WO2004051079A1 - Unterwasser angeordnete laufkraftturbine - Google Patents

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WO2004051079A1
WO2004051079A1 PCT/EP2003/012731 EP0312731W WO2004051079A1 WO 2004051079 A1 WO2004051079 A1 WO 2004051079A1 EP 0312731 W EP0312731 W EP 0312731W WO 2004051079 A1 WO2004051079 A1 WO 2004051079A1
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hydroelectric power
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Ernst Buttler
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Ernst Buttler
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/202—Rotors with adjustable area of intercepted fluid
    • F05B2240/2022—Rotors with adjustable area of intercepted fluid by means of teetering or coning blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the invention relates to a hydropower plant for generating electrical energy with conversion of flow energy of a flowing stream, by means of a flow machine with at least
  • Hydropower plants produce continuous electrical energy because moving waters are in constant motion.
  • hydropower plants of the embodiment described above which have a floating on the water surface Stromungsmaschine. This is on the one hand aesthetically unsatisfactory because the landscape is disturbed, on the other hand, a reduced energy conversion must be accepted, because the rotor in the embodiment as a regular paddle wheel only partially into the current waters immersed and driven (see DE 41 12 730 C2).
  • turbomachinery for use in underwater power plants, where paddle wheels are arranged on a scaffold and the framework is placed on a foundation in the bottom of the water.
  • the laying down of the foundation is complicated and a sufficient anchoring of the framework on the foundation hardly guaranteed, so that a sufficient alignment of the paddle wheels in the flow direction is hardly guaranteed (see DE 200 11 874 Ul).
  • the rotor's axis of rotation is rotatably mounted at the lower end with a pin in a bearing.
  • This warehouse is located in a multi-part foundation whose individual foundation parts have to be swum to the place of use and assembled there with a diver's aid at the bottom of the water (see DE 299 00 124 Ul).
  • the invention has for its object to provide a hydropower plant of the embodiment described above, the turbomachine is not visible in use, allows for short-term installation and is also characterized by a montagetechnischer and maintenance technology simple design.
  • pressurizing the float to the surface of the water can be lifted.
  • the lifting and lowering operation of the turbomachine can be controlled via a compressed air line by supplying air, possibly also by way of flooding. It is also possible to lower the flow machine to the bottom of the water.
  • the invention teaches that the rotor is mounted on a rotor axis oriented in the direction of flow of the water body and its rotor blades are adjustable by means of an adjusting mechanism in or against the flow direction, for example, to prevent a reduction in performance at a predetermined level exceeding flow pressure. This is achieved by a feathering of the rotor blades and consequently reduction of the flow surfaces.
  • the rotor axis is designed as a hollow shaft and forms the float.
  • Such a hollow axle is characterized by high bending stiffness and supports the orientation of the rotor in the flow direction of the flowing water.
  • the rotor blades of the rotor shaft rotatably mounted on the rotor are swiveled in the flow direction and kept upright by spring action against the flow pressure and are swung when the flow pressure is exceeded by a predetermined amount successively in the flow direction with reduction of the inflow.
  • a relatively simple and functional adjustment mechanism for the rotor blades is achieved. This is especially true when the rotor blades are supported on its side facing away from the flow by means of support lugs against spread-apart leaf springs, which are distributed over the circumference of the rotor axis and fixed on the rotor axis.
  • the spring force of these leaf springs defines that flow pressure at which the rotor blades are held upright. Only when the flow pressure exceeds the spring force of the leaf springs, the rotor blades are pivoted in the same feathered position.
  • an abutment is arranged on the rotor axis, wherein the rotor blades are articulated steering levers and the steering levers are articulated to a displaceable on the rotor axis in the axial longitudinal direction bearing ring and further wherein between the abutment and the bearing ring a surrounding the rotor axis compression spring the embodiment of a helical spring is arranged, which over the rotor blades the steering lever and against the flow direction of the water acted upon.
  • the rotor blades are pivoted when the effective flow pressure exceeds the spring force of the compression spring.
  • the rotor axis may be formed as at least at the front and rear axis end spindle axis, wherein the abutment and / or the bearing for the rotor blades are designed as adjustable and lockable spindle nuts on the spindle axis to bias the compression spring by a predetermined amount or to vary the spring pressure can.
  • a spindle-axis surrounding helical compression spring or tension spring is arranged between the bearing ring and the bearing for the rotor blades, wherein the bearing ring and the bearing for the rotor blades are designed as spindle nuts. In this case, it depends on the direction of flow and, as a result, loading of the rotor blades from one direction or the other, whether the spring arranged between the bearing ring and the bearing for the rotor blades works as a compression spring or tension spring.
  • the invention teaches that a plurality of rotors, each with adjusting mechanism is arranged at predetermined intervals on the rotor axis.
  • the flow pressure from the flowing water is distributed to a plurality of rotor blades, so that even low flow rates allow a sufficient energy conversion.
  • a reduction of the flow pressure is achieved by its distribution to the individual rotor blades. This is especially true when the outer diameter of the rotors or their Rotor blades in the flow direction of the water increase by a predetermined gradation and exceed the upstream rotors.
  • the rotor axis is designed as a conical widening in the flow direction of the body hollow axis and characterized not only by a streamlined design, but also reduces the attacking on the flanged generator stresses and in particular bending forces.
  • the hollow axle is expediently constructed and extendable from hollow sections forming axle sections, each having a rotor, wherein the axle sections can be connected to one another by means of gas-tight or airtight and watertight flange connections. This allows the rotor axis with sufficient stability and buoyancy optionally extend.
  • the rear end of the rotor axis in the flow direction may have a tail, so that proper alignment of the rotor axis and the rotors thereon is ensured.
  • the generator can be placed in a watertight housing, e.g. B. housings of half-shells such as pipe halves to be arranged with outside cooling fins, which preferably extend in the housing longitudinal direction and consequently flow direction.
  • a hollow flow cone can be flange-mounted on the housing, which, in addition, provides buoyancy in the generator region.
  • the float is preferably formed by the hollow axle, optionally the housing and the flow cone.
  • the floating body is formed by a frame with hollow beams and / or boxes for one or more turbomachines.
  • turbomachines are arranged in series next to one another and / or in a staggered arrangement one behind the other and, if appropriate, connected to one another by means of flexible or elastic connecting means in order, as it were, to realize a power plant.
  • the turbomachinery or machines are anchored by means of chains, hawser or the like on the shore or bottom of the water, so that in the latter case, the anchor remains invisible.
  • FIG. 1 shows a flow machine according to the invention in a schematic side view
  • FIG. 2 shows the object according to FIG. 1 in a front view
  • FIG. 3 is a Wasserkra invention tstrom with several in series juxtaposed turbomachinery in front view
  • FIG. 4 shows a section of the article according to FIG. 1 with rotor blades which can be swung away in the generator direction, FIG.
  • FIG. 5 shows the object according to FIG. 4 with rotor blades which can be swung away in the opposite direction
  • FIG. 6 shows a modified embodiment of the article according to FIG. 1 with a generator housed in a housing
  • FIG. 8 shows a further modified embodiment of the article according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 9 shows a modified embodiment of the article according to FIG. 8, FIG.
  • FIGS. 7 and 8 show a further modified embodiment of the article according to FIGS. 7 and
  • FIG. 11 a detail of a top view of the article according to FIG. 3.
  • This hydroelectric power plant has at least one turbomachine 1 with at least one rotor 2, a driven by the rotor 2 generator 3 and a float 4 for the turbomachine 1, wherein the turbomachine 1 stationary, z. B. anchored on shore-side and / or water-base fixed points 5 such that the rotor 2 is aligned in the flow direction of the body of water.
  • the turbomachine 1 is held below the surface of the water 6 in a floating state.
  • the floating body 4 can be acted upon optionally with compressed air or another gaseous medium and optionally flooded with water.
  • the necessary valve and control devices are not shown.
  • the rotor 2 is mounted on a rotor axis 7 aligned in the direction of flow of the body of water. Its rotor blades 8 are adjustable by means of an adjusting mechanism 9 in or against the flow direction. In addition, the rotor blades 8 can be adjusted to change their angle of attack about their longitudinal axis.
  • the rotor axis 7 is formed as a hollow axle, which also forms the floating body 4.
  • the rotor blades 8 of the rotatably mounted on the rotor axis 7 rotor 2 are swung in the flow direction and kept upright by spring action against the flow pressure.
  • the rotor blades 8 When the flow pressure is exceeded by a predetermined amount, the rotor blades 8 successively in the direction of flow under Reduction of the inflow area swung into the feathered position. This is indicated by dashed lines.
  • the rotor blades 8 are supported on their side facing away from the flow by means of supporting lugs 10 against spread-apart leaf springs 11, which are distributed over the circumference of the rotor axis 7 and fixed on the rotor axis 7.
  • an abutment 12 is arranged on the rotor axis 7. Furthermore, 8 steering levers 13 are hinged to the rotor blades, which are also articulated to a displaceable on the rotor axis 7 in the axial longitudinal direction bearing ring 14. Between the abutment 12 and the bearing ring 14 a surrounding the rotor axis 7 compression spring 15 is arranged, which acts on the rotor blades 8 via the steering lever 13 against the flow direction of the water body.
  • the rotor axis 7 may be formed at least at the front and rear axle end as a spindle axis 7a, 7b, wherein the abutment 12 and / or the bearing 16 are formed for the rotor blades 8 as on the spindle axis 7a, 7b adjustable and lockable spindle nuts.
  • a helical compression spring 15 ' which surrounds the spindle axis 7 and which can also function as a tension spring as a function of the flow direction.
  • the bearing ring 14 and the bearing 16 for the rotor blades 8 are formed as spindle nuts.
  • a plurality of rotors 2 may be arranged with respective adjusting mechanism 9 at predetermined intervals.
  • an embodiment of the rotor axis 7 is recommended as a hollow shaft which widens conically in the flow direction of the water body and is connected with its tapered end to a generator 3.
  • the hollow axle may be composed of hollow sections 17 forming axle sections 18, each having a rotor 2 and adjusting mechanism 9 and consequently be extendible by a plurality of axle sections 18.
  • axle sections 18 can be connected to one another by means of gas or airtight and watertight flange connections 19.
  • gas or airtight and watertight flange connections 19 it is possible to support the rotor axis 7 at predetermined intervals by means of guide bearings 20.
  • the downstream end of the rotor axis 7 has a tail 21, whereby the orientation of the turbomachine 1 is stabilized in the flow direction.
  • the generator 3 may be in a housing 22, for. B. from half shells housing with outside cooling fins 23 may be arranged. It is also possible to arrange a plurality of generators 3 in series one behind the other and to connect them to one another and to the rotor axis 7. Also in this case, the generators 3 can be housed. Preferably, on the inflow side of the housing 22, a hollow flow cone 24 is flanged.
  • the floating body 4 is formed by the hollow shaft 7, optionally the housing 22 and the flow cone 24.
  • the floating body 4 is formed by a frame frame 25 with hollow beams 26 and / or boxes for one or more turbomachines 1. This frame 25 may be equipped for placement with skids 27.
  • turbomachines 1 At the floodable floating body 4, one or more compressed air lines 28 are connected.
  • a plurality of turbomachines 1 can be arranged in series next to each other and / or in a staggered arrangement one behind the other and optionally connected to one another by means of flexible or flexurally elastic connecting means 29.
  • the turbomachine or machines 1 are anchored by means of chains, hawser 30 or the like on the shore 31 and / or bottom 32 of the water in fixed points 5. With an anchorage at the bottom 32 of the water body, one can bring in a strike or boring pile 33, dispensing with a complex foundation.

Abstract

Es handelt sich um eine Wasserkraftanlage zum Erzeugen von elektrischer Energie unter Umwandlung von Strömungsenergie eines strömenden Gewässers mittels einer Strömungsmaschine mit Rotor, Generator und Schwimmkörper. Die Strömungsmaschine ist verankert und der Rotor in Strömungsrichtung ausgerichtet. Ferner ist die Strömungsmaschine unterhalb der Gewässeroberfläche im Schwebezustand gehalten und ihr Schwimmkörper wahlweise mit einem gasförmigen Medium beaufschlagbar oder flutbar.

Description

Wasser raftanläge Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Wasserkraftanlage zum Erzeugen von elektrischer Energie unter Umwandlung von Stromungsenergie eines stromenden Gewässers, mittels einer Stromungsmaschine mit zumindest
einem Rotor, einem von dem Rotor angetriebenen Generator und einem Schwimmkörper für die Stromungsmaschine,
wobei die Stromungsmaschine ortsfest verankert und der Rotor in Stromungsrichtung des Gewässers ausgerichtet ist. - Im Rahmen der Erfindung meint Rotor Schaufel- und Flügelräder sowie Propeller, Mehrflugler oder dergleichen. Als stromende Gewässer sind insbesondere Meeresströmungen und
Flusse verfugbar.
Anders als Windkraftanlagen, welche die Stromungsenergie des Windes in elektrische Energie umwandeln und bei
Windstille Stillstandzeiten in Kauf nehmen müssen, können
Wasserkraftanlagen ununterbrochen elektrische Energie erzeugen, weil sich stromende Gewässer in standiger Bewegung befinden. Es sind Wasserkraftanlagen der eingangs beschriebenen Ausfuhrungsform bekannt, die eine an der Wasseroberflache schwimmende Stromungsmaschine aufweisen. Das ist einerseits in ästhetischer Hinsicht unbefriedigend, weil das Landschaftsbild gestört wird, andererseits muss eine reduzierte Energieumwandlung in Kauf genommen werden, weil der Rotor in der Ausfuhrungsform als regelmäßig Schaufelrad nur teilweise in das stromende Gewässer eintaucht und angetrieben wird (vgl. DE 41 12 730 C2) . Man kennt allerdings auch Strömungsmaschinen zum Einsatz in Unterwasserkraftwerken, bei denen Schaufelräder auf einem Gerüst angeordnet sind und das Gerüst auf einem Fundament im Gewässerboden aufgestellt ist. Bei derartigen Ausführungsformen ist das Niederbringen des Fundamentes aufwändig und eine hinreichende Verankerung des Gerüstes auf dem Fundament kaum gewährleistet, sodass eine hinreichende Ausrichtung der Schaufelräder in Strömungs- richtung kaum gewährleistet ist (vgl. DE 200 11 874 Ul) . Bei einer anderen Unterwasser-Strömungsmaschine zur Energiegewinnung ist die Laufachse des Rotors am unteren Ende mit einem Zapfen in einem Lager drehbar gelagert . Dieses Lager befindet sich in einem mehrteiligen Fundament, dessen einzelne Fundamentteile zum Einsatzort geschwommen und dort mit Taucherhilfe am Gewässerboden zusammengebaut werden müssen (vgl. DE 299 00 124 Ul) .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wasser- kraftanlage der eingangs beschriebenen Ausführungsform zu schaffen, deren Strömungsmaschine im Einsatz nicht sichtbar ist, eine kurzfristige Installation ermöglicht und sich darüber hinaus durch eine in montagetechnischer und wartungstechnischer Hinsicht einfache Bauweise auszeichnet.
Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Wasserkraftanlage dadurch, dass die Strömungsmaschine unterhalb der Gewässeroberfläche im Schwebezustand gehalten und dass dazu der Schwimmkörper wahlweise mit einem gasförmigen Medium wie beispielsweise Druckluft beaufschlagbar und gegebenenfalls mit Wasser flutbar ist. - Diese Maßnahmen der Erfindung haben zunächst einmal zur Folge, dass die Strömungsmaschine im Einsatz nicht sichtbar ist und folglich in ästhetischer Hinsicht allen Anforderungen genügt, weil das Landschaftsbild erhalten bleibt. Darüber hinaus ist gewährleistet, dass sich der Rotor stets über seinen gesamten Umfang in strömendem Gewässer befindet und folglich eine optimale Umwandlung von Strömungsenergie in elektrische Energie erreicht wird. Ferner lässt sich eine in konstruktiver Hinsicht ver- hältnismäßig einfache Bauweise verwirklichen, die einen kurzfristigen Einsatz und eine einfache Montage gewährleistet. Auch Wartungs- und Reparaturarbeiten lassen sich unschwer durchführen, weil die Strömungsmaschine durch Beaufschlagung mit einem gasförmigen Medium wie z. B. Druckluftbeaufschlagung des Schwimmkörpers an die Gewässeroberfläche gehoben werden kann. Tatsächlich lässt sich der Hebe- und Senkvorgang der Strömungsmaschine über eine Druckluftleitung durch Luftzufuhr steuern, gegebenenfalls auch im Wege des Flutens . Auch ein Absenken der Strömungs- maschine auf den Grund des Gewässers ist möglich.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im Folgenden aufgeführt. So lehrt die Erfindung, dass der Rotor auf einer in Strömungsrichtung des Gewässers ausgerichteten Rotorachse gelagert ist und seine Rotorblätter mittels eines Verstellmechanismus in oder gegen die Strömungsrichtung verstellbar sind, um beispielsweise eine Leistungsminderung bei einem ein vorgegebenes Maß übersteigenden Strömungsdruck zu verhindern. Das gelingt durch gleichsam eine Fahnenstellung der Rotorblätter und folglich Reduzierung der Anströmflächen. - Weiter sieht die Erfindung vor, dass die Rotorachse als Hohlachse ausgebildet ist und den Schwimmkörper bildet. Eine solche Hohlachse zeichnet sich durch hohe Biegesteifigkeit aus und unterstützt die Ausrichtung des Rotors in Strömungsrichtung des fließenden Gewässers. Erfindungsgemäß sind die Rotorblätter des auf der Rotorachse drehfest gelagerten Rotors in Strömungsrichtung abschwenkbar und mittels Federbeaufschlagung gegen den Strömungsdruck aufrecht gehalten und werden bei Überschreiten des Strömungsdruckes um ein vorgegebenes Maß sukzessive in Strömungsrichtung unter Verkleinerung der Anströmfläche abgeschwenkt . Insoweit wird ein verhältnismäßig einfacher und funktionsgerechter Verstellmechanismus für die Rotorblätter erreicht. Das gilt insbesondere dann, wenn die Rotorblätter auf ihrer strömungsabgewandten Seite mittels Stütznasen gegen aufgespreizte Blattfedern abgestützt sind, die über den Umfang der Rotorachse verteilt und auf der Rotorachse befestigt sind. Die Federkraft dieser Blattfedern definiert jenen Strömungsdruck, bei dem die Rotorblätter aufrecht gehalten werden. Erst wenn der Strömungsdruck die Federkraft der Blattfedern überschreitet, werden die Rotorblätter in gleichsam Fahnenstellung abgeschwenkt.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist auf der Rotorachse ein Widerlager angeordnet, wobei an den Rotorblättern Lenkhebel angelenkt sind und die Lenkhebel an einem auf der Rotorachse in Achslängsrichtung verschiebbaren Lagerring angelenkt sind und wobei ferner zwischen dem Widerlager und dem Lagerring eine die Rotorachse umgebende Druckfeder in der Ausführungsform einer wendeiförmigen Feder angeordnet ist, welche die Rotorblätter über die Lenkhebel und gegen die Strömungsrichtung des Gewässers beaufschlagt. In diesem Fall werden die Rotorblätter abgeschwenkt, wenn der wirksame Strömungsdruck die Federkraft der Druckfeder übersteigt . Die Rotorachse kann als zumindest am vorderen und hinteren Achsende Spindelachse ausgebildet sein, wobei das Widerlager und/oder das Lager für die Rotorblätter als auf der Spindelachse verstellbare und arretierbare Spindelmuttern ausgebildet sind, um die Druckfeder um ein vorgegebenes Maß vorspannen bzw. den Federdruck variieren zu können. Nach einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Lagerring und dem Lager für die Rotorblätter eine die Spindelachse umgebende schraubenwendelförmige Druckfeder oder Zugfeder angeordnet, wobei der Lagerring sowie das Lager für die Rotorblätter als Spindelmuttern ausgebildet sind. In diesem Fall hängt es von der Strδmungsrichtung und folglich Beaufschlagung der Rotorblätter aus der einen oder anderen Richtung ab, ob die zwischen dem Lagerring und dem Lager für die Rotorblätter angeordnete Feder als Druckfeder oder Zugfeder arbeitet.
Weiter lehrt die Erfindung, dass auf der Rotorachse eine Mehrzahl von Rotoren mit jeweils Verstellmechanismus in vorgegebenen Abständen angeordnet ist. Bei dieser Aus- fuhrungsform wird der Strömungsdruck aus dem fließenden Gewässer auf eine Mehrzahl von Rotorblättern verteilt, sodass selbst geringe Fließgeschwindigkeiten eine hinreichende Energieumwandlung ermöglichen. Zugleich wird eine Reduzierung des Strömungsdruckes durch seine Verteilung auf die einzelnen Rotorblätter erreicht. Das gilt insbesondere dann, wenn die Außendurchmesser der Rotoren bzw. ihrer Rotorblätter in Strömungsrichtung des Gewässers um eine vorgegebene Abstufung zunehmen und die vorgeordneten Rotoren übersteigen.
Vorzugsweise ist die Rotorachse als sich in Strömungsrichtung des Gewässers konisch erweiternde Hohlachse ausgebildet und zeichnet sich dadurch nicht nur durch eine strömungsgünstige Konstruktion aus, sondern reduziert zugleich auch die am angeflanschten Generator angreifenden Beanspruchungen und insbesondere Biegekräfte . Die Hohlachse ist zweckmäßigerweise aus Hohlkammern bildenden Achsabschnitten mit jeweils einem Rotor aufgebaut und verlängerbar, wobei die Achsabschnitte mittels gasdichter bzw. luftdichter und wasserdichter Flanschverbindungen anein- ander anschließbar sind. Dadurch lässt sich die Rotorachse mit hinreichender Stabilität und Schwimmfähigkeit wahlweise verlängern. In diesem Zusammenhang besteht auch die Möglichkeit, die Rotorachse in vorgegebenen Abständen mittels Führungslager abzustützen. Ferner kann das in Strömungsrichtung hintere Ende der Rotorachse ein Leitwerk aufweisen, sodass einwandfreie Ausrichtung der Rotorachse und der darauf befindlichen Rotoren gewährleistet ist.
Der Generator kann in einem wasserdichten Gehäuse, z. B. Gehäuse aus Halbschalen wie Rohrhälften mit außenseitigen Kühlrippen angeordnet sein, welche vorzugsweise in Gehäuselängsrichtung und folglich Strömungsrichtung verlaufen. Es besteht ferner die Möglichkeit, dass mehrere Generatoren in Reihe hintereinander angeordnet und aneinander sowie an die Rotorachse angeschlossen sind, um eine optimale Energieumwandlung in elektrischen Strom zu erzielen. Aus strömungstechnischen Gründen kann an das Gehäuse anstrδm- seitig ein hohler Strömungskegel angeflanscht sein, der überdies auch im Generatorbereich für Auftrieb sorgt. Denn der Schwimmkörper ist vorzugsweise von der Hohlachse, gegebenenfalls dem Gehäuse und dem Strömungskegel gebildet. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Schwimmkörper von einem Rahmengestell mit Hohlträgern und/oder Kästen für eine oder mehrere Strömungsmaschinen gebildet. Außerdem können an den flutbaren Schwimmkörper eine oder mehrere Gas- oder Druckluftleitungen angeschlossen sein. Endlich sieht die Erfindung vor, dass mehrere Strömungsmaschinen in Reihe nebeneinander und/oder in versetzter Anordnung hintereinander angeordnet und gegebenenfalls mittels flexibler oder elastischer Ver- bindungsmittel aneinander angeschlossen sind, um gleichsam ein Kraftwerk zu verwirklichen. Die Strömungsmaschine bzw. -maschinen sind mittels Ketten, Trosse oder dergleichen am Ufer oder Grund des Gewässers verankert, sodass im letzteren Fall auch die Verankerung unsichtbar bleibt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine in schematischer Seitenansicht ,
Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 in Frontansicht, Fig. 3 eine erfindungsgemäße Wasserkra tanlage mit mehreren in Reihe nebeneinander angeordneten Strömungsmaschinen in Frontansicht,
Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Gegenstand nach Fig. 1 mit in Generatorrichtung abschwenkbaren Rotorblättern,
Fig. 5 den Gegenstand nach Fig. 4 mit in entgegen- gesetzter Richtung abschwenkbaren Rotorblättern,
Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1 mit einem in einem Gehäuse untergebrachten Generator,
Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform des Gegen- _ Standes nach Fig. 6,
Fig. 8 eine weiter abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1,
Fig. 9 eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 8,
Fig. 10 eine weiter abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 7 und
Fig. 11 ausschnittsweise eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 3. In den Figuren ist eine Wasserkraftanlage zum Erzeugen von elektrischer Energie bzw. elektrischem Strom unter Umwandlung von Strömungsenergie eines strömenden Gewässers dargestellt. Diese Wasserkraftanlage weist zumindest eine Strömungsmaschine 1 mit zumindest einem Rotor 2, einen von dem Rotor 2 angetriebenen Generator 3 und einen Schwimmkörper 4 für die Strömungsmaschine 1 auf, wobei die Strömungsmaschine 1 ortsfest, z. B. an uferseitigen und/oder wassergrundseitigen Festpunkten 5 derart verankert ist, dass der Rotor 2 in Strömungsrichtung des Gewässers ausgerichtet ist. Die Strömungsmaschine 1 ist unterhalb der Gewässeroberfläche 6 in einem Schwebezustand gehalten. Dazu ist der Schwimmkörper 4 wahlweise mit Druckluft oder einem anderen gasförmigen Medium beaufschlagbar und gegebenen- falls mit Wasser flutbar. Die dazu erforderlichen Ventil- und Steuereinrichtungen sind nicht dargestellt.
Der Rotor 2 ist auf einer in Strömungsrichtung des Gewässers ausgerichteten Rotorachse 7 gelagert . Seine Rotorblätter 8 sind mittels eines Verstellmechanismus 9 in oder gegen die Strömungsrichtung verstellbar. Außerdem können die Rotorblätter 8 zur Veränderung ihres Anstellwinkels um ihre Längsachse verstellbar sein. Bei einigen Ausführungsformen ist die Rotorachse 7 als Hohlachse ausgebildet, die zugleich den Schwimmkörper 4 bildet . Die Rotorblätter 8 des auf der Rotorachse 7 drehfest gelagerten Rotors 2 sind in Strömungsrichtung abschwenkbar und mittels Federbeaufschlagung gegen den Strömungsdruck aufrecht gehalten. Bei Überschreiten des Strömungsdruckes um ein vorgegebenes Maß werden die Rotorblätter 8 sukzessive in Strδmungsrichtung unter Verkleinerung der Anströmfläche in gleichsam Fahnenstellung abgeschwenkt. Das ist gestrichelt angedeutet. Im Einzelnen sind die Rotorblätter 8 auf ihrer strömungsabgewandten Seite mittels Stütznasen 10 gegen aufgespreizte Blattfedern 11 abgestützt, die über den Umfang der Rotorachse 7 verteilt und auf der Rotorachse 7 befestigt sind.
Bei einer anderen Ausführungsform ist auf der Rotorachse 7 ein Widerlager 12 angeordnet. Ferner sind an den Rotorblättern 8 Lenkhebel 13 angelenkt, die ebenfalls an einem auf der Rotorachse 7 in Achslängsrichtung verschiebbaren Lagerring 14 angelenkt sind. Zwischen dem Widerlager 12 und dem Lagerring 14 ist eine die Rotorachse 7 umgebende Druckfeder 15 angeordnet, welche die Rotorblätter 8 über die Lenkhebel 13 gegen die Strömungsrichtung des Gewässers beaufschlagt . Die Rotorachse 7 kann zumindest am vorderen und hinteren Achsende als Spindelachse 7a, 7b ausgebildet sein, wobei das Widerlager 12 und/oder das Lager 16 für die Rotorblätter 8 als auf der Spindelachse 7a, 7b verstellbare und arretierbare Spindelmuttern ausgebildet sind. - Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist zwischen dem Lagerring 14 und dem Lager 16 für die Rotorblätter 8 eine die Spindelachse 7 umgebende schraubenwendelför ige Druckfeder 15' angeordnet, die in Abhängigkeit von der Strö- mungsrichtung auch als Zugfeder arbeiten kann. Der Lagerring 14 sowie das Lager 16 für die Rotorblätter 8 sind als Spindelmuttern ausgebildet.
Auf der Rotorachse 7 kann eine Mehrzahl von Rotoren 2 mit jeweils Verstellmechanismus 9 in vorgegebenen Abständen angeordnet sein. In diesem Fall nehmen die Außendurchmesser der Rotoren 2 bzw. ihrer Rotorblätter 8 in Strö ungs- richtung des Gewässers um eine vorgegebene Abstufung zu und übersteigen die vorgeordneten Rotoren, wodurch gleichsam ein angedeuteter Strömungskegel gebildet wird. Bei dieser Ausführungsform empfiehlt sich eine Ausbildung der Rotorachse 7 als sich in Strömungsrichtung des Gewässers konisch erweiternde Hohlachse, die mit ihrem verjüngten Ende an einen Generator 3 angeschlossen ist. Die Hohlachse kann aus Hohlkammern 17 bildenden Achsabschnitten 18 mit jeweils einem Rotor 2 und Verstellmechanismus 9 aufgebaut sein und folglich um eine Mehrzahl von Achsabschnitten 18 verlängerbar sein. Dazu sind die Achsabschnitte 18 mittels gas- bzw. luftdichter und wasserdichter Flanschverbindungen 19 aneinander anschließbar. Im Übrigen besteht die Möglichkeit, die Rotorachse 7 in vorgegebenen Abständen mittels Führungslager 20 abzustützen. - Bei einer Ausführungsform weist das in Strömungsrichtung hintere Ende der Rotorachse 7 ein Leitwerk 21 auf, wodurch die Ausrichtung der Strömungsmaschine 1 in Strömungsrichtung stabilisiert wird.
Der Generator 3 kann in einem Gehäuse 22, z. B. aus Halbschalen bestehenden Gehäuse mit außenseitigen Kühlrippen 23 angeordnet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, mehrere Generatoren 3 in Reihe hintereinander anzuordnen und aneinander sowie an die Rotorachse 7 anzuschließen. Auch in diesem Fall können die Generatoren 3 eingehaust sein. Vorzugsweise ist anströmseitig an das Gehäuse 22 ein hohler Strömungskegel 24 angeflanscht. Bei einer Ausführungsform ist der Schwimmkörper 4 von der Hohlachse 7, gegebenenfalls dem Gehäuse 22 und dem Strömungskegel 24 gebildet. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Schwimmkörper 4 von einem Rahmen- gestell 25 mit Hohlträgern 26 und/oder Kästen für eine oder mehrere Strömungsmaschinen 1 gebildet. Dieses Rahmengestell 25 kann zum Aufsetzen mit Kufen 27 bestückt sein.
An den flutbaren Schwimmkörper 4 sind eine oder mehrere Druckluftleitungen 28 angeschlossen. Zur Verwirklichung eines Wasserkraftwerkes können mehrere Strömungsmaschinen 1 in Reihe nebeneinander und/oder in versetzter Anordnung hintereinander angeordnet und gegebenenfalls mittels flexibler oder biegeelastischer Verbindungsmittel 29 aneinander angeschlossen sein. - Die Strömungsmaschine oder -maschinen 1 sind mittels Ketten, Trosse 30 oder dergleichen am Ufer 31 und/oder Grund 32 des Gewässers in Festpunkten 5 verankert. Bei einer Verankerung am Grund 32 des Gewässers kann man unter Verzicht auf ein aufwendiges Fundament einen Schlag- oder Bohrpfahl 33 einbringen.

Claims

Patentansprüche :
1. Wasserkraftanlage zum Erzeugen von elektrischer Energie unter Umwandlung von Strömungsenergie eines strömenden Gewässers, mittels einer Strömungsmaschine mit zumindest
einem Rotor,
- einem von dem Rotor angetriebenen Generator und
einem Schwimmkörper für die Strömungsmaschine,
wobei die Strömungsmaschine ortsfest verankert und der Rotor in Strömungsrichtung des Gewässers ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (1) unterhalb der Gewässeroberfläche im Schwebezustand gehalten und dass dazu der Schwimmkörper (4) wahlweise mit einem gasförmigen Medium z. B. Druckluft beaufschlagbar und gegebenenfalls mit Wasser flutbar ist.
2. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) auf einer in Strömungs- richtung des Gewässers ausgerichteten Rotorachse (7) gelagert ist und seine Rotorblätter (8) mittels eines Verstellmechanismus (9) in oder gegen die Strömungsrichtung verstellbar sind.
3. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (7) als Hohlachse ausgebildet ist und den Schwimmkörper (4) bildet.
4. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (8) des auf der Rotorachse (7) drehfest gelagerten Rotors (2) in Strömungsrichtung abschwenkbar sind und mittels Feder- beaufschlagung gegen den Strömungsdruck aufrecht gehalten sind und bei Überschreiten des Strömungsdruckes um ein vorgegebenes Maß sukzessive in Strömungsrichtung unter Verkleinerung der Anströmfläche abgeschwenkt werden.
5. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (8) auf ihrer strömungsabgewandten Seite mittels Stütznasen (10) gegen aufgespreizte Blattfedern (11) abgestützt sind, die über den Umfang der Rotorachse (7) verteilt und auf der Rotorachse (7) befestigt sind.
6. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rotorachse (7) ein Widerlager (12) angeordnet ist, dass an den Rotorblättern (8) Lenkhebel (13) angelenkt sind, dass die Lenkhebel (13) an einem auf der Rotorachse (7) in Achslängsrichtung verschiebbaren Lagerring (14) angelenkt sind, und dass zwischen dem Widerlager (12) und dem Lagering (14) eine die Rotorachse (7) umgebende Druckfeder (15) angeordnet ist, welche die Rotorblätter (8) über die Lenkhebel (13) und gegen die Strömungsrichtung des Gewässers beaufschlagt .
7. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (7) zumindest am vorderen und hinteren Achsende als Spindelachse (7a, 7b) ausgebildet ist, und dass das Widerlager (12) und/oder das Lager (16) für die Rotorblätter (8) als auf der Spindelachse (7a, 7b) verstellbare und arretierbare Spindelmuttern ausgebildet sind.
8. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lagerring (14) und dem Lager (16) für die Rotorblätter (8) eine die Spindelachse (7) umgebende Druckfeder (15') oder Zugfeder angeordnet ist und der Lagerring (14) sowie das Lager (16) für die Rotorblätter (8) als Spindelmuttern ausgebildet sind.
9. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rotorachse (7) in vorgegebenen Abständen eine Mehrzahl von Rotoren (2) mit jeweils Verstellmechanismus (9) angeordnet ist.
10. Wasserkraftanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außendurchmesser der Rotoren (2) bzw. ihrer Rotorblätter (8) in Strömungsrichtung des Gewässers um eine vorgegebene Abstufung zunehmen und die jeweils vorgeordneten Rotoren (2) übersteigen.
11. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (7) als sich in Strömungsrichtung des Gewässers konisch erweiternde Hohlachse ausgebildet ist.
12. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlachse (7) aus Hohlkammern (17) bildenden Achsabschnitten (18) mit jeweils einem Rotor (2) und Verstellmechanismus (9) aufgebaut und um weitere Achsabschnitte (18) verlängerbar ist, wobei die Achsabschnitte (18) mittels gas- bzw. luftdichter und wasserdichter Flanschverbindungen - (19) aneinander anschließbar sind.
13. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (7) in vorgegebenen Abständen mittels Führungslager (20) abgestützt ist.
14. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das in Strömungsrichtung hintere Ende der Rotorachse (7) ein Leitwerk (21) aufweist.
15. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (3) in einem Gehäuse (22), z. B. aus Halbschalen gebildeten Gehäuse mit außenseitigen Kühlrippen (23) angeordnet ist.
16. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Generatoren (3) in Reihe hintereinander angeordnet und gekuppelt sowie an die Rotorachse (7) angeschlossen sind.
17. Wasserkraftanlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (22) anstrδmseitig ein hohler Strömungskegel (24) angeflanscht ist.
18. Wasserkraf anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (4) von der Hohlachse (7) , gegebenenfalls dem Gehäuse (22) und dem Strömungskegel (24) gebildet ist.
19. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (4) von einem Rahmengestell (25) mit Hohlträgern (26) und/oder Kästen und gegebenenfalls Kufen (27) für eine oder mehrere Strömungsmaschinen (1) gebildet ist.
20. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass an den flutbaren Schwimmkörper (4) eine oder mehrere Gas- oder Druckluftleitungen (28) angeschlossen sind.
21. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungsmaschinen (1) in Reihe nebeneinander und/oder in versetzter Anordnung hintereinander und/oder übereinander angeordnet und gegebenenfalls mittels flexibler oder biegeelastischer Verbindungsmittel (29) aneinander angeschlossen sind.
22. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (n) (1) mittels Ketten, Trosse (30) oder dergleichen am Ufer (31) und/oder Grund (32) des Gewässers in Festpunkten (5) verankert sind.
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