DE202006002081U1

DE202006002081U1 - Wasserkraftwerk insbesondere als Flusskraftwerk zur Erzeugung von Elektroenergie

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Publication number: DE202006002081U1
Application number: DE202006002081U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2016-02-09

Abstract

Wasserkraftwerk, insbesondere als Flusskraftwerk zur Erzeugung von Elektroenergie
mit einem Drehbewegungsgenerator, der einen an einer vertikalen Rotorachse gelagerten Rotor aufweist, wobei der Rotor aus einem Drehkreuz besteht, an dessen horizontalen Drehkreuzarmen zugeordnete im wesentlichen plattenförmige Rotorflügel schwenkbar gelagert sind, dergestalt, dass sie für eine Beaufschlagung mit einer Wasserströmung in einem Strömungsbereich in eine Vertikalposition abklappbar und für eine Rückdrehung ohne Strömungsbeaufschlagung in einem Rückdrehbereich entgegen der Richtung der Wasserströmung in eine Horizontalposition aufklappbar sind und die Rotorachse einen zum Abgriff der Drehbewegung ausgebildeten Abtriebswellenteil für eine Kopplung mit einer nachgeordneten, drehantreibbaren Vorrichtung, insbesondere mit einem Elektrogenerator aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Wasserkraftwerk (1) mit der vertikalen Rotorachse (2) unmittelbar an einem Flussufer (9) angeordnet ist, wobei sich das Drehkreuz (4) einerseits mit einem ersten Drehkreisteilbereich über dem Flusslauf und andererseits mit dem restlichen zweiten Drehkreisteilbereich als Rückdrehbereich über dem festen Ufer (9) erstreckt,
dass der erste...

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk insbesondere als Flusskraftwerk zur Erzeugung von Elektroenergie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekanntes gattungsgemäßes Wasserkraftwerk ( EP 1 284 364 A2 ) besteht aus einem Drehbewegungsgenerator, der einen an einer vertikalen Rotorachse gelagerten Rotor aufweist, wobei der Rotor aus einem Drehkreuz besteht an dessen horizontalen Armen zugeordnete, im wesentlichen plattenförmige Rotorflügel schwenkbar gelagert sind. Für eine Beaufschlagung mit einer Wasserströmung in einem Strömungsbereich sind die Rotorflügel in eine Vertikalposition abklappbar und für eine Rückdrehung ohne Strömungsbeaufschlagung in einem Rückdrehbereich entgegen der Richtung der Wasserströmung in eine Horizontalposition aufklappbar. Zudem weist die Rotorachse einen zum Abgriff der Drehbewegung ausgebildeten Antriebswellenteil für eine Kopplung mit einer nachgeordneten, drehantreibbaren Vorrichtung, insbesondere mit einem Elektrogenerator auf.
Weiter ist bei diesem bekannten Wasserkraftwerk der Rotor in einem Zylindergehäuse angeordnet, das in Strömungsrichtung durch eine Zwischenwand in eine den Strömungsbereich bildende Durchströmkammer und den Rückdrehbereich bildende Rückdrehkammer geteilt ist. Die Durchströmkammer weist eine stromauf liegende Einströmöffnung und dazu gegenüberliegend eine stromab gerichtete Ausströmöffnung auf. Das Zylindergehäuse mit dem darin angeordneten Rotor wird insgesamt unter den Wasserspiegel eingetaucht und im Fluss- oder Bachlauf verankert. Dadurch befindet sich auch in der Rückdrehkammer Wasser durch das die rückdrehenden Rotorflügel zurückbewegt werden müssen. In der Rückdrehkammer ist zwar wegen deren Abtrennung von der Durchströmkammer ein strömungsberuhigtes Wasservolumen, so dass die Rückdrehung der Rotorflügel nicht durch die entgegenstehende Wasserströmung erfolgen muss, jedoch erfordert auch die Rückdrehung durch das strömungsberuhigte Wasservolumen einen Wirkungsrad reduzierenden Kraftaufwand. Insbesondere bei schmalen Bach- oder Flussläufen kann es nachteilig sein, dass das Zylindergehäuse mit dem gesamten Rotordurchmesser im Bach oder Flussbett versenkt angeordnet ist, jedoch nur der halbe Durchmesser entsprechend der Durchströmkammer für eine Energieerzeugung verwertbar ist. Nicht zu verkennen sind bei diesem bekannten Kraftwerk deren Vorteile als, zu installierende und einfach zu handhabende Baueinheit, insbesondere als Kleinkraftwerk.
Aufgabe der Erfindung ist es dagegen, eine alternative Ausführungsform eines Wasserkraftwerks mit hohem Wirkungsgrad, einfachem Aufbau und guter Zugänglichkeit für Montagen und Wartungen vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 ist das Wasserkraftwerk mit der vertikalen Rotorachse unmittelbar an einem Flussufer angeordnet, wobei sich das Drehkreuz mit einem ersten Drehkreisteilbereich einerseits über dem Flusslauf und andererseits mit dem restlichen zweiten Drehkreisteilbereich als Rückdrehbereich über dem festen Ufer erstreckt. Der erste Drehkreisteilbereich bildet den Strömungsbereich, in dem beim Durchgang der Drehkreuzarme die zugeordneten Rotorflügel in die Vertikalposition abgeklappt sind. Die vertikale Breite der Rührflügel ist so groß dimensioniert, dass sie zumindest teilweise in die Flussströmung unter den Wasserspiegel eintauchen, wobei die Drehkreuzarme noch über dem Wasserspiegel liegen. Der zweite Drehkreisteilbereich über dem Ufer bildet den Rückdrehbereich, in dem beim Durchgang der Drehkreuzarme die zugeordneten Rotorflügel in die Horizontalposition zwangsgeführt aufgeklappt sind.
Damit wird vorteilhaft erreicht, dass durch die Möglichkeit einer stabilen Verankerung der Rotorachse im festen Uferbereich relativ große Rotorflügel für einen hohen Wirkungsgrad eingesetzt werden können. Dies kann auch bei schmaleren Fluss- oder Bachläufen erfolgen, da etwa der halbe Durchmesser des Drehkreuzes aus dem Wasserströmungsbereich auf das Ufer hin verlagert ist. Der Aufbau kann einfach und kostengünstig erfolgen, wobei von besonderem Vorteil die gute Zugänglichkeit am Ufer für mechanische und/oder elektrische Installationen ist. Die am Ufer bewegten Rotorflügel können sehr einfach im Rückdrehbereich mit einer bodenparallelen Schutzabdeckung abgedeckt werden, so dass dadurch die Anordnung gefahrlos betrieben werden kann. Da die Rotorflügel im Wasserlauf frei mitgedreht werden und aus diesem wieder herausgeschwenkt werden besteht praktisch keine Beschädigungsgefahr für den Rotor durch im Wasser mitgeführte Gegenstände. Unter Ausnützung der Strömungsenergie des Wassers kann mit dem erfindungsgemäßen Wasserkraftwerk Energie, insbesondere Elektroenergie mit einem hohen Wirkungsgrad umweltfreundlich erzeugt werden. Dazu trägt insbesondere auch bei, dass bei der Rückdrehung die Rotorflügel über Land geführt sind und nicht durch das Wasser zurückgezogen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 ist die Zwangsführung zum Auf- und Abklappen der Rotorflügel durch eine horizontale Rückdrehplatte im Rückdrehbereich unmittelbar unter den Rotorarmen gebildet. Dazu sind die Rotorflügel zwischen der Horizontalposition und der gegen ein weiteres Durchdrehen abgestützten Vertikalposition frei beweglich gelagert. Vorzugsweise ist dabei einem Rotorarm ein etwa plattenförmiger Rotorflügel zugeordnet, der sich etwa über die Länge eines Rotorarms erstreckt. Die Rotorflügel können in einer einfachen Ausführungsform ebene Plattenteile sein. Zur Steigerung des Wirkungsgrads für die Energieerzeugung und ggf. für eine Vergleichmäßigung bei der Schwenkbewegung kann die Fläche der Rotorflügel ggf. auch Biegungen und Krümmungen enthalten.
Bei Verwendung einer solchen Rückdrehplatte unmittelbar unter dem Rückdrehbereich der Rohrflügel klappen diese bei der Rotordrehbewegung im Strömungsbereich durch ihre Schwerkraft und die schon bei einem geringen Klappwinkel angreifende Wasserströmung in die Flussströmung ab. Anschließend laufen die Rotorflügel im Rückdrehbereich auf die Rückdrehplatte auf und werden dort etwa horizontal gestellt sowie in Anlage zur Rückdrehplatte zurückgeführt bis sie in einer Kreisbewegung wieder in die Flussströmung abklappen. Eine solche Zwangsführung nutzt auch für die Klappbewegung der Rotorflügel die Wasserströmung indirekt aus, wobei eine solche Zwangsführung einfach und kostengünstig sowie wartungsarm realisierbar ist.
Für eine möglichst reibungsarme und gleichmäßige sowie geräuscharme Rückdrehbewegung wird gemäß Anspruch 3 jeweils an einem Rotorflügel im Anlagebereich zwischen der Rückdrehplatte und dem Rotorflügel, vorzugsweise am freien Kantenbereich eines Rotorflügels gegenüberliegend zu seiner Schwenkachse, wenigstens eine Rolle und/oder ein Gleitelement angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann nach Anspruch 4 an der Rückdrehplatte eine Führungsbahn als Gleitbahn und/oder als Rollbahn aus Rollenelementen und/oder ggf. als Laufbahn für Rollen an den Rotorflügeln angebracht sein. Diese Bahnen sind einfach auszuführen und können als schmale in einer Draufsicht halbkreisförmige Bahnstreifen ausgeführt sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 5 ist an der Rückdrehplatte stromab zur Rotorachse eine schräg zum Flusslauf abfallende Auflaufschräge und/oder stromauf zur Rotorachse eine entsprechende Ablaufschräge für die Rotorflügel vorgesehen. Damit wird die Schwenkbewegung der Rotorflügel unter Vermeidung ruckartiger Bewegungen vergleichmäßigt wodurch auch die Rotordrehbewegung vorteilhaft vergleichmäßigt wird. Zudem wird damit der Wirkungsgrad insgesamt gesteigert.
In einer einfachen Ausführungsform nach Anspruch 6, insbesondere an Fluss- und Bachläufen mit geringen Änderungen im Wasserstand, wird die Rückdrehplatte fest, insbesondere als einfache Betonplatte unmittelbar auf dem Uferboden angebracht. Dies eine besonders preisgünstige Lösung.
Anstelle einer Zwangsführung der Schwenkbewegung der Rotorflügel an einer Rückdrehplatte kann nach Anspruch 7 die Zwangsführung auch mittels eines Getriebes durchgeführt werden. Auch bei dieser Lösung wird die Wasserkraft für die Zwangsführung bzw. Zwangsverschwenkung der Rotorflügel verwendet.
Die Anordnung des Wasserkraftwerks kann für ein notwendiges Eintauchen der Rotorflügel in den Wasserverlauf mit den Merkmalen des Anspruchs 8 an unterschiedlich hohe sich stark verändernde Wasserstände angepasst werden. Dazu wird der zweite Drehkreisteilbereich, insbesondere als Rückdrehplatte als horizontal mit einer Stelleinrichtung verstellbares Bauteil ausgeführt, an dem die Rotorachse mit dem Rotor angeordnet sind. Bei einer Horizontalverstellung werden somit der Rotor, die Rotorachse und ggf. ein angeschlossener Elektrogenerator gemeinsam höhenverstellt. Nach Anspruch 9 eignet sich hierfür besonders eine hydraulische Hebeeinrichtung in Verbindung mit einer Steuereinrichtung mit einem Wasserstandsensor, wodurch eine automatische Höhenanpassung an geänderte Wasserstände möglich ist.
In Verbindung mit der Anordnung des Wasserkraftwerks können nach Anspruch 10 je nach den Erfordernissen an sich bekannte Maßnahmen wie eine Strömungsleitwand und/oder ein Strömungstrichter und/oder ein Schutzgitter im Wasserlauf eingesetzt sein. Ebenso kann der Rückdrehbereich durch eine Schutzabdeckung als Berührungsschutz abgedeckt sein.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein Wasserkraftwerk,
2 einen Schnitt entlang der Linie A-A des Wasserkraftwerks nach 1, und
3 einen Schnitt entsprechend 2 einer modifizierten Ausführungsform.
In den 1 und 2 ist ein Wasserkraftwerk 1 dargestellt mit einem Drehbewegungsgenerator, der einen an einer vertikalen Rotorachse 2 gelagerten Rotor 3 aufweist. Dieser Rotor 3 besteht aus einem Drehkreuz 4 mit sechs gleichen Armen 5, die horizontal verlaufen und an denen jeweils gleiche Rotorflügel 6 schwenkbar gelagert sind. Die Schwenklagerung ist zwischen einer Horizontalposition, in der die Rotorflügel aufgeklappt sind (jeweils linker Zeichnungsbereich der 1 und 2) und einer Vertikalposition in der die Rotorflügel abgeklappt sind (jeweils rechter Bereich der 1 und 2) frei beweglich, wobei die Vertikalposition gegen ein weiteres Durchdrehen in den Schwenklagern 7 über Anschläge (nicht dargestellt) abgestützt ist. Die Rotorachse umfasst einen nicht im Detail dargestellten Abtriebswellenteil, an dem ein schematisch eingezeichneter Elektrogenerator 8 zur Erzeugung elektrischer Energie drehangetrieben angekoppelt ist. Dazu kann die Rotorachse in an sich bekannter Weise als Doppelrohranordnung ausgeführt sein.
Das Wasserkraftwerk 1 ist unmittelbar an einem Flussufer 9 mit einer Uferkante 10 bzw. Uferböschung als Übergang vom Land zum Fluss angeordnet. Die vertikale Rotorachse liegt dabei unmittelbar in der Nähe der Uferkante 10 und ist dort stabil im Boden verankert. Das Drehkreuz 4 verläuft horizontal in einer Höhe unmittelbar über dem Niveau des Flussufers 9 welches mit einer halbkreisförmigen Betonplatte als Rückdrehplatte 11 ausgeführt ist. An dieser Rückdrehplatte 11 ist stromab zur Rotorachse 2 eine schräg zum Flusslauf abfallende Auflaufschräge 12 und entsprechend stromauf eine Ablaufschräge 13 für die Rotorflügel 6 angebracht.
Am freien Kantenbereich jedes Rotorflügels 6 gegenüberliegend zum jeweils zugeordneten Arm 5 und im radial äußeren Bereich ist eine Rolle 14 in der Art eines Stützrads angebracht, wobei diesen Rollen 14 auf der Rückdrehplatte 11 bzw. der Auflaufschräge 12 und der Ablaufschräge 13 eine Laufbahn 15 zugeordnet ist (aus Gründen der Übersichtlichkeit nur in Teilbereichen dargestellt).
Das dargestellte Wasserkraftwerk 1 hat folgende Funktion: Auf die mit ihrem unteren Bereich unter den Wasserstand 16 eingetauchten Rotorflügel 6 wirkt die Kraft der Wasserströmung (Pfeile 17), so dass sich das Drehkreuz 4 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Für eine Rückführung der Rotorflügel 6 werden diese beim Auftreffen auf die Auflaufschräge 12 in ihre Horizontalposition verschwenkt und laufen mit ihren Rollen 14 auf der Laufbahn 15 weiter bis sie an der Ablaufschräge 13 wieder abklappen und in die Wasserströmung eintauchen.
Um die Rotorflügel 6 unter Vermeidung einer Kollision mit dem jeweils nachfolgenden Arm 5 sehr flach über die Rückdrehplatte 11 bewegen zu können, sind zudem die dreieckförmigen Abschnitte 18 an den sonst rechtwinkeligen, plattenförmigen Rotorflügeln 6 durchgeführt. Zudem kann als Unfallschutz der Rückdrehbereich oberhalb der Rückdrehplatte 11 durch eine (schematisch eingezeichnete) Schutzabdeckung 19 abgedeckt sein.
In einer etwas modifizierten Ausführungsform nach 3 ist die Rückdrehplatte 11 zusammen mit der Rotorachse 2 dem Rotor 3 und dem Elektrogenerator 8 auf einer Vertikalstelleinrichtung angeordnet. Diese umfasst hydraulisch betätigbare Zylinderkolbeneinheiten 20, mit der eine Vertikalverstellung (Pfeil 21) der Rückdrehplatte 11 in Abhängigkeit eines sich verändernden Wasserstandes 16' möglich ist.

Claims

Wasserkraftwerk, insbesondere als Flusskraftwerk zur Erzeugung von Elektroenergie mit einem Drehbewegungsgenerator, der einen an einer vertikalen Rotorachse gelagerten Rotor aufweist, wobei der Rotor aus einem Drehkreuz besteht, an dessen horizontalen Drehkreuzarmen zugeordnete im wesentlichen plattenförmige Rotorflügel schwenkbar gelagert sind, dergestalt, dass sie für eine Beaufschlagung mit einer Wasserströmung in einem Strömungsbereich in eine Vertikalposition abklappbar und für eine Rückdrehung ohne Strömungsbeaufschlagung in einem Rückdrehbereich entgegen der Richtung der Wasserströmung in eine Horizontalposition aufklappbar sind und die Rotorachse einen zum Abgriff der Drehbewegung ausgebildeten Abtriebswellenteil für eine Kopplung mit einer nachgeordneten, drehantreibbaren Vorrichtung, insbesondere mit einem Elektrogenerator aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserkraftwerk (1) mit der vertikalen Rotorachse (2) unmittelbar an einem Flussufer (9) angeordnet ist, wobei sich das Drehkreuz (4) einerseits mit einem ersten Drehkreisteilbereich über dem Flusslauf und andererseits mit dem restlichen zweiten Drehkreisteilbereich als Rückdrehbereich über dem festen Ufer (9) erstreckt, dass der erste Drehkreisteilbereich den Strömungsbereich bildet, in dem beim Durchgang der Drehkreuzarme (5) die zugeordneten Rotorflügel (6) in die Vertikalposition abgeklappt sind und die vertikale Breite der Rotorflügel (6) so groß ist, dass sie zumindest teilweise in die Flussströmung unter den Wasserspiegel (16) eintauchen, und dass der zweite Drehkreisteilbereich den Rückdrehbereich (11) bildet, in dem beim Durchgang der Drehkreuzarme (5) die zugeordneten Rotorflügel (6) in die Horizontalposition zwangsgeführt aufgeklappt sind.
Wasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangsführung durch eine horizontale Rückdrehplatte (11) unmittelbar unter dem Rückdrehbereich der Drehkreuzarme (5) gebildet ist, wobei die Rotorflügel (6) zwischen der Horizontalposition und der gegen ein weiteres Durchdrehen abgestützten Vertikalposition frei beweglich gelagert sind, so dass bei der Rotordrehbewegung die Rotorflügel (6) im Strömungsbereich durch ihre Schwerkraft und angreifende Wasserströmung in die Flussströmung abklappen und anschließend im Rückdrehbereich auf die Rückdrehplatte (11) auflaufen und dort etwa horizontal gestellt sowie in Anlage zur Rückdrehplatte (11) zurückgeführt werden.
Wasserkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils an einem Rotorflügel (6) im Anlagebereich zwischen der Rückdrehplatte (11) und dem Rotorflügel (6) vorzugsweise am freien Kantenbereich eines Rotorflügels (6) gegenüberliegend zu seiner Schwenkachse wenigstens eine Rolle (14) und/oder ein Gleitelement angeordnet sind.
Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rückdrehplatte (11) im Anlagebereich zwischen der Rückdrehplatte (11) und den Rotorflügeln (6) eine Führungsbahn als Gleitbahn und/oder als Rollbahn aus Rollenelementen und/oder ggf. als Laufbahn (15) für Rollen (14) an den Rotorflügeln (6) angebracht ist.
Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rückdrehplatte (11) stromab zur Rotorachse (2) eine schräg zum Flusslauf abfallende Auflaufschräge (12) und/oder stromauf eine Ablaufschräge (13) für die Rotorflügel (6) vorgesehen ist.
Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückdrehplatte (11) fest, insbesondere als Betonplatte unmittelbar auf dem Uferboden angebracht ist.
Wasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangsführung durch ein Getriebe gebildet ist mit wenigstens einem ortsfesten und wenigstens einem mit dem Drehkreuz mitdrehenden, durch einen Eingriff schwenkenden Getriebeteil welches mit einem zugeordneten Rotorflügel für dessen Schwenkverstellung verbunden ist.
Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drehkreisteilbereich, insbesondere als Rückdrehplatte (11) als horizontal mit einer Stelleinrichtung (20) verstellbares Bauteil ausgeführt ist an dem die Rotorachse (2) mit dem Rotor (3) angeordnet ist.
Wasserkraftwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung wenigstens eine hydraulische Hebeeinrichtung (20) sowie eine Steuereinrichtung mit einem Wasserstandsensor umfasst.
Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Strömungsbereich im Flusslauf wenigstens eine Strömungsleitwand und/oder ein Strömungstrichter und/oder ein Schutzgitter und oberhalb des Rückdrehbereichs eine Schutzabdeckung (19) angeordnet sind.