DE202011004876U1 - Liegend unter der Wasseroberfläche montierter Verstellpropeller mit parallel zur Wasseroberfläche verlaufender Bewegungsrichtung - Google Patents

Abstract

Der liegend unter der Wasseroberfläche montierte Verstellpropeller mit Vertikalachse und parallel zur Wasseroberfläche verlaufender Bewegungsrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerblätter einseitig der Rotorachse, nacheinander ab dem vorderen Scheitelpunkt des Rotationskreises, auf der halben Kreisebene positiv angestellt werden, während auf der gegenüberliegenden Hälfte des Rotationskreises die Blätter, nach Ankommen am hinteren Scheitelpunkt nacheinander zurückgestellt, obwohl dann gegen die Strömung laufend, einen geringeren Widerstand aufweisen und dadurch den Propeller in Drehung versetzen, wobei der Anstellungsgrad und damit das Drehmoment von dem Leistungsbedarf des angeschlossenen Generators gesteuert, der Startpunkt der Verstellung von der Strömungsrichtung gesteuert und die festgelegte Betriebstiefe über die Pegelüberwachung nachgeführt wird.

Description

• Bei erneuerbaren Energien ist die Wasserkraft unverzichtbar. Mit bestehender Technik ist das Aufstauen von Fliessgewässern Voraussetzung für die Energiegewinnung. In dicht besiedelten Regionen ist daher ein weiterer Ausbau der Wasserkraft sehr schwierig. Die damit verbundenen langfristigen Eingriffe in die Natur sind auch nicht unproblematisch. Aufrecht stehende Fliesswasserpropeller mit Horizontalachse nutzen die vorhandene natürliche Wasserstömung zur Energiegewinnung und stehen in Flüssen oder Meeresströmungen. Der Aufwand an Wasserbau ist gering, es werden jedoch der Propellerdurchmesser und damit auch die Leistung durch die Wassertiefe begrenzt.
• Die Lösung ist der der liegend unter der Wasseroberfläche montierte Verstellpropeller mit Vertikalachse und parallel zur Wasseroberfläche verlaufender Bewegungsrichtung.
• Dieser Propeller nutz wie bekannte Fliesswasserpropeller mit Horizontalachse die natürliche Strömung von Fliessgewässern unter der Wasseroberfläche. Die Energieerzeugung mittels Verstellpropeller mit Vertikalachse mit seiner, parallel zur Wasseroberfläche verlaufender Bewegungsrichtung ist durch den Verzicht auf größere wasserbauliche Maßnahmen wie Stauwehre, Gewässerbegradigung und Eingriffe in flussnahe Landschaftsbereiche, eine äußerst die Natur schonende Form der Energiegewinnung. Gewässerflora- und Fauna werden durch den Betrieb nicht gefährdet. Spezielle Gitter zum Schutz größerer Fische werden nicht benötigt. Außerhalb von Fahrrinnen montiert, ist der Schiffsverkehr nicht behindert. Durch den vorwiegenden Unterwasserbetrieb wird auch die optische Landschaftszerstörung vermieden.
• Bei dem vorliegenden Propeller ist die Rotationsachse (Fig. 1) rechtwinkelig zur Wasseroberfläche angeordnet. Damit sind Rotorduchmesser und Leistung von der Wassertiefe unabhängig. Betrachtet man die vertikale Rotationsachse (Fig. 1) in der Draufsicht fließt die ankommende Strömung rechts und links vorbei. Um den Rotor mittels der Strömung zu bewegen, werden die um ihre eigene Längsachse verstellbaren Propellerblätter, an einer Hälfte des Rotorkreises zur Bewegungsebene hin, angestellt. Im Weiteren als Aktivphase bezeichnet (Fig. 2). Auf der gegenüberliegenden Seite verbleiben die Blätter in waagerechter Stellung. Im Weiteren als Passivphase bezeichnet (Fig. 3). Die damit verbundenen unterschiedlichen Strömungswiderstände zwischen Blättern in der Aktivphase und der Passivphase bestimmen so das Drehmoment. Die Anstellung des einzelnen Blattes während der Rotation erfolgt mittels Stellmotor (Fig. 4) nach Passieren des in Strömungsrichtung vorderen Scheitelpunkt (Fig. 5) des Rotorkreises. Der variable Grad der Anstellung richtet sich nach dem Drehmomentbedarf des Generators. Die Blattanstellung wird von der Steuerung während der aktiven Phase (Fig. 6) auf dem Weg zum Rückstellpunkt von der Blattsteuerung ständig an den Leistungsbedarf angepasst. Die Rückstellung erfolgt je nach Drehzahl so frühzeitig, dass die waagrechte Blattstellung zur Passivphase am hinteren Scheitelpunkt erreicht ist (Fig. 7). Bei wechselnden Strömungsrichtungen werden nach dem Abtasten der Strömungsrichtung die Scheitelpunkte von der Blattsteuerung selbsttätig definiert. Das ermöglicht Richtungswechsel der Anlage ohne diese zu bewegen. Die Betriebstiefe der Anlage, gemessen von der oberen Propellerblattkante bei Vollaussteuerung bis zur Wasseroberfläche, hängt von den vorliegenden Gewässereigenschaften ab. Die ermittelte ideale Betriebstiefe wird von der Steuerung den möglichen wechselnden Wasserständen nachgeführt.
• Die Geometrie der Propellerblätter sowie die Profilierung des Blattquerschnittes (Fig. 8) sind den hydrodynamisch unterschiedlichen Erfordernissen von Aktiv- und Passivphase angepasst und erfüllen so gleichzeitig mehrere Aufgaben:
  Die asymmetrische Profilkrümmung des Propellerblattes führt, unter Beibehaltung des geringsten möglichen Stömungswiderstands in der Passivphase, durch das unten liegende Hohlprofil zur Leistungssteigerung während der Aktivphase. Die Propellerblätter werden während der Aktivphase mit der Vorderkante weg von der Wasseroberfläche verstellt. Durch die Profilkrümmung wird die Strömung nach unten abgelenkt. So entsteht eine Sogwirkung in Bewegungsrichtung. Gleichzeitig werden bremsende Turbulenzen auf der Oberseite des Propellerblattes vermieden. Die nach unten gelenkte Strömung in der Aktivphase wird in flachen Gewässern vom Fliesswassergrund reflektiert. Das bewirkt eine partielle Steigerung der Strömung die das Drehmoment des Propellers erhöht (Fig. 9). Die im Rotorkreis einseitige Anstellung der Propellerblätter während der Aktivphase führt während der Drehbewegung zu ständig wechselnden Belastungen für die Propellerachse. Der vorliegende Querschnitt des Propellerblattes erzeugt während der Passivphase gegen die Strömung Austrieb, der diese Belastungen zum Teil reduziert.
• Generator und Getriebe sitzen rechtwinkelig zur Propellerachse und minimieren so die Bauhöhe. Das erforderliche Gehäuse sitzt unterhalb des Rotors (Fig. 10). Es kann seitlich oder mit der Unterseite am Gelände befestigt werden. Damit ist der Einsatz in flachen Gewässern problemlos. Fig. 11 zeigt die einfache Verankerung des Propellers für diesen Fall. Fig. 12 zeigt die dazugehörige Wartungsposition. Der Kopfüber-Betrieb (Fig. 13), von Pontons aus oder mittels Brückenkonstruktionen ist ohne Einschränkung auszuführen. Bei diesen Konstruktionen können Generator und Getriebe linear zur Propellerachse gebaut werden (Fig. 14). Einfache, zusätzliche externe Wasserführungen erhöhen die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Leistung (Fig. 15).

Claims (1)

1. Der liegend unter der Wasseroberfläche montierte Verstellpropeller mit Vertikalachse und parallel zur Wasseroberfläche verlaufender Bewegungsrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerblätter einseitig der Rotorachse, nacheinander ab dem vorderen Scheitelpunkt des Rotationskreises, auf der halben Kreisebene positiv angestellt werden, während auf der gegenüberliegenden Hälfte des Rotationskreises die Blätter, nach Ankommen am hinteren Scheitelpunkt nacheinander zurückgestellt, obwohl dann gegen die Strömung laufend, einen geringeren Widerstand aufweisen und dadurch den Propeller in Drehung versetzen, wobei der Anstellungsgrad und damit das Drehmoment von dem Leistungsbedarf des angeschlossenen Generators gesteuert, der Startpunkt der Verstellung von der Strömungsrichtung gesteuert und die festgelegte Betriebstiefe über die Pegelüberwachung nachgeführt wird.

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