DE2152637A1 - AREA TURBINE FOR THE USE OF STREAMING WATER - IN PARTICULAR TIDAL CURRENTS - Google Patents

AREA TURBINE FOR THE USE OF STREAMING WATER - IN PARTICULAR TIDAL CURRENTS

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DE2152637A1 DE19712152637 DE2152637A DE2152637A1 DE 2152637 A1 DE2152637 A1 DE 2152637A1 DE 19712152637 DE19712152637 DE 19712152637 DE 2152637 A DE2152637 A DE 2152637A DE 2152637 A1 DE2152637 A1 DE 2152637A1
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Description

Flächenturbine zur Nutzbarmachung von strömendem Wasser insbesondere Gezeitenströmung Die Erfindung betrifft eine Flächenturbine zur Nutzbarmachung von strömendem Wasser, welche grosse Querschnitte - insbesondere solche wechselnder Strömungsrichtung -erfassen kann, mit dem Zweck der Umformung in Energie.Surface turbine for the utilization of flowing water in particular Tidal current The invention relates to a surface turbine for the utilization of flowing water, which have large cross-sections - especially those of changing Direction of flow - can be detected with the purpose of converting it into energy.

Sie ermöglicht eine wirtschaftlich günstige Ausnutzung der an violen Küsten der Erde auftretenden Gezeitenströmungen, besonders dort, wo sich diese durch vorhandene Durch- und Nachflußgebiete, wie Meerengen, Mündungsgebiete, Bjorde, etc., verstärkt auswirken. Durch die hiermit anfallende Leistung können elektrische Kraftwerke, Förderanlagen, Be- und Entwässerungsanlage, und dergleichen, betrieben werden.It enables an economically favorable exploitation of the at violen Coasts of the earth occurring tidal currents, especially where they run through existing through and downstream areas, such as straits, estuaries, bjords, etc., have an increased impact. Due to the resulting power, electrical power plants, Conveyor systems, irrigation and drainage systems, and the like, are operated.

Gezeitenkraftwerke gibt es bisher nur in der Form von sogenannten Sperrkraftwerken, wobei eine Leistung nur durch aufwendige Aufstauung des Wassers unter Ausnutzung des Gezeitenhubes erbracht werden kann. Auch können derartige Anlage naturbedingt nur kurzzeitig periodisch arbeiten. - Gezeitensperrkraftwerke bestehen zur Zeit in der Rance-Mündung in Frankreich und in der Barent-See in Rußland. Projektiert werden sie für verschiedene Stellen auf der Erde, wie in Passamoquoddy in den USA/ Canada.So far, tidal power plants only exist in the form of so-called Barrier power plants, with a performance only through complex damming of the water can be provided using the tidal range. Such a system can also work periodically only for a short period of time. - Tidal barriers exist currently in the Rance estuary in France and in the Barents Sea in Russia. Projected they will be used for different places on earth, like in Passamoquoddy in the USA / Canada.

Unter Mitberücksichtigung der bei Gezeitensperrkraftwerken durch die erforderliche Errichtung von Staudämmen meist drohenden Versandung ist die Ausbeute an Energie hier in Verhältnis zum technischen und finanziellen Aufwand gering Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, größere freiströmende Querschnitte ohne Stauwerke zur Energiegewinnung zu erfassen. Die Bewegungsenergie des Wassers bleibt dabei im nicht genutzten Teil des Querschnittes voll erhalten. Die Erfindung hat gegenüber anderen Verfahren und Projekten zur Energiegewinnung den Vorteil, mit geringstmöglichem Eingriff in die auf der Erde vorhandenen naturgegebenen Verhältnisse Kraft und Strom erzeugen zu können.Taking into account the tidal barrier power plants by the required construction of dams mostly threatening silting up is the yield The amount of energy here is low in relation to the technical and financial outlay Of the The invention is based on the object of providing larger free-flowing cross-sections without dams to capture energy generation. The kinetic energy of the water remains fully preserved in the unused part of the cross-section. The invention has opposite other methods and projects for energy generation the advantage, with as little as possible Intervention in the natural conditions of power and electricity on earth to be able to generate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem betreffenden Strömungsgebiet zwischen zwei festen Stationen zwei übereinanderliegende Kettentrumms, die durch vertikale Turbinenschaufeln verbunden sind, einen Strömungsquerschnitt bestreichen.This object is achieved in that in the relevant Flow area between two fixed stations, two superimposed strings of the chain, connected by vertical turbine blades, a flow cross-section coat.

Auf den Zeichnungen ist die Ausführung der Erfindungsgegenstandes beispielsweise in einem Mündungsgebiet dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 Querschnitt in Richtung der Strömung durch ein Flußbett im Mündungsgebiet.The subject of the invention is shown in the drawings for example shown in an estuary. They show: Fig. 1 cross section in the direction of the current through a river bed in the estuary.

Fig. 2 Ansicht von oben auf die Anlage bei auflaufendem Wasser (Flut). Die Generatoren und Uferstationen wurden in dieser Fig. nicht gezeichnet. Die Turbinenschaufelstellung kennzeichnet die Änderung der Strömungsrichtung und die daraus entstehende Umlaufrichtung.Fig. 2 View from above of the system with running water (high tide). The generators and bank stations were not drawn in this figure. The turbine blade position indicates the change in the direction of flow and the resulting direction of rotation.

Fig. 3 Ansicht von oben auf die Anlage bei ablaufendem Wasser (Ebbe), sonst wie ig. 2.Fig. 3 top view of the system with running water (ebb), otherwise like ig. 2.

Fig. 4 Schematische Einzelheit der Turbinenschaufelstellungen in den verschiedenen Umlaufphasen durch die Strömungsselbststeuerung und Stellungen der mechanischen Umlenkung.Fig. 4 Schematic detail of the turbine blade positions in the different phases of circulation through the flow self-control and positions of the mechanical deflection.

Fig. 5 Befestigung und Anordnung der Steuerung der Turbinenschaufeln im Kettentrumm.Fig. 5 Fastening and arrangement of the control of the turbine blades in the chain strand.

Fig. 6 Schnitt durch die Befestigung und den Getriebekasten Fig. 5.FIG. 6 Section through the fastening and the gear box in FIG. 5.

Fig. 7 Schematische Einzelheit der Turbinenschaufelstellungen in den verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten und bei Richtungsumkehrung durch den Gezeitenwechsel.Fig. 7 Schematic detail of the turbine blade positions in the different flow velocities and with reversal of direction due to the tide change.

Fig. 1 zeigt schematisch den rechteckigen Nutzungsquerschnitt der Flächenturbine in Richtung der Strömung, der sich durch die beiden übereinanderliegenden Kettentrumms 5 und die Turbinenschaufeln 6 ergibt. »ie Kettentrumms 5 werden an den Uferstationen 1 über den Support 3 gehalten und über eine gemeinsame Achse 4 umgelenkt. Sie können entsprechend den Erfordernissen gehoben oder gesenkt werden. Die entstandene energie wird durch Generatoren oder Pumpen 2 abgenommen, bzw.Fig. 1 shows schematically the rectangular cross-section of use of the Surface turbine in the direction of the flow, which is caused by the two superimposed Chain strand 5 and the turbine blades 6 results. “The chain strands 5 are on the bank stations 1 held via the support 3 and via a common axis 4 diverted. They can be raised or lowered as required. The generated energy is taken off by generators or pumps 2, or

umgeformt.reshaped.

Fig. 2 zeigt die Ansicht von oben auf die Anlage bei auflaufenden Wasser (Flut). Die Turbinenschauf:elstellung 6 macht hier die Änderung der Strömungsrichtung und die daraus resultierende Umlaufrichtung ersichtlich.Fig. 2 shows the view from above of the system when it is approaching Water (flood). The turbine blade position 6 changes the direction of flow here and the resulting direction of rotation can be seen.

Diese Fig. zeigt ferner den Durchhang der Kettentrumms 5 in Richtung-der Strömung. Der entstehende Zug wird über die Kettenumlenkräder 4, welche im Support 3 gelagert sind, von den Uferstationen 1 aufgenommen.This figure also shows the sag of the chain strand 5 in the direction of the Flow. The resulting train is on the chain pulleys 4, which in the support 3 are stored, recorded by the bank stations 1.

Fig. 3 zeigt die gleiche Anlage wie Fig. 2, jedoch bei ablaufendem Wasser (Ebbe) mit sinngemäßer Umkehrung der Schaufelstellungen.Fig. 3 shows the same system as Fig. 2, but with running Water (ebb) with a corresponding reversal of the blade positions.

Die Turbinenschaufeln 6 sind Schwimmkörper rechteckiger Form mit sichelförmigem Querschnitt. Sie sind schwerpunktmäßig so konstruiert, daß sie senkrecht In Wasser schwimmen, Gewichtlich sind sie so ausgetrimmt, daß sie alle beweglichen Teile zwischen den Uferstationen 1 im Schwebezustand halten, d.h. gewichtsentlastet nach dem spezifischen Gewicht des Wassers sind. Die einzelne Turbinenschaufel 6 ist in einer in der Nähe des dynamischen Druckpunktes liegenden Achse drehbar gelagert. Sie wird über ein Planetengetriebe von einer Strömungsfahne 12 selbsttätig so gesteuert, daß sie, bezogen auf Umlaufbahn und Strömungsrichtung, den jeweils günstigsten Anstellwinkel erreicht.The turbine blades 6 are rectangular-shaped floating bodies with a sickle-shaped one Cross-section. They are mainly designed to be perpendicular in water swim, weight they are trimmed so that they all moving parts between keep the bank stations 1 in a floating state, i.e. relieved of weight according to the specific Weight of the water are. The single turbine blade 6 is nearby of dynamic pressure point lying axis rotatably mounted. It is via a planetary gear automatically controlled by a flow vane 12 so that, based on the orbit and flow direction, the most favorable angle of attack is achieved in each case.

Fig. 4 zeigt schematisch die Turbinenschaufelstellungen in den verschiedenen Umlaufphasen. Die Schaufelstellungen sind gegeben einmal durch die Strömungsselbststeuerung (dynamische Steuerung), und zum anderen durch eine mechanische Umlenkung im Wendepunkt mittels Umlaufgetriebes. Die mechanische Umlenkung erfolgt jeweils an nur einer Uferstation.Fig. 4 shows schematically the turbine blade positions in the various Circulation phases. The blade positions are given once by the flow self-control (dynamic control), and on the other hand through a mechanical deflection at the turning point by means of epicyclic gear. The mechanical deflection takes place on only one Shore station.

Bei Gezeitenwechsel übernimmt sinngemäß das Kettenrad 4 der entgegengesetzten Uferstation diese Aufgabe.When the tide changes, the sprocket 4 of the opposite takes over Shore station this task.

Fig. 5 und 6 zeigt die Selbststeuerung der Turbinenschaufel. Sie wird durch die Strömungsfahne 12 eingeleitet und über eine Kupplung 13 auf das innere Zahnrad des Planetengetriebes 25 Ubertragen. Über Zwischenritzel 14, welche gleichzeitig den Drehsinn umkehren, wird die Drehung auf die Innenverzahnnung des Getriebegehäuses 15 übertragen. Das Getriebegehäuse 15 ist fest mit der Turbinenschaufel verbunden und damit das gewünschte Untersetzungsverhältnis erreicht. Bei der an einem der Wendepunkte erforderlichen mechanischen Schaufeldrehung wird der Kupplungsbolzen 22 heruntergedrückt und entkuppelt dann die Strömungsfahne 12. Figures 5 and 6 show the self-control of the turbine blade. she is introduced through the flow vane 12 and via a coupling 13 to the inner Gear of the planetary gear 25 transfer. About intermediate pinion 14, which at the same time reverse the direction of rotation, the rotation will act on the internal teeth of the gear housing 15 transferred. The gear housing 15 is firmly connected to the turbine blade and thus the desired reduction ratio is achieved. At one of the Turning points required mechanical blade rotation is the coupling pin 22 is depressed and then uncouples the flow vane 12.

Bin Umlaufgetriebe, welches auf der Achse des Kettenumlenkrades sitzt, greift jetzt an dem äusseren Zahnkranz des Getriebegehäuses 15 ein und dreht die Turbinenschaufel in die erforderliche Stellung. Beim Lösen des Kupplungsbolzens 22 wird durch Federicraft 23 die Strömungsfahne 12 wieder mit dem Getriebe gekuppelt.Am epicyclic gear, which sits on the axis of the chain pulley, now engages the outer ring gear of the gear housing 15 and rotates the Turbine blade in the required position. When loosening the coupling bolt 22, the flow vane 12 is coupled to the gear again by means of spring force 23.

Aus Fig. 5 und 6 ist ebenfalls schematisch die Kon-@struktion der Kettentrumms, bzw. deren Verbindung mit den Turbinenschaufeln, ersichtlich. Das Kettentrumm besteht aus zugstangen mit Anschlußaugen 5, welche über ein Lager 21 t dea Kettenzwischenglied 19 verbunden sind Diesen Kettenzwischenglied 19 ermöglicht über eine Arretierkupplung 20 den Austausch beschädigter Turbinenschaufeln. Die Drehachse der Turbinenschaufel 11 ist in einer Lagerbuchse 17 gelagert und durch eine Distanzbuchse 18 verstärkt, die die Eingriffsachse für das Kettentrumm darstellt.From Fig. 5 and 6, the construction of the @ is also schematically The chain strand or its connection with the turbine blades can be seen. That Chain strand consists of tie rods with connecting eyes 5, which over a bearing 21 t dea chain link 19 are connected to this chain link 19 enables damaged turbine blades to be exchanged via a locking coupling 20. The axis of rotation of the turbine blade 11 is mounted in a bearing bush 17 and through a spacer sleeve 18 reinforced, which represents the axis of engagement for the chain strand.

Fig. 7 zeigt schematisch in einzelnen Zeitphasen die Schaufelstellung der Turbinenschaufeln. Hier ist der Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit auf die Schaufelstellungen von der noch auflaufenden Strömung an über den Gezeitenwechsel (Strömung = 0) bis zur ablaufenden Strömung sinngemäß dargestellt. Die Kippklappe 24 am Ende der Strömungsfahne 12 bewirkt jeweils die Einleitung der Schaufeldrchung bei Gezeitenwechsel. Die Umlaufrichtung der Kettentrumms bleibt bei Gezeitenwechsel erhalten.7 shows the blade position schematically in individual time phases of the turbine blades. Here is the influence of the flow rate on the Shovel positions from the still rising current over the tide change (Flow = 0) represented analogously up to the outflowing flow. The tilt flap 24 at the end of the flow vane 12 each causes the initiation of the blade rake when the tide changes. The direction of rotation of the chain strand remains when the tide changes obtain.

Bei größeren Anlagen sind zur Stützung der Kettentrumms eine oder mehrere Zwischenstationen erforderlich. Dieee sollen Pendelschwingungen, die das Kettentrumm überlasten könnten, verhindern.For larger systems, an or to support the chain strand several intermediate stops required. They are said to have pendulum oscillations that Overload chain run could prevent.

Eine solche Zwischenstation ist schematisch in Figur 1, 2 und 3 mit dargestellt. Sie besteht aus einem Schwimmkörper 7, welcher gleichzeitig Warn- oder I3eobachtungsanlagen für die Schiffahrt tragen kann, einer Achse 8 mit den Kettenräderpaaren - wobei der Eingriff durch Gegenleiträder gewährleistet wird -, und einer Dämpfungsplatte 9 zum Abfangen der Wellenbeeinflussung mit Teleskopfederung und der Verankerung 10, die durch ein Laufseil 10 dem Durchhang des Kettentrumms in Strömungsrichtung Rechnung trägt.Such an intermediate station is shown schematically in FIGS. 1, 2 and 3 shown. It consists of a float 7, which at the same time warning or Observation systems for shipping can carry an axis 8 with the pairs of sprockets - The engagement is ensured by mating guide wheels - and a damping plate 9 to absorb the influence of waves with telescopic suspension and anchoring 10, the sag of the chain strand in the direction of flow by a running rope 10 Takes into account.

BEZUGSZEICHEN für de Figuren 1 - 7 1 = Uferstation (Umspann- und Trafo-Station) 2 = Generator oder Pumpanlage zur Energieerzeugung 3 = Support zum eben und Senken der Anlage (Gezeitenhub oder Tiefanlagen) 4 = Kettenumlenkräder mit Antriebsachse und Umlaufgetriebe 5 - Kettentrumm, oberes und unteres, auÇ Zugstangen und Zwischengliedern 6 = Turbinenschaufel (doppelseitig wirksamer Strömungskörper, der gleichzeitig das Kettentrumm und die Steuerorgane unter Wasser im Schwebezustand hält).REFERENCE SIGN for de Figures 1 - 7 1 = shore station (transformer and transformer station) 2 = generator or pumping system for energy generation 3 = support for leveling and lowering of the system (tidal range or deep systems) 4 = chain guide wheels with drive axle and epicyclic gear 5 - chain strand, upper and lower, also tie rods and intermediate links 6 = turbine blade (flow body effective on both sides, which at the same time Chain strand and keeps the control organs in suspension underwater).

7 = Zwischenschwimmer (Bake) mit Warnanlage 8 = Kettenzwischenräder mit Hohlachse und Gegenräder zW.i halten der Kettentrumms 9 = Dämpfungsteller mit Teleskopachse zur Dämpfung 10 = Verankerung für Zwischenschwimmer, zweiseitig wirkend 11 = Turbinenschaufel-Drehachse (Drehpunkt mit den geringsten Drehmomenten für beide Richtungen) 12 = Strömungsfahne (zeigt die resultierende Richtung aus Umlaufgeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit bzw. deren Richtungen, an) 13 3 Kupplung, die im Wandepunkt das Drehen der Turbinenschaufel unabhängig von der Strömungsfahne ermöglicht. 7 = intermediate float (beacon) with warning system 8 = intermediate chain wheels with hollow axle and counter gears zW.i keep the chain strand 9 = damping plate Telescopic axis for damping 10 = anchoring for intermediate swimmers, acting on both sides 11 = turbine blade axis of rotation (pivot point with the lowest torques for both Directions) 12 = flow plume (shows the resulting direction from the rotational speed and flow velocity or their directions, at) 13 3 coupling, which is in the wall point enables the turbine blade to rotate independently of the flow vane.

14 = Zahnzwischenräder mit Lagerscheibe zur Kraftübertragung und Umkehrung des Drehsinns 15 = Getriebegehäuse mit Innen- und Außenverzahnung Innenverzahnung zur Untersetzung der Steuerfahnenbewegunhg auf die Turbinenschaufel. - Außenverzahnung zum mechanischen Drehen der entkuppelten Turbinenschaufel durch das Umlaufgetriebe im Wendepunkt.14 = Toothed intermediate wheels with bearing washer for power transmission and reversal of the direction of rotation 15 = gear housing with internal and external teeth internal teeth to reduce the control flag movement on the turbine blade. - external teeth for mechanical turning of the uncoupled turbine blade by the epicyclic gear at the turning point.

16 = Gehäuseverkleidung zur Verringerung des Strömungswiderstandes des Getriebegehäuses 17 = Lagerbuchse für Turbinenschaufeldrehachse 18 = Distanzbuchse für Eingriff des Kettenrades 19 = Kettenzwischenglied 20 = otierkulun für störungsfreien Austausch einer beschädigten Turbinenschaufel 21 = Lagerung der Kettentrumm-Zugstange 22 = Kupplungsbolzen zum Entkuppeln der Strömungsfahne 23 = Druckfeder für das Wiedereinkuppeln der Strömungsfahne 24 = Kippklappe zur Einleitung der Turbinenschaufeldrehung beim Gezeitenwechsel 25 = Inneres Zahnrad des Planetengetriebes16 = Housing cladding to reduce the flow resistance of gear housing 17 = bearing bush for turbine blade axis of rotation 18th = Spacer bush for engagement of the chain wheel 19 = chain link 20 = otierkulun for trouble-free replacement of a damaged turbine blade 21 = storage of the Chain strand pull rod 22 = coupling bolt for uncoupling the flow vane 23 = Compression spring for reconnecting the flow vane 24 = tilting flap for introduction the rotation of the turbine blades when the tide changes 25 = inner gear of the planetary gear

Claims (6)

Patentansprüche 1. Flächenturbine zur Nutzbarmachung von strömendem Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß zwei übereinander angeordnete Kettentrumms(5), die durch Turbinenschaufeln(6)verbunden sind, einen rechteckigen Strömungsquerschnitt bestroichen, wobei die Turbinenschaufeln(6)die Strömung zweifach umlenken.Claims 1. Surface turbine for harnessing flowing Water, characterized in that two chain strands (5) arranged one above the other, which are connected by turbine blades (6), have a rectangular flow cross-section brushed, the turbine blades (6) deflecting the flow twice. 2. Flächenturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich ihre Turbinenschaufeln(6) beim Bestreichen des Strömungsquerschnittes mittels einer Strömungsfahne(12) hydrodynamisch über ein Planetengetriebe selbst steuern, so daß sie, bezogen auf Umlaufbahn und Strömungsrichtung, den jeweils günstigsten Anstellwinkel erreichen.2. Surface turbine according to claim 1, characterized in that their turbine blades (6) when sweeping the flow cross-section by means of a Control the flow vane (12) hydrodynamically via a planetary gear itself, so that they, based on the orbit and flow direction, the most favorable angle of attack in each case reach. 3. Flächenturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Umkehrung der Strömungsrichtung (Gezeitenwechsel) die Turbinenschaufeln(6) durch eine Strömungsfahne( 12) gedreht werden, wobei eine Kippklappe (24) am Ende der Strömungsfahne(12) den Drehvorgang der Turbinenschaufeln(5) einleitet, so daß diese sich auf den Wechsel der Strömungsrichtung einstellen und die Flächenturbine hierdurch in zwei entgegengesetzten Richtungen genutzt wird.3. Surface turbine according to claim 1 and 2, characterized in that When the direction of flow is reversed (tide change), the turbine blades (6) pass a flow vane (12) are rotated, with a tilting flap (24) at the end of the Flow vane (12) initiates the rotation of the turbine blades (5) so that these adjust to the change of flow direction and thereby the surface turbine used in two opposite directions. 4. Flächenturbine nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Kettentrurins ( 5) an zwei festen Stationen(1) über Kettenumlenkräder(4)geführt werden, und daß diese auf einer mit einem Support( 5) verbundenen Antriebsachse (4) drehbar gelagert sind, so daß die Kettentrumms(5)in der Höhe verstellbar sind.4. Surface turbine according to claim 1 to 3, characterized in that the chain trurins (5) are guided to two fixed stations (1) via chain pulleys (4) be, and that this on a drive axis connected to a support (5) (4) are rotatably mounted so that the chain strands (5) are adjustable in height. 5. Flächenturbine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsachsen mit Umlaufgetrieben(4) die ein=elnen Turbinenschaufeln(6) an den festen Stationen(1) mechanisch umsteuern.5. Surface turbine according to claim 1 to 4, characterized in that the drive axles with epicyclic gears (4) on the individual turbine blades (6) Mechanically reverse the fixed stations (1). 6. Plcichenturbine nach Anspruch 1 b1s 5, dadurcii r,ckennzeichnet, daß an Zwischenstationen Zwischenschwimmer(7) mit Kettenzwischenrädern(8) und darunterliegenden Dämpfungstellern(9) vorhanden sind, deren Konstruktion sowohl Pendelschwingungen als auch Berührung der gegenläufigen Kettentrumms(5) verhindert.6. Plcichenturbine according to claim 1 b1s 5, dadurcii r, ck marks, that at intermediate stations intermediate floats (7) with chain intermediate wheels (8) and underlying Damping plates (9) are available, their construction both pendulum oscillations as well as contact with the opposing chain strands (5). L e e r s e i t eL e r s e i t e
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