from radially inward to the blades 32 directed and flows radially outward and thus through the outside of the blades 32 formed wreath through. The shovels 32 For example, each in its upper part on a top surface 14 of the turbine wheel 13 be attached, which you also in 1 can recognize in which the turbine wheel 13 is shown in longitudinal section.

Die eine Kreisbogensegmentform aufweisenden Schaufeln 32 in 2 sind so angeordnet, dass die jeweils radial inneren Enden 35 oder Kanten aller Schaufeln auf einem gedachten Innenkreis um die Achse 31 des Turbinenrads 13 herum liegen, wobei sich die Schaufeln von diesem Innenkreis ausgehend in einem spitzen Winkel zu einer gedachten Tangente an diesen Innenkreis in dem Punkt (bei 35) erstrecken, an dem sich jeweils das innere Ende 35 der Schaufel befindet. Alle Schaufeln 32 sind in der Draufsicht gesehen kreisbogensegmentförmig geformt mit jeweils gleicher Krümmung. So wie das jeweils radial innere Ende 35 aller Schaufeln 32 auf einem Innenkreis liegt, liegt das jeweils radial äußere Ende 36 aller Schaufeln auf einem Außenkreis um die Rotationsachse (bzw. die Abtriebsachse 31), zu der der Innenkreis konzentrisch liegt. Die Abtriebsachse ist allerdings in dem Ausführungsbeispiel von 1 eine Hohlachse und dort mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet. The circular arc segment having blades 32 in 2 are arranged so that the respective radially inner ends 35 or edges of all blades on an imaginary inner circle around the axis 31 of the turbine wheel 13 lie around, wherein the blades from this inner circle starting at an acute angle to an imaginary tangent to this inner circle in the point (at 35 ) extend, at each of which the inner end 35 the scoop is located. All shovels 32 are seen in plan view arcuate segment shaped, each having the same curvature. Like the respective radially inner end 35 all shovels 32 lies on an inner circle, lies the respective radially outer end 36 all blades on an outer circle around the axis of rotation (or the output axis 31 ), to which the inner circle is concentric. The output axis is, however, in the embodiment of 1 a hollow axis and there by the reference numeral 16 designated.

3 zeigt in perspektivischer Ansicht und schematisch vereinfachter Darstellung eine beispielhafte konstruktive Ausführungsvariante einer Turbine in etwas abgewandelter aber im Prinzip ähnlicher Bauart wie zuvor anhand von 2 beschrieben. Man erkennt dort die mit 41 bezeichnete Achse (Abtriebsachse des drehenden Turbinenrads), an der die gekrümmten Schaufeln über einen oberen Ring 42 und von diesem Ring 42 nach unten hin gerichteten Stege befestigt sind. In 2 schaut man auf die konvexe Außenseite 44 der vorderen Schaufeln in der auf einem Kreisring angeordneten Anzahl von Schaufeln, sowie auf die konkav gekrümmte Innenseite 45 der hinteren Schaufeln des Kreisrings. Mit 46 ist die Projektion bzw. das untere Ende der Achse in 3 gekennzeichnet. 3 shows in perspective view and schematically simplified representation of an exemplary structural embodiment of a turbine in a somewhat modified but in principle similar in construction as previously based on 2 described. You can see there with the 41 designated axis (output axis of the rotating turbine wheel), at which the curved blades over an upper ring 42 and from this ring 42 downwardly directed webs are attached. In 2 you look at the convex outside 44 the front blades in the arranged on a circular ring number of blades, as well as on the concavely curved inside 45 the rear blades of the annulus. With 46 is the projection or the lower end of the axis in 3 characterized.

Nachfolgend wird nun unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung von 1 eine mögliche Anwendung eines zuvor beschriebenen Turbinenrads in einer Anlage zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Wasserkraft beschrieben. Diese Anlage umfasst einen großen Behälter 18, in den einströmendes Wasser gelangt (die Zufuhr des einströmenden Wassers ist in 1 nicht dargestellt.) Dieser Behälter 18 enthält somit ein Vorratsvolumen an Wasser 25. In dem Behälter 18 ist bevorzugt zentrisch eine rotierend angetriebene Hohlkammer angeordnet. Der Antrieb für die Rotationsbewegung dieser Hohlkammer kann beispielsweise über einen oberhalb der Anlage angeordneten Elektromotor 1 erfolgen, der eine rotierende Bewegung um die Achse 19 erzeugt. Die Antriebsenergie für diesen Motor wird beispielsweise aus Wasserkraft gewonnen oder auch aus Windkraft gewonnen, wobei die entsprechenden Vorrichtungen hier nicht näher dargestellt sind. Man kann für diesen Antrieb beispielsweise regenerative Energie nutzen, die temporär im Überschuss verfügbar ist, wie dies zum Beispiel der Fall ist, wenn aus regenerativen Energieformen Spitzen entstehen, die von einem Verbrauchsnetz nicht unmittelbar abgenommen werden können. In diesem Fall ist es vorteilhafter Weise so, dass man regenerative Energie für den Antrieb der Hohlkammer 8 einsetzt, für die keine anderweitige Verwendung gegeben ist. Hereinafter, with reference to the schematic representation of 1 describes a possible application of a previously described turbine wheel in a plant for the production of electrical energy from hydropower. This plant includes a large container 18 , enters the inflowing water (the supply of incoming water is in 1 not shown.) This container 18 thus contains a storage volume of water 25 , In the container 18 Preferably, a rotationally driven hollow chamber is arranged centrally. The drive for the rotational movement of this hollow chamber, for example, via an above the system arranged electric motor 1 take place, which makes a rotating movement about the axis 19 generated. The drive energy for this engine is obtained for example from hydropower or obtained from wind power, the corresponding devices are not shown here. For example, it is possible to use regenerative energy for this drive, which is temporarily available in excess, as is the case, for example, when renewable energy sources produce peaks that can not be immediately removed by a consumption grid. In this case, it is advantageous that one regenerative energy for driving the hollow chamber 8th used for which there is no other use.

Durch die vorgenannte Rotation der in 1 im Schnitt dargestellten Hohlkammer 8 kann in axialer Richtung entsprechend der Pfeile in 1 aus dem Vorrat Wasser 25 von unten her angesaugt werden, welches in der Hohlkammer zunächst etwa parallel zur Achse nach oben strömt und dann im oberen Teil der Hohlkammer 8 radial nach außen strömt und schließlich über Kanäle 9 mit düsenartigen radial äußeren Öffnungen nach außen hin austritt und durch die Zentrifugalkraft nach außen hin geschleudert wird, so dass das Wasser schließlich auf die Schaufeln des Turbinenrads 13 trifft, welches beispielsweise einen konstruktiven Aufbau hat, wie er zuvor unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben wurde. Due to the aforementioned rotation of in 1 in section shown hollow chamber 8th can be in the axial direction according to the arrows in 1 from the water supply 25 be sucked from below, which initially flows approximately parallel to the axis in the hollow chamber and then in the upper part of the hollow chamber 8th flows radially outward and finally via channels 9 emerges with nozzle-like radially outer openings to the outside and is thrown by the centrifugal force to the outside, so that the water finally on the blades of the turbine wheel 13 which, for example, has a structural design, as previously described with reference to the 2 and 3 has been described.

Die Achswelle 3 ist über eine Drehanbindung 2 (zum Beispiel über Zwischenschaltung eines Getriebes) an den Elektromotor 1 angeflanscht, wobei die Achswelle 3 über obere Lager 4 und an ihrem unteren Ende über ein unteres Lager 23 rotierbar gelagert ist. Das untere Lager 23 befindet sich mittig in einer etwa plattenförmigen Tragstruktur 24, die sich in Querrichtung in dem Behälter 18 erstreckt. Oberhalb des Behälters 18 sind weitere Tragstrukturen 5 für die Befestigung der Antriebsvorrichtung (Elektromotor 1) für die Hohlkammer 8 etc. The axle shaft 3 is via a rotating connection 2 (For example, via the interposition of a transmission) to the electric motor 1 Flanged, with the axle shaft 3 over upper bearings 4 and at its lower end via a lower bearing 23 rotatably mounted. The lower camp 23 is located in the middle in an approximately plate-shaped support structure 24 extending in the transverse direction in the container 18 extends. Above the container 18 are other support structures 5 for fastening the drive device (electric motor 1 ) for the hollow chamber 8th Etc.

Von dem Turbinenrad 13 erstreckt sich im mittigen Bereich oberseitig eine Hohlwelle 16 nach oben hin, die die Abtriebsachse des Turbinenrads 13 bildet und sich konzentrisch um die Achswelle 3 herum erstreckt, mittels derer die rotierende Hohlkammer 8 angetrieben wird. Für die Hohlwelle 16 sind außenseitige Lager 15 vorgesehen, wobei das Turbinenrad 13 ohne externen Antrieb ist, nur durch die Kraft des auf seine Schaufeln auftreffendes Wassers angetrieben wird und sich daher unabhängig von der Rotationsbewegung der Hohlkammer drehen muss, wozu die in 1 eingezeichneten diversen Lager vorgesehen sind. Die Hohlkammer 8 hat eine obere plattenförmige Abdeckung 7 und man erkennt in 1 den radial nach außen hin aus der Hohlkammer austretenden Wasserstrahl 10, der die Schaufeln der Turbinenrads 13 beaufschlagt, welche sich in kreisförmiger Anordnung (siehe 2 und 3) konzentrisch rings um die düsenartigen Austrittsöffnungen der Kanäle der Hohlkammer 8 erstrecken. Wie zuvor beschrieben tritt der Wasserstrahl 10, nachdem er die Schaufeln des Turbinenrads 13 beaufschlagt hat, durch das Turbinenrad nach radial außen hin hindurch und strömt dann in mehreren Wasserströmen 11 in den Wasservorrat 25 in dem Behälter 18, welcher einen hier nicht dargestellten Abfluss hat ebenso wie einen Zufluss. Die Wasseroberfläche des Wasserstands im Behälter 18 ist mit 12 bezeichnet. From the turbine wheel 13 extends in the central region on top of a hollow shaft 16 towards the top, which is the output shaft of the turbine wheel 13 forms and concentrically around the axle shaft 3 extends around, by means of which the rotating hollow chamber 8th is driven. For the hollow shaft 16 are outside bearings 15 provided, wherein the turbine wheel 13 without external drive, is driven only by the force of the water impinging on its blades and therefore has to rotate independently of the rotational movement of the hollow chamber, including the in 1 marked various bearings are provided. The hollow chamber 8th has an upper plate-shaped cover 7 and you recognize in 1 the radially outwardly emerging from the hollow chamber water jet 10 holding the blades of the turbine wheel 13 applied, which in a circular arrangement (see 2 and 3 ) concentrically around the nozzle-like outlet openings of the channels of the hollow chamber 8th extend. As described above, the water jet enters 10 after getting the blades of the turbine wheel 13 acted upon by the turbine wheel radially outward through and then flows in several streams of water 11 in the water supply 25 in the container 18 which has a drain not shown here as well like a tributary. The water surface of the water level in the tank 18 is with 12 designated.

Das Turbinenrad 13 hat eine obere Deckfläche 14, die eine etwa plattenförmige im Umriss runde Struktur bilden kann, an der unterseitig die Schaufeln befestigt sein können und an der oberseitig die Hohlachse 16 befestigt sein kann. Über eine radial äußere Halterung 17 kann oberhalb des Turbinenrads 13 eine weitere Tragstruktur an der Wandung des Behälters 18 befestigt sein, welche sich in Querrichtung des Behälters erstreckt und beispielsweise für die Befestigung von Lagern 15, Dichtungen 6 etc. dient. The turbine wheel 13 has an upper deck area 14 , which can form an approximately plate-shaped in outline round structure, on the underside of the blades can be attached and on the upper side of the hollow shaft 16 can be attached. Over a radially outer bracket 17 can be above the turbine wheel 13 another support structure on the wall of the container 18 be attached, which extends in the transverse direction of the container and, for example, for the attachment of bearings 15 , Seals 6 etc. is used.

Von der Hohlachse 16, die die Abtriebsachse des Turbinenrads 13 bildet, wird ein erstes Zahnrad 22 angetrieben, welches auf der Abtriebsachse befestigt ist. Über dieses Zahnrad 22 läuft beispielsweise ein Zahnriemen 21, welcher wiederum ein weiteres Zahnrad 30 antreibt, das sich außerhalb des Behälters 18 befindet, so dass man eine Übersetzung schaffen kann. Dieses weitere Zahnrad 30 kann mit einer Antriebsachse eines Generators 29 verbunden sein, deren Rotationsrichtung durch den Pfeil 20 angedeutet ist. Der Generator 29 ist zum Beispiel gehaltert an und befestigt an einer Art Tragsäule 28. Auf diese Weise kann durch die Rotation des Turbinenrads 13 über Hohlachse 16, Zahnrad 22, Zahnriemen 21 und Zahnrad 30 die Welle des Generators 29 angetrieben und so elektrischer Strom erzeugt werden. From the hollow axle 16 , which is the output axis of the turbine wheel 13 forms, becomes a first gear 22 driven, which is mounted on the output shaft. About this gear 22 For example, a toothed belt is running 21 , which in turn is another gear 30 that drives itself outside the container 18 is located so that you can create a translation. This further gear 30 can with a drive axle of a generator 29 be connected, the direction of rotation by the arrow 20 is indicated. The generator 29 is for example held on and attached to a kind of support column 28 , In this way, by the rotation of the turbine wheel 13 via hollow axle 16 , Gear 22 , Timing belt 21 and gear 30 the shaft of the generator 29 driven and so electrical power generated.

Ein Ventil 31 a ermöglicht es, den Behälter 18 bei Bedarf zu belüften. A valve 31 a allows the container 18 to ventilate if necessary.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Elektromotor für den Antrieb der Hohlkammer 8 Electric motor for driving the hollow chamber 8th
22: Drehanbindung rotary connection
33: Achswelle axle shaft
44: oberes Lager upper bearing
55: Tragstruktur supporting structure
66: Dichtung poetry
77: obere plattenförmige Abdeckung upper plate-shaped cover
88th: Hohlkammer hollow
99: Kanäle der Hohlkammer Channels of the hollow chamber
1010: Wasserstrahl waterjet
1111: Wasserstrom water flow
1212: Wasseroberfläche water surface
1313: Turbinenrad turbine
1414: Deckfläche cover surface
1515: Lager camp
1616: Hohlachse des Turbinenrads 13 Hollow axis of the turbine wheel 13
1717: Halterung für Tragstruktur Support for supporting structure
1818: Behälter container
1919: Drehrichtung des Antriebs Direction of rotation of the drive
2020: Drehrichtung des Generators Direction of rotation of the generator
2121: Antriebsriemen drive belts
2222: Antriebsrad, Zahnrad Drive wheel, gear
2323: unteres Lager lower camp
2424: Tragstruktur supporting structure
2525: Wasser water
2626: Untergrund underground
2727: Standfußkonstruktion des Behälters 18 Stand construction of the container 18
2828: Tragsäule für Generator Support column for generator
2929: Generator generator
3030: Antriebsrad, Zahnrad Drive wheel, gear
31a31a: Ventil Valve
3131: Abtriebsachse des Turbinenrads Output shaft of the turbine wheel
3232: Schaufeln des Turbinenrads Shovels of the turbine wheel
3333: Deckfläche des Turbinenrads Top surface of the turbine wheel
3434: Zwischenraum zwischen den Schaufeln Space between the blades
3535: inneres Ende einer Schaufel inner end of a shovel
3636: äußeres Ende einer Schaufel outer end of a shovel
3737: konkav gekrümmte Innenseite concave curved inside
4141: Achse axis
4242: oberer Ring upper ring
4444: Außenseite der Schaufeln Outside of the blades
4545: Innenseite der Schaufeln Inside of the blades
4646: Projektion der Achse Projection of the axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2035690 B1 [0002]

Claims

Turbine arrangement, in particular for a plant for the conversion of mechanical energy or kinetic energy from hydropower into electrical energy, comprising at least one about its central axis rotatably driven turbine wheel whose blades are acted upon by a flowing fluid, in particular water, characterized in that the turbine wheel ( 13 ) is formed as a ring gear and blades of the turbine wheel ( 13 ) are acted upon from radially inside by at least one water flow.

Turbine arrangement according to claim 1, characterized in that the at least one turbine wheel ( 13 ) acting in a rotating hollow chamber ( 8th ) which concentrically in the cavity of the turbine wheel ( 13 ) and about a concentric to hollow chamber ( 8th ) and turbine wheel ( 13 ) axis ( 3 ) is driven in rotation.

Turbine arrangement according to claim 2, characterized in that the hollow chamber ( 8th ) has an axially aligned intake manifold, is sucked through the water and directed from this intake radially outward nozzle outlets ( 9 ) with nozzle openings, from which a stream of water ( 10 ) is ejected, which the turbine wheel ( 13 ) acted upon by radially inside.

Turbine arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hollow chamber ( 8th ) a plurality of fluidically connected to the intake nozzle openings ( 9 ), each at regular intervals to each other over the circumference of the hollow chamber ( 8th ) are arranged distributed.

Turbine arrangement according to claim 4, characterized in that the turbine wheel ( 13 ) arranged distributed over the circumference of a plurality of curved blades ( 32 ), between each of which spaces ( 34 ), through which the water exits radially / tangentially to the outside.

Turbine arrangement according to claim 5, characterized in that the blades ( 32 ) of the turbine wheel ( 13 ) are formed as curved airfoils, each viewed in plan view from an inner circle about the axis of rotation of the turbine wheel ( 13 ), in which the inner circle is defined by the respective radially inner ends of the blades and the outer circle is defined by the respective radially outer ends of the blades and the orientation of the blades ( 32 ) is such that each blade at each of its radially inner end occupies the same acute angle with an imaginary tangent to the inner circle.

Turbine arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that one with a top surface ( 14 ) of the turbine wheel connected output shaft ( 16 ) is provided which is designed as a hollow axle and preferably concentric about the driven axis ( 3 ) of the hollow chamber ( 8th ) extends around.

Turbine arrangement according to claim 7, characterized in that on the output axis ( 16 ) Transmission means are arranged comprising at least one gear, in particular gear ( 22 ) and a drive belt engaged with the gear, in particular toothed belt ( 21 ), by means of which the output shaft ( 16 ) transmitted torque and preferably translated.

Turbine arrangement according to claim 8, characterized in that the toothed belt ( 21 ) another gear ( 30 ), which is connected to a shaft of a generator ( 29 ) connected is.

Turbine arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that hollow chamber ( 8th ) and turbine wheel ( 13 ) in a container ( 18 ) are arranged and the intake manifold of the rotating hollow chamber ( 8th ) Draws water from a supply of water in the container.