DE2321819A1

DE2321819A1 - INTEGRATED SHAFT POWER PLANT

Info

Publication number: DE2321819A1
Application number: DE2321819A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Piening
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-04-30
Filing date: 1973-04-30
Publication date: 1974-11-14

Description

Anlage Beschreibung zur Patentanmeldung vom Blatt 1 Integriertes Wellenkraftwerk Die Erfindung betrifft die Erzeugung elektrischer Energie mit einem Hydro-Turbogenerator durch Nutzen der Energie von Wasseroberflächenwellen mit Hilfe von Wellenpumpen, Elektrische Energie wird heute vornehinlich erzeugt in - Wärmekraftwerken mit = chemischen Brennstoffen = nuklearen Spaltstoffen - Wasserkraftwerken,die = das Gefälle von Flüssen = den Hub der Gezeiten ausnutzen - Windkraftanlagen.Appendix description of the patent application from sheet 1 Integrated wave power plant The invention relates to the generation of electrical energy with a hydro turbo generator by using the energy of water surface waves with the help of wave pumps, Today electrical energy is primarily generated in - thermal power plants with = chemical fuels = nuclear fissile materials - hydropower plants that = the gradient of rivers = exploiting the lift of the tides - wind turbines.

Der Bedarf an elektrischer Energie verdoppelt sich alle 12 Jahre. Bei dieser Expansion werden inn einigen Jahrzehnten die chemischen Brennstoffe erschönft sein. Da die nutzbaren Gefälle der Flüsse nahezu alle genutzt sind,müßte dann ein Großteil der Energie mit Nuklearspaltstoffen erzeugt werden.The need for electrical energy doubles every 12 years. With this expansion, the chemical fuels will be exhausted within a few decades be. Since the usable gradients of the rivers are almost all used, one would then have to be Most of the energy is generated with nuclear waste.

Daß davon genügend vorhanden sein wird,kann nicht garantiert werden. Aber erschwerender für die Zukunft der Großkraftwerke ist die wachsende Abwehr der Bevölkerung gen weitere Kraftwerksprojekte mit ihren Konsequenzen der Verb@uung und Beeinträchtugung der Umwelt z.B. durch kondensatornebel. Es gilt als sicher,daß die Erwärmung der für die Kondensatorkühlung genutzten Flüsse in den achtziger Jahren wegen der dann installierten Leistung so hoch sein wird,daß sie als Trinkwasser-und Fischreservoir und schließlich auch als Kühlwasserliefer@nt für die Kondensatoren ausfallen.It cannot be guaranteed that there will be enough of them. But more difficult for the future of large power plants is the growing defense against Population against further power plant projects with their consequences of the verb @ uung and damage to the environment, e.g. through condenser fog. It is certain that the warming of the rivers used for condenser cooling in the 1980s because of the installed power then it will be so high that it can be used as drinking water and Fish reservoir and finally also as cooling water supply for the condensers fail.

Die Erfindung ist eine Anlage,mit der auf besonders umleltfreundliche Art Energie zu vergleichbaren Kosten erzeugt werden kann, denn sie nutzt ein vorhandenes Energieangebot aus ohne in irgendeiner heute bekannten Weise die Umwelt zu belasten.The invention is a system with which on particularly environmentally friendly Kind of energy can be generated at comparable costs because it uses an existing one Energy supply without polluting the environment in any way known today.

Im Gegenteil: Da die Erfindung durch den Energieentzug die Wellen dämpft,ist damit ein zusätzlicher umweltschützender Effekt nutzbar, Der deutliche Nachteil einer solchen Anlage ist, daß sie nicht Energie auf Wunsch liefert, micht kontinuierlich arbeitet.On the contrary: Since the invention through the withdrawal of energy waves attenuates, an additional environmental protection effect can be used, which is clear The disadvantage of such a system is that it does not supply energy on request works continuously.

Es ist bekannt,daß die Energie der Wasserwellen genutzt werden ½ann zum getrieb von Hebezeugen mit Zahnstangen und Seilen (mehrere Patente in 88b),zum Füllen von höhergelegenen Stauseen mit anschließender Gewinnung von elektrischer Energie (mehrere Patente in 88 b). Die Aggregate zur Erzeugung der nutzbaren translptorischen Bewegung wie Stangenwerke,Pumpen sind teils ortsfest,teils schwimmend installiert,wobei als Bezugsebene fi.r die Pumpenbewegung bei schwimmender Installation teils der hydrodynamische Widerstand von im Wasser ausgesnannten Flächen, teils die Trägheit kleinerer Metall-oder Betonmassen benutzt wird. Die Bewegung der Kolben um eine Mittellage wird bei den schwimmenden Anlagen durch stabilisierende Schwimmer, oder durch die Ausnutzung der Aufwärtsbewegung der Schwimmer erreicht (US-Pat. 2 715 366 v. 16.8.55 ).It is known that the energy of the water waves can be used for driving hoists with racks and ropes (several patents in 88b), for Filling of reservoirs at a higher level with subsequent generation of electrical energy Energy (several patents in 88 b). The aggregates for generating the usable translptorical Movement such as rod works, pumps are installed partly stationary, partly floating, whereby as a reference plane for the pump movement in the case of a floating installation, partly the hydrodynamic resistance of areas designated in the water, partly the inertia smaller metal or concrete masses are used. The movement of the pistons by one The central position of the floating systems is achieved by stabilizing swimmers, or achieved by taking advantage of the upward movement of the swimmers (US Pat. 2,715 366 BC 16.8.55).

Meines Wissens ist keine solche Anlage in größerem Stil realisiert worden. Dies kann vielleicht darauf zurückgeführt werden,da0 die vorgeschlagenen Geräte - nicht den hohen Beanspruchungen bei schlechtem Wetter Rech nung trugen - zu teuer in der Erstellung # teuer und komnliziert in der Wartung - für kleine Leistungen konziniert sind. As far as I know, no such facility has been implemented on a larger scale been. Perhaps this can be attributed to the fact that the proposed Devices - did not take into account the high demands of bad weather - too expensive to build # expensive and complicated to maintain - for small ones Achievements are concentrated.

Der Erfindung leigt die Aufgabe zugrunde,die Wellenbewegung mit einem schwmimmenden,verankerten integrierten Gerät,das die periodisch translatorische Bewegung der Wasseroberfläche mittel eirer Großzehl von Pumnen in einen kontinuierlichen Wasserfluß umwandelt,der einen Turbogenerator antreibt,auf automatische Art elektrische Energie zu erzeugen,wobei als Arbeitsmedium das umgebende Wasser verwendet wird, Wesentlich ist dabei,daß die Anlage den hohen Belastungen bei schlechtem Wetter gewachsen ist.The invention leigt the object of the wave movement with a floating, anchored integrated device that periodically translates Movement of the water surface in a continuous manner by means of a large number of pumps Converts water flow that drives a turbo generator, in an automatic electric way Generate energy using the surrounding water as the working medium, It is essential that the system can withstand the high loads in bad weather has grown.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,daß auf und in einem kastenförmig oder aus mehreren parallelen Rohren großen Durchmesrers gebauten Chassis mit einer Länge,die mindestens gleich der größten vorkommenden Wellenlänge ist und das mit an der Wasseroberfläche schwimmenden Auftriebskörpern in einer Tauchtiefe gehalten wird von etwa der größtmöglichen Wellenhö#e, eine Anzahl von in vertikaler Richtung von Schwimmern betriebenen donneltwirkenden Pumnen mit einem maximal möglichen Hub von mindestens der größmöglichen Wellenhöhe (3-sigma-Verteilung) installiert sind,deren geförderte Wassermenge in dem Chassis zu eier an einer der ExtremitätEn des Chassis inst-llierten Rohrturbine releitet wird,wobei diese Wassermenge gleichzeitig dazu beiträgt, das Trägheitsmoment und die Massenträgheit des Chassis zu erhöhen,um so die Pumoverluste durch Eigenbewegung des Chassis klein zu halten. Je nach Einsatzort: Atlantik,Mittelmeer,Nordsee,Ost# see etc. wären andere Abmessungen als Minimum erforderlich,um ein ontlmales und sicheres Funktionieren sicherzustellen.This object is achieved in that on and in a box-shaped or a chassis built from several parallel tubes of large diameter with a Length that is at least equal to the largest occurring wavelength and that with Buoyancy bodies floating on the surface of the water are kept at a diving depth is about the largest possible wave height, a number of in the vertical direction Thundering pumps operated by swimmers with a maximum possible stroke of at least the largest possible wave height (3-sigma distribution) are installed, their Amount of water delivered in the chassis to eggs on one of the extremities of the chassis installed bulb turbine is relieved, with this amount of water at the same time helps to increase the moment of inertia and inertia of the chassis, so as to to keep the pumping losses small by moving the chassis itself. Depending on the place of use: The Atlantic, Mediterranean, North Sea, Baltic Sea etc. would require other dimensions as a minimum in order to to ensure an ontlmal and safe functioning.

Das stärkst beanspruchte Element ist die Pumpenkolbenstange,die sehr lang werden kann für eine entpsrechende Wellenhöhe. Sie sollte möglichst diinn sein um die nutzbare Kolbenfläche bei der Aufwärtsbewegung (doppeltwirkend) so groß wie möglich zu halten, muw ber die Knicklast des absinkenden Schwimners und vor allem die Biegekraft der Horizontalkomponente des Auftriebs halten.The most heavily stressed element is the pump piston rod, which is very can be long for a corresponding wave height. It should be as thin as possible by the usable piston area during the upward movement (double-acting) as large as to keep it possible, must be about the buckling load of the sinking swimmer and above all hold the bending force of the horizontal component of lift.

Das naheliegende Mittel wären Führungen für die Schwimmer,die auf dem Chassis zu montieren wären, Jedoch würden die notwendiger weise aus dem Wasser ragenden Strukturen dieWellenbewegung in ungewünschter Weise stören und dämpfen. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird daher der Konf der Kolbenstange so ausgeführt,daß daran 1,2,3 oder L vertikle Leitstngen montiert sind,deren Rollenführungen auf dem Chassis angebracht sind und die die Momente der Horizontalkomponente des Auftriebs aufnehmen.The obvious remedy would be guided tours for the swimmers who are on the chassis, however, they would necessarily be out of the water protruding structures disturb and dampen the wave movement in an undesired way. According to a further embodiment of the invention, therefore, the Konf of the piston rod designed so that it 1,2,3 or L vertical guide rods are mounted, their roller guides are mounted on the chassis and which the moments of the horizontal component of the Absorb buoyancy.

Das Gewicht dieser Leitstangen ist Teil des Schwimmergewichts, so daß der Schwimmer,der eine Dichte von etwa 0,500 kg/m³ haben sollte,entsprechend leichter zu bauen wäre. Um dem maximalen Hub der Schwimmer folgen zu können,müssen die Leitstan#en lang genug sein und sie lauten damit durch drs Chassis hindurch. An den Durchstoßstellen sind Rohre ins Chassis eingeschweißt,die Teil von dessen tragender Struktur sind, Die Kolbenstange selbst kann sich frei bewegen mit Hilfe eines Langloches,so das keine seitlichen Klemmkräfte auftreten.The weight of these guide bars is part of the weight of the float, so that the float, which should have a density of about 0.500 kg / m³, accordingly would be easier to build. In order to be able to follow the maximum stroke of the swimmers the control stations are long enough and they can be heard through the chassis. Pipes are welded into the chassis at the penetration points, which are part of it supporting structure are, the piston rod itself can move freely with the help of an elongated hole, so none lateral clamping forces occur.

Um die Anlage warten und von Rost und Bewuchs säubern zu können, sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung am Diffusor des Turbinenauslaufs Montagepratzen für einen Deckel mit unten eingebautem Ventil vorgesehen. Mit diesem Deckel wird der Austritt,der die einige Öffnung im Chassis ist,geschlossen und der Innenraum des Chassis kann leergeblasen werden,wobei das ausgeblasene Wasser aus dem Ventil austritt. Das Kraftwerk kann so in aufgetauchtem Zustand entweder en Ort und Stelle oder im Schutz eines Hafens gewartet werden.In order to be able to maintain the system and to be able to clean rust and vegetation According to a further embodiment of the invention, mounting brackets on the diffuser of the turbine outlet intended for a cover with a valve installed at the bottom. With this lid will the outlet, which is the only opening in the chassis, is closed and the interior the chassis can be blown dry, with the blown water out of the valve exit. The power plant can either be on the spot when surfaced or be serviced in the shelter of a harbor.

Da die Anlage vor der Küste verankert ist und rauhem Wetter ausgesetzt ist,sollte sie nicht bemannt werden,sondern automatisch arbeiten. Die Schaufel stellung der Turbine muq sich daher dem Durchsatz anpassen, bei leich#em oder schwerem Wetter andere Winkelstellungen haben. Da der Durchsatz proportional der Quadratwurzel des Innendrucks ist,wird dieser nach einer weiteren Ausbildung dazu benutzt,die Schaufelstellung der Turbine zu regeln,wobei der Druck benutzt wird,über einen Kolben und ein geeignetes Gestänge die Schaufeln zu verstellen.Because the plant is anchored off the coast and exposed to rough weather it should not be manned, but work automatically. The shovel position the turbine must therefore adapt to the throughput in light or heavy weather have other angular positions. Since the throughput is proportional to the square root of the Internal pressure, this is used after a further training to adjust the blade position to regulate the turbine using the pressure via a piston and a suitable one Linkage to adjust the blades.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen einerseits in der Integration der Wellennumnen als hydrodynamische Energie erzeugendes und einem Turbogenerator als daraus elektrisrhe Energie erzeugendes Element in einfacher Weise mit dem Chassis,das Fundament ,Strömungskanal und Bewegungsbasis ist. Andererseits ist es möglich,bei der notwendigen großen Pumpenzahl ohne Schwankungsausgleich,z.B: in Form von Windkesseln auszukommen,denn die Superposition der Ströme aus zahlreichen Pumpen ergibt bereits einen gleichmäßigen Fluß und zusätzlich wird eine Glättung dadurch erzielt,daß die elastisch deformierbaren Flächen des Chassis die nulsierenden Druckstöße kurzfristig speichern.The advantages that can be achieved with the invention consist on the one hand in the integration of the shaft numbers as a hydrodynamic energy generating and a Turbo generator as an element producing electrical energy from it in a simple manner with the chassis, which is the foundation, flow channel and movement base. on the other hand it is possible, with the necessary large number of pumps, without fluctuation compensation, e.g .: get along in the form of air tanks, because the superposition of the currents from numerous Pumping already results in a steady flow and, in addition, there is a smoothing achieved in that the resiliently deformable surfaces of the chassis the zeroing Save pressure surges for a short time.

Wesentliche Voraussetzung fi,,r das Funktionieren eines solchen Wellenkraftwerkes ist, daß die Dimensionierung so gewählt wird, daß es auf Grund seiner Trägheit den Wellen nicht folgt und damit eine gute Abstützung für die Pumpenkräfte ist. Weiterhin gibt die Stützung der Kolbenstangen gegen seitliche Kräfte überhaupt erst die Möglichkeit,die Anlage in schwerem Wetter einzusetzen ohne durch den Einbau großkalibriger Kolbenstagen den Vorteil des doppeltwirkenden Pumpens zu verlieren.Essential prerequisite for the functioning of such a wave power plant is that the dimensioning is chosen so that it is due to its inertia Waves does not follow and is therefore a good support for the pump forces. Farther gives the support of the piston rods against lateral forces in general only the possibility of using the system in bad weather without installing it large-caliber piston days to lose the advantage of double-acting pumping.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen 1& 2 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Fig.1 zeigt eine Gesamtansicht einer mittelgroßem Anlage in 3 Ansichten mit einem Kastenchassis (1),den im Chassis eingebauten Pumpen (2) mit ihren Schwimmern (X) und den Kolbenstützstangen (4), Die Rohrutrbine mit dem stromauf liegenden Generator (5)hat einen strömungsgünstig geformten Einlauf(6), am Generator ist ein Ein-(7) #tieg für Wartungsarbeiten,an dem auch die Sendeantenne für die Übertragung der Betriebsdaten der automatisch arbeitenden Anlage angebracht ist. Da die Anlage mit einem geringen positiven Auftrieb arbeiten soll,sind integrierte (8) Auftriebstanks und die Tauchtiefe haltende Schwimmer (q) vorgesehen. Die Auftriebstanks (8) dienen auch zur Unterbringung von Zusatzaggregaten wie Preßluftkompressoren zum Ausblasen des Wassers im Falle von Wartung und Repara##turen,der Einstieg in diese Tanks ist über die Schwimmer und deren Verbindung zum Chassis möglich.An embodiment of the invention is shown in the drawings 1 & 2 and is described in more detail below. Fig. 1 shows an overall view a medium-sized system in 3 views with a box chassis (1), the one in the chassis built-in pumps (2) with their floats (X) and the piston support rods (4), The tubular turbine with the generator (5) located upstream has a flow-favorable effect shaped inlet (6), on the generator there is an inlet (7) for maintenance work which also the transmitting antenna for the transmission of the operating data of the automatic working system is attached. Because the plant with a small positive buoyancy are supposed to work are integrated (8) buoyancy tanks and floats that maintain the depth (q) provided. The buoyancy tanks (8) are also used to accommodate additional units like compressed air compressors for blowing out the water in the case of maintenance and repairs, the Entry into these tanks is via the floats and their connection to the chassis possible.

Fig. 2 zeigt eine einzelne Pumpe mit Schwimmer (3),Kolbenstützstangen(4) und Stützrollen (10). Die Figur zeigt eine Stützung durch 2 Stangen; bei Verwendung von 3 Stützen sind sie im Dreieck angeordnet,bei Verwendung von 4 im Quadrat. Dargestellt sind auch die Rohre zur Durchführung durch das Chassis (11) und die Kolbenstangenbefestigung mit einem Langloch (12).Fig. 2 shows a single pump with float (3), piston support rods (4) and support rollers (10). The figure shows a support by 2 rods; Using of 3 supports they are arranged in a triangle, when using 4 in a square. Shown are also the pipes for the passage through the chassis (11) and the piston rod attachment with an elongated hole (12).

Für den Einsatz in der Nordsee würde eine Anlage eine Länge von 150 m,eine Breite von 50 m (Wartung im Hafen!), eine Tauchtiefe von 6 m bis zur Oberfläche des Chassis aufweisen. Mit 150 Pumpen bestückt würde diese Anlage bei 4 m Wallenhöhe etwa 4,5 MW an elektrischer Leistung abgeben.For use in the North Sea, a system would have a length of 150 m, a width of 50 m (maintenance in the port!), a diving depth of 6 m to the surface of the chassis. This system would be equipped with 150 pumps at a wall height of 4 m deliver about 4.5 MW of electrical power.

Claims

Patent claims:

1. Wave power plant with pumps and turbo generator in floating, anchored construction, characterized in that a large number of double-acting Float piston pumps guided against bending moments and a bulb turbine generator with a large box-shaped or parallel pipes connected to each other Diameter built ChPsFis according to drawing 1 are integrated, with a length of Chassis that is at least equal to the largest occurring wavelength and that kept submerged at a depth equal to that of the largest well-treading wave being 'whereby this chassis - takes on the structural loads of the pumps - those of the Pumping the pumped water volumes to the turbine while compensating for the irregularity the pump delivery by taking advantage of the elastic deformability of the chassis cover plates - the pitching movements transmitted by the shafts via the pumps due to the Inertia of the structure and especially of the stored water create such a great resistance on the other hand, that it forms a fixed level of tension for the pumps.

2. Wave power plant according to 1, characterized in that at the outlet opening of the water mounting brackets are provided for mounting a lid with built-in Valve

3. Wave power plant according to 1, characterized in that as a support for the piston rods Sweeper. the lateral forces of buoyancy on the floats parallel to the piston rods running guide bars are mounted that run through the chassis in roller guides, Dipl.-Ing. H. Piening, International Wave Power Plant, claims

4. Wave power plant according to 1, thereby marked that the due to the different, determined by the weather conditions Flow rates necessary automatic regulation of the turbine blade position with a Actuating element is achieved that the prevailing overpressure inside the chassis used as manipulated variable and force.

5. wave power plant according to 1, characterized in that the generation a small positive buoyancy of the entire system necessary buoyancy body part built as surface swimmers, partly sis integrated air spaces with the chassis - who, like the surface swimmers, are simultaneously the Aufi.

use of auxiliary units, such as compressors for blowing out, Spare parts warehouse etc.

6. Wave power plant according to 1, characterized in that the operating parameters of the system such as wave height and frequency, speed of the turbine, internal pressure in the chassis, blade position the turbine etc. can be transmitted by telemetry u to a monitoring station.