DE20316567U1

DE20316567U1 - Antrieb für eine Stromerzeugungsanlage

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Publication number: DE20316567U1
Application number: DE20316567U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2013-10-29
Also published as: DE102004051811A1

Abstract

Antrieb für eine Stromerzeugungsanlage bestehend aus einem feststehenden und einem rotierenden Teil, wobei das feststehende Teil aus einem zylinderförmigen mit Wasser gefüllten Wasserbecken 10 besteht auf dessen Bodenfläche 11 durch Stützkörper 12 beabstandet ein topfförmiger Absperrkörper 13 aufgesetzt ist, dessen Durchmesser wesentlich kleiner ist als der des Wasserbeckens 10 und im Wasserbecken 10 eine kreisringförmige Wasseroberfläche 18 bildet und der Absperrkörper 13 in seiner Bodenfläche 14 eine Wassernachlauföffnung 15 aufweist, an die sich ein zylindrisches Halsstück 16 anschließt, das an seinem freien Ende eine Gleitkante 17 aufweist, auf der abgedichtet und drehgleitend das rotierende Teil mit seinem Wasserverteilungszylinder 4 aufgesetzt ist, das aus einer senkrecht drehbar gelagerten Antriebswelle 1 besteht, an deren Ende abtriebsseitig eine Tragscheibe 2 angeflanscht ist, die sowohl als Träger für 2 Generatoren 3 als auch zur oberen Abdeckung des Wasserverteilungszylinders 4 dient, der in seiner Mantelfläche 5 zwei gegenüberliegende Öffnungen aufweist, an denen jeweils in horizontaler...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsmöglichkeit für eine Stromerzeugungsanlage. Zum direkten Antrieb von elektrischen Stromerzeugern, beispielsweise Gleichstromgeneratoren dienen verschiedene Antriebsmaschinen wie Wasserturbinen, Windräder und elektrische Maschinen.
Soll für den Antrieb Wasserenergie aus relativ kleinen Wassermengen mit geringer Fallhöhe genutzt werden, ist ein Einsatz von Freistrahlturbinen vielfach nicht wirtschaftlich, da sich in diesem Fall nur kleine Umlaufzahlen der Turbinen erreichen lassen. Für eine wirtschaftliche Anwendung von Freistrahlturbinen sollte die Einströmungsgeschwindigkeit des Wassers in die Turbine möglichst doppelt so groß sein wie die Umfangsgeschwindigkeit der Turbine. Mit den zur Wasserführung in die Turbinenschaufeln gebräuchlichen Leitapparaten, deren Wirkungen im wesentlichen auf dem Prinzip einer Querschnittsverminderung beruhen, lassen sich Strömungsgeschwindigkeiten beeinflussen und erhöhen. Außer durch Querschnittsverminderung an den Turbineneingängen kann die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers auch durch Erhöhung seines Druckes vergrößert werden, wodurch sich die Turbinenleistung verbessern lässt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher für den Betrieb von Freistrahlturbinen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit durch Erzeugung einer hohen Impulskraft des in die Turbine einströmenden Wassers zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Schutzansprüchen 1 und 2 angeführten Merkmale gelöst. Danach stellt ein geschlossener Wasserkreislauf in einem Wasserbecken mit einer sich nicht verbrauchenden Wassermenge das Grundelement der Anlage dar, durch die die Freistrahlturbinen angetrieben werden. Die von außen zur Verfügung stehende Antriebskraft setzt lediglich diesen geschlossenen Wasserkreislauf der Anlage in Bewegung.
Bei der Lösung nach Schutzanspruch 1 wird in ein zylindrisches Wasserbecken ein topfförmiger Absperrkörper mit einer mittig angeordneten Wassernachlauföffnung teilweise eingetaucht, in die zur Bildung eines Wasserkreislaufes vom Wasserbeckenboden aus ringsherum das Wasser nachfluten kann, um von der Wassernachlauföffnung aus den rotierenden Teil der Anlage mit Nachlaufwasser zu versorgen. Dazu wird auf die Wassernachlauföffnung ein zum rotierenden Teil gehörender Wasserverteilungszylinder gesetzt, der auch im Ruhezustand der Anlage vom Wasserbecken aus voll geflutet ist. Von den Wänden des zum rotierenden Teil gehörenden Wasserverteilungszylinders aus führen zwei Rohre radial von der Drehachse weg und haltern in ihren Austrittsöffnungen Freistrahlturbinen, die im Betriebszustand über der kreisringförmigen Wasseroberfläche des Wasserbeckens rotieren und das Antriebswasser wieder in das Wasserbecken zurückleiten.
Bei Rotation durch die Antriebswelle bildet sich für die Entstehung des Wasserkreislaufes zunächst im mitrotierenden Wasserverteilungszylinder ein Überdruck, der sich in die Rohre fortsetzt und dort zusammen mit der entstehenden Fliehkraft dazu beiträgt, die Impulskraft des in den Rohren strömenden Wassers für den Antrieb der in den Austrittsöffnungen der Rohre eingesetzten Freistrahlturbinen zu erhöhen. Der im Wasserverteilungszylinder entstandene Überdruck hat außerdem einen Unterdruck in der nichtrotierenden Wassernachlauföffnung zur Folge, der so den Wasserkreislauf im Wasserbecken in Gang setzt.
Dadurch, dass für den Antrieb von Freistrahlturbinen hohe Wasserströmungsgeschwindigkeiten geschaffen werden können, ist ihre Verwendung möglich, ihr Betrieb wirtschaftlich und von zu geringen äußeren Antriebskräften unabhängig.
Eine zweite Lösung der Aufgabe stellt die Anlage nach Schutzanspruch 2 dar. Der rotierende Teil gemäß Schutzanspruch 2 ist identisch mit dem des Schutzanspruches 1. Um die Einzelteile des feststehenden Teiles der Anlage aus Kostengründen zu vereinfachen und ihre Montage zu erleichtern wird in das zylinderförmige Wasserbecken mit einer Bodenfläche ein zweiter zylinderförmiger Körper ohne Bodenfläche aber mit kleinerem Durchmesser auf die Bodenfläche des Wasserbeckens zentrisch aufgesetzt und gegen das Wasserbecken des ersten zylindrischen Körpers abgedichtet. Dadurch wird das Wasserbecken durch die beiden zylindrischen Körper auf einen ringförmigen Rauminhalt beschränkt. Ebenfalls auf der Bodenfläche des Wasserbeckens wird zentrisch innerhalb des zweiten zylinderförmigen Körpers ein Wassertank gesetzt und gegen den Boden abgedichtet. Obenseitig besitzt der Wassertank eine Wassernachlauföffnung mit einer Gleitkante, auf der der rotierende Teil mit dem Wasserverteilungszylinder aufsitzt.
Um den Strömungskreis in der Anlage nach diesem zweiten Ausführungsbeispiel zu schließen, wird der Wassertank mit dem Wasserbecken durch geschlossene Kanäle miteinander verbunden, wofür der Wassertank und der zweite zylindrische Körper entsprechende Durchbrüche aufweisen.
Damit die Antriebswelle des rotierenden Teiles antriebs- und endseitig gelagert werden kann, wird diese gemäß Schutzanspruch 5 durch den Wasserverteilungszylinder und das Wasserbecken bzw. durch den Wassertank hindurchgeführt und in der Bodenfläche des Wasserbeckens gelagert.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Sie werden im folgenden näher beschrieben.
Beim Antrieb für eine Stromerzeugungsanlage gemäß 1 überträgt eine senkrecht gelagerte Antriebswelle 1 Rotationsernergie auf eine auf seinem unteren Ende angeflanschte Tragscheibe 2, auf der beispielsweise zwei gegenüberliegend angeordnete Generatoren 3 befestigt sind, die ihre Leistung über auf der Antriebswelle 1 angebrachte Schleifringe (nicht gezeichnet) an Verbraucher weiterleiten. Die Tragscheibe 2 dient außerdem zur Abdeckung eines in Achsrichtung angeordneten Wasserverteilungszylinder 4, der zur Übernahme des von der Antriebswelle 1 kommenden Drehmomentes mit der Tragscheibe 2 drehfest verbunden ist. In der Mantelfläche 5 des Wasserverteilungszylinders 4 sind zwei gegenüberliegende Öffnungen vorgesehen, an denen Wasserrohre 6 mit schwach nach oben abgewinkelten Enden angeschlossen sind. In den Austrittsöffnungen 7 der beiden Wasserrohre 6 sind Freistrahlturbinen 8 mit senkrechten Drehachsen gelagert, die ihre Wellenleistung über Keilriemen 9 auf die Generatoren 3 übertragen. Diese beschriebenen Teile 1 bis 9 bilden das rotierende Teil des Antriebes für eine Stromerzeugungsanlage. Sie sind nach obigem alle miteinander fest verbunden und rotieren im Betriebszustand gemeinsam um eine senkrecht stehende Hauptachse. Der feststehende Teil der Anlage besteht aus einem mit Wasser gefüllten zylindrischen Wasserbecken 10 mit einer Bodenfläche 11. In das Wasserbecken 10 taucht teilweise ein topfförmiger Absperrkörper 13 ein. Sein Durchmesser ist wesentlich geringer als der des Wasserbeckens 10, so dass eine kreisringförmige aber ausreichende Wasseroberfläche 18 verbleibt, über der die Enden der Wasserrohre 6 mit ihren Austrittsöffnungen 7 rotieren und das Wasser auf diese Wasseroberfläche 18 ausleiten. Zur Abstützung des Absperrkörpers 13 dienen mit der Bodenfläche 11 verankerte Stützelemente 12, die den Absperrkörper 13 im Wasserbecken 10 so positionieren, dass sein Rand noch über die Wasseroberfläche 18 reicht.
Zur Bildung eines Wasserkreislaufes vom feststehenden in den rotierenden Teil der Anlage ist der Boden 14 des Absperrkörpers 13 mit einer nach oben sich verjüngenden kegelförmigen Wassernachlauföffnung 15 versehen, an die sich ein zylindrisches Halsstück 16 anschließt, dessen freier Rand 17 tiefer als der Rand des topfförmigen Absperrkörpers 13 liegt. Auf dem Rand 17 des Halsstückes 16 stützt sich mit seinem Wasserverteilungszylinder 4 das rotierende Teil ab, das durch den als Gleitkante wirkenden Rand 17 des Halsstückes 16 an dieser Stelle abgedichtet und drehgleitend so mit dem feststehenden Teil verbunden ist. In Ruhezustand der Anlage befindet sich also der Wasserstand 18 unterhalb des Randes des Absperrkörpers 13 aber mindestens so hoch, dass der Wasserverteilungszylinder 4 bis unter die Tragscheibe 2 und die Wasserrohre 6 mindestens bis zu den angewinkelten Enden vollständig geflutet sind. Diese Bedingung ist durch entsprechende Bemessung der angeführten Einzelteile zu erreichen.
Wird dann das rotierende Teil in Umdrehung versetzt, bildet sich, wie oben erwähnt, in der Wassernachlauföffnung 15 ein Unterdruck, weil zunächst im Wasserverteilungszylinder 4 ein Überdruck entsteht der sein Wasservolumen gegen die Wassermenge in den Wasserrohren 6 und zusammnen mit den sich bildenden Fliehkräften in den Wasserrohren 6 schließlich gegen die Turbinenschaufeln und die Austrittsöffnungen 7 drückt und die Freistrahlturbinen so antreiben. Das Wasser strömt dann tangential von den Freistrahlturbinen 8 in das Wasserbecken 10 zurück und von dort aufgrund der Druckverhältnisse in den Wasserkreislauf der Anlage, nämlich vom Wasserbecken 10, in die Wassernachlauföffnung 15 in den Wasserverteilungszylinder 4, in die Wasserrohre 6 und schließlich über die Turbinen 8 und über die Austrittsöffnungen 7 in das Wasserbecken 10 zurück.
Bei der Stromerzeugungsanlage gemäß 2 ist der rotierende Teil der Anlage mit seinen Teilen 1 bis 9 dem Ausführungsbeispiel nach 1 identisch. Die entsprechenden Teile der 2 sind deshalb mit den selben Bezugszahlen versehen und zwar ist bezeichnet mit 1 die Antriebswelle, mit 2 die Tragscheibe mit 3 die Generatoren, mit 4 der Wasserverteilungszylinder, mit 5 die Mantelfläche des Wasserverteilungszylinders 4, mit 6 die rotierenden Wasserrohre, mit 7 die Austrittsöffnungen, mit 8 die Freistrahlturbinen und mit 9 die Keilriemen, die die Turbinenleistungen auf die Generatoren 3 übertragen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht der feststehende Teil aus einem ersten zylinderförmigen Körper 19 mit einer Bodenfläche 20. In diesen ersten Körper 19 ist ein zweiter zylinderförmiger Körper 21 ohne Bodenfläche in der Art eines Betonringes zentrisch eingesetzt, dessen Durchmesser kleiner als der des ersten Körpers 19 ist. Die Teile 19 und 21 schließen so eine ringförmige Wasserfläche ein und bilden das Wasserbecken 22 mit einer entsprechend kreisringförmigen Oberfläche 23, über der die Enden der Wasserrohre 6 rotieren.
In der Mitte des zweiten zylinderförmigen Körpers 21 ist ein Wassertank 24 positioniert und auf die Bodenfläche 20 des Körpers 19 aufgesetzt. Obenseitig ist der Wassertank 24 mit einer großen Öffnung versehen und diese wiederum mit einer Gleitkante 25, auf der abgedichtet und drehgleitend das rotierende Teil mit seinem Wasserverteilungszylinder 4 aufgesetzt ist. Für die Bildung einer Durchflussverbindung ist der Wassertank 24 über geschlossene Kanäle 26 mit dem Wasserbecken 22 verbunden.

Claims

Antrieb für eine Stromerzeugungsanlage bestehend aus einem feststehenden und einem rotierenden Teil, wobei das feststehende Teil aus einem zylinderförmigen mit Wasser gefüllten Wasserbecken 10 besteht auf dessen Bodenfläche 11 durch Stützkörper 12 beabstandet ein topfförmiger Absperrkörper 13 aufgesetzt ist, dessen Durchmesser wesentlich kleiner ist als der des Wasserbeckens 10 und im Wasserbecken 10 eine kreisringförmige Wasseroberfläche 18 bildet und der Absperrkörper 13 in seiner Bodenfläche 14 eine Wassernachlauföffnung 15 aufweist, an die sich ein zylindrisches Halsstück 16 anschließt, das an seinem freien Ende eine Gleitkante 17 aufweist, auf der abgedichtet und drehgleitend das rotierende Teil mit seinem Wasserverteilungszylinder 4 aufgesetzt ist, das aus einer senkrecht drehbar gelagerten Antriebswelle 1 besteht, an deren Ende abtriebsseitig eine Tragscheibe 2 angeflanscht ist, die sowohl als Träger für 2 Generatoren 3 als auch zur oberen Abdeckung des Wasserverteilungszylinders 4 dient, der in seiner Mantelfläche 5 zwei gegenüberliegende Öffnungen aufweist, an denen jeweils in horizontaler Richtung weisende Wasserrohre 6 angeschweißt sind, in deren Austrittsöffnungen 7 jeweils Freistrahlturbinen 8 auf senkrecht gelagerten Wellen eingesetzt sind, die über der kreisringförmigen Wasseroberfläche 18 des Wasserbeckens 10 rotieren und ihre Wellenleistung über Keilriemen 9 auf die auf der Tragscheibe 2 befestigten Generatoren 3 übertragen.
Antrieb für eine Stromerzeugungsanlage bestehend aus einem feststehenden und einem rotierenden Teil, wobei das feststehende Teil zur Bildung eines Wasserbeckens aus einem ersten zylinderförmigen Körper 19 mit einer Bodenfläche 20 besteht, in den ein zweiter zylinderförmiger Körper 21 mit kleinerem Durchmesser gegenüber dem ersten Körper 19 sowie in den zweiten Körper 21 mittig ein Wassertank 24 auf die Bodenfläche 20 des ersten Körpers 19 abgedichtet aufgesetzt sind, so dass zwischen den beiden Körpern 19 und 21 ein ringförmiges Wasserbecken 22 mit der kreisringförmigen Wasseroberfläche 23 gebildet ist, wobei für die Herstellung einer Durchflussverbindung das Wasserbecken 22 über geschlossene Kanäle 26 mit dem Wassertank 24 verbunden ist, der obenseitig eine Wassernachlauföffnung mit einer Gleitkante 25 aufweist, auf der abgedichtet und drehgleitend das rotierende Teil mit seinem Wasserverteilungszylinder 4 aufgesetzt ist, das aus einer senkrecht drehbar gelagerten Antriebswelle 1 besteht, an deren Ende abtriebsseitig eine Tragscheibe 2 angeflanscht ist, die sowohl als Träger für 2 Generatoren 3 als auch zur oberen Abdeckung des Wasserverteilungszylinder 4 dient, der in seiner Mantelfläche 5 zwei gegenüberliegende Öffnungen aufweist, an denen jeweils in horizontale Richtung weisende Wasserrohre 6 angeschweißt sind, in deren Austrittsöffnungen 7 jeweils Freistrahlturbinen 8 auf senkrecht gelagerten Wellen eingesetzt sind, die über der kreisringförmigen Wasseroberfläche 18 des Wasserbeckens 10 rotieren und ihre Wellenleistung über Keilriemen 9 auf die auf der Tragscheibe 2 befestigten Generatoren 3 übertragen.
Antrieb für eine Stromerzeugungsanlage nach den Schutzansprüchen 1 und 2, bei denen die Antriebswelle 1 durch Wasserkraft oder durch ein Windrad angetrieben ist.
Antrieb für eine Stromerzeugungsanlage nach den Schutzansprüchen 1 und 2, bei denen die Antriebswelle 1 durch einen Elektromotor angetrieben ist.
Antrieb für eine Stromerzeugungsanlage nach den Schutzansprüchen 1 und 2, bei denen das freie Ende der senkrecht stehenden Antriebswelle 1 zusätzlich in der Bodenfläche 11 oder 20 gelagert ist.