EP2113052A1 - Rotatable energy generation unit for generating electric energy from a water flow - Google Patents

Rotatable energy generation unit for generating electric energy from a water flow

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EP2113052A1
EP2113052A1 EP07846775A EP07846775A EP2113052A1 EP 2113052 A1 EP2113052 A1 EP 2113052A1 EP 07846775 A EP07846775 A EP 07846775A EP 07846775 A EP07846775 A EP 07846775A EP 2113052 A1 EP2113052 A1 EP 2113052A1
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EP
European Patent Office
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axis
nacelle
support body
rotational movement
power generation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07846775A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Norman Perner
Benjamin Holstein
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • Rotatable power generation plant for obtaining electrical energy from a water flow
  • the invention relates to a rotatable power generation plant for obtaining electrical energy from a water flow, in particular from a sea or flow water flow.
  • diving power plants which are driven by the kinetic energy of a water flow, in particular a sea current, represent a great potential for the use of renewable energy sources. This can be due to the high density of the flow medium already has a lower flow rate of about 2 to Take advantage of 2.5 m / s for economic energy production.
  • Such flow conditions can be present either as a tidal current or other ocean currents are exploited, which can reach economically exploitable speeds, especially at straits.
  • Such flows can drive flow power plants, which have a similar design as wind turbines, that is, as water turbines, impellers are used with rotor blades.
  • other water turbine concepts such as vertical turbines and bulb turbines, conceivable.
  • diving power generation plants can also be found in streams in which due to environmental protection or transport regulations no barrage with built-in water turbines can be built.
  • GB 2431 207 A1 describes an underwater turbine with a carrier body and a gondola body for receiving a turbine rotor.
  • the nacelle body is articulated to the support body, so that it is pivotable between an upright and a horizontal position.
  • US 6 104 097 describes a turbine plant. This in turn comprises a vertical support body and a fixed at its upper end horizontal gondola body.
  • a tidal current is used to generate energy, then the power generation plant must be adapted to the changing flow directions.
  • different approaches have been pursued, one is to design the water turbine so that it can be flown from different directions, the turbine is arranged non-rotatably. If, for example, a propeller-shaped water turbine is used, this can be achieved by a rotation of the turbine blades through 180 °.
  • An alternative approach to adapt to different directions of flow is to turn the water turbine. In order to avoid complex gear solutions and rotary unions for connection to the rotatably arranged water turbine with a stationary generator for this concept, the entire assembly of water turbine, such as one in propeller shape, and the electric generator is carried as a unit with the flow.
  • Known systems include submersible systems, which are provided with buoyancy bodies and which are anchored via cable systems on the seabed, or the bottom of the watercourse. Such an approach allows automatic adaptation to a variable flow direction, whereby not only flow from two main directions, but flows from the entire full circle can be exploited.
  • a disadvantage of the known free-standing rotatable flow power plants is that a constantly increasing rotational movement of an ever-increasing rotational degree of those components will occur, which represent a connection to stationary elements and which can not be formed themselves via swivel joints.
  • An example of this is the connection cable for the production of a network connection of the electric generator and of other cable connections, which establish a connection to a central control and monitoring device.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a free-standing power generation plant for obtaining electrical energy from a water flow, which uses the kinetic energy available in the water flow with a high efficiency, the water turbine is to be tracked with variable flow directions, without repeated Rotary movements around a stationary point of the system cable connections are subject to a very strong twisting.
  • the power generation plant is constructive and easy to design manufacturing technology.
  • the invention is based on the recognition that an efficient freestanding power generation plant has a rotatable nacelle for receiving an electric generator which is driven at least indirectly by a water turbine, which can move rotatably about a stationary connection point with the flow. Accordingly, the water turbine is either actively tracked by an actuator or passively by the flow pressure and always adjusts optimally to the prevailing flow conditions. Particularly preferred is an embodiment in which the nacelle and thus the unit of water turbine and electric generator, a certain distance from this pivot point to train the plane of rotation of the water turbine at such a distance to the other support structures that they undisturbed as possible is flown.
  • a nacelle body which is provided between the hinge point and the nacelle, and which particularly preferably represents a rigid element in the form of a pipe or a supporting structure. If the nacelle body and the nacelle mounted thereon, together with the electric generator and water turbine, execute a rotational movement in a substantially horizontal plane around the fulcrum for flow tracking, then, unless a back and forth movement is carried out, that means a regular reversal of the direction of rotation will inevitably occur a twisting of the connection cable, which runs from the electric generator to the connection point and on to the adjoining support body along to the land connection.
  • the inventors have recognized that then a twist can be prevented if synchronous to the rotational movement in a horizontal plane about the pivot point of the nacelle body and held therein electrical generator and thus also extending from the connection point to the electric generator part of the connection cable performs a rolling movement with a follow-up movement corresponding rotation rate.
  • the principle can be clarified by means of a flexible hose, which is held in the bent position at the ends. Attempting to turn one end about the axis of the other section will either result in a twist of the flexible hose or allow rotation of the rotating end about its own axis. Transferred to a generic power generation plant, this means that it has a support body which is stationary and can be anchored, for example in the form of a pillar on the seabed. At this support body is a hinge connection to a nacelle body, which holds the nacelle and thus the unit of electric generator and water turbine at the end facing away from the hinge joint.
  • connection cable From the electrical generator in the nacelle along or through the nacelle body and the articulated connection runs a connecting cable to the support body and from there to the energy feed point for the electrical power plant.
  • This connection cable will then be subject to no twisting when the articulated connection has a device which upon the occurrence of a rotational movement of the nacelle body and thus the nacelle of the Energy generating system to the support body for flow tracking this simultaneously in a rotational movement of the nacelle body about its own axis and thus a rotational movement of the located in this nacelle body portion of the connecting cable and the content Erten therein electrical generator is performed synchronously to the tracking movement.
  • first axis associated with the stationary support body and the second axis associated with the nacelle body generally need not coincide with the actual body axes, and this will particularly be the case when a multi-part or curved structure is realized .
  • definition of a first axis and a second axis is merely illustrative of the axes of rotation about which a synchronous rotational movement must be performed to prevent cable twisting.
  • the first axis and the second axis do not necessarily have to be perpendicular to each other, so it is conceivable that the gondola body follows in its movement of a funnel-shaped envelope.
  • either an elastic connection can be used, which absorb the tensile or compressive forces resulting from the flow of water in the direction of the second axis and thus along the nacelle body and generate counterforce against twisting and thus at a Rotary movement about the first axis, which is associated with the support body, to perform the required synchronous rotational movement of the nacelle body and thus of the electric generator about the second axis.
  • these two functions are separated.
  • the transmission of the rotational movement from the first axis to the second axis is effected by the interaction of positive and / or non-positive elements. In the simplest case, these will be meshing gears, for example two bevel gears.
  • the idea according to the invention can be used both for an active tracking in which the power generation plant is forcibly guided about the first axis, which is assigned to the support body, as well as for a passive tracking due to the flow pressure.
  • the first case it is possible to train the power generation plant as a windward or lei runner.
  • passive tracking only leopard runners should be used.
  • an angular offset of the optimum setting for a particular flow direction occurs.
  • the dynamic pressure forces resulting from the flow can be selectively increased by flow guiding structures, such as fins and rudders become.
  • flow guiding structures such as fins and rudders become.
  • Another suitable measure is to make the gondola body of a Leejanrs as long as possible, so due to the large distance from the hinge already existing structures consisting of nacelle body and nacelle and those of the water turbine, lead to significant rudder forces, as soon as an angular deflection of the optimal position for the present flow is effected.
  • the angular offset described above can be avoided until an equilibrium point in passively tracked plants according to the invention is achieved by using counter rotating water turbines and canceling the generator forces of the respective associated electrical generators.
  • Figure 1 a and Figure 1 b show the operating principle of a hinge connection according to the invention between the support body and the nacelle body of a flow power plant, in which the adjustment of the nacelle body leads to a synchronous rotational movement about its own axis.
  • Figures 2a and 2b show different embodiments of first and second positive and non-positive elements for realizing the synchronous movement in conjunction with a rigid, central tie rods.
  • Figures 3a and 3b show an embodiment with a flexible, central tie rod.
  • Figures 4a and 4b show an embodiment with a central, flexible tie rod on a drainage surface.
  • Figures 5a and 5b show an embodiment of the hinge connection, which is realized exclusively by means of an elastic component.
  • Figure 6 shows further guide elements in the form of a Aufkipp thesis.
  • a water turbine 2 which may be formed, for example in the form of a propeller.
  • an electric generator 3 is driven, which is received in a nacelle 9 and whose housing forms this nacelle.
  • the nacelle 9 is associated with a nacelle body 4, which serves to space the water turbine from a support body 5.
  • This supporting body 5 may be, for example, a supporting column or a lattice mast with an anchoring on the seabed 8.
  • a floating unit may be provided, which is anchored by hawsers and so is relative to the seabed 8 substantially stationary and rotationally fixed.
  • a joint 6 is mounted, which is designed according to the invention so that an active or passive tracking of the water turbine 2 with the flow direction of the driving water flow is translated into a synchronous rotational movement of the nacelle body 4.
  • Figure 1b which shows an enlarged partial section of Figure 1a in the region of the hinge connection 6, the principle of this rolling movement is shown.
  • Figure 1 b shows a first axis 11 which is associated with the support body 5, and a second axis 12 which is associated with the nacelle body 4.
  • the first axis 11 is substantially perpendicular.
  • the tracking of the water turbine 2 with the flow direction means that the second axis 12, which is associated with the nacelle body, sets substantially parallel to the flow direction.
  • an arrow is indicated for this purpose, which shows the flow of the illustrated Lee organizationsrs.
  • a rotation about the first axis 11 of the support body 5 is carried out for tracking the power generation plant 1, wherein the generator 3 by the nacelle body 4, the hinge joint 6 and the support body 5 extending electrical connection cable 7 then no twisting subject when the nacelle body 4 with the non-rotatably connected electrical generator 3 and the attached electrical connection cable 7 rotates about its own axis.
  • the condition of a 1: 1 translation between the first and the second axis 11, 12 is mitigated to the effect that regardless of the rotation about the first axis 11 of the support body 5, the twisting of the connecting cable 7 between the nacelle body 4 and the support body 5 is limited. Accordingly, the case is still tolerable that a small angle of rotation about the first axis 11 is not directly converted into a synchronous rotation, but that it only starts at a certain Verdrillungsgrad. This is the case, for example, when elastic coupling elements counteract a twist and force a synchronous movement from the first to the second axis only when sufficient restoring forces are achieved.
  • u synchronous rolling motion
  • the rolling surfaces are conical and extend at different cone angles, wherein in the case of FIG. 2 a the first cone surface 18 assigned to the nacelle body 4 has a smaller opening angle compared to the second cone surface 17, which is the support body 5 assigned.
  • the alternative embodiment according to FIGS. 3a and 3b differs from the preceding embodiments in that, instead of a rigid central anchor, a flexible tie rod 23 is used which absorbs the tensile forces but is simultaneously bendable in the lateral direction.
  • this is a chain or a preferably multi-layer wire mesh.
  • FIGS. 4 a and 4 b A further embodiment of an arrangement with a flexible, central tie rod is shown in FIGS. 4 a and 4 b, wherein FIG. 4 a shows a segmented tie rod 23. 2 in the uninstalled state and FIG. 4 in its installed state. Specifically, this consists of a sequence of elastic segments 24 and rigid segments 25 and a flexible protective cover 20 for the connecting cable 7, which extends through a channel 27 in the interior of the segmented tie rod 23.2. When installed, the tie rod 23.2 is associated with a curved support surface 28 which, in conjunction with the flexible, centrally arranged tie rod 23.2 ensures a secure abutment of the first conical rolling surface 10.1 on the corresponding counterpart, the second conical rolling surface 10.2.
  • FIGS. 5a and 5b A further embodiment of a flexible tie rod is shown in FIGS. 5a and 5b.
  • a flexible tie rod hinge element 23.3 which is formed for example as an elastic, annular member with a suitable diameter and a sufficient wall thickness, wherein in the operating case, which is shown in Figure 5b, one side of this flexible Glasanker joint element 23.3 is stretched, while the opposite side is subject to compression and the entrainment effect is caused by the twisting counteracting elastic forces.
  • small twists are allowed, but with increasing torsion of the flexible tie rod hinge element, the restoring forces will certainly provide for limiting the twist of the connecting cable.
  • FIG. 6 shows a tipping-over safeguard 30, which has a first enclosing ring 30.1 for rotatably enclosing the supporting body 5 and a second enclosing ring 30.2 for rotatably enclosing the nacelle body 4.
  • These elements are preferably provided with bearings and prevent due to a connecting these two elements web 30.3 a change in the angular adjustment between the nacelle body 4 and the support body 5.

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Abstract

The invention relates to a rotatable energy generation unit for generating electric energy from a water flow, comprising: a water turbine (2); an electric generator (3), driven by the water turbine; a carrier body (5), wherein a first axis (11) is associated therewith; a nacelle body (4), with which a second axis (12), which is angled toward the first axis, is associated and which is moveable relative to the carrier body; a connecting cable (7), extending from the electric generator through the nacelle body to the carrier body; a joint connection (6) between the carrier body and the nacelle body with a device, which transmits a rotational movement of the nacelle body about the first axis (11), which is associated with the carrier body, into a rotational movement of the nacelle body about the second axis (12) assigned therewith, so that the twisting of the connecting cable (7) is limited.

Description

Drehbare Energieerzeugungsanlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus einer Wasserströmung Rotatable power generation plant for obtaining electrical energy from a water flow
Die Erfindung betrifft eine drehbare Energieerzeugungsanlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus einer Wasserströmung, insbesondere aus einer Meeresoder Fließwasserströmung.The invention relates to a rotatable power generation plant for obtaining electrical energy from a water flow, in particular from a sea or flow water flow.
Unabhängig von Dammstrukturen ausgebildete, tauchende Energieerzeugungsanlagen, die durch die kinetische Energie einer Wasserströmung, insbesondere einer Meeresströmung, angetrieben werden, stellen ein großes Potential zur Ausnutzung regenerativer Energiequellen dar. Hierbei lässt sich aufgrund der hohen Dichte des Strömungsmediums bereits eine geringere Strömungsgeschwindigkeit von etwa 2 bis 2,5 m/s zur wirtschaftlichen Energiegewinnung ausnutzen. Derartige Strömungsverhältnisse können entweder als Gezeitenströmung vorliegen oder es werden andere Meeresströmungen ausgenutzt, welche insbesondere an Meerengen wirtschaftlich verwertbare Geschwindigkeiten erreichen können. Derartige Strömungen können Strömungskraftwerke antreiben, welche eine ähnliche Gestaltung wie Windenergieanlagen aufweisen, das heißt als Wasserturbinen werden Laufräder mit Rotorblättern verwendet. Allerdings sind auch andere Wasserturbinenkonzepte, etwa Vertikalturbinen und Rohrturbinen, denkbar. Neben dem Anwendungsbereich einer Energiegewinnung aus Meeresströmung können derart freistehende, tauchende Energieerzeugungsanlagen auch in Fließgewässern Verwendung finden, in denen aufgrund von Vorgaben durch den Umweltschutz oder die Verkehrsschifffahrt keine Staustufen mit darin eingelagerten Wasserturbinen errichtet werden können.Independently of dam structures formed, diving power plants, which are driven by the kinetic energy of a water flow, in particular a sea current, represent a great potential for the use of renewable energy sources. This can be due to the high density of the flow medium already has a lower flow rate of about 2 to Take advantage of 2.5 m / s for economic energy production. Such flow conditions can be present either as a tidal current or other ocean currents are exploited, which can reach economically exploitable speeds, especially at straits. Such flows can drive flow power plants, which have a similar design as wind turbines, that is, as water turbines, impellers are used with rotor blades. However, other water turbine concepts, such as vertical turbines and bulb turbines, conceivable. In addition to the scope of energy recovery from ocean currents such freestanding, diving power generation plants can also be found in streams in which due to environmental protection or transport regulations no barrage with built-in water turbines can be built.
GB 2431 207 A1 beschreibt eine Unterwasserturbine mit einem Tragkörper und einem Gondelkörper zur Aufnahme eines Turbinenrotors. Dabei ist der Gondelkörper an den Tragkörper angelenkt, so dass er zwischen einer aufrechtstehenden und einer horizontalen Position verschwenkbar ist. US 6 104 097 beschreibt eine Turbinenanlage. Diese umfasst wiederum einen vertikalen Tragkörper und einen an dessen oberen Ende fixierten horizontalen Gondelkörper.GB 2431 207 A1 describes an underwater turbine with a carrier body and a gondola body for receiving a turbine rotor. In this case, the nacelle body is articulated to the support body, so that it is pivotable between an upright and a horizontal position. US 6 104 097 describes a turbine plant. This in turn comprises a vertical support body and a fixed at its upper end horizontal gondola body.
Wird zur Energiegewinnung eine Gezeitenströmung verwendet, so ist die Energieerzeugungsanlage an die wechselnden Strömungsrichtungen anzupassen. Zur Lösung dieser Aufgabe wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt, einer besteht darin, die Wasserturbine so auszubilden, dass diese aus unterschiedlichen Richtungen angeströmt werden kann, wobei die Turbine nicht drehbar angeordnet ist. Wird beispielsweise eine propellerförmige Wasserturbine verwendet, so kann dies durch eine Drehung der Turbinenblätter um 180° bewirkt werden. Ein alternativer Ansatz zur Anpassung an unterschiedliche Anströmungsrichtungen besteht darin, die Wasserturbine zu drehen. Um für dieses Konzept aufwändige Getriebelösungen und Drehdurchführungen zur Verbindung an der drehbar angeordneten Wasserturbine mit einem stationären Generator zu vermeiden, wird die gesamte Baueinheit aus Wasserturbine, etwa einer solchen in Propellergestalt, und dem elektrischen Generator als Einheit mit der Strömung mitgeführt. Bekannte Systeme umfassen tauchende Anlagen, die mit Auftriebskörpern versehen sind und welche über Seilsysteme am Meeresgrund, beziehungsweise dem Grund des Fließgewässers, verankert sind. Ein solcher Ansatz erlaubt eine automatische Anpassung an eine veränderliche Strömungsrichtung, wobei nicht nur Strömung aus zwei Hauptrichtungen, sondern Anströmungen aus dem gesamten Vollkreis ausgenutzt werden können.If a tidal current is used to generate energy, then the power generation plant must be adapted to the changing flow directions. To solve this problem, different approaches have been pursued, one is to design the water turbine so that it can be flown from different directions, the turbine is arranged non-rotatably. If, for example, a propeller-shaped water turbine is used, this can be achieved by a rotation of the turbine blades through 180 °. An alternative approach to adapt to different directions of flow is to turn the water turbine. In order to avoid complex gear solutions and rotary unions for connection to the rotatably arranged water turbine with a stationary generator for this concept, the entire assembly of water turbine, such as one in propeller shape, and the electric generator is carried as a unit with the flow. Known systems include submersible systems, which are provided with buoyancy bodies and which are anchored via cable systems on the seabed, or the bottom of the watercourse. Such an approach allows automatic adaptation to a variable flow direction, whereby not only flow from two main directions, but flows from the entire full circle can be exploited.
Nachteilig an den bekannten freistehenden, drehbaren Strömungskraftwerken ist jedoch, dass durch eine sich ständig wiederholende Drehbewegung ein ständig zunehmender Verdrillungsgrad jener Komponenten eintreten wird, die eine Verbindung zu stationären Elementen darstellen und welche nicht selbst über Drehgelenke ausgebildet werden können. Ein Beispiel hierfür ist das Verbindungskabel zur Herstellung einer Netzanbindung des elektrischen Generators sowie von weiteren Kabelanschlüssen, die eine Verbindung zu einer zentralen Steuerungs- und Überwachungseinrichtung herstellen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine freistehende Energieerzeugungsanlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus einer Wasserströmung anzugeben, welche die in der Wasserströmung zur Verfügung stehende kinetische Energie mit einem hohen Wirkungsgrad nutzt, wobei die Wasserturbine bei veränderlichen Strömungsrichtungen nachgeführt werden soll, ohne dass bei wiederholten Drehbewegungen um einen stationären Punkt der Anlage Kabelverbindungen einer sehr starken Verdrillung unterliegen. Darüber hinaus ist die Energieerzeugungsanlage konstruktiv und fertigungstechnisch einfach auszubilden.A disadvantage of the known free-standing rotatable flow power plants, however, is that a constantly increasing rotational movement of an ever-increasing rotational degree of those components will occur, which represent a connection to stationary elements and which can not be formed themselves via swivel joints. An example of this is the connection cable for the production of a network connection of the electric generator and of other cable connections, which establish a connection to a central control and monitoring device. The invention is therefore based on the object of specifying a free-standing power generation plant for obtaining electrical energy from a water flow, which uses the kinetic energy available in the water flow with a high efficiency, the water turbine is to be tracked with variable flow directions, without repeated Rotary movements around a stationary point of the system cable connections are subject to a very strong twisting. In addition, the power generation plant is constructive and easy to design manufacturing technology.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine drehbare Energieerzeugungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object underlying the invention is achieved by a rotatable power generation plant with the features of the independent claim. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Der Erfindung liegt als Ausgangspunkt die Erkenntnis zugrunde, dass eine effiziente, freistehende Energieerzeugungsanlage eine drehbare Gondel zur Aufnahme eines elektrischen Generators, der wenigstens mittelbar von einer Wasserturbine angetrieben wird, aufweist, welche sich drehbar um einen stationären Verbindungspunkt mit der Strömung mitbewegen kann. Demnach wird die Wasserturbine entweder aktiv durch einen Stellantrieb oder passiv durch den Strömungsdruck nachgeführt und stellt sich immer optimal zu den jeweils vorliegenden Strömungsbedingungen ein. Besonders bevorzugt wird hierbei eine Ausführung, bei der die Gondel und damit die Einheit aus Wasserturbine und elektrischem Generator, einen gewissen Abstand von diesem Drehpunkt aufweist, um die Rotationsebene der Wasserturbine in einem solchen Abstand zu den weiteren Tragstrukturen ausbilden zu können, dass diese möglichst ungestört angeströmt wird. Umgesetzt wird dies durch die Verwendung eines Gondelkörpers, der zwischen dem Gelenkpunkt und der Gondel vorgesehen ist, und welcher besonders bevorzugt ein starres Element in Form eines Rohrs oder eines Tragwerks darstellt. Führt der Gondelkörper und die daran angebrachte Gondel mitsamt elektrischen Generator und Wasserturbine eine Drehbewegung in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene um den Drehpunkt zur Strömungsnachführung aus, so wird, falls nicht lediglich eine Hin- und Rückbewegung ausgeführt wird, das heißt eine regelmäßige Umkehr des Drehsinns vollzogen wird, unweigerlich eine Verdrillung des Verbindungskabels eintreten, welches vom elektrischen Generator zum Verbindungspunkt und weiter zu dem sich an diesen anschließenden Tragkörper entlang zur Landverbindung läuft. Zur Lösung dieser Problematik haben die Erfinder erkannt, dass sich dann eine Verdrillung verhindern lässt, wenn synchron zur Drehbewegung in einer horizontalen Ebene um den Drehpunkt der Gondelkörper und der darin gehalterte elektrische Generator und damit auch der vom Verbindungspunkt bis zum elektrischen Generator verlaufende Teil des Verbindungskabels eine Abrollbewegung mit einer zur Nachführbewegung entsprechenden Drehrate ausführt.The invention is based on the recognition that an efficient freestanding power generation plant has a rotatable nacelle for receiving an electric generator which is driven at least indirectly by a water turbine, which can move rotatably about a stationary connection point with the flow. Accordingly, the water turbine is either actively tracked by an actuator or passively by the flow pressure and always adjusts optimally to the prevailing flow conditions. Particularly preferred is an embodiment in which the nacelle and thus the unit of water turbine and electric generator, a certain distance from this pivot point to train the plane of rotation of the water turbine at such a distance to the other support structures that they undisturbed as possible is flown. This is achieved by the use of a nacelle body, which is provided between the hinge point and the nacelle, and which particularly preferably represents a rigid element in the form of a pipe or a supporting structure. If the nacelle body and the nacelle mounted thereon, together with the electric generator and water turbine, execute a rotational movement in a substantially horizontal plane around the fulcrum for flow tracking, then, unless a back and forth movement is carried out, that means a regular reversal of the direction of rotation will inevitably occur a twisting of the connection cable, which runs from the electric generator to the connection point and on to the adjoining support body along to the land connection. To solve this problem, the inventors have recognized that then a twist can be prevented if synchronous to the rotational movement in a horizontal plane about the pivot point of the nacelle body and held therein electrical generator and thus also extending from the connection point to the electric generator part of the connection cable performs a rolling movement with a follow-up movement corresponding rotation rate.
Das Prinzip lässt sich anhand eines flexiblen Schlauchs verdeutlichen, der in abgeknickter Stellung jeweils an den Enden festgehalten wird. Beim Versuch, das eine Ende um die Achse des anderen Teilstücks zu drehen, wird entweder eine Verdrillung des flexiblen Schlauchs folgen oder es muss eine Drehbewegung des umlaufenden Endes um seine eigene Achse zugelassen werden. Übertragen auf eine gattungsgemäße Energieerzeugungsanlage bedeutet dies, dass diese einen Tragkörper aufweist, der stationär ist und beispielsweise in Form eines Pfeilers auf dem Meeresgrund verankert werden kann. An diesem Tragkörper befindet sich eine Gelenkverbindung zu einem Gondelkörper, der an dem von der Gelenkverbindung abgewandten Ende die Gondel und damit die Einheit aus elektrischem Generator und Wasserturbine haltert. Vom elektrischen Generator in der Gondel entlang oder durch den Gondelkörper und über die Gelenkverbindung läuft ein Verbindungskabel zum Tragkörper und von dort weiter zum Energieeinspeisungspunkt für die elektrische Energieerzeugungsanlage. Dieses Verbindungskabel wird dann keiner Verdrillung unterliegen, wenn die Gelenkverbindung eine Einrichtung aufweist, welche beim Auftreten einer Drehbewegung des Gondelkörpers und damit der Gondel der Energieerzeugungsanlage um den Tragkörper zur Strömungsnachführung diese gleichzeitig in eine Drehbewegung des Gondelkörpers um seine eigene Achse und damit eine Drehbewegung des in diesem Gondelkörper befindlichen Teilstücks des Verbindungskabels sowie des darin gehalterten elektrischen Generators synchron zur Nachführbewegung vollzogen wird. Genauer ausgedrückt bewirkt dies, dass bei der Zuordnung einer ersten Achse zum Tragkörper, um die bei der Strömungsnachführung eine Drehbewegung vollzogen wird, und einer entsprechenden Zuordnung einer zweiten Achse zum Gondelkörper, die Drehrate um die erste Achse der Drehrate um die zweite Achse entsprechen muss, sodass der Gondelkörper zum Vollzug der Drehbewegung um die erste Achse gleichzeitig eine Abrollbewegung im Sinne zweier miteinander kämmender Kegelzahnräder in einem Kegel radgetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 :1 ausführt.The principle can be clarified by means of a flexible hose, which is held in the bent position at the ends. Attempting to turn one end about the axis of the other section will either result in a twist of the flexible hose or allow rotation of the rotating end about its own axis. Transferred to a generic power generation plant, this means that it has a support body which is stationary and can be anchored, for example in the form of a pillar on the seabed. At this support body is a hinge connection to a nacelle body, which holds the nacelle and thus the unit of electric generator and water turbine at the end facing away from the hinge joint. From the electrical generator in the nacelle along or through the nacelle body and the articulated connection runs a connecting cable to the support body and from there to the energy feed point for the electrical power plant. This connection cable will then be subject to no twisting when the articulated connection has a device which upon the occurrence of a rotational movement of the nacelle body and thus the nacelle of the Energy generating system to the support body for flow tracking this simultaneously in a rotational movement of the nacelle body about its own axis and thus a rotational movement of the located in this nacelle body portion of the connecting cable and the content Erten therein electrical generator is performed synchronously to the tracking movement. More precisely, this means that in the assignment of a first axis to the support body, which is carried out during the flow tracking a rotational movement, and a corresponding assignment of a second axis to the nacelle body, the rate of rotation must correspond to the first axis of the yaw rate about the second axis, so that the gondola body to complete the rotational movement about the first axis at the same time a rolling motion in the sense of two intermeshing bevel gears in a bevel gear with a gear ratio of 1: 1 executes.
Beachtlich ist, dass die erste Achse, die dem stationären Tragkörper zugeordnet ist, und die zweite Achse, zugeordnet zum Gondelkörper, im Allgemeinen nicht mit den tatsächlichen Körperachsen übereinstimmen müssen, dies wird insbesondere dann der Fall sein, wenn eine mehrteilige oder gebogene Struktur realisiert wird. Stattdessen dient die Festlegung einer ersten Achse und einer zweiten Achse lediglich zur Veranschaulichung der Drehachsen, um die eine synchrone Drehbewegung zur Verhinderung einer Kabelverdrillung ausgeführt werden muss. Darüber hinaus müssen die erste Achse und die zweite Achse nicht notwendigerweise rechtwinklig aufeinander stehen, so ist denkbar, dass der Gondelkörper in seiner Bewegung einer trichterförmigen Hüllkurve folgt.It is noteworthy that the first axis associated with the stationary support body and the second axis associated with the nacelle body generally need not coincide with the actual body axes, and this will particularly be the case when a multi-part or curved structure is realized , Instead, the definition of a first axis and a second axis is merely illustrative of the axes of rotation about which a synchronous rotational movement must be performed to prevent cable twisting. In addition, the first axis and the second axis do not necessarily have to be perpendicular to each other, so it is conceivable that the gondola body follows in its movement of a funnel-shaped envelope.
Zur Realisierung einer Gelenkverbindung, welche die erfindungsgemäßen Anforderungen erfüllt, kann entweder eine elastische Verbindung verwendet werden, welche die durch die Wasserströmung entstehenden Zug- oder Druckkräfte in Richtung der zweiten Achse und damit entlang des Gondelkörpers auffangen und Gegenkräfte gegen ein Verdrillen erzeugen und somit bei einer Drehbewegung um die erste Achse, die dem Tragkörper zugeordnet ist, die geforderte synchrone Drehbewegung des Gondelkörpers und damit des elektrischen Generators um die zweite Achse zu vollziehen. Gemäß einer Ausgestaltungsalternative werden diese beiden Funktionen getrennt. Die Übertragung der Drehbewegung von der ersten Achse auf die zweiten Achse erfolgt durch die Wechselwirkung form- und/oder kraftschlüssiger Elemente. Im einfachsten Fall werden dies miteinander kämmende Zahnräder, beispielsweise zwei Kegelräder, sein. Die weitere Funktion der Sicherung des Gondelkörpers am Tragkörper und die Aufnahme von über die Wasserturbine eingeleiteten Schub- und Druckkräften entlang der zweiten Achse kann dann über ein hiervon getrenntes Element im Sinne eines Zugankers erfolgen, durch den sichergestellt wird, dass der Form- und/oder Kraftschluss zur Realisierung der Synchrondrehung um die erste und die zweite Achse ständig beibehalten wird.To realize a hinge connection, which meets the requirements of the invention, either an elastic connection can be used, which absorb the tensile or compressive forces resulting from the flow of water in the direction of the second axis and thus along the nacelle body and generate counterforce against twisting and thus at a Rotary movement about the first axis, which is associated with the support body, to perform the required synchronous rotational movement of the nacelle body and thus of the electric generator about the second axis. According to one Alternative design, these two functions are separated. The transmission of the rotational movement from the first axis to the second axis is effected by the interaction of positive and / or non-positive elements. In the simplest case, these will be meshing gears, for example two bevel gears. The further function of securing the nacelle body on the support body and the inclusion of introduced via the water turbine thrust and compressive forces along the second axis can then take place via a separate element in the sense of a tie rod, is ensured by the fact that the shape and / or Force fit to realize the synchronous rotation around the first and the second axis is constantly maintained.
Die erfindungsgemäße Idee kann sowohl für eine aktive Nachführung, bei der die Energieerzeugungsanlage um die erste Achse, die dem Tragkörper zugeordnet ist, zwangsgeführt wird, wie auch für eine passive Nachführung aufgrund des Strömungsdrucks verwendet werden. Im ersten Fall ist es möglich, die Energieerzeugungsanlage als Luv- oder Leeläufer auszubilden. Im Fall einer passiven Nachführung sind nur Leeläufer zu verwenden. Weiterhin tritt für das erfindungsgemäße Konzept im Fall einer passiven Nachführung aufgrund der Generatormomente ein Winkelversatz von der für eine bestimmte Strömungsrichtung optimalen Einstellung auf. Dieser entsteht dadurch, dass das Generatormoment des elektrischen Generators über seine Verankerung an den Gondelkörper weitergegeben wird, wodurch ein um die zweite Achse, die dem Gondelkörper zugeordnet ist, ein Drehmoment entsteht, welches aufgrund der erfindungsgemäßen synchronen Achskopplung zwischen der ersten und der zweiten Achse entsprechend zu einem Drehmoment um die letztgenannte, das heißt die Achse des Stützkörpers, übersetzt wird. Hieraus folgt eine gewisse Drehbewegung um die zweite Achse aus der Optimalstellung heraus, woraufhin aufgrund der anliegenden Strömung Gegenkräfte erzeugt werden, bis sich bei einem bestimmten Winkelversatz ein Gleichgewicht einstellt. Dieser Winkelversatz ist allerdings bei einer üblichen Anlagenauslegung gering und nimmt nur wenige Grad ein. Darüber hinaus können gezielt die aus der Anströmung resultierenden Staudruckkräfte durch Strömungsleitstrukturen, wie Finnen und Ruder, erhöht werden. Eine weitere geeignete Maßnahme besteht darin, den Gondelkörper eines Leeläufers möglichst lang auszubilden, sodass aufgrund des großen Abstands vom Drehgelenk bereits die ohnehin vorhandenen Strukturen, bestehend aus Gondelkörper und Gondel sowie jene der Wasserturbine, zu signifikanten Ruderkräften führen, sobald eine Winkelauslenkung aus der Optimalstellung für die vorliegende Strömung bewirkt wird.The idea according to the invention can be used both for an active tracking in which the power generation plant is forcibly guided about the first axis, which is assigned to the support body, as well as for a passive tracking due to the flow pressure. In the first case, it is possible to train the power generation plant as a windward or lei runner. In the case of passive tracking, only leopard runners should be used. Furthermore, for the inventive concept, in the case of passive tracking due to the generator moments, an angular offset of the optimum setting for a particular flow direction occurs. This arises from the fact that the generator torque of the electric generator is passed through its anchorage to the nacelle body, whereby a torque about the second axis, which is associated with the nacelle body, which due to the inventive synchronous axis coupling between the first and the second axis accordingly to a torque about the latter, that is, the axis of the support body is translated. This results in a certain rotational movement about the second axis from the optimal position, whereupon counter forces are generated due to the applied flow, until a balance is established at a certain angular offset. However, this angular offset is low in a conventional system design and takes only a few degrees. In addition, the dynamic pressure forces resulting from the flow can be selectively increased by flow guiding structures, such as fins and rudders become. Another suitable measure is to make the gondola body of a Leeläufers as long as possible, so due to the large distance from the hinge already existing structures consisting of nacelle body and nacelle and those of the water turbine, lead to significant rudder forces, as soon as an angular deflection of the optimal position for the present flow is effected.
Ferner lässt sich der voranstehend beschriebene Winkelversatz bis zum Erreichen eines Gleichgewichtpunkts bei passiv nachgeführten erfindungsgemäßen Anlagen dadurch vermeiden, dass gegenläufig umlaufende Wasserturbinen verwendet werden und die Generatorkräfte der jeweils zugeordneten elektrischen Generatoren sich gegenseitig aufheben.Furthermore, the angular offset described above can be avoided until an equilibrium point in passively tracked plants according to the invention is achieved by using counter rotating water turbines and canceling the generator forces of the respective associated electrical generators.
Nachfolgend werden Ausgestaltungen der Erfindung anhand von Figuren beschrieben. In diesen ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:Embodiments of the invention will be described below with reference to figures. These details show:
Figur 1 a und Figur 1 b zeigen das Wirkprinzip einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung zwischen dem Tragkörper und dem Gondelkörper eines Strömungskraftwerks, bei dem das Nachstellen des Gondelkörpers zu einer synchronen Drehbewegung um seine eigene Achse führt.Figure 1 a and Figure 1 b show the operating principle of a hinge connection according to the invention between the support body and the nacelle body of a flow power plant, in which the adjustment of the nacelle body leads to a synchronous rotational movement about its own axis.
Figuren 2a und 2b zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen erster und zweiter form- und kraftschlüssiger Elemente zur Realisierung der Synchronbewegung in Verbindung mit einem starren, zentralen Zuganker.Figures 2a and 2b show different embodiments of first and second positive and non-positive elements for realizing the synchronous movement in conjunction with a rigid, central tie rods.
Figuren 3a und 3b zeigen eine Ausgestaltung mit einem flexiblen, zentralen Zuganker.Figures 3a and 3b show an embodiment with a flexible, central tie rod.
Figuren 4a und 4b zeigen eine Ausführung mit einem zentralen, flexiblen Zuganker auf einer Ablauffläche. Figuren 5a und 5b zeigen eine Ausgestaltung der Gelenkverbindung, die ausschließlich mittels einer elastischen Komponente realisiert wird.Figures 4a and 4b show an embodiment with a central, flexible tie rod on a drainage surface. Figures 5a and 5b show an embodiment of the hinge connection, which is realized exclusively by means of an elastic component.
Figur 6 zeigt weitere Führungselemente in Form einer Aufkippsicherung.Figure 6 shows further guide elements in the form of a Aufkippsicherung.
In den Figuren 1a und 1b sind grundlegende Komponenten der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage 1 schematisch vereinfacht dargestellt. Zur Umwandlung der kinetischen Energie aus der Wasserströmung dient eine Wasserturbine 2, welche beispielsweise in Form eines Propellers ausgebildet sein kann. Mit dieser wird ein elektrischer Generator 3 angetrieben, der in eine Gondel 9 aufgenommen wird beziehungsweise dessen Gehäuse diese Gondel bildet. Der Gondel 9 ist ein Gondelkörper 4 zugeordnet, welcher dazu dient, die Wasserturbine von einem Tragkörper 5 zu beabstanden. Dieser Tragkörper 5 kann beispielsweise eine Stützsäule oder ein Gittermast mit einer Verankerung auf dem Meeresgrund 8 sein. Alternativ kann als Tragkörper 5 eine schwimmfähige Einheit vorgesehen sein, die über Trossen verankert ist und so gegenüber dem Meeresgrund 8 im Wesentlichen orts- und drehfest ist. Zwischen dem Gondelkörper 4 und dem Tragkörper 5 ist eine Gelenkverbindung 6 angebracht, welche erfindungsgemäß so gestaltet ist, dass eine aktive oder passive Nachführung der Wasserturbine 2 mit der Strömungsrichtung der antreibenden Wasserströmung in eine synchrone Drehbewegung des Gondelkörpers 4 übersetzt wird. In Figur 1b, welche einen vergrößerten Teilausschnitt von Figur 1a im Bereich der Gelenkverbindung 6 zeigt, ist das Prinzip dieser Abrollbewegung dargestellt.In the figures 1a and 1b basic components of the power generation plant 1 according to the invention are shown schematically simplified. To convert the kinetic energy from the water flow is a water turbine 2, which may be formed, for example in the form of a propeller. With this an electric generator 3 is driven, which is received in a nacelle 9 and whose housing forms this nacelle. The nacelle 9 is associated with a nacelle body 4, which serves to space the water turbine from a support body 5. This supporting body 5 may be, for example, a supporting column or a lattice mast with an anchoring on the seabed 8. Alternatively, as a supporting body 5, a floating unit may be provided, which is anchored by hawsers and so is relative to the seabed 8 substantially stationary and rotationally fixed. Between the nacelle body 4 and the support body 5 a joint 6 is mounted, which is designed according to the invention so that an active or passive tracking of the water turbine 2 with the flow direction of the driving water flow is translated into a synchronous rotational movement of the nacelle body 4. In Figure 1b, which shows an enlarged partial section of Figure 1a in the region of the hinge connection 6, the principle of this rolling movement is shown.
Im Einzelnen zeigt Figur 1 b eine erste Achse 11 , die dem Tragkörper 5 zugeordnet ist, und eine zweite Achse 12, die dem Gondelkörper 4 zugeordnet ist. Bevorzugt verläuft die erste Achse 11 im Wesentlichen senkrecht. Die Nachführung der Wasserturbine 2 mit der Strömungsrichtung bedeutet, dass sich die zweite Achse 12, die dem Gondelkörper zugeordnet ist, im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung einstellt. In Figur 1a ist hierzu ein Pfeil angegeben, welcher die Anströmung des dargestellten Leeläufers zeigt. Demnach wird zur Nachführung der Energieerzeugungsanlage 1 eine Drehung um die erste Achse 11 des Tragkörpers 5 ausgeführt, wobei das vom Generator 3 durch den Gondelkörper 4, die Gelenkverbindung 6 und den Tragkörper 5 verlaufende elektrische Verbindungskabel 7 dann keiner Verdrillung unterliegt, wenn der Gondelkörper 4 mit dem drehfest verbundenen elektrischen Generator 3 und dem daran befestigten elektrischen Verbindungskabel 7 um seine eigene Achse mitrotiert. Dies setzt das Abrollen des Gondelkörpers 4 auf dem Tragkörper 5 mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 :1 (u = 1) voraus. Hierfür ist beispielhaft die in Figur 1b skizzierte konische Abrollfläche 10.1 auf dem Gondelkörper 4 und entsprechend 10.2 auf dem Tragkörper 5 vorgesehen, wobei bevorzugt der Umfang der Abrollflächen 10.1 , 10.2 zur Realisierung gleicher Drehraten übereinstimmt. Um ein Durchrutschen zu verhindern, werden diese Flächen bevorzugt mit einer Verzahnung oder mit Klauen und entsprechenden Ausnehmungen am Gegenstück oder einem Reibbelag versehen. Im Allgemeinen besteht also eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zur Realisierung des Abrollens und damit der geforderten Synchronbewegung. Liegt eine Verzahnung vor, so muss die Zahnpaarung für die Bedingung u = 1 Zahnräder mit übereinstimmender Zähnezahl verwenden.In detail, Figure 1 b shows a first axis 11 which is associated with the support body 5, and a second axis 12 which is associated with the nacelle body 4. Preferably, the first axis 11 is substantially perpendicular. The tracking of the water turbine 2 with the flow direction means that the second axis 12, which is associated with the nacelle body, sets substantially parallel to the flow direction. In FIG. 1a, an arrow is indicated for this purpose, which shows the flow of the illustrated Leeläufers. Accordingly, a rotation about the first axis 11 of the support body 5 is carried out for tracking the power generation plant 1, wherein the generator 3 by the nacelle body 4, the hinge joint 6 and the support body 5 extending electrical connection cable 7 then no twisting subject when the nacelle body 4 with the non-rotatably connected electrical generator 3 and the attached electrical connection cable 7 rotates about its own axis. This requires the unwinding of the nacelle body 4 on the support body 5 with a transmission ratio of 1: 1 (u = 1). For this purpose, the conical rolling surface 10.1 sketched in FIG. 1b on the gondola body 4 and according to FIG. 10.2 is provided on the support body 5 by way of example, whereby preferably the circumference of the rolling surfaces 10.1, 10.2 corresponds to the realization of the same rotation rates. To prevent slippage, these surfaces are preferably provided with a toothing or with claws and corresponding recesses on the counterpart or a friction lining. In general, therefore, there is a positive and / or non-positive connection to the realization of the rolling and thus the required synchronous movement. If there is a toothing, then the tooth pairing for the condition u = 1 must use gears with the same number of teeth.
Gemäß einer Ausgestaltung wird die Bedingung einer 1 :1 -Übersetzung zwischen der ersten und der zweiten Achse 11 , 12 dahingehend abgemildert, dass unabhängig von der Drehung um die erste Achse 11 des Tragkörpers 5 die Verdrillung des Verbindungskabels 7 zwischen dem Gondelkörper 4 und dem Tragkörper 5 begrenzt ist. Demnach ist der Fall noch tolerierbar, dass ein kleiner Drehwinkel um die erste Achse 11 nicht unmittelbar in eine Synchrondrehung umgesetzt wird, sondern dass diese erst ab einem bestimmten Verdrillungsgrad einsetzt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn elastische Kopplungselemente einer Verdrillung entgegenwirken und erst bei hinreichenden Rückstellkräften eine Synchronbewegung von der ersten zur zweiten Achse erzwingen. Aus der Prinzipdarstellung von Figur 1b gehen jene Elemente der Gelenkverbindung nicht im Detail hervor, welche dazu dienen, den Kontakt zwischen den beiden Abrollflächen 10.1 und 10.2 während des Betriebs sicherzustellen. Hierbei sind insbesondere bei einem Luvläufer Zugkräfte abzufangen, welche durch den Wasserdruck auf die Wasserturbine 2 und damit zur Gelenkverbindung 6 weitergegeben werden. Zu diesem Zweck können in der Gelenkverbindung 6 Verankerungselemente vorgesehen sein, welche beispielsweise gemäß den Figuren 2a und 2b in Form eines zentralen, starren Zugankers 13 ausgebildet sind. Dieser steht am einen Ende in starrer Verbindung zum Gondelkörper 4 und am anderen Ende in formschlüssiger, drehbarer Verbindung zum Tragkörper 5, welche gemäß den dargestellten Ausführungsformen über eine Nut-Ringpaarung realisiert ist. Darüber hinaus ist eine Gestaltung gewählt, bei der die erste Achse 11 und die zweite Achse 12 nicht rechtwinklig, sondern in einem Winkel < 90° zueinander stehen, das heißt der Gondelkörper 4 beschreibt beim Nachführen der Wasserturbine relativ zur Anströmung eine V-förmige Hüllkurve. Hieraus folgt, dass der Gondelkörper 4 eine Abrollfläche aufweist, die auf einer zugeordneten Abrollfläche des Tragkörpers 5 umläuft. Aufgrund des Wasserdrucks wird ein ständiger Anlagekontakt zwischen diesen aufeinander abrollenden Flächen gewährleistet. Ferner können diese so gestaltet werden, dass ein Durchrutschen verhindert wird und jede Drehbewegung um die erste Achse 11 mit einer synchronen Rollbewegung (mit u = 1) um die zweite Achse 12 verbunden ist. Hierbei kommen unterschiedliche Verzahnungen oder Reibbeläge in Betracht. Für die in den Figuren 2a und 2b gezeigten Ausgestaltungen sind die Abrollflächen konisch ausgebildet und verlaufen mit unterschiedlichen Konuswinkeln, wobei im Fall von Figur 2a die dem Gondelkörper 4 zugeordnete erste Konusfläche 18 einen geringeren Öffnungswinkel im Vergleich zur zweiten Konusfläche 17 aufweist, die dem Tragkörper 5 zugeordnet ist. In Figur 2b liegt der umgekehrte Fall vor. Für alle Ausgestaltungen wird bevorzugt sichergestellt, dass das Übersetzungsverhältnis für die Drehung um die erste Achse 11 zur Drehung um die zweite Achse 12 bei u = 1 liegt. Dies kann durch eine entsprechend gewählte Verzahnung gewährleistet werden. Die alternative Ausgestaltung gemäß den Figuren 3a und 3b unterscheidet sich dahingehend von den vorausgehenden Ausführungsbeispielen, dass anstatt eines starren Zentralankers ein flexibler Zuganker 23 verwendet wird, welcher die Zugkräfte aufnimmt, jedoch gleichzeitig in lateraler Richtung biegbar ist. Im einfachsten Fall ist dies eine Kette oder ein vorzugsweise mehrlagiges Drahtgeflecht. Zur Realisierung von ersten und zweiten Formschlusselementen sind an den Endflächen des Gondelkörpers 4 und des Tragkörpers 5 jeweils ineinander greifende Vorsprünge 21 , 22 dargestellt, welche sich zum Außenumfang hin abflachen, sodass bei einer Abwinkelung des Gondelkörpers 4 relativ zum Tragkörper 5 der Kippwinkel durch den Verlauf des Profils der Vorsprünge 21 , 22 sowie der vorzugsweise ebenen Anlageflächen auf dem Gegenstück und das durch den flexiblen Zuganker 23 vorgegebene Spiel festgelegt wird. Die Strömungskräfte werden wiederum diesen Winkel in einen Anschlag bringen, sodass eine sichere Mitnahme der ineinander greifenden Vorsprünge und das erfindungsgemäße synchrone Abrollen mit u = 1 sichergestellt sind.According to one embodiment, the condition of a 1: 1 translation between the first and the second axis 11, 12 is mitigated to the effect that regardless of the rotation about the first axis 11 of the support body 5, the twisting of the connecting cable 7 between the nacelle body 4 and the support body 5 is limited. Accordingly, the case is still tolerable that a small angle of rotation about the first axis 11 is not directly converted into a synchronous rotation, but that it only starts at a certain Verdrillungsgrad. This is the case, for example, when elastic coupling elements counteract a twist and force a synchronous movement from the first to the second axis only when sufficient restoring forces are achieved. From the schematic representation of Figure 1b those elements of the hinge connection do not emerge in detail, which serve to ensure the contact between the two rolling surfaces 10.1 and 10.2 during operation. In this case, traction forces are to be absorbed, in particular in the case of a windward runner, which traction forces are transmitted by the water pressure to the water turbine 2 and thus to the articulated connection 6. For this purpose, 6 anchoring elements may be provided in the articulated connection, which are formed for example in accordance with Figures 2a and 2b in the form of a central, rigid tie rod 13. This is at one end in rigid connection to the nacelle body 4 and at the other end in a form-fitting, rotatable connection to the support body 5, which is realized according to the illustrated embodiments via a groove-ring pairing. In addition, a design is selected in which the first axis 11 and the second axis 12 are not at right angles, but at an angle <90 ° to each other, that is, the nacelle body 4 describes when tracking the water turbine relative to the flow a V-shaped envelope. It follows that the nacelle body 4 has a rolling surface which rotates on an associated rolling surface of the supporting body 5. Due to the water pressure, a permanent contact between these successive rolling surfaces is ensured. Further, they may be configured to prevent slippage and to connect each rotational movement about the first axis 11 with a synchronous rolling motion (where u = 1) about the second axis 12. Here are different gears or friction linings into consideration. For the embodiments shown in FIGS. 2 a and 2 b, the rolling surfaces are conical and extend at different cone angles, wherein in the case of FIG. 2 a the first cone surface 18 assigned to the nacelle body 4 has a smaller opening angle compared to the second cone surface 17, which is the support body 5 assigned. In Figure 2b, the opposite case. For all embodiments, it is preferably ensured that the transmission ratio for the rotation about the first axis 11 for rotation about the second axis 12 is u = 1. This can be ensured by a correspondingly selected gearing. The alternative embodiment according to FIGS. 3a and 3b differs from the preceding embodiments in that, instead of a rigid central anchor, a flexible tie rod 23 is used which absorbs the tensile forces but is simultaneously bendable in the lateral direction. In the simplest case, this is a chain or a preferably multi-layer wire mesh. For the realization of the first and second form-fitting elements, respectively interlocking projections 21, 22 are flattened on the end surfaces of the nacelle body 4 and the support body 5, which flatten towards the outer periphery, so that when tilting of the nacelle body 4 relative to the support body 5, the tilt angle by the course the profile of the projections 21, 22 and the preferably flat contact surfaces on the counterpart and the predetermined by the flexible tie rod 23 game is determined. The flow forces will in turn bring this angle into a stop, so that a secure entrainment of the interlocking projections and the inventive synchronous rolling with u = 1 are ensured.
Eine Weitergestaltung einer Anordnung mit einem flexiblen, zentralen Zuganker ist in den Figuren 4a und 4b dargestellt, wobei Figur 4a einen segmentierten Zuganker 23.2 im nicht verbauten Zustand und Figur 4 diesen im eingebauten Zustand darstellt. Im Einzelnen besteht dieser aus einer Abfolge von elastischen Segmenten 24 und starren Segmenten 25 sowie einer biegbaren Schutzhülle 20 für das Verbindungskabel 7, die sich durch einen Kanal 27 im Innern des segmentierten Zugankers 23.2 erstreckt. Im eingebauten Zustand ist dem Zuganker 23.2 eine gebogene Auflagefläche 28 zugeordnet, welche in Verbindung mit dem flexiblen, zentral angeordneten Zuganker 23.2 ein sicheres Anliegen der ersten konischen Abrollfläche 10.1 am entsprechenden Gegenstück, der zweiten konischen Abrollfläche 10.2 sicherstellt. Eine Weitergestaltung eines flexiblen Zugankers wird in den Figuren 5a und 5b dargestellt. Hierbei liegen keine aufeinander abrollenden Flächen des Gondelkörpers 4 und des Tragkörpers 5 vor, stattdessen wird die Umsetzung einer Drehbewegung um die erste Achse 11 in eine synchrone Drehung um die zweite Achse 12 ausschließlich durch ein flexibles Zuganker-Gelenkelement 23.3 bewirkt, welches beispielsweise als elastisches, ringförmiges Bauteil mit einem angepassten Durchmesser und einer hinreichenden Wandungsstärke ausgebildet wird, wobei im Betriebsfall, der in Figur 5b dargestellt ist, eine Seite dieses flexiblen Zuganker-Gelenkelements 23.3 gedehnt wird, während die gegenüberliegende Seite einer Kompression unterliegt und die Mitnahmewirkung durch die einer Verdrillung entgegenwirkenden elastischen Kräfte bewirkt wird. Für diese Ausgestaltung werden kleine Verdrillungen zugelassen, mit zunehmender Torsion des flexiblen Zuganker- Gelenkelements werden die Rückstellkräfte jedoch sicher für eine Begrenzung der Verdrillung des Verbindungskabels sorgen.A further embodiment of an arrangement with a flexible, central tie rod is shown in FIGS. 4 a and 4 b, wherein FIG. 4 a shows a segmented tie rod 23. 2 in the uninstalled state and FIG. 4 in its installed state. Specifically, this consists of a sequence of elastic segments 24 and rigid segments 25 and a flexible protective cover 20 for the connecting cable 7, which extends through a channel 27 in the interior of the segmented tie rod 23.2. When installed, the tie rod 23.2 is associated with a curved support surface 28 which, in conjunction with the flexible, centrally arranged tie rod 23.2 ensures a secure abutment of the first conical rolling surface 10.1 on the corresponding counterpart, the second conical rolling surface 10.2. A further embodiment of a flexible tie rod is shown in FIGS. 5a and 5b. In this case, there are no successive rolling surfaces of the nacelle body 4 and the support body 5, instead, the implementation of a rotational movement about the first axis 11 in a synchronous rotation about the second axis 12 effected exclusively by a flexible tie rod hinge element 23.3, which is formed for example as an elastic, annular member with a suitable diameter and a sufficient wall thickness, wherein in the operating case, which is shown in Figure 5b, one side of this flexible Zuganker joint element 23.3 is stretched, while the opposite side is subject to compression and the entrainment effect is caused by the twisting counteracting elastic forces. For this embodiment, small twists are allowed, but with increasing torsion of the flexible tie rod hinge element, the restoring forces will certainly provide for limiting the twist of the connecting cable.
Im Rahmen des fachmännischen Könnens können weitere Führungselemente vorgesehen sein, welche das sichere Aufeinanderabrollen der Endbereiche des Tragkörpers 4 und des Gondelkörpers 5 bewirken. Beispielhaft ist hierzu in Figur 6 eine Aufkippsicherung 30 dargestellt, welche einen ersten Umfassungsring 30.1 zur drehbaren Umfassung des Tragkörpers 5 und einen zweiten Umfassungsring 30.2 zur drehbaren Umfassung des Gondelkörpers 4 aufweist. Diese Elemente sind vorzugsweise mit Lagern versehen und verhindern aufgrund eines diese beiden Elemente verbindenden Stegs 30.3 eine Veränderung der Winkeleinstellung zwischen dem Gondelkörper 4 und dem Tragkörper 5. Gemäß der in Figur 6 gezeigten Gestaltung dient damit der zentrale, flexible Zuganker 23, der zusätzlich von der gebogenen Auflagefläche 28 abgestützt wird, lediglich dazu, eine Zug- und Druckbelastung entlang der ersten Achse 11 des Gondelkörpers 4 aufzufangen. Allerdings ist es auch möglich, diese Funktion mit in die Aufkippsicherung 30 zu integrieren und diesen zentralen Zuganker 23 gänzlich zu ersetzen. Im Einzelnen ist dies in Figur 6 nicht dargestellt. BezugszeichenlisteWithin the scope of skill in the art, further guide elements can be provided which effect the secure rolling on of the end regions of the support body 4 and of the gondola body 5. By way of example, FIG. 6 shows a tipping-over safeguard 30, which has a first enclosing ring 30.1 for rotatably enclosing the supporting body 5 and a second enclosing ring 30.2 for rotatably enclosing the nacelle body 4. These elements are preferably provided with bearings and prevent due to a connecting these two elements web 30.3 a change in the angular adjustment between the nacelle body 4 and the support body 5. According to the design shown in Figure 6 thus serves the central, flexible tie rod 23, in addition of the curved bearing surface 28 is supported, only to absorb a tensile and compressive load along the first axis 11 of the nacelle body 4. However, it is also possible to integrate this function in the Aufkippsicherung 30 and replace this central tie rod 23 entirely. In detail, this is not shown in FIG. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Energieerzeugungsanlage1 power generation plant
2 Wasserturbine2 water turbine
3 elektrischer Generator3 electric generator
4 Gondelkörper4 gondola bodies
5 Tragkörper5 supporting body
6 Gelenkverbindung6 joint connection
7 Verbindungskabel7 connection cable
8 Meeresgrund8 seabed
9 Gondel9 gondola
10.1, 10.2 konische Abrollflächen10.1, 10.2 conical rolling surfaces
11 erste Achse11 first axis
12 zweite Achse12 second axis
13 Zuganker13 tie rods
17 zweite Konusfläche17 second cone surface
18 erste Konusfläche18 first cone surface
20 biegbare Schutzhülle20 bendable protective cover
21 , 22 ineinander greifende Vorsprünge21, 22 interlocking projections
23 flexibler Zuganker23 flexible tie rods
23.2 segmentierter Zuganker23.2 segmented tie rod
23.3 flexibles Zuganker-Gelenkelement23.3 flexible tie rod joint element
24 elastisches Segment24 elastic segment
25 starres Segment25 rigid segment
27 Kanal27 channel
28 gebogene Auflagefläche28 curved bearing surface
30 Aufkippsicherung30 tip-up protection
30.1 erster Umfassungsring30.1 first encircling ring
30.2 zweiter Umfassungsring30.2 second encircling ring
30.3 verbindender Steg 30.3 connecting bridge

Claims

Patentansprüche claims
1. Drehbare Energieerzeugungsanlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus einer Wasserströmung, umfassend: eine Wasserturbine (2); einen elektrischen Generator (3), der von der Wasserturbine (2) angetrieben wird; einen Tragkörper (5), dem eine erste Achse (11) zugeordnet ist; einen Gondelkörper (4), dem eine zweite Achse (12), die zur ersten AchseA rotary power generating plant for recovering electric power from a water flow, comprising: a water turbine (2); an electric generator (3) driven by the water turbine (2); a support body (5) to which a first axis (11) is associated; a nacelle body (4) having a second axis (12) facing the first axis
(11) abgewinkelt ist, zugeordnet ist und der relativ zum Tragkörper (5) beweglich ist; ein Verbindungskabel (7), das vom elektrischen Generator (3) durch den(11) is angled, assigned and which is movable relative to the support body (5); a connection cable (7) from the electric generator (3) through the
Gondelkörper (4) zum Tragkörper (5) verläuft; eine Gelenkverbindung (6) zwischen dem Tragkörper (5) und demGondola body (4) to the support body (5) extends; a hinge connection (6) between the support body (5) and the
Gondelkörper (4) mit einer Einrichtung, die eine Drehbewegung desGondola body (4) with a device which causes a rotational movement of the
Gondelkörpers (4) um die erste Achse (11), die dem Tragkörper (5) zugeordnet ist, in eine Drehbewegung des Gondelkörpers (4) um die ihm zugeordnete zweite Achse (12) derart überträgt, dass die Verdrillung desGondola body (4) about the first axis (11) which is associated with the support body (5), in a rotational movement of the gondola body (4) about its associated second axis (12) transmits such that the twist of the
Verbindungskabels (7) begrenzt bleibt.Connecting cable (7) remains limited.
2. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung einer Drehbewegung des Gondelkörpers (4) um die erste Achse (11) auf eine Drehbewegung um die zweite Achse (12) mit einem Drehzahlverhältnis von 1 :1 erfolgt.2. Power generation plant according to claim 1, characterized in that the transmission of a rotational movement of the nacelle body (4) about the first axis (11) takes place on a rotational movement about the second axis (12) with a speed ratio of 1: 1.
3. Energieerzeugungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gondelkörper (4) um die erste Achse (11), die dem Tragkörper (5) zugeordnet ist, mittels eines ersten Achsantriebs aktiv verdreht wird.3. Power generation plant according to at least one of claims 1 or 2, characterized in that the nacelle body (4) about the first axis (11) which is associated with the support body (5) is actively rotated by means of a first axle drive.
4. Energieerzeugungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gondelkörper (4) die Wasserturbine (2) von der Gelenkverbindung (6) beabstandet und die Stellung der Wasserturbine (2) zur ersten Achse (11), die dem Tragkörper (5) zugeordnet ist, durch die Wasserströmung beeinflusst wird.4. Power generation plant according to at least one of claims 1 or 2, characterized in that the nacelle body (4) the water turbine (2) spaced from the hinge connection (6) and the position of the water turbine (2) to the first axis (11), which is associated with the support body (5), is influenced by the flow of water.
5. Energieerzeugungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die 1 :1 -Übersetzung der Drehbewegung um die erste Achse (11) in eine Drehbewegung um die zweite Achse (12) durch das Zusammenwirken von ersten Form- und/oder Kraftschlusselementen, die dem Tragkörper (5) zugeordnet sind, mit zweiten Form- und oder Kraftschlusselementen, die dem Gondelkörper (4) zugeordnet sind, bewirkt wird und in der Gelenkverbindung (6) Verankerungselemente vorgesehen sind, welche den Anlagekontakt zwischen den ersten und den zweiten Form- und/oder Kraftschlusselementen sicherstellen.5. Power generation plant according to at least one of claims 2 to 4, characterized in that the 1: 1-translation of the rotational movement about the first axis (11) in a rotational movement about the second axis (12) by the interaction of the first molding and / or frictional elements, which are associated with the support body (5), with second positive and / or frictional elements, which are associated with the nacelle body (4) is effected and in the articulated connection (6) anchoring elements are provided which the contact between the first and the ensure second form and / or adhesion elements.
6. Energieerzeugungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkverbindung (6) eine elastische Komponente aufweist, welche sowohl mit dem Tragkörper (5) wie auch mit dem Gondelkörper (4) in Verbindung steht und die gegenüber einer Zugbelastung und einer Knickbelastung und einer Verdrillung eine Rückstellkraft erzeugt. 6. Power generation plant according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the articulated connection (6) has an elastic component, which communicates with both the support body (5) and with the nacelle body (4) and the opposite to a tensile load and a kink load and a twist generates a restoring force.
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