DE934779C

DE934779C - Verfahren und Einrichtung zum Betreiben einer Arbeitsmaschine durch mehrere Natur-Kraftmaschinen mit schwankender Antriebsleistung und/oder Drehzahl, insbesondere Windkraftanlagen, Wasserturbinen od. dgl.

Info

Publication number: DE934779C
Application number: DEA16253A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr-Ing Huetter
Original assignee: Allgaier Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Allgaier Werke GmbH and Co KG
Priority date: 1952-07-25
Filing date: 1952-07-25
Publication date: 1955-11-03

Description

Verfahren und Einrichtung zum Betreiben einer Arbeitsmaschine durch mehrere Natur-Kraftmaschinen mit schwankender Antriebsleistung und/ oder Drehzahl, insbesondere Windkraftanlagen, Wasserturbinen od. dgl. Die Erfindung erstreckt sich auf ein Verfahren und eine zugehörige Einrichtung zum Betreiben einer Arbeitsmaschine durch mehrere Natur-Kraftmaschinen mit schwankender Antriebsleistung und/oder Drehzahl, insbesondere Windkraftanlagen, Wasserturbinen od. dgl. Derartige Antriebe werden benötigt, um Arbeitsmaschinen. verhältnismäßig großen Leistungsbedarfs durch Natuz-Kraftmaschinen mit verhältnismäßig kleiner Einzelleistung zu betreiben, die sich häufig sehr viel wirtschaftlicher herstellen und montieren lassen als eine einzige für den gesamten Leistungsbedarf der Arbeitsmaschine ausreichende Kraftmaschine. Dies gilt in besonderem Maße bei der Verwendung von Windkraftanlagen als Natur-Kraftmaschinen, deren Umdrehungszahlen umgekehrt proportional mit der Vergrößerung des Windraddurchmessers abnehmen, so daß mit wachsenden Abmessungen der Einzelanlagen immer höhere Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Windrad und der mit einer bestimmten Drehzahl zu betreibenden Arbeitsmaschine erforderlich werden. Eine Unterteilung der Antriebsleistung auf mehrere Kraftmaschinen hat außerdem den Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit der Gesamtanlage, da beim Ausfall einer Kraftmaschine durch eine Betriebsstörung, zu Überholungsarbeiten o.d. dgl. nur jeweils ein bestimmter Bruchteil der Gesamtleistung fehlt und die Anlage deshalb im allgemeinen mit einer nur wenig verringerten Leitung weiterarbeiten kann.
Die Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, einen besonders betriebssicheren und mit bestem Wirkungsgrad arbeitenden Antrieb für eine Arbeitsmaschine durch mehrere Natur-Kraftmaschinen mit aus äußeren Gründen - wie z. B. Windstärke-Schwankungen - stark veränderlicher Antriebsleistung und/öder Drehzahl der Kraftmaschinen zu schaffen. Bei derartigen Antriebssystemen besteht nämlich eine erhebliche Gefahr, daß die jeweils gerade eine geringere Leistung erzeugende Kraftmaschine von den anderen mit höherer Antriebsleistung laufenden Kraftmaschinen infolge der Kopplung durch die von ihnen gemeinsam angetriebene Arbeitsmaschine mitgeschleppt werden, wodurch eine Verringerung der verfügbaren Nutzleistung an der Arbeitsmaschine hervorgerufen würde. Ferner können in einem solchen durch die Arbeitsmaschine gekoppelten System infolge von Schwankungen in den Natur-Antriebskräften für die verschiedenen Kraftmaschinen sehr leicht unbeherrschbare Schwingungen auftreten. Durch diese Aufgabenstellung unterscheidet sich der Anmeldungsgegenstand erheblich von den bekannten elektrischen Fernantrieben, die sich auf Anlagen mit durch Wärmekraftmaschinen angetriebene Generatoren beziehen.
Gemäß der Erfindung sind nun die aus der Art der Natur-Kraftmaschinen bedingten Gefahren grundsätzlich dadurch ausgeschaltet, daß zwischen jede Kraftmaschine und der Arbeitsmaschine je ein in sich abgeschlossenes und nur in der gewollten Kraftflußrichtüng wirksames, aus elektrischem Generator und Elektromotor mit zugehöriger Leistungsverbindung bestehendes Fernübertragungssystem eingeschaltet ist, deren Motoren auf ein Antriebselement der Arbeitsmaschine einwirken. Durch diese Antriebsart wird erreicht, daß die einzelnen Kraftmaschinen ihre Leistung auch bei schwankender Leistungshöhe an die gemeinsam zu betreibende Arbeitsmaschine abgeben können, ohne jede Gefahr einer gegenseitigen Beeinflussung. Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren schafft ferner die Möglichkeit, Arbeitsmaschinen mit verschieden großem Leistungsbedarf durch nur einen Typ der Kraftmaschine zu betreiben, von .denen je nach der erforderlichen Antriebsleistung eine entsprechende Anzahl zusammengefaßt - wird, wobei die elektrischen Fernübertragungssysteme gleichzeitig. eine Aufstellung in günstiger Lage zueinander und zu der anzutreibenden Arbeitsmaschine gestatten.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens läßt sich grundsätzlich auf verschiedene Weise ausgestalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die elektrischen Fernübertragungssysteme aus einem Synchrongenerator an der Kraftmaschine und einem Asynchronmotor an der Arbeitsmaschine. Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, daß die Kraftmaschinen, insbesondere in Form von Windkraftanlagen, nahezu unbelastet anlaufen können und erst beim Erreichen ihrer Betriebsdrehzahl mit wachsender Erregung ihre Leistung zunehmend auf die Arbeitsmaschine übertragen, während keine nennenswerte Rückübertragung der Energie von dem Asynchronmotor aus auf die Kraftmaschine erfolgen kann, d. h. das Übertragungssystem gleichzeitig als völlig reibungsfrei arbeitendes Freilauf-Gesperre wirkt.
Es sind jedoch nach dem Verwendungszweck zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens auch elektrische Übertragungssysteme verwendbar, die entweder aus je einem - z. B. kondensatorerregten-Asynchrongenerator und einem Asynchronmotor oder aus einem Gleichstrom-Generator und einem Gleichstrommotor bestehen, wobei zur Vermeidung .einer Energierückübertragung vom Motor auf den Generator jeweils ein mechanisches Freilaufgesperre zwischen die Motoren und das Antriebselement der Arbeitsmaschine einzuschalten ist.
In der Zeichnung sind zwei verschiedene Ausführungsbeispiele von Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens schematisch 'dargestellt. Es zeigt Fig. I einen Antrieb einer Schöpfwerks-Propellerpumpe durch sechs Windkraftanlagen und Fig. 2 den Antrieb eines Rührwerkes durch drei kleine Wasserturbinen.
In der Fig. I sind die beispielsweise gewählten sechs Kraftmaschinen in Form von Windmotoren mit a bis f bezeichnet. Jeder dieser Windmotoren besteht- aus dem eigentlichen Windrad I, das seine Leistung über ein aus Synchrongenerator 2 mit Erregermaschine 3, Verbindungskabel 4 und Asynchronmotor 5 mit einem Ritzel 6 auf ein Stirnrad 7 überträgt; letzteres treibt über eine Welle 8 die eigentliche Arbeitsmaschine in Form einer Propellerpumpe 9 an, die zweckmäßig zur Anpassung an verschiedene Wasserförderhöhen und/oder an das unterschiedliche Leistungsdargebot durch die Windmotoren in an sich bekannter Weise mit verstellbaren Schraubenflügeln ausgerüstet wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 betreiben drei kleine Wasserkraftanlagen g, h, i zusammen ein größeres Rührwerk. Die Kraftanlagen bestehen dabei aus je einer Wasserturbine Io, die mit einem Gleichstromgenerator II gekuppelt ist zur Energie-Übertragung mittels Kabel 12 auf einen Gleichstrommotor 13. Die Gleichstrommotoren 13 sind mit Ritzeln 15 versehen, die mit dem Antriebsstirnrad 16 des Rührwerkes 17 kämmen. Um im Falle einer verringerten Leistungsabgabe einer der Arbeitsmaschinen g bis i zu verhindern, daß diese von den anderen Arbeitsmaschinen mit angetrieben wird, sind zwischen den Motoren 13 und den Ritzeln 15 Freilaufgesperre 1q. eingeschaltet, die nur eine Drehmomentübertragung in immer dem gleichen (Antriebs-) Drehsinn zulassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren und Einrichtung zum Betreiben einer Arbeitsmaschine durch mehrere Natur- Kraftmaschinen mit schwankender Antriebsleistung und/oder Drehzahl, insbesondere Windkraftanlagen, Wasserturbinen od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jede Kraftmaschine (a bis f, g bis i) und die Arbeitsmaschine (9 bzw. 17) je ein in sich abgeschlossenes, nur in der gewollten Kraftflußrichtung wirksames, aus elektrischem Generator und Elektromotor mit zugehöriger Leitungsverbindung bestehendes Fernübertragungssystem eingeschaltet ist, deren Motor z. B. über Ritzel (6) auf ein Antriebselement, z. B. Stirnrad (7), der Arbeitsmaschine einwirken.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Fernübertragungssysteme aus je einem Synchrongenerator und einem Asynchronmotor bestehen.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Fernübertragungssysteme aus je einem - z. B. kondensatorerregten - Asynchrongenerator und einem Asynchronmotor bestehen, welch letztere über mechanische Freilaufgesperre (14) auf das Antriebselement (16) der Arbeitsmaschine (17) wirken.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Fernübertragungssysteme aus je einem Gleichstromgenerator und Gleichstrommotor bestehen, welch letztere über mechanische Freilaufgesperre (14) auf das Antriebselement (16) der Arbeitsmaschine (17) wirken. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 238 379, 568 2i3. 385 836, 672 133; schweizerische Patentschrift Nr. 162 617.