DE19929939A1

DE19929939A1 - Kleinwasserkraftwerk besonders einfacher und preisgünstiger Bauweise mit sehr hohem Wirkungsgrad

Info

Publication number: DE19929939A1
Application number: DE19929939A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ittner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kleinwasserkraftwerk, das sich besonders preisgünstig herstellen läßt, das sehr leicht zu warten ist, und das sehr unempfindlich gegenüber Fremdkörpern ist. DOLLAR A Der erreichbare Wirkungsgrad ist mit ca. 95% in der Turbine sehr hoch. DOLLAR A Das Kraftwerk besteht aus einem Rahmen, der eine waagerecht drehende Turbine trägt. DOLLAR A Das Wasser wird mit Strahlrohren von oben auf die Turbine aufgespritzt und fließt im Mittelpunkt nach unten ab. Die Turbine verfügt nur über aufgeschweißte Leitschaufeln, die völlig starr sind. DOLLAR A Es ist ein offenes System, wo kein Gehäuse für die Turbine gebraucht wird. DOLLAR A Der Durchlauf des Wassers erfolgt sehr harmonisch. DOLLAR A Die Anlage ist eher geeignet für Fallhöhen von 2 m bis ca. 100 m.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kleinwasserkraftwerk besonders einfacher und preisgünstiger Bauweise, mit dem 90 bis 95% Wirkungsgrad erreicht werden können.

Herkömmliche Wasserkraftwerke sind oft mit sehr komplizierten Turbinensystemen ausgestattet, z. B. mit Leitschaufeln, und noch Schaufeln am Rotor.

Manche dieser Schaufeln sind auch verstellbar ausgeführt, was den konstruktiven Aufwand für diese Turbinen sehr verteuert.

Manche Turbinen sind auch sehr Fremdkörper-empfindlich, was zu Beschädigungen durch Fremdkörper führen kann.

Je nach System läßt sich oft auch kein guter Wirkungsgrad errei chen.

Die hier vorgestellte Erfindung soll ein Kraftwerk zeigen, das durch sehr einfache Bauweise sehr preisgünstig herzustellen ist, das sehr leicht zu warten ist, und sehr Fremdkörper-unempfindlich ist.

Gleichzeitig kann damit noch ein Wirkungsgrad in der Turbine von 90% bis 95% erreicht werden.

Um die Ausführung der Erfindung zu veranschaulichen, geht man am besten über die Fertigung vor.

So soll eine dünne Stahlplatte genommen werden, die kreisrund zugeschnitten wird, und den Boden der Turbine darstellt.

Im Mittelpunkt wird ein Loch hineingeschnitten, das ca. 1/4 bis 1/8 des Turbinendurchmessers hat.

Dieses Loch ist für den Ausfluß des Wassers.

Um diesen Turbinenboden wird ein Rand aus Stahlblech gelegt, und verschweißt, so daß eine ca. 20 cm bis 40 cm hohe Umrandung exis tiert.

Vom Rand der Turbine nach innen zum Ausflußloch werden dann aus dünnen Stahlplatten zugeschnittene, sinnvollerweise gerade ver laufende, Leitschaufeln, bzw. Streben auf den Turbinenboden aufgeschweißt.

Der Turbinenboden zeigt in der fertigen Anlage Richtung Erd boden, und wird knapp über dem Bach oder Fluß, bzw. über dem unteren Wasserstand angebracht.

Das Ganze hängt in einem z. B. vierbeinigen Gestell, mit einer Lagerung im Gestell.

Die Welle, die senkrecht zur Erde zeigt, wird quasi mit den aufge schweißten Leitschaufeln (Streben) verschweißt.

Das Ganze in sehr waagerechte Lage gebracht.

Über dem Gestell, befindet sich der Generator, der von der Welle angetrieben wird.

Die Turbine wird in offener Bauart betrieben, das heißt, es gibt kein zusätzliches Gehäuse, außer eine Abdeckung gegen Witterungs einflüsse für den Generator.

Das im Staubecken aufgestaute Wasser wird über Rohre, oder auch bewegliche Schläuche zur Turbine geleitet, und dann über Strahl rohre tangential außen am Umfang, in Drehrichtung, nahe der Umrandung aufgespritzt, so daß der Wasserstrahl nahe am Rand auf die Turbine, zwischen diese Leitschaufeln fällt.

Das Entscheidende ist, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Turbine der Ausstoßgeschwindigkeit des Wasserstrahl entsprechen soll, so daß der Wasserstrahl zwischen die Leitschaufeln fällt.

Das System funktioniert derart, daß wegen des Randes das Wasser ja nicht nach außen entweichen kann.

Zunächst nach dem Aufspritzen hat das Wasser noch seine gesamte Bewegungsenergie.

Es baut sich in der Turbine, auch wegen der Fliehkraft, erst ein gewisser Wasserstand auf, ist dieser erreicht, dann fließt das zugeführte Wasser aber durch das Loch in der Mitte ins Bachbett.

Da Richtung Mittelpunkt die Drehgeschwindigkeit ja immer kleiner wird, gibt das Wasser seine Bewegungsenergie also an die Stern förmig verlaufenden geraden Leitschaufeln ab, bis das Wasser mit sehr geringer Geschwindigkeit durch das Loch im Mittelpunkt in das untere Bachbett fällt.

Die Leitschaufeln leiten also das Wasser zum Mittelpunkt, und nehmen die Bewegungsenergie des Wassers auf und übertragen sie an die Welle.

Mit dieser Turbine lassen sich sehr hohe Differenzgeschwindig keiten zwischen Wasserstrahl, und Endgeschwindigkeit erreichen, was bedeutet, daß die Bewegungsenergie zu ca. 95% genutzt werden kann.

Es können ca. 1 bis 4 Strahlrohre über den Umfang verteilt angebracht werden.

Über diese Strahlrohre ist ein Wassermengen Selbststeuerungs system möglich, indem man für jedes Strahlrohr eine eigene Leitung vom Staubecken hat.

Am Staubecken werden die Leitungen in unterschiedlicher Höhe angeschlossen.

Kommt wenig Wasser, wird also nur über die Leitung mit dem tief sten Stand Wasser abfließen.

Bei mehr Wasser bzw. höherem Stand werden Leitung 1 und 2 Wasser abführen. Noch mehr Wasser Leitung 3, und noch höherer Stand schließlich Leitung 4.

Am Ende kommt dann noch ein Überlauf, damit bei Hochwasser das Wasser, das durch alle vier Leitungen nicht abgeführt werden kann geregelt abgeleitet werden kann.

Man kann die Turbinenanlage auch auf einem Schwimmkörper im Fluß, auf dem Wasser schwimmen lassen, verbunden mit beweglichen Leitungen, damit es sich den unteren Wasserständen besser anpassen kann, und die Turbine sehr nahe am unteren Wasserstand arbeiten kann.

Es genügt völlig, wenn die Turbine mit geraden Leitschaufeln versehen wird; das ist auch fertigungstechnisch g besser, da ja die Stahlplatten gerade sind, aus denen die Leitschaufeln geschnit ten werden.

Es wären aber auch durchaus gebogene Leitschaufeln denkbar.

Die Turbine kann auch noch derart ausgestaltet werden, das unten am Ausfluß im Mittelpunkt gebogene Bleche angebracht sind, die bezwecken, daß das Wasser, wenn es durch das Loch fällt, noch so umgelenkt wird, daß es noch den letzten Rest seiner Fallenergie als Drehbewegung abgibt.

Allerdings wird das im Normalfall nicht nötig sein.

Der existierende Wasserstand in der Turbine wirkt wie eine Schwungmasse, da er ja in Drehbewegung ist.

Der Generator kann also erst mit dem Netz gekoppelt werden, wenn die Turbinendrehzahl mit der Netzdrehzahl übereinstimmt.

Start also zunächst ohne Netzkoppelung.

Das Kraftwerk ist eher für geringere Gefälle geeignet bis ca. 50 m oder 100 m.

Die Turbine ist ein Langsamläufer, mit ca. 0,5 bis 1,5 Umdr./Min.

Dieses Verfahren erlaubt vor allem eine sehr harmonische Strömung des Wassers, ohne negative Wirbelbildung, was den hohen Wirkungs grad sehr begünstigt.

An den Beinen des Gestells können noch Füße mit Drehspindeln angebracht werden, damit man bei unebenen Gelände die Anlage sicher in die Waage bringen kann.

Nur in völlig waagerechter Lage ist ein Betrieb möglich.

Bezugszeichenliste Fig. I und II

1

Staubecken

2

Fallrohre

3

Turbine

4

Standfüße

5

Rahmen

6

Ausflußloch für Wasser

7

Lager für Welle

8

Generator

9

Bachbett bzw. Flußbett

Claims

1. Kleinwasserkraftwerk besonders einfacher und preisgünstiger Bauweise, gekennzeichnet dadurch,
daß die Turbine aus einer dünnen Stahlplatte besteht, die kreis rund entsprechend des Turbinendurchmessers zugeschnitten wird.
Im Mittelpunkt der Platte befindet sich ein kreisrundes Loch, für den Abfluß des Wassers.
Dieses Loch hat ca. 1/4 bis 1/8 des Außendurchmessers.
Die Turbine wird völlig waagerecht zum Erdboden betrieben.
An der kreisrunden platte befindet sich eine Umrandung nach oben, die ca. 20 cm bis 40 cm hoch ist.
Vom Außendurchmesser bis zum inneren Loch werden sternförmig ca. 12 Leitschaufeln, bzw. Streben aus dünnem Stahlblech verschweißt.
Die senkrecht stehende Welle ist im Bereich des Lochs mit diesen Leitschaufeln verschweißt.
Das Ganze ruht in einem Tragerahmen, in dem oben der Senerator von der Welle angetrieben wird.
Das unter Druck stehende Wasser wird über Strahlrohre tangential außen am Umfang nahe der Umrandung aufgespritzt, und fließt durch das Loch, das über dem unteren Flußbett steht, ab.
Die Verbindung vom Staubecken zu den Strahlrohren kann über bewegte oder feste Rohre erfolgen:
Für jedes Strahlrohr dient ein eigenes Rohr.
Diese Rohre sind in unterschiedlichen Höhen im Staubecken befestigt, so daß je nach Wasserstand 1, 2, 3, oder alle 4 Rohre Wasser zur Turbine führen.

2. Kleinwasserkraftwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Leitschaufeln bzw. Streben mehr oder weniger auch gebogen ausgeführt werden können.

3. Kleinwasserkraftwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß unterhalb des Abflußlochs noch gebogene Bleche angebracht werden können, die das Ziel haben, das ausströmende Wasser noch unter Energienutzung in die entsprechende Richtung abzulenken.

4. Kleinwasserkraftwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die ganze Anlage auch auf einem Schwimmkörper auf dem, unteren Flußbett schwimmen kann, mit der Turbine nahe am Wasser stand, so daß über biegsame Rohre bei Hochwasser die ganze Anlage angehoben wird, und somit die Turbine immer sehr nahe am jeweiligen Wasserstand arbeiten kann.

5. Kleinwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füße des Gestells mit Drehspindeln ausgestattet sind, um in unebenen Gelände durch Verstellen dieser Spindeln eine waagerechte Lage der Anlage einstellen zu können.