DE2429538A1 - Energy utilisation from water power with pelton turbine - using normal water flow, reduction pipes, suitable for boat propulsion unit - Google Patents
Energy utilisation from water power with pelton turbine - using normal water flow, reduction pipes, suitable for boat propulsion unitInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Erzeugung von Nutzenergie mittels Wasserkraft und die zur Durchführung gelagerte Wasser-Freistrahlturbine Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Nutzenergie durch Wasserkraft unter Verwendung einer Wasser-Freistrahlturbine,bei welcher die kinetische Energie fließender oder stürzender Wassermassen in eine dreh-ende mechanische Bewegung umgewandelt wird, und das achsgelagerte Turbinen-Laufrad mit einem oder mehreren stromerzeugenden Generataren gekoppelt ist und das Wasser der Turbine durch Rohrleitungen zugeführt wird, sowie die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Sreistrahlturbine.Process for generating useful energy by means of hydropower and the Free-jet water turbine mounted for implementation The invention relates to a method for generating useful energy through hydropower using a Water-free jet turbine in which the kinetic energy is flowing or falling Masses of water is converted into a rotating mechanical movement, and the axle-mounted Turbine impeller coupled with one or more electricity-generating generators is and the water is fed to the turbine through pipelines, as well as to the Carrying out the process suitable free-jet turbine.
Die Enerfflieerzeugung aus Wasserkraft und die hierzu erforderlichen Wasserturbinen sind in verschiedenen Verfahren und Turbinenausführungen bekannt.The energy flow generation from hydropower and the necessary for this Water turbines are known in various processes and turbine designs.
Die einfachste und älteste Ausführung einer Wasserturbine ist das altbekannte EühlradOÅllerdings wird hier in der Regel kein Strom erzeugt,sondern die Drehbewegung des Mühlrades wird unmittelbar auf die Antriebsachse der Mahleteine übertragen.Die Weiterentwicklung dieses alten Mühlrades führte in der modernen Technik zur Entwicklung der sogenannten Pelton-oder Breistrahlturbine, welche aus einem Laufrad mit etwa halbkugelförmigen Schaufeln besteht und bei der das Wasser aus einer Düse mit großer Geschwindigkeit austritt und auf die Schaufeln des Laufrades umgelei-tet wird.Bei diesem Energieerzeugungsverfahren und der bekannten Breistrahlturbine werden meistens sogenannte Strahlablenker verwendet, welche bei plötzlich abfallender Belastung der Turbine einen Teil der. aus der Düse fließenden Wassermengen ableiten und zwar so lange,bis die Düsennadel den Düsenquerschnitt eingependelt hat.The simplest and oldest version of a water turbine is that Well-known Eühlrad However, electricity is usually not generated here, but instead the rotary motion of the mill wheel is directly applied to the drive shaft of the mill stones The further development of this old mill wheel resulted in modern technology to develop the so-called Pelton or pulp jet turbine, which consists of a Impeller consists of approximately hemispherical blades and in which the water comes out emerges from a nozzle at high speed and onto the blades of the impeller With this energy generation process and the well-known pulp jet turbine so-called beam deflectors are mostly used, which are used when the angle suddenly drops Load on the turbine part of the. Drain the water flowing out of the nozzle until the nozzle needle has leveled off the nozzle cross-section.
Die Laufräder und auch die Strahlablenker sind hier mit den stromerzeugenden Generatoren gekoppeltODieses bekan-nte Verfahren mit mit der beschriebenem Freistrahlturbine kann nur dort angewendet werden,wo man große Wasaergefälle zur Verfügung hat oder künstliche Sturzleitungen mit hoher neigung und großem Höhenunterschied zwischen Wasserspeicher und der tiefer gelegenen Turbinenstation angelegt hatb Im Rahmen der Weiterentwicklung der Wasaerturbine wurden Turbinenfunktionen gefunden, die man als Prancis-oder Radialturbinen bezeichnet.Bei dieser Turbinenart wird das Wasser innerhalb der Turbine senkrecht zur Eintrittsriehtung umgelenkt und dadurch das Turbinenrad in Drehbewegung versetztODesweiteren sind sogenannte Kaplan-oder Propellerturbinen bekannt,die man in der Regel bei Staustufen und Staubecken einsetzt.The impellers and also the beam deflectors are here with the electricity generating Generators coupled with this well-known method with the described Free jet turbine can only be used where there is a large water gradient Has available or artificial downpipes with a high incline and great height difference between the water reservoir and the turbine station below As part of the further development of the water turbine, turbine functions were found, which are known as Prancis or radial turbines Water diverted within the turbine perpendicular to the inlet direction and thereby The turbine wheel is set in rotary motion. Furthermore, so-called Kaplan or Known propeller turbines, which are usually used in barrages and reservoirs.
Diesen vorbeschriebenen Verfahren und Turbinenarten haften jedoch die nachteile an,daß sie nur bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten fließender oder stürzender Wassermassen angewendet werden können und die Turbinen selbst in ihrem Aufbau sehr kompliziert und empfindlich sind.However, these above-described methods and types of turbines adhere the disadvantages indicate that they are only flowing or at high flow velocities falling water masses can be applied and the turbines themselves in their Structure are very complicated and delicate.
Diese aufgezeigten Nachteile sollen nunmehr nach der Erfindung vermieden werden.Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Frunde,eine Turbine mit einfachem Aufbau und ein Verfahren zur Erzeugung von Nutzenergie durch Wasserkraft zu schaffen,bei welchem die Anlage eines Staubeckens wegfallen kann und das natürliche Landschaftsgefälle jeder beliebigen Landschaft als Energieträger genutzt werden kann0 Dies wird erfindungsgemäß mit dem vorgeschlagenen Verfahren zur Erzeugung von ITutzenersie unter Verwendung einer Wasser-Freistrahlturbine,bei welcher die kinetische Energie fließender oder stürzender Wassermassen in eine drehende mechanische Bewegung umgewandelt wird,und das achsgelagerte Turbinen-Laufrad mit einem oder mehreren Stromerzeugenden Generatoren gekoppelt ist und das Wasser der Turbine durch Rohrleitungen zugeführt wird, dadurch erreicht, daß die fließenden und/oder stürzenden Wassermassen den ZuSührungsrohrleitungen durch in oder am WasserfluB angebrachte Auffangbehälter, trichterförmige Leitgehäuse oder leitwände zugeleitet und der Rohrquerschnitt dieses Zuftihrungsrohe,die ihrerseits im Bereich des Turbinen-taufrades endseitig mit Düsen versehen sind, zum Zwecke der Erhöhung des Wasserdruckes sich gleichmäßig oder abgesetzt verjüngend eingezogen sind.Die Rohrverjüngung erhöht den Druck des aus der Düse ausfließenden !asserstrahls.Die Verjüngung der Zuführungsrohrleitungen und der Düsenquerschnitt sind so ausgelegt,daß das oberschlächtige Turbinen-Laufrad mit der halben Geschwindigkeit des aus den Düsen austretenden Wasserstrahles bewegt wird0Hierbei ist nach der Erfindung ferner die iüsenanzahl vervielfacht und die Düsen einerseits sind so angeordnet,daB sich das rDurbinen-Taufrad andererseits gemäß seiner gewählten Lagerung entgegen dem Ehrzeigersinn dreht und somit die volle Wirkung des Wasserstrahles in seiner Strahlrichtung genutzt werden kann.Das vom Gefälle des B.aches,des Flußes oder der künstlichen Leitung gegebene Maß des Wasserdruckes wird hiermit durch das konische Einziehen der Zuführungsleitung erhöhtODie Wåsserauffangbehälters die mit den Zuführungsleitungen verbunden sind,können im Bett oder seitlich des Wasserzuflusses angeordnet werden0 Die nach der Erfindung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens ausgelegte Wasserturbine ist als Freistrahlturbine gestaltet und mit einem achsgelagerten oberschlächtigen Turbinen-Laufrad ausgerüstet,dessen Drehbewegungen mit stromerzeugenden Generatoren gekoppelt sind und bei welcher die Zuführungsrohrleitungen im Bereich ihrer Beschickungsenden mit Düsen ausgerüstet sind.Das erfindungsgemäße Hauptmerkmal besteht darin, daß der Rohrquerschnitt der Zuführungsrohrleitungen vom Wasseraufnahme ende her zu dem die Düsen tragenden Ende zu gleichmäßig und abgesetzt eingezogen und verjüngt ist und die das Durbinen-Laufrad beschickenden Düsen in größerer Anzahl,zumindest jedoch mehr als zvwei,gruppen-oder batterieweise angeordnet sind.Ein weiteres Brfindungsmerln¢al besteht darin, daß die einzelnen Düsen mit ihren Düsenöffnungen und den gedachten,verlängerten Düsenachsen,neigungsmäßig aufeinander und die Kammern des Turbinen -Laufrades abgestellt und die Düsengruppen oberhalb der Achse des Laufrades im Turbinengehäuse angebracht sindODie Neigung der Düsengruppen zueinander ist daher unterschiedlich und jeweils auf die optimale Wirkung des auftreffenden Düsenstrahles ausgelegt.Um diese Wirkung noch zu erhöhentist erfindungsgemäß das Turbinen-Laufrad in seine-n Lagern und auf seiner Achse so gelagert,daß es sich bei seiner Wirkungsbewegung im entgegengesetzten Sinn des Uhrzeigers dreht und in dieser Form antreibbar istOUm die Düsenwirlçung und den Wasserdruck noch weiter zu erhöhen,ist ferner vorgesehen an oder in den Zuführungsrohrleitungen Anschlüsse für die zusätzliche Zuführung von Druckluft in den Wasserstrom vorzusehen.Das Turbinen-Laufrad ist erfindungsgemäß mit Kammern ausgestatt;et,also als Kammerrad ausgeführt,und seitlich über die Radbreite hinausragend sind zusätzliche vorstehende Flügeln und Schaufeln angeordnet,die vorteilhaft kreissektorenförmig oder als Dreiecksflügel gestaltet sind.iiese können starr oder einfahrbar oder einklappbar und in ihrer Wirkungsfläche verstellbar ausgeführt werden0 Nach der Erfindung wird das aus dem Turbinggehäuse abfließende Unterwasser über Rohrleitungen und Sammelbehälter dem Wasserkreislauf erneut zugeführt oder es wird Pumpen,bekannter Ausführung, zugeführt,die das Unterwasser wieder in höher gelegene Behälter oder natürliche Gewässer umpumpen.Diese Pumpen können entweder durch die Generatoren betrieben oder als wasserbetriebene Pumpen ausgeführt sein.Mit anderen Worten, es wird nach dem Verfahren; ein geschlossener Wasserkreislauf gebildet.Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht darin, daß die mit dem urbinen-Tsaufrad gekoppelten Generatoren mit zusätzlichen außerhalb der Turbine liegenden Elektromotoren und/oder GransBormatoren verbunden sind0 i..diese Generatoren geben praktisch die Stromversorgung für weitere stationar gelagerte Eelektromotoren ab,die ihrerseits wiederum die notwendige Energie für die Haushaltungen,Industriebetriebe usw.These disadvantages are now to be avoided according to the invention The object of the invention is to provide a turbine with a simple structure and to create a method for generating useful energy through hydropower which the construction of a reservoir can be omitted and the natural slope of the landscape any landscape can be used as an energy source0 This is according to the invention with the proposed method of generating ITuser using them a water free jet turbine, in which the kinetic energy flowing or falling water is converted into a rotating mechanical movement, and the axle-mounted turbine runner with one or more power-generating generators is coupled and the water is fed to the turbine through pipelines, thereby achieved that the flowing and / or falling water masses the supply pipelines by means of collecting containers in or on the water flow, funnel-shaped guide housings or guide walls and the pipe cross-section of this Zuftihrungsrohe, which in turn are provided with nozzles at the end in the area of the turbine impeller, to the The purpose of increasing the water pressure is tapered evenly or at intervals The tapering of the pipe increases the pressure of the fluid flowing out of the nozzle The tapering of the supply pipes and the nozzle cross-section are designed so that the overshot turbine wheel runs at half the speed of the water jet emerging from the nozzles is moved0Here is according to the invention furthermore, the number of nozzles is multiplied and the nozzles on the one hand are arranged in such a way that the turbine wheel, on the other hand, opposes itself according to its chosen bearing rotates in the clockwise direction and thus the full effect of the water jet in his The direction of the beam can be used, depending on the slope of the brook, the river or the artificial line given measure of the water pressure is hereby by the conical Retraction of the supply line increases the water collecting container with the supply lines connected can be placed in the bed or at the side of the water inlet0 The designed according to the invention to carry out the method described above The water turbine is designed as a free jet turbine and has an overshot on the axle Turbine runner equipped, its rotary movements with electricity generating generators are coupled and in which the feed pipes in the area of their feed ends are equipped with nozzles. The main feature of the invention is that the pipe cross-section of the supply pipelines from the water intake end to the the nozzle-carrying end is drawn in and tapered too evenly and offset and the nozzles feeding the turbine runner in larger numbers, but at least more than two are arranged in groups or in batteries. Another Brfindungsmerln [al consists in the fact that the individual nozzles with their nozzle openings and the imaginary, elongated The nozzle axes are inclined towards one another and the chambers of the turbine impeller are parked and the nozzle groups are mounted above the axis of the impeller in the turbine housing The inclination of the nozzle groups to one another is therefore different and each designed for the optimal effect of the impinging jet According to the invention, the turbine impeller can still be increased in its bearings and on its axis mounted so that it is in its action movement in the opposite Turns clockwise and can be driven in this form from the nozzle whirling and the water pressure even further is also planned to increase Connections for the additional feed on or in the feed pipes of compressed air to be provided in the water flow. The turbine impeller is according to the invention Equipped with chambers, i.e. designed as a chamber wheel, and laterally across the width of the wheel protruding additional projecting wings and blades are arranged, which are advantageous are designed as circular sectors or as triangular wings. these can be rigid or retractable or foldable and adjustable in their effective area0 According to the invention, the underwater flowing out of the turbine housing is over Pipelines and collecting tanks are fed back into the water cycle or it is Pumps, known design, supplied, which the underwater again in higher lying Pumping containers or natural bodies of water. These pumps can either be carried out by the Generators operated or designed as water-powered pumps, with others Words, it will be according to the procedure; a closed water cycle is formed Another idea of the invention is that the turbine coupled with the Tsaufrad Generators with additional electric motors and / or outside the turbine GransBormatoren are connected0 i..these generators practically provide the power supply for further stationary electric motors, which in turn provide the necessary Energy for households, industrial companies, etc.
erzeugen.produce.
Die Turbine nach der Erfindung ist einfach in ihrem tufbati und durch die gruppenweise Anordnung der Versorgungsdüsen zur Bewegung des Turbinen-Laufrades kann auch mit Gewässern mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit eine höchste Leistung erzielt werden.The turbine according to the invention is simple in its tufbati and through the group-wise arrangement of the supply nozzles for moving the turbine impeller can perform at its best even with waters with a low current velocity be achieved.
Ein weiterer,nicht zu übersehender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Energieerzeugung mittels Wasserkraft auch im Flachland ohne der Anlegung zusätzlicher Staudämme und/oder Staubecken erfolgen kann.Another advantage of the method according to the invention that cannot be overlooked consists in the fact that the energy production by means of hydropower also in the lowlands without the creation of additional dams and / or reservoirs can take place.
Die Freistrahlturbine nach der Erfindung kann je nach ihrem vorgesehenen Einsatzzweck dimensioniert werden und ggfOals Kleinaggregat gebaut werdenOSie kann in Folge ihrer hoben Leistungs-und Wirkungsgrade als Antriebsaggregat besonders vorteilhaft für Boote und Schiffe verwendet werden.Bei dieser Verwendung werden die durch Filter oder Gitter abgesicherten Wasserauffangsöffnungen an den Planken des Buges der Schiffskörper vorgesehen und erfindungsgemäß wird hierbei die Zuführungsleitung so gelagert,daß sie von ihrem abgesicherten Einflußende bis zum verjüngten Einführungsende in das Turbinengehäuse eine Mindestneigung von 10Q besitztOMesosders vorteilhaft werden mehrere Freistrahlturbinen hintereinander geschaltetODas Unterwasser wird hier über Rohrleitungen bis oberhalb der Bordkante hochgezogen und ggfOabgeführt oder es wird von dort mit neuem Gefälle zur weiteren Energieerzeugung genutzt.The free jet turbine according to the invention can depending on its intended Intended use can be dimensioned and, if necessary, built as a small unit as a result of their high levels of performance and efficiency as a drive unit in particular beneficial for Boats and ships are used. In this use the water catchment openings secured by filters or grids on the Planks of the bow of the hull are provided and according to the invention here the supply line stored so that it is from its protected end of influence to to the tapered entry end in the turbine housing a minimum slope of 10Q possessesOMesosders, several free jet turbines are advantageously connected in series Underwater is pulled up here via pipelines to above the beltline and possibly discharged or it is from there with a new gradient for further energy generation utilized.
In der anliegenden Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung vorgesehene Freistrahlturbine in mehreren Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig.1 die Anordnung der Düsen und der Zuführungsleitungen im Turbinengehäuse, Fig.2 die Lagerung des Turbinen-Laufrades im Turbinengehäuse, Fig.3 die Ausbildung des '2urbinen-Laufrades, Fig.4 die Anordnung der zusätzlichen Flügeln und Schaufeln an dem 'rurbinen-Laufrad gem.Fig.3, Fig.5 die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Turbine als Schiffsantriebsaggregat und Fig.6 die schematische Funktionsdarstellung des Verfahrens und der Turbine in der Teandschaft.In the accompanying drawing, the inventive method and the free jet turbine provided for implementation in several exemplary embodiments explained. They show: FIG. 1 the arrangement of the nozzles and the supply lines in the turbine housing, Fig. 2 the bearing of the turbine impeller in the turbine housing, 3 shows the design of the '2 turbine impeller, FIG. 4 shows the arrangement of the additional Blades and blades on the turbine impeller according to Fig. 3, Fig. 5 the schematic Representation of the turbine according to the invention as a ship propulsion unit and FIG. 6 the schematic functional representation of the process and the turbine in the team.
Aus den Fig.1 und 2 ist zu erkennen, daß die Freistrahlturbine 1 mit einem Gehäuse aus Stahl ausgerüstet ist,an dessen tiefsten Punkt der Anschluß 12 für die Abführung des Unterwassers vorhanden ist.From Figures 1 and 2 it can be seen that the free jet turbine 1 with a housing made of steel is equipped, at the lowest point of which the connection 12 for the discharge of the underwater is available.
Das Turbinen-Taufrad 7 ist erfindungsgemäß in dem Gehäuse 1 der Turbine so gelagert,daß es sich zur Funktionswirkung itl entgegengesetzten Sinne zum Uhrzeigersinn drehen kannODas Hauptmerkmal der Erfindung besteht darin, daß die Zuführungsrohrleitungen 2 von ihrer Wasserzuflußöffnung her zum Düsenende verjüngt sind und die Düsen 3,4,5 und 6 gruppen-und batterieweise oberhalb der Achslagerung des oberschlächtigen Turbinen-Laufrades 7 angeordnet sindOAus Fig.2 der Zeichnung ist ferner zu ersehen, daß die Neigung der Gruppen der Düsen 3,4 und 5 aufeinander und in Bezug auf die Kammern des Turbinen-Laufrades 7 abgestellt istODurch diese Anordnung wird die volle-Wirkung des Düsenstrahles und der Wasserkraft ausgenutzt und erreicht, Aus der Darstellung der Fig.) ist zu erkennen, daß das Turbinen-Laufrad 7 mit Kammern ausgerustet,d0h0als Kammerrad gestaltet ist.According to the invention, the turbine wheel 7 is in the housing 1 of the turbine so stored that it is counterclockwise to the functional effect itl The main feature of the invention is that the supply pipes 2 are tapered from their water inlet opening to the nozzle end and the nozzles 3, 4, 5 and 6 in groups and in batteries above the axle bearing of the overshot turbine runner 7 are arranged. From Fig. 2 of the drawing it can also be seen that the inclination of the groups of nozzles 3, 4 and 5 on top of one another and in relation to the chambers of the turbine impeller 7 is turned off By this arrangement, the full effect of the Jet stream and hydropower exploited and achieved, From the representation of the Fig.) It can be seen that the turbine impeller 7 is equipped with chambers, d0h0als Chamber wheel is designed.
In Fig.4 ist die Anordnung der zasätzlichen, seitlichen Flügeln und Schaufeln 8 an den Turbinen-Laufrad 7 zu ersehen bzw.wiedergegeben.In Fig.4 the arrangement of the additional, side wings and The blades 8 on the turbine impeller 7 can be seen or reproduced.
Diese Flügel 8 können starr oder in die Kammern 16 einfahrbar angebracht werden0 Hach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Freistrahlturbine nach der Erfindung gem.der Darstellung in Fig.5 als Antriebsaggregat für ein Boot oder ein Schiff 9 verwendet werden, Hierbei erhält die Zuführungsleitung 2 von der Vasserauffangöffiiung 11 her eine Neigung zum Gehäuse 1 der Turbine von mindestens 100 und das Unterwasser wird hier über den Anschluß 12 durch eine Steigleitung 10 bis zur Oberkante an Bord des Schiffes 9 abgeführt0Hier kann das Unterwasser entweder ausgestoßen oder mit neuem Gefälle zur weiteren Energieerzeugung verwendet werden. Es ist selbstverständlich,daß die Wasserauffangsöffnungen 11 so angeordnet sind,daß sie bei Tiefgang des Schiffes jeweils unterhalb des Wasserspiegels zu liegen kommen.These wings 8 can be attached rigidly or so as to be retractable into the chambers 16 werden0 According to a further embodiment, the free jet turbine can be used of the invention according to the representation in Figure 5 as a drive unit for a boat or a ship 9 can be used, here the supply line 2 receives from the water collection opening 11 ago an inclination towards the housing 1 of the turbine of at least 100 and the underwater is here via the connection 12 through a riser 10 to the top on board of the ship 9 carried away0 Here the underwater can either be ejected or with new gradient can be used to generate further energy. It goes without saying that the water collection openings 11 are arranged so that they are at the draft of the ship each come to lie below the water level.
Aus dem in Fig.6 schematisch dargestellten System des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zu ersehen, daß die Gehäuse 1 der Sreistrahlturbine verschieden groß ausgeführt sind0Die Turbinen-Laufräder sind in bekannter Weise mit den Generatoren 13 und 14 gekoppelt.From the system of the invention shown schematically in FIG Method can be seen that the housing 1 of the dual jet turbine of different sizes are carried out0The turbine runners are in a known manner with the generators 13 and 14 coupled.
Das Unterwasser wird aus dem Gehäuse 1 den natürlichen Seen oder lasserbehaltern 15 zugeführt und von dort durch natürlichen Strömung verlauf oder Einschaltung von Punpensystemen den Gehäusen 1 der Freistrahlturbine in Pfeilrichtung neu zugeführt.The underwater is from the housing 1 the natural lakes or lasserbehaltern 15 supplied and from there course by natural flow or switching of Pump systems are newly fed to the housings 1 of the free jet turbine in the direction of the arrow.
Claims (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2429538A DE2429538A1 (en) | 1974-06-20 | 1974-06-20 | Energy utilisation from water power with pelton turbine - using normal water flow, reduction pipes, suitable for boat propulsion unit |
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DE2429538A DE2429538A1 (en) | 1974-06-20 | 1974-06-20 | Energy utilisation from water power with pelton turbine - using normal water flow, reduction pipes, suitable for boat propulsion unit |
Publications (1)
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DE2429538A1 true DE2429538A1 (en) | 1976-01-08 |
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ID=5918474
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DE2429538A Pending DE2429538A1 (en) | 1974-06-20 | 1974-06-20 | Energy utilisation from water power with pelton turbine - using normal water flow, reduction pipes, suitable for boat propulsion unit |
Country Status (1)
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DE (1) | DE2429538A1 (en) |
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1974
- 1974-06-20 DE DE2429538A patent/DE2429538A1/en active Pending
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