EP2771568A1 - Rotorblatt für eine wasserturbine, insbesondere für ein gezeitenkraftwerk, und verfahren für dessen betrieb - Google Patents

Rotorblatt für eine wasserturbine, insbesondere für ein gezeitenkraftwerk, und verfahren für dessen betrieb

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EP2771568A1
EP2771568A1 EP12748168.7A EP12748168A EP2771568A1 EP 2771568 A1 EP2771568 A1 EP 2771568A1 EP 12748168 A EP12748168 A EP 12748168A EP 2771568 A1 EP2771568 A1 EP 2771568A1
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EP
European Patent Office
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rotor blade
pressure
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blade according
membrane
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12748168.7A
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Harald Dorweiler
Norman Perner
Frank Biskup
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Publication date
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Publication of EP2771568A1 publication Critical patent/EP2771568A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • Rotor blade for a water turbine in particular for a tidal power plant
  • the invention relates to a rotor blade for a water turbine, in particular for a tidal power station or a river hydropower plant, and a method for its operation.
  • Water flow in particular a tidal or ocean current, are known. Such plants can also be used for energy production in rivers, which can be dispensed with far-reaching hydraulic engineering measures to create dam structures.
  • These can be foundations for which a nacelle is supported by a tower against the bottom of the water. Alternatively, the system is provided with buoyancy so that it is buoyant, in which case an anchor system holds the nacelle with the water turbine in the operating position.
  • the system To generate energy from tides, the system must be adapted for a cyclic change of the direction of flow. Will on one
  • Rotor blades be provided with a bi-directional inflow profile.
  • lenticular blade cross sections or profiles are known with an S-stroke.
  • DE 10 2009 057 449 B3 discloses switchable overflow channels between the pressure and the suction side of the profile. These serve the effect of each To mitigate downstream profile part. Further describe
  • rotor blades are used for the simplified system design with torsionally rigidly articulated rotor blades and without a mechanism for carrying out a system pivot for safety reasons, which are designed to be too small for efficient operation under normal conditions.
  • the invention has for its object to provide a rotor blade for a water turbine and hereby executed operating method, the strong Load peaks withstand.
  • the rotor blade should have a high efficiency for the flow occurring under normal operating conditions.
  • the rotor blade should be suitable for freely flowing around water turbines and in particular for the energy from a bidirectional flow.
  • a rotor blade according to the invention has a plurality of overflow channels, at least over a partial section of the sheet extension, which produce a hydraulic connection between the suction side and the pressure side of the profile.
  • Overflow channels is associated with at least one valve device which is designed so that it is below a predetermined threshold load threshold
  • the limit load threshold is determined by a predetermined speed of the water turbine. Further preferred embodiments define the limit load threshold by a predetermined, due to the flow-induced back pressure on the water turbine or a predetermined pressure difference between the suction side and the pressure side of the profile. In this case, a valve device can be used, which works passively and automatically closes when reaching the threshold load threshold. For an alternative embodiment, reaching the limit load threshold of one
  • Control unit detects the sensory data, such as the
  • control unit outputs control signals to the valve device.
  • the transfer channels with the associated valve device serve as
  • Overload protection Accordingly, these are designed so that an open overflow channel the power coefficient and / or the thrust coefficient of the rotor blade reduced. Therefore, in terms of their number density and their cross-section in the open position, the overflow channels are designed so that the pressure difference between the suction and the pressure side is sufficiently reduced and the effect of the profile section with the overflow channels in the case of an open
  • Valve device is reduced so that the load on the rotor blade decreases. This leads to the necessity that a sufficient flow volume can be passed through the transfer ports, so not only no one
  • Another preferred measure for the effective reduction of the performance values and / or the thrust coefficients is to apply the overflow channels in such a way that the inputs and outputs of the overflow channels are applied to them
  • the overflow channels are preferably designed so that they obliquely relative to the
  • Plumb lines are set to the center line, so that the inflow into the
  • a rotor blade according to the invention can be designed for the middle load range and accordingly be dimensioned larger than a rotor blade without overload protection. This results in a substantial increase in efficiency of the entire system for operation under normal flow conditions.
  • Subregion of the profile before, with an arrangement in a blade near-point area is advantageous.
  • an accommodation of the overflow on a surface is preferred, which is smaller than one third of the total area of the rotor blade.
  • the overload protection works passively. Accordingly, the valve device switches on reaching the
  • valve means comprises a membrane which on the suction side of the profile to
  • Cover is arranged at least one overflow channel.
  • the membrane has at least one membrane opening which is arranged offset to an inlet and / or outlet opening of the associated overflow channel.
  • By lifting the membrane from the inlet opening and / or the outlet opening of the associated overflow channel creates a hydraulic connection between the pressure side and the suction side of the profile.
  • the opening of the valve device against the membrane voltage can passively by a pressure difference between the pressure and the suction side of the profile, which is sufficiently large in case of overload, caused.
  • a positioning cylinder mounted on the back side of the membrane can be used, which in the extended position lifts the membrane from the respective inlet and / or outlet opening of the overflow channel.
  • Such an actuating cylinder can be designed as an electrically operated unit.
  • a device with a solenoid coil comes into consideration.
  • the membrane can be mounted on the suction side and / or on the pressure side of the rotor blade profile.
  • the membrane is to be chosen so that it withstands the punctual loading by the actuator. In this case, embodiments are conceivable that
  • Sliding surface-forming element such as a PTFE film attached.
  • an actively switched valve device and an associated control device for determining the Limit load threshold provided.
  • the bundled overflow channels on the pressure side of the profile lead to one
  • suction-side collecting space on the suction side of the profile is a suction-side collecting space, in which the suction-side sections of the
  • Overflow channels are combined in some areas and can be switched via an associated central valve device. It is also the
  • the valve device for releasing or blocking an overflow channel can be driven electrically or hydraulically for an active embodiment.
  • the energy supply preferably follows via a non-contact, inductive system for power transmission in the region of the rotor hub.
  • a pressure medium in the transition between the fixed part of the system and the rotor can be effected by means of an annular channel.
  • the hydraulic pressure used for the operation of the adjusting device is arranged by one in the region of the circulating unit of the water turbine
  • Pressure generating device is derived.
  • the dynamic pressure acting on a part of the plant can be used to operate the adjusting elements of the
  • Valve device can be used.
  • Valve means used with a spool, which performs adjusting movements, which are directed substantially in the direction of the blade longitudinal axis.
  • the spool can be performed against the force of an elastic actuator in the open position.
  • the predetermined limit load threshold is determined by a limit for the speed for which the overload protection triggers.
  • Figure 1 shows a profile section for a rotor blade according to the invention with a
  • Overload protection which comprises a plurality of overflow channels with an associated valve device
  • Figure 2 shows a partial section of the profile of Figure 1, wherein the
  • Overload protection comprises a valve device with a tensioned by the transfer ports membrane.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the embodiment according to FIG. 2, wherein the membrane can be lifted by means of a setting cylinder.
  • Figure 4 shows an alternative embodiment based on a profile section of a
  • Part of a rotor blade according to the invention with a pressure-side collecting space and a suction-side collecting space and an intermediate central valve device.
  • Figure 5 shows an alternative embodiment with a valve device, a
  • Leaf longitudinal direction arranged control slide is assigned. shows in a partial sectional view of the rotor blade arranged in the blade longitudinal direction spool for the
  • FIG. 7 shows a plan view of a tidal power plant with a water turbine
  • the rotor blades comprise an overload protection according to the invention.
  • FIG. 7 shows, schematically simplified, a generic one
  • Power generation plant Shown is a tidal power plant 100 with a resting on the bottom of the water body 102 101. On this is based on a tower 103, which carries a nacelle with a rotating thereon, freely flowing around the water turbine 104, which is formed in horizontal rotor design.
  • the water turbine 104 comprises three rotor blades 1.1, 1.2, 1.3 whose vertices define a plane of rotation.
  • Each rotor blade 1.1, 1.2, 1.3 according to the invention comprises an overload protection 2.1, 2.2, 2.3, which is formed in the region of the respective blade tip.
  • Rotor blade 1.1, 1.2, 1.3 is in addition to the high efficiency therefore advantageous because in the relatively thin blade tip region, a rotor blade 1.1, 1.2, 1.3, in particular in cast or steel version, made of solid material, so overflow of the overload protection 2.1, 2.2, 2.3 simplified in terms of manufacturing technology Drilling can be performed.
  • An embodiment of the overload protection 2.1 is shown in FIG. Shown is a profile section along the section line A-A from Figure 7. Sketched is a bidirectionally flowable hydrodynamic profile 3, as
  • Flow v e ffi is the pressure side 11 above the center line 4 and the
  • valve device 12.1, 12.2 In order to establish an open and closed state of the overflow channels 6.1, 6.8, a valve device 12.1, 12.2 is used. In the present case this is realized by a membrane 7.1, 7.2, via the inlet or
  • Embodiment each cover two overflow 6.1, 6.8 in the region of the outlet.
  • the membranes 7.1, 7.2 comprise a plurality of membrane openings 8.1, 8.8, each offset from the outlet openings of the associated
  • Overflow 6.1, 6.8 are arranged so that under normal conditions, that is, in plant operation below the threshold load threshold, there is a sufficient sealing of the overflow 6.1, 6.8. Accordingly, the clamping, the choice of material of the membrane 7.1, 7.2 and the geometry of the Outlet opening matched to the forces acting during operation.
  • the membrane may consist of a fiber-reinforced material.
  • Profile contour on and the offset membrane openings 6.5, 6.8 have no overlaps with the outflow openings of the transfer channels 6.5, 6.8.
  • An opening of the transfer channels 6.5, 6.8 can occur only for a sufficiently large, opposite effective flow ⁇ ⁇ ⁇ .
  • Figure 2 shows a partial section of Figure 1 with the overflow 6.1, 6.2. These are spanned on the suction side 10 of the hydrodynamic profile 3 with the portion of the membrane 7.1 between the retaining webs 9.1 and 9.2.
  • the valve device 12.1 is in the open position. In the present case, this means that the section of the membrane 7.1 is raised relative to the profile ceiling 21 in the region of the outlet openings 18.1, 18.2 of the overflow channels 6.1, 6.2.
  • a flow path is arranged offset relative to the outlet openings 18.1, 18.2
  • Membrane openings 8.1, 8.2 made. This creates a hydraulic connection between the pressure side 11 and the suction side 10 of the hydrodynamic profile 3, which effects a pressure equalization which is such that the contribution to the coefficient of performance and / or thrust coefficient generated by this subregion of the hydrodynamic profile 3 decreases.
  • the hydraulic effect of the rotor is reduced.
  • Overload protection 2.1, 2.2, 2.3 thus arises in case of overload a water turbine whose effect corresponds to a rotor with a smaller radius.
  • the free cross section of the valve device 12.1 is dimensioned in the open position.
  • the transfer channels 6.1, 6.2 are so
  • Overflow 6.1, 6.2 are directed against the suction-side profile flow 14 and the pressure-side profile flow 15.
  • the resulting skew is directed so that the outflow 18.1 has a direction component counter to the suction-side Pro columströmung 14.
  • the desired outflow direction also contributes to the upstream offset of the associated membrane opening 8.1 with respect to the outlet opening 18.1 of the flow channel 6.1.
  • the backwards offset of the associated membrane opening 8.1 contributes to the upstream offset of the associated membrane opening 8.1 with respect to the outlet opening 18.1 of the flow channel 6.1.
  • the backwards offset of the associated membrane opening 8.1 contributes to the upstream offset of the associated membrane opening 8.1 with respect to the outlet opening 18.1 of the flow channel 6.1.
  • Profile flow is the geometry of the inlet openings 19.1, 19.2 of
  • a modified hydrodynamic profile results for the embodiment with a valve element 12.1, 12.2, which occupies a large area in the open position, in this case the diaphragm 7.1, 7.2.
  • the profile change is such that a stall occurs faster and thus the buoyancy effect is reduced even more effectively.
  • the embodiment sketched in FIG. 2 shows filters 20.1, 20.2 for covering the inlet openings 19.1, 19.2, which prevent the penetration of sediments into the overflow channels 6.1, 6.2.
  • the embodiment sketched in FIG. 2 shows filters 20.1, 20.2 for covering the inlet openings 19.1, 19.2, which prevent the penetration of sediments into the overflow channels 6.1, 6.2.
  • Diaphragm openings 8.1, 8.2 must be secured against ingress of foreign substances. This is not shown in detail.
  • an antifouling device is preferably associated with the overflow channels 6.1, 6.2 in order to counteract maritime growth.
  • a protective coating may be provided.
  • heating elements are used to maintain the transfer channels 6.1, 6.2 through regular heating cycles.
  • electrical heating elements can be used, which are fed in operating situations when the system generates power that can not be fed into the grid. Another measure to
  • Maintaining the continuity of the overflow 6.1, 6.2 is a vibrational excitation.
  • Overload protection 2.1, 2.2, 2.3 are brought into resonant vibrations or there are local vibration generator, in particular for the production of
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the embodiment according to FIGS. 1 and 2 with a valve device 12.1, which comprises a membrane 7.1.
  • Limit load threshold can be raised. As a result, flushing of the overflow channels 6.1, 6.2 can be performed during normal operation. Furthermore, the functionality of the overload protection can be checked regularly.
  • the diaphragm 7.1, 7.2 used for the embodiment with an electric actuator must withstand the punctual loading by the actuating cylinder 23.
  • rigid elements can be used in the region of the support point of the adjusting cylinder 23 with expandable elements for forming the membrane 7.1.
  • membrane 7.1, 7.2, the membrane openings 8.1, 8.8 preferably reduced in the form of holes created.
  • FIG. 4 shows a design alternative, wherein the overload protection 2.1 comprises a central valve device 25.
  • This is preferably designed as an electric actuator with a control cylinder 23, which switches an overflow channel 6, which extends from a pressure-side collecting space 26 to a suction-side collecting space 27.
  • These collecting chambers are each covered with a perforated plate 28.1, 28.2, wherein the openings in the perforated plates 28.1, 28.2 have the above-explained inclined position with the bore angle ß.
  • Figure 5 shows a further embodiment of the invention with two central valve means 25.1, 25.2, the overflow 6.1 - 6.4 on the one hand and 6.5 - 6.8 to the other bundle.
  • the central valve devices 25.1, 25.2 comprise control valves 29.1, 29.2, which run essentially in the direction of the longitudinal axis of the rotor blade 1. In the present case, this is a perpendicular to the paper plane.
  • the function of the control slide is schematically simplified in Figure 2 sketched. Shown is a control slide 29, which is aligned in the axial direction substantially parallel to the longitudinal axis of the rotor blade 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Wasserturbine mit einem hydrodynamischen Profil, dem eine Saugseite und eine Druckseite zugeordnet ist, umfassend eine Mehrzahl von Überströmkanälen, die im hydrodynamischen Profil angelegt sind und eine hydraulische Verbindung zwischen der Saugseite und der Druckseite herstellen und denen jeweils eine Ventileinrichtung zugeordnet ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung unterhalb einer vorgegebenen Grenzlastschwelle für das Rotorblatt geschlossen und oberhalb der Grenzlastschwelle geöffnet ist, wobei jeder Überströmkanal in der Offenstellung der Ventilanordnung den Leistungsbeiwert und/oder den Schubbeiwert des Rotorblatts gegenüber der Geschlossen-Stellung verringert.

Description

Rotorblatt für eine Wasserturbine, insbesondere für ein Gezeitenkraftwerk, und
Verfahren für dessen Betrieb
Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Wasserturbine, insbesondere für ein Gezeitenkraftwerk oder ein Flusswasserkraftwerk, und ein Verfahren für dessen Betrieb.
Frei umströmte Wasserturbinen zur Energiegewinnung aus einer
Gewässerströmung, insbesondere einer Gezeiten- oder Meeresströmung, sind bekannt. Derartige Anlagen können auch zur Energiegewinnung in Flüssen verwendet werden, wobei auf weitreichende wasserbauliche Maßnahmen zur Erstellung von Dammstrukturen verzichtet werden kann. Dabei kann es sich um fundamentierte Anlagen handeln, für die sich eine Gondel über einen Turm gegen den Gewässergrund abstützt. Alternativ wird die Anlage so mit Auftrieb versehen, dass diese schwimmfähig ist, wobei in diesem Fall ein Ankersystem die Gondel mit der Wasserturbine in der ßetriebsposition hält. Eine mögliche Bauform
gattungsgemäßer Anlagen stellen rotorförmige Wasserturbinen in
Horizontalläuferbauweise dar. Denkbar sind Rotoren mit nach radial außen weisenden Rotorblättern oder von einem Stützring ausgehend nach radial innengerichteten Rotorblättern.
Zur Energiegewinnung aus Gezeiten muss die Anlage für einen zyklischen Wechsel der Anströmungsrichtung angepasst werden. Wird auf einen
Blattwinkelverstellmechanismus oder eine Dreheinrichtung zur Nachführung der gesamten Wasserturbine um die Anlagenhochachse verzichtet, müssen die
Rotorblätter mit einem bidirektional anströmbaren Profil versehen sein. Zu diesem Zweck sind linsenförmige Blattquerschnitte oder Profile mit einem S-Schlag bekannt. Zur Verbesserung des hydraulischen Wirkungsgrades derartiger Profile offenbart die DE 10 2009 057 449 B3 schaltbare Überströmkanäle zwischen der Druck- und der Saugseite des Profils. Diese dienen dazu, die Wirkung des jeweils stromabseitig liegenden Profilteils abzumildern. Des Weiteren beschreiben
WO 2009 143846 AI und US 1,553,627 A Strömungsmaschinen mit geschlitzten Rotoren, die durch ein Überführen und Beschleunigen einer Teilströmung von der Druck- zur Saugseite des Profils den Wirkungsgrad steigern. Des Weiteren sind Überstromkanäle bekannt, die von der Druck- zur Saugseite des Profils reichen, um durch einen dosierten Fluidauslass die Grenzschicht anzuregen und so eine Strömungsablösung zu vermeiden. Hierzu wird beispielhaft auf die DE 5 35 504 A und DE 1187559 A verwiesen. Gattungsgemäße Anlagen ohne Dammstrukturen sind aufgrund der aufwändigen Bergung schwierig zu warten. Dies trifft insbesondere auf einen Standort im Meer zu, sodass eine grundlegende Forderung darin besteht, ein möglichst robustes Design zu verwenden. Aus diesem Grund werden Anlagen bevorzugt, die möglichst wenig ausfallanfällige Systeme aufweisen. Hieraus resultiert ein wartungsarmes Konzept ohne einen Blattwinkelverstellmechanismus oder eine Vorrichtung zur Drehung der Gesamtanlage um die Hochachse. Nachteilig an diesem Ansatz ist jedoch, dass die Wasserturbine so ausgelegt werden muss, dass sie einer nur in Ausnahmefällen auftretenden Spitzenbelastung standhält. Eine bekannte Maßnahme zur Lastreduktion bei Starkanströmung ist ein Anlagenbetrieb im Schnelllaufbereich, der den hydraulischen Wirkungsgrad und die Schublasten auf die Rotorblätter reduziert. Allerdings kann beim Erreichen der
Durchgangsdrehzahl die Belastung der Rotorblätter nicht weiter reduziert werden, sodass ein hoher konstruktiver Aufwand zur sicheren Auslegung der Wasserturbine notwendig ist. Des Weiteren werden für das vereinfachte Anlagendesign mit drehstarr angelenkten Rotorblättern und ohne einen Mechanismus zur Ausführung eines Anlagenschwenks aus Sicherheitsgründen Rotorblätter verwendet, die für einen effizienten Betrieb unter Normalbedingungen zu klein ausgebildet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rotorblatt für eine Wasserturbine und ein hiermit ausgeführtes Betriebsverfahren anzugeben, das starken Belastungsspitzen Stand hält. Dabei soll das Rotorblatt einen hohen Wirkungsgrad für die unter normalen Betriebsbedingungen auftretende Anströmung aufweisen. Ferner soll das Rotorblatt für frei umströmte Wasserturbinen und insbesondere für die Energiegewinnung aus einer bidirektionalen Anströmung geeignet sein.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein erfindungsgemäßes Rotorblatt weist mindestens über einen Teilabschnitt der Blatterstreckung mehrere Überströmkanäle auf, die eine hydraulische Verbindung zwischen der Saugseite und der Druckseite des Profils herstellen. Den
Überströmkanälen ist mindestens eine Ventileinrichtung zugeordnet, die so ausgelegt ist, dass sie unterhalb einer vorgegebenen Grenzlastschwelle
geschlossen und oberhalb der Grenzlastschwelle geöffnet ist. Bevorzugt wird die Grenzlastschwelle durch eine vorgegebene Drehzahl der Wasserturbine festgelegt. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen definieren die Grenzlastschwelle durch einen vorgegebenen, durch die Anströmung bedingten Staudruck an der Wasserturbine oder eine vorgegebene Druckdifferenz zwischen der Saugseite und der Druckseite des Profils. Dabei kann eine Ventileinrichtung verwendet werden, die passiv arbeitet und beim Erreichen der Grenzlastschwelle selbsttätig schließt. Für eine alternative Ausführung wird das Erreichen der Grenzlastschwelle von einem
Steuergerät detektiert, das sensorische Daten, etwa die
AnStrömungsgeschwindigkeit, die Rotordrehrate oder die Lasten auf den
Haltestrukturen der Anlage, verarbeitet, wobei das Steuergerät Stellsignale an die Ventilvorrichtung ausgibt.
Die Überströmkanäle mit der zugeordneten Ventileinrichtung dienen als
Überlastsicherung. Entsprechend sind diese so angelegt, dass ein geöffneter Überströmkanal den Leistungsbeiwert und/oder den Schubbeiwert des Rotorblatts verringert. Daher sind die Überströmkanäle bezüglich ihrer Anzahldichte und ihres Querschnitts in der Offenstellung so angelegt, dass die Druckdifferenz zwischen der Saug- und der Druckseite hinreichend reduziert wird und die Wirkung des Profilabschnitts mit den Überströmkanälen im Fall einer geöffneten
Ventileinrichtung so reduziert wird, dass die Belastung des Rotorblatts abnimmt. Dies führt zu der Notwendigkeit, dass ein hinreichendes Strömungsvolumen durch die Überströmkanäle geführt werden kann, sodass nicht nur keine eine
Grenzschichtanregung eintritt, sondern der Auftrieb im Profilabschnitt mit der Überlastsicherung stark reduziert wird. Eine weitere bevorzugte Maßnahme zur effektiven Reduktion der Leistungsbei werte und/oder der Schubbeiwerte besteht darin, die Überströmkanäle so anzulegen, dass an diesen die Ein- und
Ausströmung der Profilumströmung entgegenwirkt. Zu diesem Zweck werden die Überströmkanäle bevorzugt so gestaltet, dass diese schräg gegenüber der
Lotrechten zur Mittenlinie gestellt sind, sodass die Einströmung in die
Überströmkanäle auf der Druckseite sowie die Ausströmung auf der Saugseite eine gegen die Profilströmung gerichtete Richtungskomponente aufweisen. Zusätzlich können Teile der Ventileinrichtung in der Offenstellung die Profilkontur so verändern, dass der hydraulische Wirkungsgrad abnimmt. Ein erfindungsgemäßes Rotorblatt kann für den Mittellastbereich ausgelegt werden und demnach gegenüber einem Rotorblatt ohne Überlastsicherung größer dimensioniert werden. Hieraus resultiert eine wesentliche Wirkungsgradsteigerung der Gesamtanlage für den Betrieb unter normalen Anströmungsbedingungen.
Für eine bevorzugte Ausgestaltung liegt die Überlastsicherung mit den im
Überlastfall geöffneten Überströmkanälen lediglich bei einem begrenzten
Teilbereich des Profils vor, wobei eine Anordnung in einem blattspitzennahen Bereich vorteilhaft ist. Dabei wird eine Unterbringung der Überströmkanäle auf einer Fläche bevorzugt, die kleiner als ein Drittel der Gesamtfläche des Rotorblatts ist. Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung arbeitet die Überlastsicherung passiv. Demnach schaltet die Ventileinrichtung beim Erreichen der
Grenzlastschwelle aufgrund der Lasten auf der Anlage, ohne dass eine separate Steuerungseinrichtung notwendig ist. Für eine bevorzugte Ausgestaltung umfasst die Ventileinrichtung eine Membran, die auf der Saugseite des Profils zur
Abdeckung wenigstens eines Überströmkanals angeordnet ist. Die Membran weist wenigstens eine Membranöffnung auf, die versetzt zu einer Einlass- und/oder Auslassöffnung des zugeordneten Überströmkanals angeordnet ist. Durch ein Abheben der Membran von der Einlassöffnung und/oder der Auslassöffnung des zugeordneten Überström kanals entsteht eine hydraulische Verbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite des Profils. Die Öffnung der Ventileinrichtung entgegen der Membranspannung kann passiv durch eine Druckdifferenz zwischen der Druck- und der Saugseite des Profils, die im Überlastfall hinreichend groß ist, bewirkt werden. Für eine Weitergestaltung zu einer aktiven Vorrichtung kann ein rückseitig der Membran angebrachter Stellzylinder verwendet werden, der in der ausgefahrenen Stellung die Membran von der jeweiligen Einlass- und/oder Auslassöffnung des Überströmkanals abhebt. Ein solcher Stellzylinder kann als elektrisch betriebene Einheit ausgebildet sein. Dabei kommt insbesondere eine Vorrichtung mit einer Solenoidspule in Betracht. Für die aktive Ausgestaltung mit einem aktuatorischen Element kann die Membran auf der Saugseite und/oder auf der Druckseite des Rotorblattprofils angebracht werden. Des Weiteren ist für diese Ausführung die Membran so zu wählen, dass sie der punktuellen Belastung durch das Stellelement standhält. Dabei sind Ausführungsformen denkbar, die
wenigstens in den belasteten Bereichen ein Metallblech oder eine armierte
Kunststoffplatte aufnehmen oder ganzflächig aus diesen Materialien gebildet sind. Ferner werden an am Auflagepunkt des Stellzylinders an der Membran ein
Gleitflächen bildendes Element, wie eine PTFE-Folie, angebracht.
Für eine Ausgestaltungsalternative werden eine aktiv geschaltete Ventileinrichtung und eine zugeordnete Steuerungseinrichtung zur Bestimmung der Grenzlastschwelle vorgesehen. Dabei liegt für mehrere Überströmkanäle eine zentrale Ventileinrichtung vor. Für eine bevorzugte Ausgestaltung führen die so gebündelten Überströmkanäle auf der Druckseite des Profils zum einen
druckseitigen Sammelraum. Entsprechend liegt an der Saugseite des Profils ein saugseitiger Sammelraum, in den die saugseitigen Teilabschnitte der
Überströmkanäle münden. Zwischen dem druckseitigen Sammelraum und dem saugseitigen Sammelraum besteht eine Verbindung über eine zentrale
Ventileinrichtung. Denkbar ist eine Ausgestaltung für die jeweils die
Überströmkanäle bereichsweise zusammengefasst werden und über eine zugeordnete zentrale Ventileinrichtung schaltbar sind. Dabei ist auch die
Verwendung einer Mehrzahl zentraler Ventileinrichtungen möglich.
Die Ventileinrichtung zur Freigabe bzw. zur Blockade eines Überströmkanals kann für eine aktive Ausgestaltung elektrisch oder hydraulisch angetrieben werden. Im Fall eines elektrischen Stellelements folgt die Energieversorgung bevorzugt über ein berührungslos arbeitendes, induktives System zur Leistungsübertragung im Bereich der Rotornabe. Für eine hydraulische Gestaltung kann ein Druckmedium im Übergang zwischen dem ortsfesten Teil der Anlage und dem Rotor mittels eines Ringkanals erfolgen. Denkbar ist auch eine Gestaltung, für die der für den Betrieb der Stelleinrichtung verwendete Hydraulikdruck von einer im Bereich der umlaufenden Einheit der Wasserturbine angeordneten
Druckerzeugungsvorrichtung stammt. Für eine Ausgestaltungsalternative kann der auf ein Anlagenteil wirkende Staudruck zum Betrieb der Stellelemente der
Ventileinrichtung verwendet werden.
Für eine weitere, bevorzugte Ausführungsform wird wenigstens eine
Ventileinrichtung mit einem Steuerschieber verwendet, der Stellbewegungen ausführt, die im Wesentlichen in Richtung der Blattlängsachse gerichtet sind.
Dabei kann der Steuerschieber entgegen der Kraftwirkung eines elastischen Stellelements in die Offen-Stellung geführt werden. Für eine solche Ausgestaltung führt die mit einer zunehmenden Rotordrehzahl ansteigende Fliehkraftwirkung zu einer Bewegung des Steuerschiebers entgegen des elastischen Elements bis die Ventileinrichtung öffnet. Entsprechend wird die vorgegebene Grenzlastschwelle durch eine Grenze für die Drehzahl, für die die Überlastsicherung auslöst, festgelegt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in
Zusammenhang mit Figurendarstellungen beschrieben, die im Einzelnen Folgendes darstellen:
Figur 1 zeigt einen Profilschnitt für ein erfindungsgemäßes Rotorblatt mit einer
Überlastsicherung, die eine Mehrzahl von Überströmkanälen mit einer zugeordneten Ventileinrichtung umfasst
Figur 2 stellt einen Teilausschnitt des Profils aus Figur 1 dar, wobei die
Überlastsicherung eine Ventileinrichtung mit einer durch die Überströmkanäle gespannten Membran umfasst.
Figur 3 stellt eine Weitergestaltung der Ausführung gemäß Figur 2 dar, wobei die Membran mittels eines Stellzylinders abhebbar ist.
Figur 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung anhand eines Profilschnitts eines
Teilbereichs eines erfindungsgemäßen Rotorblatts mit einem druckseitigen Sammelraum und einem saugseitigen Sammelraum und einer zwischengeschalteten zentralen Ventileinrichtung.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung mit einer Ventileinrichtung, die eine
Mehrzahl von Überströmkanälen bündelt und der ein in
Blattlängsrichtung angeordneter Steuerschieber zugeordnet ist. zeigt in einer Teilschnittansicht des Rotorblatts einen in Blattlängsrichtung angeordneten Steuerschieber für die
Ventileinrichtung der Überströmkanäle. Figur 7 zeigt in Draufsicht ein Gezeitenkraftwerk mit einer Wasserturbine,
deren Rotorblätter eine erfindungsgemäße Überlastsicherung umfassen.
Figur 7 zeigt schematisch vereinfacht eine gattungsgemäße
Energieerzeugungsanlage. Dargestellt ist ein Gezeitenkraftwerk 100 mit einem auf dem Gewässergrund 102 ruhenden Fundament 101. Auf diesem stützt sich ein Turm 103 ab, der eine Maschinengondel mit einer daran umlaufenden, frei umströmten Wasserturbine 104 trägt, die in Horizontalläuferbauweise ausgebildet ist. Die Wasserturbine 104 umfasst drei Rotorblätter 1.1, 1.2, 1.3, deren Scheitel eine Rotationsebene festlegen.
Jedes Rotorblatt 1.1, 1.2, 1.3 umfasst erfindungsgemäß eine Überlastsicherung 2.1, 2.2, 2.3, die im Bereich der jeweiligen Blattspitze ausgebildet ist. Die
Anordnung der Überlastsicherung 2.1, 2.2, 2.3 im radial äußeren Teil des
Rotorblatts 1.1, 1.2, 1.3 ist neben der hohen Wirksamkeit deshalb vorteilhaft, da im relativ dünnen Blattspitzenbereich ein Rotorblatt 1.1, 1.2, 1.3, insbesondere in Guss- oder Stahlausführung, aus Vollmaterial besteht, sodass Überströmkanäle der Überlastsicherung 2.1, 2.2, 2.3 fertigungstechnisch vereinfacht als Bohrungen ausgeführt werden können. Eine Ausgestaltung der Überlastsicherung 2.1 ist in Figur 1 dargestellt. Gezeigt wird ein Profilschnitt entlang der Schnittlinie A-A aus Figur 7. Skizziert ist ein bidirektional anströmbares hydrodynamisches Profil 3, das als
doppeltsymmetrisches Profil ausgebildet ist. Die Sehnenlinie und die Mittellinie 4 des hydrodynamischen Profils 3 stimmen für das vorliegende Ausführungsbeispiel überein. Des Weiteren ist ein Anstellwinkel α zwischen der Mittenlinie 4 und der Rotationslinie 5 gezeigt, der die Einbaulage des Rotorblatts 1.1, 1.2, 1.3 verdeutlicht.
Für die in Figur 1 skizzierte Betriebsbedingung wird die effektive Anströmung veffi angenommen, die sich aus der vektoriellen Addition der
AnStrömungsgeschwindigkeit vi und der negativen Umlaufgeschwindigkeit Ui ergibt. Dabei soll der Fall einer Starkanströmung vorliegen, die oberhalb einer vorbestimmten Grenzlastschwelle liegt. Für die angenommene effektive
Anströmung veffi liegt die Druckseite 11 oberhalb der Mittenlinie 4 und die
Saugseite 10 des hydrodynamischen Profils 3 oberhalb der Mittenlinie 4. Zwischen der Druckseite 11 und der Saugseite 10 stellen Überströmkanäle 6.1, 6.8 eine schaltbare hydraulische Verbindung her.
Zur Festlegung eines offenen und geschlossenen Zustands der Überströmkanäle 6.1, 6.8 wird eine Ventileinrichtung 12.1, 12.2 verwendet. Vorliegend wird diese durch eine Membran 7.1, 7.2 realisiert, die über die Einlass- oder
Auslassöffnungen der Überströmkanäle 6.1, 6.8 gespannt ist. Zu diesem Zweck sind Haltestege 9.1, 9.6 vorgesehen, die die Membran 7.1, 7.2 an
Einkerbungen des hydrodynamischen Profils 3 unter Spannung verkeilt. Hierdurch entstehen Teilabschnitte der Membranen 7.1, 7.2, die für das vorliegende
Ausführungsbeispiel jeweils zwei Überströmkanäle 6.1, 6.8 im Bereich des Auslasses überdecken.
Die Membranen 7.1, 7.2 umfassen eine Mehrzahl von Membranöffnungen 8.1, 8.8, die jeweils versetzt zu den Auslassöffnungen der zugeordneten
Überströmkanäle 6.1, 6.8 angeordnet sind, sodass unter Normalbedingungen, das heißt beim Anlagenbetrieb unterhalb der Grenzlastschwelle, eine hinreichende Abdichtung der Überströmkanäle 6.1, 6.8 vorliegt. Entsprechend sind die Einspannung, die Materialwahl der Membran 7.1, 7.2 sowie die Geometrie der Auslassöffnung auf die beim Betrieb wirkenden Kräfte abgestimmt. Dabei kann die Membran aus einem faserverstärkten Material bestehen.
Für die angenommene Anströmung veffi wirken auf die Membran 7.1 die
Auftriebskraft auf der Saugseite 10 des Profils, wobei die Druckdifferenz zwischen der Saugseite 10 und der Druckseite 11 des hydrodynamischen Profils 3 dazu führt, dass die Membran 7.1 ausgewölbt wird, das heißt die Ventileinrichtung 12.1 befindet sich in der Offen-Steil ung. Die auf der Druckseite 11 liegende Membran 7.2 für die Überströmkanäle 6.5, 6.8 im stromabseitigen Teil des Profils ist für die Anströmung vefn geschlossen, das heißt die Membran 7.2 liegt an der
Profilkontur an und die versetzten Membranöffnungen 6.5, 6.8 weisen keine Überdeckungen mit den Ausströmungsöffnungen der Überströmkanäle 6.5, 6.8 auf. Ein Öffnen der Überströmkanäle 6.5, 6.8 kann nur für eine hinreichend große, entgegengesetzte effektive Anströmung νβκ auftreten.
Figur 2 zeigt einen Teilausschnitt aus Figur 1 mit den Überströmkanälen 6.1, 6.2. Diese werden auf der Saugseite 10 des hydrodynamischen Profils 3 mit dem Abschnitt der Membran 7.1 zwischen den Haltestegen 9.1 und 9.2 überspannt. Für die dargestellte Betriebssituation befindet sich die Ventileinrichtung 12.1 in der Offen-Stellung. Vorliegend bedeutet dies, dass der Abschnitt der Membran 7.1 gegenüber der Profildecke 21 im Bereich der Auslassöffnungen 18.1, 18.2 der Überströmkanäle 6.1, 6.2 angehoben ist. Hierdurch wird ein Strömungsweg zu gegenüber den Auslassöffnungen 18.1, 18.2 versetzt angeordneten
Membranöffnungen 8.1, 8.2 hergestellt. Damit ist eine hydraulische Verbindung zwischen der Druckseite 11 und der Saugseite 10 des hydrodynamischen Profils 3 geschaffen, die einen Druckausgleich bewirkt, der so beschaffen ist, dass der durch diesen Teilbereich des hydrodynamischen Profils 3 erzeugte Beitrag zum Leistungsbeiwert und/oder Schubbeiwert absinkt. Die hydraulische Wirkung des Rotors wird reduziert. Für den Fall einer an der Rotorblattspitze angeordneten Überlastsicherung 2.1, 2.2, 2.3 entsteht somit im Überlastfall eine Wasserturbine deren Wirkung einem Rotor mit einem kleineren Radius entspricht.
Die in Figur 2 skizzierten Überströmkanäle 6.1, 6.2 weisen einen Durchmesser D auf, der so dimensioniert ist, dass ein effektiver Druckausgleich zwischen der Druckseite 11 und der Saugseite 10 des hydrodynamischen Profils 3 eintritt.
Entsprechend wird der freie Querschnitt der Ventileinrichtung 12.1 in der Offen- Stellung dimensioniert. Zusätzlich sind die Überströmkanäle 6.1, 6.2 so
angeordnet, dass die Ausströmung 16 im Bereich der Auslassöffnungen 18.1, 18.2 und die Einströmung 17 im Bereich der Einlassöffnungen 19.1, 19.2 der
Überströmkanäle 6.1, 6.2 entgegen der saugseitigen Profilströmung 14 und der druckseitigen Profilströmung 15 gerichtet sind. Hierzu weist der Bohrungswinkel ß zwischen der Kanalachse 13 des Überströmkanals 6.1 und der Mittenlinie 4 des hydrodynamischen Profils 3 eine Abweichung von der Lotrechten auf. Die hieraus resultierende Schrägstellung ist so gerichtet, dass die Ausströmung 18.1 eine Richtungskomponente entgegen der saugseitigen Profüumströmung 14 aufweist.
Zur gewünschten Ausströmungsrichtung trägt auch der stromaufwärtige Versatz der zugeordneten Membranöffnung 8.1 gegenüber der Auslassöffnung 18.1 des Strömungskanals 6.1 bei. Entsprechend entgegengesetzt zur rückseitigen
Profilumströmung ist die Geometrie der Einlassöffnungen 19.1, 19.2 der
Überströmkanäle 6.1, 6.2 gestaltet.
Bei Auslösen der Überlastsicherung 2.1, 2.2, 2.3 resultiert für die Ausführung mit einem in der Offenstellung raumgreifenden Ventilelement 12.1, 12.2, vorliegend der Membran 7.1, 7.2, ein verändertes hydrodynamisches Profil. Bevorzugt ist die Profilveränderung dergestalt, dass ein Strömungsabriss schneller eintritt und damit die Auftriebswirkung noch effektiver reduziert wird. Des Weiteren zeigt die in Figur 2 skizzierte Ausgestaltung Filter 20.1, 20.2 zur Abdeckung der Einlassöffnungen 19.1, 19.2, die das Eindringen von Sedimenten in die Überströmkanäle 6.1, 6.2 verhindern. Zusätzlich können auch die
Membranöffnungen 8.1, 8.2 gegen das Eindringen von Fremdstoffen gesichert sein. Dies ist im Einzelnen nicht dargestellt.
Des Weiteren ist bevorzugt eine Bewuchsschutzvorrichtung den Überströmkanälen 6.1, 6.2 zugeordnet, um maritimem Bewuchs entgegenzuwirken. Hierzu kann ein Schutzanstrich vorgesehen sein. Alternativ werden Heizelemente verwendet, um durch regelmäßige Heizzyklen die Überströmkanäle 6.1, 6.2 durchgängig zu halten. Zu diesem Zweck können elektrische Heizelemente verwendet werden, die in Betriebssituationen gespeist werden, wenn die Anlage Leistung erzeugt, die nicht in das Netz eingespeist werden kann. Eine weitere Maßnahme zur
Aufrechterhaltung der Durchgängigkeit der Überströmkanäle 6.1, 6.2 stellt eine Schwingungsanregung dar. Dabei kann der Blattspitzenbereich mit der
Überlastsicherung 2.1, 2.2, 2.3 in Resonanzschwingungen gebracht werden oder es werden lokale Schwingungserzeuger, insbesondere zur Erzeugung von
Ultraschall, verwendet. Figur 3 zeigt eine Weitergestaltung der Ausführung gemäß der Figuren 1 und 2 mit einer Ventileinrichtung 12.1, die eine Membran 7.1 umfasst. Zu der
voranstehend erläuterten Ausgestaltung übereinstimmende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei ist zum Öffnen der Ventileinrichtung 12.1 wiederum ein Anheben der Membran 7.1 gegenüber der Profildecke 21 im Bereich der Auslassöffnungen 18.1, 18.2 der Überströmkanäle 6.1, 6.2 notwendig. Die hierfür notwendige Hubkraft gegen die Spannkraft der Membran 7.1 wird für die vorliegende Ausgestaltung wenigstens teilweise durch einen elektrischen Aktuator 22 in Form eines Stellzylinders 23 mit einer Solenoidspule und einem rückstellenden Federelement 24 bewirkt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Schaltwirkung der Ventileinrichtung 12.1 genau bestimmt werden kann. Es gibt demnach keinen gleitenden Übergang zwischen der vollständig Geschlossen-Stellung und der Offen-Stellung der Überströmkanäle 6.1, 6.2. Des Weiteren wird ein unkontrolliertes Flattern der Membran 7.1 einer aufgrund der Strömungsbeschleunigung in den Überströmkanälen 6.1, 6.2 vermieden.
Ein weiterer Vorteil für die Ausgestaltung gemäß Figur 3 besteht darin, dass mittels des Stellzylinders 23 die Membran 7.1 auch unterhalb der
Grenzlastschwelle angehoben werden kann. Hierdurch kann beim Normalbetrieb ein Durchspülen der Überströmkanäle 6.1, 6.2 vollzogen werden. Des Weiteren kann die Funktionsfähigkeit der Überlastsicherung regelmäßig geprüft werden.
Die für die Ausführung mit einem elektrischen Aktuator verwendete Membran 7.1, 7.2 muss der punktuellen Belastung durch den Stellzylinders 23 standhalten.
Denkbar ist die Verwendung von Metallblechen mit einer hinreichenden
Dehnfähigkeit oder faserarmierte Kunststoff platten. Des Weiteren können starre Elemente im Bereich des Auflagepunkts des Stellzylinders 23 mit dehnbaren Elementen zur Ausbildung der Membran 7.1 verwendet werden. Ferner werden im Fall einer relativ starren Ausführung Membran 7.1, 7.2 die Membranöffnungen 8.1, 8.8 bevorzugt verkleinert in Form von Bohrungen angelegt.
Figur 4 zeigt eine Ausgestaltungsalternative, wobei die Überlastsicherung 2.1 eine zentrale Ventileinrichtung 25 umfasst. Diese ist bevorzugt als elektrischer Aktuator mit einem Stellzylinder 23 ausgebildet, welcher einen Überströmkanal 6, der von einem druckseitigen Sammelraum 26 zu einem saugseitigen Sammelraum 27 reicht, schaltet. Diese Sammelräume sind jeweils mit einem Lochblech 28.1, 28.2 abgedeckt, wobei die Durchbrechungen in den Lochblechen 28.1, 28.2 die voranstehend erläuterte Schrägstellung mit dem Bohrungswinkel ß aufweisen.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit zwei zentralen Ventileinrichtungen 25.1, 25.2, die die Überströmkanäle 6.1 - 6.4 zum einen und 6.5 - 6.8 zum anderen bündeln. Die zentralen Ventileinrichtungen 25.1, 25.2 umfassen Steuerschieber 29.1, 29.2, die im Wesentlichen in Richtung der Längsachse des Rotorblatts 1 verlaufen. Vorliegend ist dies eine Senkrechte zur Papierebene. Die Funktion der Steuerschieber ist schematisch vereinfacht in Figur 2 skizziert. Dargestellt ist ein Steuerschieber 29, der in Axialrichtung im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Rotorblatts 1 ausgerichtet ist.
Entsprechend wirken beim Umlauf der Wasserturbine aufgrund des
Radialstrahldesigns Fliehkräfte F auf den Steuerschieber 29, die gegen ein elastisches Rückstellelement 30 wirken. Ab einer bestimmten Drehzahl, die die Grenzlastschwelle festlegt, bewegt sich der Steuerschieber 29 entgegen des elastischen Rückstellelements 30 bis zur Offenstellung des exemplarisch bezeichneten Überströmkanals 6. Für diesen Fall wird eine fluidische Verbindung zwischen den Auslassöffnungen 18.1, 18.2 auf der Saugseite 10 des Profils und den Einlassöffnungen 19.1, 19.2 auf der nicht einsehbaren Druckseite des hydrodynamischen Profils 3 geschaffen. Vorliegend tritt die Wirkung der
Überlastsicherung ein. Weitere Ausgestaltungen im Rahmen der nachfolgenden Schutzansprüche sind denkbar.
Bezugszeichenliste , 1.1, 1.2, 1.3 Rotorblatt
.1, 2.2, 2.3 Überlastsicherung
hydrodynamisches Profil Mittenlinie
Rotationsebene, 6.1, 6.8 Überstromkanal
.1, 7.2 Membran
.1, 8.8 Membranöffnung
.1, 9.6 Haltesteg
0 Saugseite
1 Druckseite
2.1, 12.2 Ventileinrichtung
3 Kanalachse
4 saugseitige Profilumströmung5 druckseitige Profilumströmung6 Ausströmung
7 Einströmung
8.1, 18.2 Auslassöffnung
9.1, 19.2 Einlassöffnung
0.1, 20.2 Filter
1 Profildecke
2 elektrischer Aktuator
3 Stellzylinder
Solenoidspule5, 25.1, 25.2 zentrale Ventileinrichtung6 druckseitiger Sammelraum7 saugseitiger Sammelraum8.1, 28.2 Lochblende 29, 29.1, 29.2 Steuerschieber
30 elastisches Rückstellelement
31 Blattspitze 100 Gezeitenkraftwerk
101 Fundament
102 Gewässergrund
103 Turm
104 Wasserturbine
105 Gewässeroberfläche ui, u2 negative Umlaufgeschwindigkeit i, v2 Anströmungsgeschwindigkeit
Veffl, eff2 effektive Anströmungsgeschwindigkeit α Blattanstellwinkel
ß Bohrungswinkel
D Durchmesser
F Fliehkraft

Claims

Patentansprüche
1. Rotorblatt für eine Wasserturbine (104) mit einem hydrodynamischen Profil (3), dem eine Saugseite (10) und eine Druckseite (11) zugeordnet ist, umfassend eine Mehrzahl von Überströmkanälen (6,1, 6.8), die im hydrodynamischen (3) Profil angelegt sind und eine hydraulische
Verbindung zwischen der Saugseite (10) und der Druckseite (11) herstellen und denen jeweils eine Ventileinrichtung (12.1, 12.2) zugeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (12.1, 12.2) unterhalb einer vorgegebenen Grenzlastschwelle für das Rotorblatt geschlossen und oberhalb der Grenzlastschwelle geöffnet ist, wobei jeder Überströmkanal (6,1, 6.8) in der Offenstellung der Ventilanordnung (12.1, 12.2) den Leistungsbeiwert und/oder den Schubbeiwert des Rotorblatts gegenüber der Geschlossen-Stellung verringert.
2. Rotorblatt nach Anspruch 1, wobei die Grenzlastschwelle durch eine
vorgegebene Drehzahl der Wasserturbine (104) und/oder einen
vorgegebenen Staudruck an der Wasserturbine (104) und/oder eine vorgegebene Druckdifferenz zwischen der Saugseite (10) und der
Druckseite (11) des hydrodynamischen Profils (3) festgelegt ist.
3. Rotorblatt nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die
Ventileinrichtung (12.1, 12.2) eine Membran (7.1, 7.2) umfasst, die auf der Saugseite (10) und/oder auf der Druckseite (11) des hydrodynamischen Profils (3) angebracht ist und die wenigstens eine Membranöffnung (8.1, 8.8) aufweist, die versetzt zu einer Einlassöffnung (19.1, 19.2) und/oder einer Auslassöffnung (18.1, 18.2) eines von der Membran (7.1, 7.2) abgedeckten Überströmkanals (6,1, 6.8) angeordnet ist.
4. Rotorblatt nach Anspruch 3, wobei die Membran (7.1, 7.2) der
Ventileinrichtung (12.1, 12.2) zum Öffnen eines Überströmungskanals (6,1,
6.8) von der jeweils zugeordneten Einlassöffnung (19.1, 19.2) und/oder Auslassöffnung (18.1, 18.2) des Überströmungskanals (6,1, ···, 6.8) abhebbar ist.
5. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Membran (7.1, 7.2) passiv durch eine Druckdifferenz zwischen der Druckseite (11) und der Saugseite (11) des hydrodynamischen Profils (3) bewegbar ist.
6. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Membran (7.1, 7.2) zur Bewegung ein Stellzylinder (23) zugeordnet ist.
7. Rotorblatt nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Überströmkanälen (6,1, 6.8) eine gemeinsame Ventileinrichtung (12.1, 12.2) zugeordnet ist.
8. Rotorblatt nach Anspruch 7, wobei die Überströmkanäle (6,1, 6.8) auf der Druckseite (11) des hydrodynamischen Profils (3) in einen druckseitigen Sammelraum (26) und auf der Saugseite (10) des hydrodynamischen Profils (3) in einen saugseitigen Sammelraum (27) münden und wobei zwischen dem druckseitigen Sammelraum (26) und dem saugseitigen Sammelraum (27) eine hydraulische Verbindung über eine zentrale Ventileinrichtung (25) besteht.
9. Rotorblatt nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die
Ventileinrichtung (12.1, 12.2, 25) einen Steuerschieber (29) umfasst.
10. Rotorblatt nach Anspruch 9, wobei der Steuerschieber (29) durch die Fliehkraft (F) auf das Rotorblatt (1.1, 1.2, 1.3) entgegen der Kraftwirkung eines elastischen Stellelements (30) bewegbar ist.
11. Rotorblatt nach Anspruch 9, wobei dem Steuerschieber (29) eine
Verstellhydraulik zugeordnet ist, die durch den durch die Anströmung bedingten Staudruck druckbeaufschlagbar ist.
12. Rotorblatt nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die
Ventileinrichtung (12.1, 12.2, 25) elektrisch betätigbar ist.
13. Rotorblatt nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das
hydrodynamische Profil (3) als bidirektionales Profil ausgestaltet ist.
14. Verfahren zum Betrieb eines Strömungskraftwerks mit einem Rotorblatt (1.1, 1.2, 1.3) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei für eine Normalbetriebsphase unterhalb der Grenzlastschwelle die Ventileinrichtung (12.1, 12.2) geschlossen wird und für eine Starkanströmungsphase oberhalb der Grenzlastschwelle die Ventileinrichtung (12.1, 12.2) geöffnet wird.
15. Verfahren zum Betrieb eines Strömungskraftwerks nach Anspruch 14, wobei die Grenzlastschwelle durch eine vorgegebene Drehzahl der Wasserturbine (104) und/oder einen vorgegebenen Staudruck an der Wasserturbine (104) und/oder eine vorgegebene Druckdifferenz zwischen der Saugseite (10) und der Druckseite (11) des hydrodynamischen Profils (3) festgelegt wird.
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