DE3917974C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbine für ein Unterwasser­ kraftwerk mit konfusorförmigem Einlauf, mit daran axial anschließendem Laufrad, das aus einem teilweise kegelför­ migen inneren Kern besteht, auf dem Laufradflügel angeordnet sind, die zusammen mit dem Gehäuse Kanäle bilden.

Aus der DE-PS 37 50 65 ist bereits eine gattungsgemäße Turbine bekannt. Beim Durchfluß des Wassers durch diese Turbine entstehen im Wasser Turbulenzen, die den Wirkungs­ grad vermindern. Zur Rückgewinnung dieser Wirkungsgradver­ luste wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, eine spezielle Anordnung von Staukörper und Turbinenlaufrad am Ende des Turbinengehäuses vorzusehen.

Ausgehend von dieser bekannten Turbinenanordnung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Turbine für ein gattungs­ gemäßes Unterwasserkraftwerk so zu verbessern, daß sie einen höheren hydraulischen Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Laufradflügel von der Spitze des inneren Kerns ausgehend, V-förmige, spiralige Kanäle bilden, die anschließend an den kegeligen Bereich spiralig axial auf dem größten Durchmesser des inneren Kerns verlaufen, dort radial nach außen rohrförmig geschlos­ sen sind, und die geschlossenen Kanäle sich im weiteren Ver­ lauf in Umfangsrichtung verjüngen und als Düsen enden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Turbine bewirkt, daß die ganze kinetische Energie der Flüssigkeit auf Grund des Druckausgleichs in die Drehbewegung der Turbine umgesetzt wird. Eine Wirbelbildung, die einen Wirkungsgradverlust bedeutet, findet nicht statt, da die Flüssigkeit keine ste­ henden Flächen antrifft.

Die vom Mantel geschlossene Spirallinie trägt dazu bei, daß die strömende Flüssigkeit ihre kinetische Energie in poten­ tielle Energie mit voller Impulskraft umsetzt, und mit der Schleuderbewegung schwungerhaltend ist, da die Durchfluß­ richtung nicht identisch mit der Achsenrichtung ist.

Die radial-axiale Turbine besteht aus drei Hauptkomponenten:
1. aus dem ringförmigen Gehäuse,
2. aus dem Radax Turbinenkopf und
3. aus dem Generator zur Stromerzeugung in der Kabine.

Bei der Eintrittsöffnung bildet das Gehäuse einen Konfusor mit verengtem Querschnitt. Nach der Verjüngung weitet sich der Durchmesser stufenweise bis zum Durchmesser der ursprüng­ lichen Eintrittsöffnung aus. Eine Diffusorwirkung kann nicht zustande kommen, da die Kernkegeligkeit des Turbinenkopfes beinahe parallel zum Konus des Diffusors ist. Die Flächen­ verhältnisse der Verjüngung verteilen sich zwischen den Rippenflügeln, die die Kanäle bilden. Sämtliche Spiralkanäle auf dem Kegel sind verjüngt bis zur Austrittsöffnung.

Die aus dem Turbinenkopf durch die Düsen strömende Flüssig­ keit fließt zwischen der Kabine und dem Gehäuse in Form eines Kreisringes aus der Turbine hinaus.

In der zylindrischen Kabine ist die Achse des Turbinenkopfes gelagert. Die Achse treibt den Generator mittels eines Getriebes an. Am Ende der zylindrischen Kabine ist ein Kegel angeordnet, der den Abfluß der Strömung günstig beeinflußt.

Das Gehäuse und die Laufradflügel sind im kegeligen Spaltbe­ reich abgestuft. Diese Formgebung kann bei einer Anlage im Flußbett die Ablagerungen besser auswerfen und dient zu­ gleich als Spaltdichtung zwischen dem Gehäuse und den Lauf­ radflügeln.

Wenn die Anlage in ein Flußbett installiert wird, sorgen Verbindungselemente für ihre Befestigung. Die Teilgehäuse werden durch Dichtungsringe abgedichtet und in Achsrichtung durch Verbindungselemente miteinander verbunden.

Das Unterwasserkraftwerk kann in Strömungsrichtung oder aber schräg oder senkrecht dazu angeordnet sein. Bei einer schrägen oder senkrechten Anordnung reicht das Turbinen­ gehäuse vom Konfusorring bis zu den Düsen, so daß der Generator außerhalb des Turbinengehäuses untergebracht ist.

Bei Unterbringung des Generators in der Kabine wird ein kompaktes und vollständiges Unterwasserkraftwerk erzielt. Der erzeugte Strom kann direkt zum Verbraucher geführt werden.

Die Anlage hat den Vorteil, daß sie je Einheit aus wasser­ festem Beton vorgefertigt werden kann. Sie läßt sich auf dem Fundament, das zuvor im Flußbett bereitgestellt worden ist, befestigen und ist dann sofort betriebsbereit. Die Öffnungen der aus wasserfestem Beton hergestellten Konstruktion lassen sich auf übliche Art und Weise abdichten.

Die Größe und Anordnung der Anlage wird von der jährlichen mittleren Wassermenge der speisenden Naturquelle wie Bach, Fluß oder Gezeiten bestimmt. Prinzipiell ist es möglich, die Anlagen an größeren Flüssen in einer Reihe hintereinander in bestimmten Abständen zu installieren, zum Beispiel
1. direkt am Ufer;
2. an einem separaten Wasserkanal am Ufer;
3. an einem von der Hauptströmung abgeleiteten Nebenarm;
4. als Gezeitenkraftwerk in die jeweilige Strömungsrichtung drehbar;
5. in schräger oder senkrechter Anordnung zur Strömung.

Die Leistung mehrerer Unterwasserkraftwerke kann zusammen­ gefaßt werden und zentral in das Verbrauchernetz eingespeist werden. Das ist preisgünstiger, als wenn jedes Unterwasser­ kraftwerk für sich ins Netz einspeist.

Wenn die Unterwasserkraftwerke entlang der Flüsse in Reihe angeordnet werden, erübrigt sich das Erstellen riesiger Dammanlagen, die die Gefahr einer Umweltbelastung mit sich bringen, wobei eine Anordnung in Zusammenhang mit Dammsystemen natürlich auch möglich ist.

Es müssen auch keine Schleusensysteme errichtet werden, und der Schiffsverkehr wird nicht beeinträchtigt. Diese Eigen­ schaft ergibt sich daraus, daß die in Anspruch genommene Fläche entlang der Flüsse nur sehr gering ist.

Von der Anlage wird die Flora und Fauna der Gewässer weder zerstört, noch beeinträchtigt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Abb. 1 Betonfundament in Draufsicht

Abb. 2 Konfusor und Diffusor Stufenring

Abb. 3 Radax Turbinenkopf in Seitenansicht

Abb. 4 Radax Turbinenkopf, Schnitt A-A gemäß Abb. 3

Abb. 5 Turbinengehäuse in Rückansicht

Abb. 6 Längsschnitt durch Kabine und Kegel

Abb. 7 Zusammenstellungszeichnung, Seitenansicht

Die Abb. 1 stellt das Fundament 1 für das aus mehreren Teilgehäusen 3, 3a, 13 bestehende Turbinengehäuse dar. Die Teilgehäuse 3, 3a, 13 weisen am Boden einen Flansch auf, mit dem sie am Fundament 1 befestigt sind. Die Positionen der Befestigungselemente 2 sind an dem mit Verstärkungsrippen versehenen Fundament 1 angegeben.

Die Abb. 2 stellt das erste Teilgehäuse 3 des Turbinengehäuses dar. Sie zeigt den konfusorförmigen Einlauf und den treppenför­ mig abgestuften Gehäusebereich für die Laufradflügel 5. Durch die Verjüngung der Eintrittsöffnung wird die Wasserströmung beschleunigt. Die Fläche des Durchlaßringes an der engsten Stelle ist größer als die Gesamtfläche der Kanäle 6 bis hin zu den Düsen 7 in jedem Querschnitt. Darum kommt die Diffusor- Wirkung innerhalb der abgestuften Kreisringform des Turbinen­ gehäuses nicht mehr zur Wirkung.

Die Abb. 3 stellt den radial-axialen Turbinenkopf dar, mit den um den kegelförmigen inneren Kern 4 spiralig angeordneten Laufradflügeln 5 dar, die anschließend an den kegeligen Bereich weiterhin spiralig axial auf dem größten Durchmesser des inneren Kerns 4 verlaufen, dort radial nach außen rohr­ förmig abgeschlossen sind. Die durch den rohrförmigen Mantel und die Laufradflügel 5 gebildeten Kanäle 6 verjüngen sich im weiteren Verlauf in Umfangsrichtung und enden in Düsen 7. Ferner ist die Turbinenachse 14 gezeigt, die in der Kabine 12 gelagert ist.

Die Abb. 4 stellt den Schnitt A-A gemäß Abb. 3 durch den Turbinenkopf dar. Der innere Kern 4 ist über Rippen mit der Turbinenachse 14 verbunden. Die Laufradflügel 5 sind spiralig um Ummantelung abgestuft. An den verjüngten Enden der Kanäle 6 befinden sich die Düsen 7.

Die Abb. 5 zeigt die Rückansicht des Teilgehäuses 13 mit der im inneren des Teilgehäuses 13 angeordneten Kabine 12. Die Kabine 12 und das Teilgehäuse 13 sind konzentrisch zueinander angeordnet und durch radiale Rippen 11 miteinander verbunden. Die Wassermenge aus den Düsen 7 kann zwischen dem Teilgehäuse 13, der Kabine 12 und den Rippen 11 frei hindurchfließen. Der Flansch nimmt die Befestigungselemente 2 auf.

Die Abb. 6 zeigt einen Längsschnitt durch Teilgehäuse 13, Kabine 12, Turbinenachse 14, Lager 15, Generator 18 und Getriebe 16 mit Zahnrädern 17. Der Kegel 19 ist an der Kabine 12 mit Befestigungselementen 20 befestigt.

Die Abb. 7 stellt die Seitenansicht des zusammengebauten Turbinengehäuses dar. Hier sind die Teilgehäusen 3, 3a, 13 sind Dichtungsringe 21 angeordnet. In axialer Richtung werden die Teilgehäuse 3, 3a, 13 durch Befestigungselemente 22 verbunden. Mit dem Fundament 1 ist das Turbinengehäuse durch Befestigungselemente 2 verbunden.

Bezugsziffernliste

 1 Fundament
 2 Befestigungselemente
 3 Teilgehäuse
 3a Teilgehäuse
 4 innerer Kern
 5 Laufradflügel
 6 Kanäle
 7 Düsen
11 Rippen
12 Kabine
13 Teilgehäuse
14 Turbinenachse
15 Lager
16 Getriebe
17 Zahnräder
18 Generator
19 Kegel
20 Befestigungselemente
21 Dichtungsringe
22 Befestigungselemente

Claims (4)

1. Turbine für ein Unterwasserkraftwerk mit konfusorför­ migem Einlauf, mit daran axial anschließendem Laufrad, das aus einem teilweise kegelförmigen inneren Kern besteht, auf dem Laufradflügel angeordnet sind, die zusammen mit dem Gehäuse Kanäle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradflügel (5) von der Spitze des inneren Kerns (4) aus­ gehend, V-förmige, spiralige Kanäle bilden, die anschließend an den kegeligen Bereich weiterhin spiralig axial auf dem größten Durchmesser des inneren Kerns (4) verlaufen, dort radial nach außen rohrförmig geschlossen sind, und die ge­ schlossenen Kanäle (6) sich im weiteren Verlauf in Umfangs­ richtung verjüngen und als Düsen (7) enden.

2. Turbine für ein Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Durchlaßringes an der engsten Stelle größer ist als die Gesamtfläche der Kanäle bis hin zu den Düsen (7) in jedem Querschnitt.

3. Turbine für ein Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich axial an das Lauf­ rad eine Kabine (12) anschließt, deren Ende in einen Kegel (19) übergeht.

4. Turbine für ein Unterwasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilgehäuse (3) und die Laufradflügel (5) im kegeli­ gen Spaltbereich abgestuft sind.