DE102017104848B3 - Hydroelectric power station - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk (10), insbesondere zur Anordnung in einem Fluss oder in einem aufgelassenen Grubenschacht, mit:a. einer Hohlwelle (20),b. zumindest einer Hohlwellenturbine (22) zum Antreiben der Hohlwelle (20),c. einer Zuleitung (14) zum Zuleiten von Wasser zu der zumindest einen Hohlwellenturbine (22), undd. zumindest einer Umwandlungseinrichtung (60) zum Umwandeln von Rotationsenergie der zumindest einen Hohlwellenturbine (22) in elektrische Energie,e. eine Zentralwelle (30), die innerhalb der Hohlwelle (20) angeordnet ist, undf. zumindest eine Zentralwellenturbine (32) zum Antreiben der Zentralwelle (30), diei. mit der Zuleitung (14) strömungstechnisch verbunden ist, undii. der zumindest einen Umwandlungseinrichtung (60, 62) zugeordnet ist, wobeig. an einer Außenwand der Hohlwelle (20) ein koaxial zu der Hohlwelle (20) angeordneter Trichter (50) form- und/oder stoffschlüssig befestigt ist, wobei die Zuleitung (14) strömungstechnisch mit dem Trichter (50) verbunden ist und exzentrisch zu dem Trichter (50) hinführt,h. die Hohlwelle (20) Durchleitöffnungen (28) zum Durchleiten des zugeleiteten Wassers aus dem Trichter (50) in die Hohlwelle (20) aufweist, undi. an einer Innenseite des Trichters (50) Widerstandsstrukturen (52), insbesondere Flügelbleche (52) angeordnet sind, mittels denen die Hohlwelle (20) über das zugeleitete Wasser antreibbar ist.The invention relates to a hydroelectric power plant (10), in particular for arrangement in a river or in an abandoned pit shaft, comprising: a. a hollow shaft (20), b. at least one hollow shaft turbine (22) for driving the hollow shaft (20), c. a supply line (14) for supplying water to the at least one hollow shaft turbine (22), andd. at least one conversion device (60) for converting rotational energy of the at least one hollow-shaft turbine (22) into electrical energy, e. a central shaft (30) disposed within the hollow shaft (20), andf. at least one central shaft turbine (32) for driving the central shaft (30), diei. is fluidically connected to the supply line (14), andii. the at least one conversion means (60, 62) is assigned, wherein. on an outer wall of the hollow shaft (20) coaxial with the hollow shaft (20) arranged funnel (50) is positively and / or materially secured, wherein the supply line (14) is fluidically connected to the hopper (50) and eccentrically to the hopper (50), h. the hollow shaft (20) has passage openings (28) for passing the supplied water from the hopper (50) into the hollow shaft (20), andi. on an inner side of the funnel (50) resistance structures (52), in particular wing plates (52) are arranged, by means of which the hollow shaft (20) is drivable via the supplied water.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk, insbesondere zur Anordnung in einem Fluss oder in einem aufgelassenen Grubenschacht, mit einer Hohlwelle, zumindest einer Hohlwellenturbine zum Antreiben der Hohlwelle, einer Zuleitung zum Zuleiten von Wasser zu der zumindest einen Hohlwellenturbine und zumindest einer Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln von Rotationsenergie der zumindest einen Hohlwellenturbine in elektrische Energie.The invention relates to a hydroelectric power plant, in particular for arrangement in a river or in an abandoned pit shaft, with a hollow shaft, at least one hollow shaft turbine for driving the hollow shaft, a supply line for supplying water to the at least one hollow shaft turbine and at least one conversion device for converting rotational energy of at least one hollow shaft turbine into electrical energy.

Ein solches Wasserkraftwerk ist beispielsweise aus der DE 10 2015 109 675 B3 bekannt. Das darin beschriebene Grubenschacht-Pumpspeicherwerk ist für den Einsatz in aufgelassenen Grubenschächten unter Ausnutzung der üblicherweise vorhandenen Fallhöhen von mehreren hundert Metern bis zu über einem Kilometer konzipiert. Damit ein solches Pumpspeicherwerk möglichst effizient betrieben werden kann, ist es notwendig, große Wassermengen bereitzustellen, um die Turbinen in Bewegung zu setzen und zu betreiben. Es wird vorgeschlagen, das Grubenschacht-Pumpspeicherwerk in der Nähe von natürlichen Wasservorkommen wie beispielsweise Flüssen oder Seen anzuordnen, was jedoch natürliche Schwankungen in den Pegelständen und damit der Wasserverfügbarkeit mit sich bringt.Such a hydroelectric power plant is for example from the DE 10 2015 109 675 B3 known. The pit shaft pumped storage plant described therein is designed for use in abandoned mine shafts utilizing the usual drop heights of several hundred meters to over one kilometer. In order for such a pumped storage plant can be operated as efficiently as possible, it is necessary to provide large amounts of water to set the turbines in motion and operate. It is proposed to arrange the pit shaft pumped storage plant in the vicinity of natural water resources such as rivers or lakes, which, however, brings about natural fluctuations in the water levels and thus the water availability.

Es ist weiterhin bekannt, zur Steigerung der Effizienz eines derartigen Grubenschacht-Pumpspeicherwerkes Turbinen vorzusehen, deren Laufschaufeln in ihrer Neigung verstellbar sind. Zusätzlich können den Laufschaufeln in Durchströmungsrichtung der Turbine vorgeordnete Leitschaufeln vorgesehen sein, mittels denen das Wasser in einem für den Betrieb der jeweiligen Turbine günstigeren Anströmwinkel umgelenkt werden kann. Durch diese Maßnahmen kann jedoch kein effizienter Betrieb des Pumpspeicherwerks bei nur geringfügig zur Verfügung stehenden Wassermengen gewährleistet werden, da die Turbine in einem nicht optimalen Betriebspunkt betrieben werden können. Dieser Umstand ist für einen Betreiber eines derartigen Pumpspeicherwerks unbefriedigend, da in Zeiträumen, in denen das Stromnetz unterversorgt ist, nur sehr eingeschränkt elektrische Energie erzeugt und eingespeist werden kann.It is also known to provide to increase the efficiency of such a pit shaft pumped storage turbine turbines whose blades are adjustable in their inclination. In addition, the blades may be provided in the direction of flow of the turbine upstream vanes, by means of which the water can be deflected in a favorable for the operation of the respective turbine angle of attack. However, these measures can not ensure efficient operation of the pumped storage plant with only slightly available amounts of water, since the turbine can be operated in a non-optimal operating point. This circumstance is unsatisfactory for an operator of such a pumped storage plant, since in periods when the power grid is underserved, only very limited electrical energy can be generated and fed.

Aus der CH 316900 A ist eine hydroelektrische Maschinenanlage bekannt, die zwei im gleichen, das Arbeitsmittel führenden Kanal hintereinander angeordnete, axial durchflossene Laufräder aufweist, die einen gegenläufigen Drehsinn haben. Die Schaufeln zumindest eines der Laufräder sind verstellbar. Die Schaufelprofile der beiden Laufräder sind in koaxial zu der Maschine verlaufenden zylindrischen Schnitten bezüglich einer zur Skelettlinie senkrechten Achse symmetrisch ausgebildet.From the CH 316900 A a hydroelectric machine plant is known, which has two in the same, the working fluid leading channel arranged behind one another, axially flowed wheels, which have an opposite sense of rotation. The blades of at least one of the wheels are adjustable. The blade profiles of the two wheels are formed symmetrically with respect to an axis perpendicular to the skeleton line in coaxial with the machine running cylindrical sections.

Die US 25,521 A betrifft ein Wasserrad mit einer horizontal ausgerichteten Achse. In einer Hohlwelle ist eine Innenwelle geführt, sowohl an der Hohlwelle als auch an der Innenwelle sind an der Außenseite Schaufelräder angeordnet, die innerhalb eines Rohrstranges angeordnet sind. Die Wellen sind gegenläufig angetrieben.The US 25,521 A relates to a water wheel with a horizontally oriented axis. In a hollow shaft, an inner shaft is guided, both on the hollow shaft and on the inner shaft paddle wheels are arranged on the outside, which are arranged within a tubing. The waves are driven in opposite directions.

Die US 2,685,652 A betrifft eine Turbine mit axial zueinander ausgerichteten, zylindrischen Rotoren mit einem korrespondierenden Durchmesser, die innerhalb eines Strömungskanals geführt sind. An der Außenseite der Rotoren sind Schaufelräder angeordnet, die die Rotoren in unterschiedlichen Drehrichtungen antreiben.The US 2,685,652 A relates to a turbine with axially aligned, cylindrical rotors with a corresponding diameter, which are guided within a flow channel. On the outside of the rotors paddle wheels are arranged, which drive the rotors in different directions of rotation.

Die US 2,949,540 A betrifft eine Kombination aus einer hydraulischen Turbine und einem elektrischen Generator mit verstellbaren Schaufelrädern, die axial zueinander beabstandet einmal an einer Zentralwelle und einer die Zentralwelle umgebenden Hohlwelle angeordnet sind.The US 2,949,540 A relates to a combination of a hydraulic turbine and an electric generator with adjustable paddle wheels, which are arranged axially spaced apart once on a central shaft and a hollow shaft surrounding the central shaft.

Die EP 2 896 819 A1 betrifft eine Wasserturbine mit einem angeschlossenen Generator und einer Zentralwelle, die von einer Hohlwelle umgeben ist. Sowohl an der Zentralwelle als auch an der Hohlwelle sind Schaufelblätter angeordnet, die die Wellen in unterschiedliche Richtungen antreiben.The EP 2 896 819 A1 relates to a water turbine with a connected generator and a central shaft, which is surrounded by a hollow shaft. On both the central shaft and the hollow shaft, blades are arranged which drive the shafts in different directions.

Wünschenswert wäre daher ein Wasserkraftwerk, das über einen möglichst großen Bereich an zur Verfügung stehenden Wasser möglichst effizient arbeiten kann. It would therefore be desirable to have a hydropower plant that can operate as efficiently as possible over as large a range of available water as possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Wasserkraftwerk bereitzustellen, das die bekannten Nachteile vermindert.Object of the present invention is therefore to provide a hydroelectric power plant, which reduces the known disadvantages.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Wasserkraftwerk mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Das erfindungsgemäße Wasserkraftwerk, insbesondere zur Anordnung in einem Fluss oder in einem aufgelassenen Grubenschacht, mit einer Hohlwelle, zumindest einer Hohlwellenturbine zum Antreiben der Hohlwelle, einer Zuleitung zum Zuleiten von Wasser zu der zumindest einen Hohlwellenturbine und zumindest einer Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln von Rotationsenergie der zumindest einen Hohlwellenturbine in elektrische Energie sieht eine Zentralwelle, die innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist, und zumindest eine Zentralwellenturbine zum Antreiben der Zentralwelle vor, die mit der Zuleitung strömungstechnisch verbunden und der zumindest einen Umwandlungseinrichtung zugeordnet ist.According to the invention this object is achieved by a hydroelectric power plant with the features of the main claim. The hydroelectric power plant according to the invention, in particular for arrangement in a river or in an abandoned pit shaft, with a hollow shaft, at least one hollow shaft turbine for driving the hollow shaft, a supply line for supplying water to the at least one hollow shaft turbine and at least one conversion device for converting rotational energy of the at least one Hollow-shaft turbine into electrical energy provides a central shaft, which is arranged within the hollow shaft, and at least one central shaft turbine for driving the central shaft, which is fluidically connected to the supply line and associated with the at least one conversion device.

Die Zentralwelle kann dadurch wesentlich leichter als die Hohlwelle ausgebildet werden, sodass ein Anlaufen der Zentralwelle und der zumindest einen Zentralwellenturbine bereits durch geringere durchzuleitende Wassermengen und schneller erfolgen kann. Darüber hinaus kann einerseits über die zumindest eine Zentralwellenturbine und andererseits über die zumindest eine Hohlwellenturbine Energie erzeugt werden. Vorzugsweise weist die zumindest eine Zentralwelle eine Vielzahl an Zentralwellenturbinen auf, die der zumindest einen Hohlwellenturbine vorgeordnet sind. Weiterhin bevorzugt weist das Wasserkraftwerk eine Vielzahl von Hohlwellenturbinen auf, wobei jeder Hohlwellenturbine zumindest eine Zentralwellenturbine in Durchströmungsrichtung vorgeordnet und/oder nachgeordnet ist. Dadurch kann bei nur geringfügig zur Verfügung stehenden Wassermengen das Wasser primär zum Antreiben der zumindest einen Zentralwellenturbine genutzt werden, wodurch diese effizienter als die zumindest eine Hohlwellenturbine betrieben werden kann.The central shaft can thereby be formed much easier than the hollow shaft, so that a tarnishing of the central shaft and the At least one central shaft turbine can already be done by reducing the amount of water to be transmitted and faster. In addition, energy can be generated on the one hand via the at least one central shaft turbine and on the other hand via the at least one hollow shaft turbine. Preferably, the at least one central shaft on a plurality of central shaft turbines, which are arranged upstream of the at least one hollow shaft turbine. Further preferably, the hydroelectric power plant on a plurality of hollow shaft turbines, wherein each hollow shaft turbine upstream of at least one central shaft turbine in the flow direction and / or downstream. As a result, with only slightly available amounts of water, the water can be used primarily for driving the at least one central shaft turbine, as a result of which it can be operated more efficiently than the at least one hollow-shaft turbine.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Wasserkraftwerk auch ein Pumpspeicherwerk, insbesondere zum Einsatz in aufgelassenen Grubenschächten, verstanden.In the context of the present description, a hydroelectric power station is also understood to mean a pumped storage plant, in particular for use in abandoned mine shafts.

Im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung werden die Begriffe „Hohlwellenturbine“ und „Zentralwellenturbine“ in der Einzahl verwendet. Dies ist nicht als Einschränkung zu verstehen, sondern impliziert, dass auch eine Vielzahl der jeweiligen Turbine vorliegen kann.In the following description, the terms "hollow shaft turbine" and "central shaft turbine" are used in the singular. This is not to be understood as a limitation, but implies that a large number of the respective turbine can also be present.

Das Wasserkraftwerk zeichnet sich dadurch aus, dass an einer Außenwand der Hohlwelle ein koaxial zu der Hohlwelle angeordneter Trichter form- und/oder stoffschlüssig befestigt ist, wobei die Zuleitung strömungstechnisch mit dem Trichter verbunden ist und exzentrisch zu dem Trichter hinführt, dass die Hohlwelle Durchleitöffnungen zum Durchleiten des zugeleiteten Wassers aus dem Trichter in die Hohlwelle aufweist und dass an einer Innenseite des Trichters Widerstandsstrukturen, insbesondere Flügelbleche, angeordnet sind, mittels denen die Hohlwelle über das zugeleitete Wasser antreibbar ist. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass bereits vor Ausnutzung von beispielsweise einer Fallhöhe in einem Grubenschacht das zum Antreiben der Turbinen vorgesehene Wasser zum Antreiben der Hohlwelle genutzt werden kann. Der Trichter ermöglicht dadurch vorteilhafterweise, dass die Zuleitung einfach, flach und geradlinig ausgebildet sein kann. Eine aufwendig zu fertigende und strömungsoptimierte Bahn, um das Wasser mit einer möglichst hohen Geschwindigkeit zu den Turbinen leiten zu können, wird nicht benötigt. Es ist dadurch möglich und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass eine Zuströmungsrichtung des Wassers in der Zuleitung relativ zu einer Durchströmungsrichtung des Wassers durch die Turbinen in einen Winkel zwischen 45° und 90°, bevorzugt zwischen 70° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 80° bis 90° relativ zueinander verlaufen. Die Konstruktion des Wasserkraftwerks im Bereich der Zuleitung sowie des Trichters baut dadurch flach.The hydropower plant is characterized in that on an outer wall of the hollow shaft coaxial with the hollow shaft arranged funnel is positively and / or cohesively attached, the supply line is fluidly connected to the funnel and eccentrically leads to the funnel that the hollow shaft passage openings for Passing the water supplied from the funnel into the hollow shaft and in that on an inner side of the funnel resistor structures, in particular blade plates are arranged, by means of which the hollow shaft is driven by the supplied water. This advantageously ensures that even before exploiting, for example, a drop height in a pit shaft provided for driving the turbines water can be used to drive the hollow shaft. The funnel thereby advantageously allows the supply line to be simple, flat and rectilinear. A complex to be manufactured and flow-optimized web to be able to conduct the water to the turbines with the highest possible speed is not needed. It is thereby possible and according to a preferred embodiment provided that an inflow direction of the water in the supply line relative to a direction of water flow through the turbines at an angle between 45 ° and 90 °, preferably between 70 ° and 90 °, more preferably between 80 ° to 90 ° relative to each other. The construction of the hydroelectric power station in the supply line and the funnel is thus flat.

Unter einer Widerstandsstruktur wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung insbesondere jede Struktur verstanden, die einen Wasserdurchfluss zumindest teilweise hemmt. Vorzugsweise sind die Widerstandsstrukturen so ausgebildet, dass das auf die Widerstandsstrukturen auftreffende Wasser gezielt in Richtung auf die Durchleitöffnungen geleitet wird. Vorzugsweise sind die Widerstandsstrukturen dazu als gebogene Flügelbleche ausgebildet. Es ist weiterhin möglich und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Widerstandsstrukturen jeweils ausgehend von dem Trichter durch die Durchleitöffnungen der Hohlwelle in das Innere der Hohlwelle hineinragen. Die Widerstandsstrukturen sind dabei weiter bevorzugt so geformt, dass das zugeleitete Wasser, nachdem es über die Widerstandsstruktur durch die Durchleitöffnung in die Hohlwelle gelangt ist, bereits möglichst nahe an, besonders bevorzugt in der späteren Durchströmungsrichtung durch die Turbinen strömt.In the context of the present description, a resistance structure is understood in particular to be any structure which at least partially inhibits a water flow. The resistance structures are preferably designed such that the water impinging on the resistance structures is conducted in a targeted manner in the direction of the passage openings. Preferably, the resistance structures are designed as curved wing panels for this purpose. It is furthermore possible and provided according to a preferred embodiment that the resistance structures each protrude from the funnel through the passage openings of the hollow shaft into the interior of the hollow shaft. The resistance structures are further preferably shaped so that the supplied water, after it has passed through the resistance structure through the passage opening in the hollow shaft, already as close to, preferably flows in the later flow direction through the turbines.

Vorzugsweise ist die Zentralwelle koaxial zu der Hohlwelle angeordnet. Dadurch ergibt sich eine konstruktiv vorteilhafte Eingliederung der Zentralwelle in die Hohlwelle. Die Hohlwelle erfüllt dadurch die Funktion einer Zuleitung des Wassers zu der Zentralwellenturbine.Preferably, the central shaft is arranged coaxially with the hollow shaft. This results in a structurally advantageous integration of the central shaft in the hollow shaft. The hollow shaft thereby fulfills the function of a supply of water to the central shaft turbine.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die eine Hohlwellenturbine und die eine Zentralwellenturbine so ausgebildet, dass die Zentralwelle und die Hohlwelle relativ zueinander in entgegengesetzte Richtungen rotieren. Das Wasserkraftwerk ist dadurch im Betrieb schwingungsstabil und laufruhig. Ein sicherer Betrieb von Wasserkraftwerken mit insbesondere sehr langen Hohlwellen, wie sie in aufgelassenen Grubenschächten eingesetzt werden, ist dadurch gewährleistet.In a further advantageous embodiment of the invention, a hollow shaft turbine and a central shaft turbine are formed so that the central shaft and the hollow shaft rotate relative to each other in opposite directions. The hydroelectric power plant is characterized vibration stable and quiet during operation. A safe operation of hydropower plants with in particular very long hollow shafts, as used in abandoned mine shafts, is ensured.

Vorzugsweise sind die Hohlwelle und die Zentralwelle voneinander entkoppelt antreibbar, wobei eine Rotation der Hohlwelle und/oder der Zentralwelle sperrbar ist. Dadurch können die Turbinen der Hohlwelle und der Zentralwelle beliebig zu- und wieder abgeschaltet werden. Dies ermöglicht vorteilhafterweise einen effizienten Betrieb des Wasserkraftwerks unter den jeweils vorhandenen Rahmenbedingungen wie verfügbare Wassermenge und/oder Einspeisebedarf in das Stromnetz.Preferably, the hollow shaft and the central shaft are driven decoupled from each other, wherein a rotation of the hollow shaft and / or the central shaft can be blocked. As a result, the turbines of the hollow shaft and the central shaft can be arbitrarily switched on and off again. This advantageously allows an efficient operation of the hydroelectric power plant under the existing framework conditions such as available amount of water and / or feed into the grid.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Hohlwellenturbine und/oder Zentralwellenturbine in ihrer Neigung verstellbare Laufschaufeln aufweisen und die Laufschaufel einer gesperrten Turbine dadurch zum gezielten Leiten von Wasser auf die Laufschaufeln der nachfolgenden Turbine eingerichtet sind. Dadurch erfüllen die Laufschaufeln einer gesperrten Turbine einerseits eine Leitfunktion, indem das Wasser möglichst so auf die Laufschaufeln der nachfolgenden Turbine geleitet wird, dass die nachfolgende Turbine möglichst effizient angetrieben wird. Andererseits kann eine gesperrte Turbine wieder entsperrt werden, sodass die Laufschaufeln wieder die Turbine antreiben und damit zur Erzeugung elektrischer Energie beitragen. Um die Neigung der Laufschaufeln zu verstellen, kann ein aus dem Stand der Technik bekanntes Gestänge eingesetzt werden.A development of the invention provides that the hollow shaft turbine and / or central shaft turbine have in their inclination adjustable blades and the blade of a locked turbine characterized for the targeted routing of water the blades of the following turbine are set up. As a result, the blades of a locked turbine on the one hand perform a guiding function by the water is directed as possible on the blades of the following turbine that the following turbine is driven as efficiently as possible. On the other hand, a locked turbine can be unlocked again, so that the blades again drive the turbine and thus contribute to the generation of electrical energy. In order to adjust the inclination of the blades, a known from the prior art linkage can be used.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Laufschaufeln der Zentralwellenturbine und/oder der Hohlwellenturbine über Befestigungselemente an einem Zwischenelement ihrer Welle lösbar befestigt. Dies ermöglicht einen modularen Aufbau der Zentralwelle und/oder der Hohlwelle. Weiterhin vorteilhaft wird dadurch ein Austausch von verschlissenen Laufschaufeln vereinfacht, indem die Laufschaufeln einzeln oder das gesamte Zwischenelement von der jeweiligen Welle gelöst werden können. Durch den modularen Aufbau kann das Wasserkraftwerk an einen beliebigen Standort und für die gewünschte Energieerzeugung angepasst und vor Ort zusammengesetzt werden.In one embodiment of the invention, the blades of the central shaft turbine and / or the hollow shaft turbine are releasably secured via fastening elements to an intermediate element of its shaft. This allows a modular construction of the central shaft and / or the hollow shaft. Further advantageously, an exchange of worn blades is simplified by the blades individually or the entire intermediate element can be solved by the respective shaft. Due to the modular design, the hydroelectric power plant can be adapted to any location and for the desired energy production and assembled on site.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zentralwelle axial verschiebbar gelagert ist. Wenn die Zentralwellenturbine gesperrt ist und eine Leitfunktion ausübt, kann eine strömungstechnisch optimale Annäherung der Zentralwellenturbine an die nachfolgende Hohlwellenturbine erfolgen. Die Effizienz der Hohlwellenturbine wird dadurch gesteigert.A development of the invention provides that the central shaft is mounted axially displaceable. If the central shaft turbine is locked and exerts a guiding function, a flow-optimized approach of the central shaft turbine to the following hollow shaft turbine can take place. The efficiency of the hollow shaft turbine is thereby increased.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Hohlwelle und der Zentralwelle ein Durchleitkanal ausgebildet, durch den das Wasser zum Antreiben der Hohlwellenturbine und/oder der Zentralwellenturbine leitbar ist. Dadurch wird die konstruktive Integrität erhöht, indem die Hohlwelle gleichzeitig als Zuleitung für das zu der Zentralwellenturbine zuzuleitende Wasser ausgestaltet ist. Das Wasserkraftwerk wird dadurch insgesamt kompakter.In a further embodiment of the invention, a passage is formed between the hollow shaft and the central shaft, through which the water for driving the hollow shaft turbine and / or the central shaft turbine is conductive. As a result, the structural integrity is increased by the hollow shaft is configured simultaneously as a supply line for the water to be supplied to the central shaft turbine. As a result, the hydroelectric plant will be more compact overall.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht eine Zentriereinrichtung vor, die zum Zentrieren der Zentralwelle innerhalb der Hohlwelle eingerichtet ist. Dadurch wird die Zentralwelle sicher innerhalb der Hohlwelle geführt, sodass ein Annähern der Laufschaufel der Zentralwelle zu der Hohlwelle weitestgehend ausgeschlossen ist.A development of the invention provides a centering device which is set up for centering the central shaft within the hollow shaft. As a result, the central shaft is securely guided within the hollow shaft, so that an approach of the blade of the central shaft is largely excluded from the hollow shaft.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zentriereinrichtung gebildet wird durch Leitschaufeln, die einer Turbine in einer Durchströmungsrichtung vorgeordnet sind und/oder Laufschaufeln der Hohlwellenturbine, wobei diese Schaufeln Gleitelemente aufweisen, die an einer der Zentralwelle zugewandten Seite der Schaufeln angeordnet sind und an der Zentralwelle anliegen. Dadurch wird die konstruktive Integrität weiter erhöht, indem die Komponenten zum Leiten von Wasser und/oder zum Erzeugen von Energie zusätzlich die Funktion übernehmen, die Zentralwelle innerhalb der Hohlwelle zu zentrieren. Dadurch, dass die der Zentralwelle zugewandten Seiten der Schaufeln an der Zentralwelle anliegen, erfolgt eine Kopplung der Zentralwelle an die Hohlwelle. Es entsteht ein schwerer Schwingungskörper, der vorzugsweise so ausgelegt ist, dass kritische Schwingungen in betriebsferne Frequenzbereiche verlagert werden. Ein stabiler und laufruhiger Betrieb ist damit gewährleistet.A further embodiment of the invention provides that the centering device is formed by guide vanes, which are arranged upstream of a turbine in a flow direction and / or blades of the hollow shaft turbine, said blades having sliding elements, which are arranged on one of the central shaft facing side of the blades and at abut the central shaft. As a result, the structural integrity is further increased by the components for conducting water and / or for generating energy additionally assume the function of centering the central shaft within the hollow shaft. The fact that the central shaft facing sides of the blades abut against the central shaft, there is a coupling of the central shaft to the hollow shaft. The result is a heavy vibration body, which is preferably designed so that critical vibrations are shifted to remote operating frequency ranges. A stable and quiet operation is guaranteed.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Zuleitung einen rechteckigen Querschnitt auf. Weiter bevorzugt beträgt ein Verhältnis zwischen einer Höhe und einer Breite des rechteckigen Querschnitts zwischen 9:10 und 1:10, besonders bevorzugt zwischen 1:2 und 1:5. Bei großen Verhältnissen zwischen Höhe und Breite baut die Zuleitung in der Höhe sehr gering auf, wodurch die Gesamtkonstruktion des Wasserkraftwerks insbesondere im Bereich des Trichters kompakter wird, ohne relevante Einbußen bei der Zuleitung des Wassers zu erhalten.In an advantageous embodiment of the invention, the supply line has a rectangular cross-section. More preferably, a ratio between a height and a width of the rectangular cross section is between 9:10 and 1:10, more preferably between 1: 2 and 1: 5. In the case of large ratios between height and width, the supply line is very low in height, as a result of which the overall construction of the hydroelectric power station becomes more compact, in particular in the area of the funnel, without receiving any relevant losses in the supply of the water.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist an einem Endabschnitt der Hohlwelle eine Ablassleitung zum Ableiten des zugeleiteten Wassers angeordnet, wobei die Ablassleitung zum Zentrieren der Hohlwelle eingerichtet ist. Vorzugsweise ist die Ablassleitung dazu in einem künstlichen Fundament oder beispielsweise im Erdboden eingebettet.In a development of the invention, a discharge line for discharging the supplied water is arranged at an end section of the hollow shaft, wherein the discharge line is arranged for centering the hollow shaft. For this purpose, the drainage line is preferably embedded in an artificial foundation or, for example, in the ground.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist der Endabschnitt Ausnehmungen auf, durch die das abgeleitete Wasser durchleitbar ist, sodass der Endabschnitt und die Ablassleitung hydrodynamisch zueinander gelagert sind. Dadurch entfällt eine aufwendige Lagerung der Hohlwelle und es kann auf das verfügbare Wasser als Gleitmedium zurückgegriffen werden. Die Ausnehmungen sind vorzugsweise als schmale Schlitze ausgebildet.In a further development of the invention, the end section has recesses, through which the discharged water can be passed, so that the end section and the outlet line are mounted hydrodynamically to one another. This eliminates a complex storage of the hollow shaft and it can be used on the available water as a sliding medium. The recesses are preferably formed as narrow slots.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung sind eine erste Umwandlungseinrichtung der Hohlwelle und eine zweite Umwandlungseinrichtung der Zentralwelle zugeordnet. Dadurch kann vorteilhafterweise unabhängig davon, ob die Hohlwelle und/oder die Zentralwelle angetrieben wird, elektrische Energie erzeugt werden. Bei notwendigen Wartungsarbeiten an einer der Umwandlungseinrichtungen, kann mittels der anderen Umwandlungseinrichtung weiterhin elektrische Energie erzeugt werden.In one embodiment of the invention, a first converter of the hollow shaft and a second converter of the central shaft are assigned. As a result, electrical energy can advantageously be generated regardless of whether the hollow shaft and / or the central shaft is driven. During necessary maintenance work on one of the conversion devices, electrical energy can continue to be generated by means of the other conversion device.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1a eine seitliche Schnittansicht eines Wasserkraftwerks gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 1b eine Detail-Schnittansicht der hydrodynamischen Lagerung zwischen Hohlwelle und Ablassleitung;
  • 2a eine schematische Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1a ab Höhe der Zuleitung;
  • 2b eine Querschnittansicht der Zuleitung gemäß 2a;
  • 3 eine schematische Schnittansicht eines Hohlwellenabschnitts des Wasserkraftwerks gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 4 eine Detail-Schnittansicht eines Zwischenstücks mit schematisch daran befestigten Laufschaufeln;
  • 5 eine schematische Darstellung der Anordnung der Laufschaufeln der Zentralwelle innerhalb der Hohlwelle.
The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments. Show it:
  • 1a a side sectional view of a hydroelectric power plant according to a first embodiment;
  • 1b a detailed sectional view of the hydrodynamic bearing between the hollow shaft and the discharge line;
  • 2a a schematic plan view of the embodiment according to 1a from the height of the supply line;
  • 2 B a cross-sectional view of the supply line according to 2a ;
  • 3 a schematic sectional view of a hollow shaft portion of the hydropower plant according to a second embodiment;
  • 4 a detail sectional view of an intermediate piece with schematically attached blades;
  • 5 a schematic representation of the arrangement of the blades of the central shaft within the hollow shaft.

In 1a ist ein Wasserkraftwerk 10 dargestellt, wie es beispielsweise in einem Fluss oder in einem aufgelassenen Grubenschacht angeordnet werden kann. Das Wasserkraftwerk 10 weist eine Hohlwelle 20 und eine Hohlwellenturbine 22 zum Antreiben der Hohlwelle 20 auf. Eine Zuleitung 14 ist mit einem nicht dargestellten Wasserreservoir wie beispielsweise einem Fluss verbunden und zum Zuleiten von Wasser zu der Hohlwellenturbine 22 ausgebildet. Der Hohlwelle 20 ist eine Umwandlungseinrichtung 60 zum Umwandeln von Rotationsenergie der Hohlwellenturbine 22 in elektrische Energie zugeordnet. Innerhalb der Hohlwelle 20 ist eine Zentralwelle 30 angeordnet, die eine Zentralwellenturbine 32 zum Antreiben der Zentralwelle 30 aufweist. Die Zentralwellenturbine 32 ist mit der Zuleitung 14 strömungstechnisch verbunden und einer zweiten Umwandlungseinrichtung 62 zum Umwandeln von Rotationsenergie der Zentralwellenturbine 32 in elektrische Energie zugeordnet. Die erste Umwandlungseinrichtung 60 und die zweite Umwandlungseinrichtung 62 sind aus dem Stand der Technik bekannte Generatoren, die oberhalb der Zuleitung 14 angeordnet sind, um eine räumliche Trennung zwischen den wasserempfindlichen Generatoren 60, 62 und dem Wasser innerhalb der Zuleitung 14 zu erhalten. Die Zuleitung 14 mündet in einen Trichter 50, der koaxial zu der Hohlwelle 20 angeordnet ist und an einer Außenwand der Hohlwelle 20 stoffschlüssig befestigt, beispielsweise angeschweißt ist. An einer Innenseite des Trichters 50 sind Widerstandsstrukturen 52 angeordnet, die als Flügelbleche ausgebildet sind. Das über die Zuleitung 14 zugeleitete Wasser trifft auf die Widerstandsstrukturen 52, wodurch die Hohlwelle 20 angetrieben wird. Die Hohlwelle 20 weist drei Reihen von über den Umfang verteilten Durchleitöffnungen 28 zum Durchleiten des über die Zuleitung 14 zugeleiteten Wassers aus dem Trichter 50 in die Hohlwelle 20 auf. Nachdem das Wasser durch die Durchleitöffnungen 28 in die Hohlwelle 20 gelangt ist, fällt es auf Leitschaufeln 26 der Hohlwelle 20. Die Leitschaufeln 26 sind in ihrer Neigung verstellbar, was durch den Doppelpfeil angedeutet ist. An den der Zentralwelle 30 zugewandten Seiten der Leitschaufeln 26 sind Gleitelemente 42 angeordnet, die an der Zentralwelle 30 anliegen und dadurch die Zentralwelle 30 innerhalb der Hohlwelle 20 zentrieren. Die Gleitelemente 42 sind aus einem im Vergleich zu den Leitschaufeln 26 weicheren Material, beispielsweise aus einem verschleißfesten Kunststoff, ausgebildet. Die Gleitelemente 42 sind austauschbar an den Leitschaufeln 26 befestigt und können schnell ausgetauscht werden, wenn diese verschlissen sind. Die Gleitelemente 42 sind dazu beispielsweise über nicht dargestellte, eingesenkte Schrauben an den Leitschaufeln 26 befestigt. Die Leitschaufeln 26 sind dadurch einerseits zum gezielten Leiten des durchströmenden Wassers auf die nachfolgenden Laufschaufeln 34 der Zentralwellenturbine 32 ausgebildet. Andererseits bilden die Leitschaufeln 26 eine Zentriereinrichtung 40 zum Zentrieren der Zentralwelle 30 innerhalb der Hohlwelle 20. Die Zentralwellenturbine 32 kann über die Umwandlungseinrichtung 62 in einer Rotation gesperrt werden, sodass nach Bedarf die Laufschaufeln 34 der Zentralwellenturbine 32 die Funktion von Leitschaufeln 26 übernehmen können.In 1a is a hydroelectric power plant 10 as it can be arranged, for example, in a river or in an abandoned pit shaft. The hydroelectric power station 10 has a hollow shaft 20 and a hollow shaft turbine 22 for driving the hollow shaft 20 on. A supply line 14 is connected to a water reservoir, not shown, such as a flow and for supplying water to the hollow shaft turbine 22 educated. The hollow shaft 20 is a conversion device 60 for converting rotational energy of the hollow shaft turbine 22 assigned to electrical energy. Inside the hollow shaft 20 a central shaft 30 is arranged, which is a central shaft turbine 32 for driving the central shaft 30 having. The central shaft turbine 32 is with the supply line 14 fluidically connected and a second conversion means 62 for converting rotational energy of the central shaft turbine 32 assigned to electrical energy. The first conversion device 60 and the second conversion means 62 are generators known from the prior art, which are above the supply line 14 are arranged to provide a spatial separation between the water-sensitive generators 60 . 62 and the water inside the supply line 14 to obtain. The supply line 14 flows into a funnel 50 coaxial with the hollow shaft 20 is arranged and on an outer wall of the hollow shaft 20 fastened cohesively, for example welded. On an inside of the funnel 50 Resistor structures 52 are arranged, which are formed as wing panels. That over the supply line 14 supplied water meets the resistance structures 52 , causing the hollow shaft 20 is driven. The hollow shaft 20 has three rows of distributed over the circumference passage openings 28 for passing through the supply line 14 supplied water from the funnel 50 in the hollow shaft 20 on. After the water through the passage openings 28 in the hollow shaft 20 has arrived, it falls on vanes 26 the hollow shaft 20 , The vanes 26 are adjustable in their inclination, which is indicated by the double arrow. At the central shaft 30 facing sides of the vanes 26 are sliding elements 42 arranged at the central shaft 30 abut and thereby the central shaft 30 inside the hollow shaft 20 Center. The sliding elements 42 are from one compared to the vanes 26 softer material, for example, made of a wear-resistant plastic. The sliding elements 42 are interchangeable with the vanes 26 attached and can be replaced quickly if they are worn. The sliding elements 42 For example, they are fastened to the guide vanes 26 by means of not shown, countersunk screws. The vanes 26 are characterized on the one hand for targeted guidance of the flowing water to the subsequent blades 34 the central shaft turbine 32 is formed. On the other hand, form the vanes 26 a centering device 40 for centering the central shaft 30 inside the hollow shaft 20 , The central shaft turbine 32 can via the conversion device 62 locked in a rotation, so the blades as needed 34 the central shaft turbine 32, the function of vanes 26 can take over.

Nachdem das Wasser die Zentralwellenturbine 32 passiert hat, trifft es auf die Laufschaufeln 24 der Hohlwellenturbine 22 und treibt dadurch die Hohlwelle 20 zusätzlich an. Die Laufschaufeln 24 der Hohlwellenturbine 22 sind in ihrer Neigung verstellbar, was durch den Doppelpfeil angedeutet ist. Nachdem das zugeleitete Wasser die Hohlwellenturbine 22 passiert hat, gelangt es über die Ablassleitung 16 aus dem Wasserkraftwerk 10 hinaus. An die Ablassleitung 16 kann sich beispielsweise ein unterirdischer Wasserspeicher anschließen, dem eine Pumpeinrichtung zugeordnet ist, um das Wasser im Bedarfsfall wieder in das der Zuleitung 14 zugeordnete Wasserreservoir zu befördern, wie es bei einem Pumpspeicherwerk praktiziert wird.After the water is the central shaft turbine 32 has happened, it hits the blades 24 the hollow shaft turbine 22 and thereby drives the hollow shaft 20 in addition. The blades 24 the hollow shaft turbine 22 are adjustable in their inclination, which is indicated by the double arrow. After the supplied water the hollow shaft turbine 22 has happened, it passes through the drain line 16 from the hydroelectric power station 10 out. To the drainage pipe 16 For example, an underground water reservoir can be connected to which a pumping device is assigned in order to return the water to that of the supply line if necessary 14 associated water reservoir to convey, as practiced at a pumped storage plant.

In 1b ist eine Detailschnittansicht eines Endabschnitts der Hohlwelle 20 dargestellt, der in die Ablassleitung 16 mündet. Der Endabschnitt der Hohlwelle 20 weist Ausnehmungen 29 auf, durch die das abgeleitete Wasser in einen Zwischenraum zwischen der Hohlwelle 20 und der Ablassleitung 16 gelangt. Dadurch wird der Endabschnitt der Hohlwelle 20 und damit die Hohlwelle 20 selbst und die Ablassleitung 16 hydrodynamisch und damit reibungsarm zueinander gelagert. Das natürlich vorkommende Antriebsmedium Wasser wird gleichzeitig auch als Schmiermedium verwendet, wodurch künstliche und/oder umweltbelastende Schmiermedien vermieden werden können.In 1b is a detail sectional view of an end portion of the hollow shaft 20 shown in the drain line 16 empties. The end portion of the hollow shaft 20 has recesses 29 on, through which the drained water into a space between the hollow shaft 20 and the drain line 16 arrives. As a result, the end portion of the hollow shaft 20 and thus the hollow shaft 20 itself and the discharge line 16 hydrodynamically and thus friction with each other stored. The naturally occurring drive medium water is also used as a lubricating medium, whereby artificial and / or polluting lubricants can be avoided.

In 2a ist eine schematische Draufsicht auf das Wasserkraftwerk 10 gemäß 1a dargestellt. Die Darstellung beginnt ab Höhe der Zuleitung 14, die darüber liegende erste Umwandlungseinrichtung und zweite Umwandlungseinrichtung sind nicht dargestellt. Die Zuleitung 14 führt exzentrisch zu dem Trichter 50 hin, wodurch das zugeleitete Wasser unmittelbar auf die Widerstandsstrukturen 52 des Trichters 50 prallt und dadurch die Hohlwelle 20 antreibt. Innerhalb der Hohlwelle 20 ist koaxial die Zentralwelle 30 angeordnet, die einen im Vergleich zur Hohlwelle wesentlich geringeren Durchmesser aufweist. Die Zuleitung 14 weist einen rechteckigen Querschnitt auf mit einer im Verhältnis zur Breite geringeren Höhe auf, wie in 2b dargestellt ist. In einem Übergangsbereich der Zuleitung 14 zu dem Trichter 50 verläuft die Zuleitung 14 sichelförmig und ist so mit dem Trichter 50 verbunden, dass das Wasser leckagefrei dem Trichter 50 zugeleitet werden kann.In 2a is a schematic plan view of the hydroelectric power plant 10 according to 1a shown. The presentation starts from the height of the supply line 14 , the first conversion means and the second conversion means lying above are not shown. The supply line 14 leads eccentrically to the funnel 50 out, allowing the incoming water directly to the resistance structures 52 of the funnel 50 bounces and thereby the hollow shaft 20 drives. Inside the hollow shaft 20 is coaxial with the central shaft 30 arranged, which has a much smaller compared to the hollow shaft diameter. The supply line 14 has a rectangular cross section with a height that is smaller in relation to the width, as in FIG 2 B is shown. In a transitional area of the supply line 14 to the funnel 50 runs the supply line 14 crescent-shaped and is so with the funnel 50 connected, that the water leak-free the funnel 50 can be forwarded.

In 3a ist eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts der Hohlwelle 20 und ihrem Innenleben gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Die Zentriereinrichtung 40 wird im vorliegenden Fall über eine Stabkonstruktion realisiert, die auf der einen Seite an der Hohlwelle 20 befestigt ist und auf einer der Zentralwelle 30 zugewandten Seite Gleitelemente 42 zum Zentrieren der Zentralwelle 30 innerhalb der Hohlwelle 20 aufweist. Die Hohlwelle 20 weist Leitschaufeln 26 auf, die das zugeleitete Wasser auf die darauffolgende Zentralwellenturbine 32 hinleiten. Die Zentralwellenturbine 32 wird vorliegend durch ein Zwischenelement 38 gebildet, dass über eine Gewindeverbindung mit Anschlusselementen der Zentralwelle 30 verbunden ist. Die Laufschaufeln 34 der Zentralwellenturbine 32 sind über Befestigungsmittel 39, wie beispielsweise Schrauben, an dem Zwischenelement 38 befestigt. Im Anschluss an die Zentralwellenturbine 32 ist die Hohlwellenturbine 22 mit ihren Laufschaufeln 24 angeordnet, die in einer Wand der Hohlwelle 20 in ihrer Neigung verstellbar gelagert sind. Die Zentralwelle 30 ist als Rohrwelle ausgebildet, was zum einen die Gewindeverbindung zwischen dem Zwischenelement 38 und den Elementen der Zentralwelle 30 ermöglicht und andererseits zu einer erheblichen Gewichtsersparnis der Zentralwelle 30 führt.In 3a is a schematic sectional view of a portion of the hollow shaft 20 and its interior according to a second embodiment. The centering device 40 is realized in the present case via a rod construction, on the one hand on the hollow shaft 20 is attached and on one of the central shaft 30 facing side sliding elements 42 for centering the central shaft 30 inside the hollow shaft 20 having. The hollow shaft 20 has guide vanes 26 on which the supplied water to the subsequent central shaft turbine 32 led up. The central shaft turbine 32 is present by an intermediate element 38 formed by a threaded connection with connecting elements of the central shaft 30 connected is. The blades 34 the central shaft turbine 32 are about fasteners 39 , such as screws, on the intermediate element 38 attached. Following the central shaft turbine 32 is the hollow shaft turbine 22 with their blades 24 arranged in a wall of the hollow shaft 20 are mounted adjustable in their inclination. The central shaft 30 is designed as a tubular shaft, which on the one hand the threaded connection between the intermediate element 38 and the elements of the central shaft 30 allows and on the other hand to a considerable weight saving of the central shaft 30 leads.

In 4 ist eine Detail-Schnittansicht des Zwischenelementes 38 gemäß 3 dargestellt. Die Laufschaufel 34 der Zentralwellenturbine 32 werden über die Befestigungsmittel 39, beispielsweise Schrauben, an dem Zwischenelement 38 befestigt. Das Zwischenelement 38 weist zur Aufnahme einer Laufschaufel 34 eine Durchgangsbohrung und einen Absatz auf, die korrespondierend zu den Laufschaufeln 34 ausgebildet sind.In 4 is a detail sectional view of the intermediate element 38 according to 3 shown. The blade 34 the central shaft turbine 32 Be about the fasteners 39 For example, screws, on the intermediate element 38 attached. The intermediate element 38 indicates the inclusion of a blade 34 a through hole and a shoulder corresponding to the blades 34 are formed.

In 5 ist eine schematische Anordnung der Laufschaufeln 34 der Zentralwellenturbine 30 innerhalb der Hohlwelle 20 dargestellt. Die Hohlwelle 20 und die Zentralwelle 30 sind so ausgebildet, dass sie relativ zueinander in entgegengesetzte Richtungen rotieren, was durch die entgegengesetzt verlaufenden Pfeile angedeutet ist. Die Laufschaufeln 34 der Zentralwellenturbine 32 liegen in radialer Richtung dicht an der Hohlwelle 20 an, sodass eine sichere Zentrierung der Zentralwelle 30 innerhalb der Hohlwelle 20 notwendig ist und durch die beschriebene Zentriervorrichtung realisiert wird.In 5 is a schematic arrangement of the blades 34 the central shaft turbine 30 inside the hollow shaft 20 shown. The hollow shaft 20 and the central shaft 30 are configured to rotate relative to each other in opposite directions, as indicated by the oppositely directed arrows. The blades 34 the central shaft turbine 32 lie in the radial direction close to the hollow shaft 20 so that a secure centering of the central shaft 30 inside the hollow shaft 20 is necessary and is realized by the described centering device.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
WasserkraftwerkHydroelectric power station
1212
DurchleitkanalDurchleitkanal
1414
Zuleitungsupply
1616
Ablassleitung drain line
2020
Hohlwellehollow shaft
2222
HohlwellenturbineHollow shaft turbine
2424
Laufschaufelblade
2626
Leitschaufelvane
2828
DurchleitöffnungDurchleitöffnung
2929
Ausnehmung recess
3030
Zentralwellecentral shaft
3232
ZentralwellenturbineCentral shaft turbine
3434
Laufschaufelblade
3636
Leitschaufelvane
3838
Zwischenelementintermediate element
3939
Befestigungselement fastener
4040
Zentriereinrichtungcentering
4242
Gleitelement Slide
5050
Trichterfunnel
5252
Widerstandsstruktur/Flügelblech Resistance structure / casement plate
6060
erste Umwandlungseinrichtungfirst conversion device
6262
zweite Umwandlungseinrichtungsecond conversion means

Claims (14)

Wasserkraftwerk (10), insbesondere zur Anordnung in einem Fluss oder in einem aufgelassenen Grubenschacht, mit: a. einer Hohlwelle (20), b. zumindest einer Hohlwellenturbine (22) zum Antreiben der Hohlwelle (20), c. einer Zuleitung (14) zum Zuleiten von Wasser zu der zumindest einen Hohlwellenturbine (22), und d. zumindest einer Umwandlungseinrichtung (60) zum Umwandeln von Rotationsenergie der zumindest einen Hohlwellenturbine (22) in elektrische Energie, e. einer Zentralwelle (30), die innerhalb der Hohlwelle (20) angeordnet ist, und f. zumindest einer Zentralwellenturbine (32) zum Antreiben der Zentralwelle (30), die i. mit der Zuleitung (14) strömungstechnisch verbunden ist, und ii. der zumindest einen Umwandlungseinrichtung (60, 62) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass g. an einer Außenwand der Hohlwelle (20) ein koaxial zu der Hohlwelle (20) angeordneter Trichter (50) form- und/oder stoffschlüssig befestigt ist, wobei die Zuleitung (14) strömungstechnisch mit dem Trichter (50) verbunden ist und exzentrisch zu dem Trichter (50) hinführt, h. die Hohlwelle (20) Durchleitöffnungen (28) zum Durchleiten des zugeleiteten Wassers aus dem Trichter (50) in die Hohlwelle (20) aufweist, und i. an einer Innenseite des Trichters (50) Widerstandsstrukturen (52), insbesondere Flügelbleche (52) angeordnet sind, mittels denen die Hohlwelle (20) über das zugeleitete Wasser antreibbar ist.Hydroelectric power plant (10), in particular for arrangement in a river or in a recessed mine shaft, comprising: a. a hollow shaft (20), b. at least one hollow shaft turbine (22) for driving the hollow shaft (20), c. a feed line (14) for supplying water to the at least one hollow shaft turbine (22), and d. at least one converting means (60) for converting rotational energy of at least one hollow-shaft turbine (22) into electrical energy, e. a central shaft (30) disposed within the hollow shaft (20), and f. at least one central shaft turbine (32) for driving the central shaft (30), the i. is fluidically connected to the supply line (14), and ii. which is associated with at least one conversion device (60, 62), characterized in that g. on an outer wall of the hollow shaft (20) coaxial with the hollow shaft (20) arranged funnel (50) is positively and / or materially secured, wherein the supply line (14) is fluidically connected to the hopper (50) and eccentrically to the hopper (50), h. the hollow shaft (20) has passage openings (28) for passing the supplied water from the hopper (50) into the hollow shaft (20), and i. on an inner side of the funnel (50) resistance structures (52), in particular wing plates (52) are arranged, by means of which the hollow shaft (20) is drivable via the supplied water. Wasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Hohlwellenturbine (22) und die eine Zentralwellenturbine (32) so ausgebildet sind, dass die Zentralwelle (30) und die Hohlwelle (20) relativ zueinander in entgegengesetzte Richtungen rotieren.Hydroelectric power plant (10) after Claim 1 , characterized in that the one hollow shaft turbine (22) and the one central shaft turbine (32) are formed so that the central shaft (30) and the hollow shaft (20) rotate relative to each other in opposite directions. Wasserkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralwelle (30) koaxial zu der Hohlwelle (20) angeordnet ist.Hydroelectric power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the central shaft (30) is arranged coaxially with the hollow shaft (20). Wasserkraftwerk (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (20) und die Zentralwelle (30) voneinander entkoppelt antreibbar sind, wobei eine Rotation der Hohlwelle (20) und/oder der Zentralwelle (30) sperrbar ist.Hydroelectric power plant (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow shaft (20) and the central shaft (30) are driven decoupled from each other, wherein a rotation of the hollow shaft (20) and / or the central shaft (30) can be blocked. Wasserkraftwerk (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwellenturbine (22) und/oder Zentralwellenturbine (32) in ihrer Neigung verstellbare Laufschaufeln (24, 34) aufweisen, und die Laufschaufeln (24, 34) einer gesperrten Turbine (22, 32) dadurch eingerichtet sind zum gezielten Leiten von Wasser auf die Laufschaufeln (24, 34) der nachfolgenden Turbine (22, 32).Hydroelectric power plant (10) after Claim 4 , characterized in that the hollow shaft turbine (22) and / or central shaft turbine (32) in their inclination adjustable blades (24, 34), and the blades (24, 34) of a locked turbine (22, 32) are set up for targeted Passing water to the blades (24, 34) of the subsequent turbine (22, 32). Wasserkraftwerk (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln (24, 34) der Zentralwellenturbine (32) und/oder der Hohlwellenturbine (22) über Befestigungselemente (39) an einem Zwischenelement (38) ihrer Welle (20, 30) lösbar befestigt sind.Hydroelectric power plant (10) after one of Claims 1 to 4 , characterized in that the moving blades (24, 34) of the central shaft turbine (32) and / or the hollow shaft turbine (22) via fastening elements (39) on an intermediate element (38) of its shaft (20, 30) are releasably attached. Wasserkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralwelle (30) axial verschiebbar gelagert ist.Hydroelectric power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the central shaft (30) is mounted axially displaceable. Wasserkraftwerk (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hohlwelle (20) und der Zentralwelle (30) ein Durchleitkanal (12) ausgebildet ist, durch den das Wasser zum Antreiben der Hohlwellenturbine (22) und/oder der Zentralwellenturbine (32) leitbar ist.Hydroelectric power plant (10) according to one of the preceding claims, characterized in that between the hollow shaft (20) and the central shaft (30) a passage (12) is formed through which the water for driving the hollow shaft turbine (22) and / or the central shaft turbine (32) is conductive. Wasserkraftwerk (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zentriereinrichtung (40), die eingerichtet ist zum Zentrieren der Zentralwelle (30) innerhalb der Hohlwelle (20).Hydroelectric power plant (10) according to one of the preceding claims, characterized by a centering device (40) which is arranged for centering the central shaft (30) within the hollow shaft (20). Wasserkraftwerk (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriereinrichtung (40) gebildet wird durch a. Leitschaufeln (26, 36), die einer Turbine (22, 32) in einer Durchströmungsrichtung vorgeordnet sind, und/oder b. Laufschaufeln (24) der Hohlwellenturbine (22), wobei diese Schaufeln (24, 26, 36) Gleitelemente (42) aufweisen, die an einer der Zentralwelle (30) zugewandten Seiten der Schaufeln (24, 26, 36) angeordnet sind und an der Zentralwelle (30) anliegen.Hydroelectric power plant (10) after Claim 9 , characterized in that the centering device (40) is formed by a. Guide vanes (26, 36) which are upstream of a turbine (22, 32) in a flow direction, and / or b. Blades (24) of the hollow shaft turbine (22), said blades (24, 26, 36) sliding elements (42) which on one of the central shaft (30) facing sides of the blades (24, 26, 36) are arranged and on the Central shaft (30) abut. Wasserkraftwerk (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (14) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.Hydroelectric power plant (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the supply line (14) has a rectangular cross-section. Wasserkraftwerk (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Endabschnitt der Hohlwelle (20) eine Ablassleitung (16) zum Ableiten des zugeleiteten Wassers angeordnet ist, wobei die Ablassleitung (16) eingerichtet ist zum Zentrieren der Hohlwelle (20).Hydroelectric power plant (10) according to one of the preceding claims, characterized in that at one end portion of the hollow shaft (20) a discharge line (16) for discharging the supplied water is arranged, wherein the discharge line (16) is arranged for centering the hollow shaft (20). , Wasserkraftwerk (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt Ausnehmungen (29) aufweist, durch die das abgeleitete Wasser durchleitbar ist, so dass der Endabschnitt und die Ablassleitung (16) hydrodynamisch zueinander gelagert sind.Hydroelectric power plant (10) after Claim 12 , characterized in that the end portion has recesses (29) through which the drained water is passable, so that the end portion and the discharge line (16) are mounted hydrodynamically to each other. Wasserkraftwerk (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Umwandlungseinrichtung (60) der Hohlwelle (20) und eine zweite Umwandlungseinrichtung (62) der Zentralwelle (30) zugeordnet ist.Hydroelectric power plant (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a first conversion means (60) of the hollow shaft (20) and a second conversion means (62) of the central shaft (30) is associated.
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