WO2012024704A1 - Hydropower dynamic-pressure machine - Google Patents

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WO2012024704A1
WO2012024704A1 PCT/AT2011/000331 AT2011000331W WO2012024704A1 WO 2012024704 A1 WO2012024704 A1 WO 2012024704A1 AT 2011000331 W AT2011000331 W AT 2011000331W WO 2012024704 A1 WO2012024704 A1 WO 2012024704A1
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dynamic pressure
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modules
impeller
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PCT/AT2011/000331
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Inventor
Andreas Sternecker
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Maschinenfabrik Kba-Mödling Aktiengesellschaft
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    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/08Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/18Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Definitions

  • the invention relates to a hydro-dynamic pressure machine with at least one rotatably mounted in a frame impeller having a hub and associated blades, and which defines a water level in operation as a difference between a head level and an underwater level, and with a with the impeller via a Gearbox coupled in a module with this combined electric motor-generator machine.
  • Hydropower dynamic pressure machines are known from AT 404 973 B and AT 501 575 AI.
  • the impeller is arranged transversely to the flow direction in a channel.
  • the hub of the impeller can replace a weir, which in hydraulic engineering is understood to mean a reservoir that closes off a flow region.
  • weirs can be overflowed or flowed through as needed, the section of the channel in the direction of flow above the weir as upper water and the section of the channel below the weir is referred to as underwater.
  • weirs with low stowage heights were only provided for damming water as required; Starting from this it was proposed in AT 404 973 B or AT 501 575 A1 to use the dynamic pressure for energy generation.
  • the inflowing water drives the blades of the impeller, which is connected to the motor-generator machine.
  • generator operation a braking torque is built up, and there is a conversion of the mechanical power into an electrical useful power, which is supplied to an energy storage ⁇ or fed into a power grid.
  • This type of hydro-electric machine has the advantage that the generator is driven by the pressure of the flowing water. Accordingly, in terms of high efficiency at large
  • Swallowing capacity used both the flow velocity of the channel and the potential level corresponding to the water level for energy production.
  • the output power and the achievable efficiency depend inter alia on the headwater level, ie on the upstream water level of the channel relative to the hub of the impeller.
  • the headwater level affects the impellers available to drive the impeller Amount of water. It has already been proposed (see http://de.wi-kipedia.org/wiki/Stauntzmaschine and the previously unpublished earlier application AT A 1195/2010) to regulate the upper water level to the current Oberwasserpegel continuously to the Oberwas ⁇ serpegel -Soll value to be adjusted.
  • the amount of water flowing from the upper water through the system into the underwater per unit of time depends on the speed of the impeller. Since the water flow is expediently not offered a possibility to avoid the impeller arranged across the entire channel, the entire water flows through the dynamic pressure machine.
  • the intake capacity depends on the speed of the impeller.
  • the impeller Since the water flow is expediently not offered a possibility to avoid the impeller arranged across the entire channel, the entire water flows through the dynamic pressure machine.
  • a high speed of the impeller is a high absorption capacity of the dynamic pressure machine, with a larger amount of water is transported by the blades to the underwater side and thus the head water level is reduced; conversely, reducing the speed of the impeller results in a lower one
  • the rotational speed of the impeller can be influenced, which can be accomplished via the braking torque of the motor-generator machine.
  • the braking torque of the generator can be increased; on the other hand, to achieve a higher speed of the impeller to achieve a greater absorption capacity of the dynamic pressure machine, the braking torque of the motor-generator machine can be reduced.
  • Such influencing is relatively expensive in a conventional dynamic pressure machine with a motor-generator machine control technology.
  • a single generator as usual, is provided, which is driven by a gear wheel driven by an impeller and thereby eccentrically relative to the axis of rotation of its own holder is arranged.
  • the invention provides a hydro-dynamic machine as characterized in the independent claim.
  • Advantageous embodiments and further developments of this dynamic pressure machine are specified in the dependent claims.
  • the present hydropower ram printing machine is thus provided primarily that adjacent at least one end ⁇ side of the hub of the impeller firmly connected to the frame support member with a plurality of slot-like, preferably underwater side arranged receptacles for each machine Ge ⁇ transmission module is arranged, opposite the impeller
  • the sprockets complement each other to a "matrix drive", for example, depending on the width of the impeller by attaching more or less machine gearbox modules with the matrix drive simplyylon ⁇ operating power (total generator power ) are adapted to the particular design of the impeller.
  • hydro-electric machine can continue to operate with the modules still operating, possibly with reduced power, i. it does not fail the entire system, as is the case in the prior art.
  • a wide water wheel delivers more power than a narrower impeller (with the same diameter).
  • a wheel that is twice as wide produces twice the torque and twice as much power.
  • the support part according to the invention for a plurality of machine-transmission modules can, depending on the width of the impeller, the number of modules to be used are determined, which are mounted in the desired receptacles of the support member. Unused recordings, ie free recordings, in which no machine-gearbox modules are inserted, are sealed in a suitable manner. This means that at a maximum wide wheels the maximum number of machine-Ge ⁇ gear modules is attached to the supporting part, whereas simply fewer machines gear modules can be attached to the support member at narrower wheels.
  • a generator with an integrated transmission e.g. a planetary gear or spur gear, in front; a drive pinion of this transmission is accessible from the outside, and this drive pinion is in engagement with the ring gear on the hub end face; via the gearbox, the relatively low speed of the impeller is converted into a suitably high speed of the generator.
  • the toothed rim on the hub end face is an internally toothed ring gear which is thus present on the outside (that is to say outside the pinions) and thus has a relatively large tooth area
  • Diameter and thus has a large number of teeth, so that the relatively small pinion, with a small number of teeth, can be driven in operation with a comparatively much higher speed from the sprocket.
  • the Support member preferably plate-shaped, for example as a side plate, out ⁇ forms.
  • the support member can be easily connected to the frame via at least one bracket projecting from the frame;
  • the machine-gearbox modules are preferably located on the underwater side of the dynamic pressure machine, and the console, preferably two consoles, project from the underbody side of frame supports and support the supporting part with the required strength.
  • the support member can also be used to support the impeller, i. the supporting part is part of the bearing frame via the console (s).
  • these modules are attached to the support part via flange connections.
  • these free receptacles of the support member are preferably closed by blind flanges.
  • the support member contains more than three shots for machine-gearbox modules. But it is also possible in principle to provide only two or three shots.
  • the switching means are connected to a control unit, eg with PLC module, which in turn is connected to a level sensor, preferably an upstream water level sensor, is connected to switch off at a comparatively low water level (for example, in the order of shutdown) switching means for switching off individual machine To control transmission modules.
  • a control unit eg with PLC module
  • a level sensor preferably an upstream water level sensor
  • Figure 1 is a perspective view of a hydro-dynamic pressure machine according to the invention, as seen from the underwater side, wherein the side of the impeller with the engine-transmission modules is visible.
  • Fig. 2 is a similar perspective view of the underwater side of the dynamic pressure machine of Figure 1, but now from the other side, opposite to the side where the machine transmission modules are mounted;
  • FIG. 3 shows an oblique view of the dynamic pressure machine according to FIGS. 1 and 2 from the upper water side;
  • Fig. 4 is a side view of the dynamic pressure machine according to Figures 1 to 3, wherein the side with the machine-gearbox modules is visible.
  • FIGS. 1 to 4 is an elevational view of the dynamic pressure machine according to FIGS. 1 to 4 seen from the upper water side;
  • FIG. 6 is a side view of the ram pressure machine similar to Fig. 4, but with the stationary frame and the storage frame of the ram pressure machine cut away, substantially along line VI-VI in Fig. 5;
  • FIGS. 7A and 7B show two embodiments with regard to the arrangement of the sprocket on the end face of the hub of the dynamic pressure machine, namely once with internal teeth (FIG. 7A) and once with external teeth (FIG. 7B);
  • Fig. 8 is a partial view, partially broken away, the dynamic pressure machine of FIG. 1 to 4, wherein in particular the bearing of the impeller and a formation of an externally toothed ring gear illustrated at the hub;
  • 9 and 10 are partial sectional views in the region of the seal between the module support member and the hub (detail IX in FIG. 9) or between the module support member and the impeller shaft (detail X in FIG. 10);
  • Fig. 11 is a block diagram illustrating an electric circuit including a control unit for turning on and off the electric machines (generators) depending on the water level.
  • a hydro-dynamic machine 1 with an impeller 2 is seen from the underside seen schematically illustrated.
  • Figs. 3 and 5 show this dynamic pressure machine 1 seen from the upper water side.
  • the impeller 2 has a cylindrical hub 3, whose axis is simultaneously the axis of rotation of the impeller 2, also called rotor.
  • annular end plates 4 are fixedly attached to the axial ends, which limit the width of the impeller 2.
  • shaped blades 9 are mounted, e.g. screwed and / or welded to form bags for water transport, i. to absorb the water pressure and to effect a torque around the wheel axle.
  • the vanes 9 of the impeller 1 may have, in addition to the V-shaped arrangement shown, other arrangements, such as simple oblique arrangements (see, for example, AT 404 973 B), and may also have a curvature depending on the objective.
  • the frame 5 supporting the impeller 2 has an overall rectangular shape with two vertical supports 10, 11 and a lower support 12 and an upper support 13 around the impeller 2 around.
  • the carriers 10 to 13 are preferably formed from rectangular in cross-section mold tubes, whereby a simple, lightweight, yet stable construction of the frame 5 is achieved, which also allows easy adaptation to different dimensions, in particular widths of wheels 2.
  • the vertical supports 10, 11 carry wheel bearings 14 (only one of these bearings is visible in Fig. 2, the other is concealed in Figs 1 to 3, but see also Fig. 8), wherein the wheel bearing 14 according to FIG is fastened to a bracket 15 projecting from the bracket 15, as shown in FIG. 2 can be seen.
  • This attachment of the bearing 14 is provided in the preferred embodiment on the downstream side (underwater side) of the dynamic pressure machine 1.
  • the vertical supports 10, 11 are on their outer sides, ie on the side facing away from the impeller 2, with not further apparent guide roller units (or other a low-friction displacement of the frame 5 in the stationary machine frame 6 ensuring guiding elements) equipped, see. 1 to 3, so as to raise or lower the frame 5 relative to the frame 6, for example for maintenance purposes or to adapt the impeller height to the respective underwater level, with the aid of a suitable,
  • the raising or lowering of the frame 5 is schematically illustrated in Fig. 3 with a double arrow 5 '.
  • a curved crop pan 17 which is arranged in the lower region of the rotor 2 and is shown by means of holders 18A attached to the vertical supports 10, 11, is shown.
  • 18B is attached to the frame 5 and has a curvature which is adapted to the path of movement of the impeller 2 and the blades 9 thereof.
  • the arrangement with the sealing lips 8 and further with the cropping plate 17 ensures that the water of the channel is optimally utilized for the generation of electrical energy, i. the efficiency of the dynamic pressure machine 1 shown is thereby additionally improved.
  • the described frame 5 for supporting the impeller 2 allows a modular principle for the dynamic pressure machine 1, wherein with the help of the carrier 10 to 12 in a simple manner to the respective size (width or diameter) of an impeller 2 adapted La ⁇ ger frame 5 assembled can be. Suitable for this purpose is then provided in the channel stationary arranged frame 6.
  • a matrix arrangement with several modules 20, each containing an electric machine (generator motor) and integrated with it a transmission vorgese ⁇ hen. From Fig. 1, three such modules 20, each with a gear 21 and a machine or a generator 21 ',
  • modules 20 are fixedly attached to a frame 5 fixed to the support member 22 which is disposed on the front side of the hub 3 of the impeller 2, but does not rotate with this hub 3, but with the aid of brackets 23, 24 with one of the vertical Support of the frame 5, as shown in FIG. 1 with the vertical support 11 shown there on the left, is rigidly connected.
  • the support member 22 is formed plate-shaped or disc-shaped in the embodiment shown, said disk-shaped support member 22 as shown in FIG. 1 is radially inside and adjacent to the circular on this page cover 4, which in turn firmly connected to the hub 3 of the impeller is as mentioned above.
  • the support member 22 also called circular disc, side plate or motor plate, has a plurality of slot-like receptacles 25 for each one machine-transmission module 20, wherein it is not necessary to install 25 corresponding modules 20 in all recordings.
  • the two intermediate free slot receptacles 25 that do not accommodate modules 20, s. 1, are tightly closed, for example with the aid of blind flanges 26.
  • the modules 20 in turn are connected in a corresponding manner via schematically shown in FIGS. 1 and 9 flange 27 with the support member 22.
  • Fig. 4 is a side view of the arrangement of the impeller 2 of the dynamic pressure machine 1 in the frame 6 (the frame 5 is not visible in Fig. 4) illustrated, wherein it is shown that the modules 20 and receptacles 25 in the support member 22 at the Underwater page 28 of the dynamic pressure machine 1 are present; the upper water side is indicated in Fig. 4 at 29, and further is the
  • FIGS. 7A and 7B the end face of the hub 3 can be seen, wherein it is shown that at these hub end faces a sprocket 33 (Fig. 7A) and 33 '(Fig. 7B) is fixedly mounted.
  • the ring gear 33 is an internally toothed ring gear with a relatively large diameter, and with this internally toothed ring gear ⁇ mesh ⁇ three drive pinion 34, which belong to the three machine-gearbox modules 20 as shown in FIG. 1, 2 and 4 , wherein the ring gear 33 with the respective drive pinion 34 already form a gear stage to increase the speed.
  • the resulting translation may already be sufficient to drive the generators 21 'of the modules 20 at a suitable rotational speed, so that further gear parts in the gears 21 of the modules 20 can be dispensed with.
  • the gear 21 is then formed in each case only by the ring gear 33 and the associated pinion 34.
  • further toothed wheels will be present in order to provide an additional (in the case of FIG. 7A, however, relatively small) ratio (secondary ratio) for driving the rotor of the generator 21 '.
  • the ring gear 33 ' is externally toothed, wherein the drive pinions 34 of the machine-gearbox modules 20 (see FIG. 1) are located radially outside this ring gear 33'.
  • the transmission ratio is smaller than in the case of FIG. 7A, so that here a comparatively larger secondary ratio in the transmission 21 of the respective module 20 is required.
  • the bearings 14, 31 for at the hub 3 of the impeller 2 frontally mounted stub shaft 35, 36 can be seen.
  • This can be a camp, namely the camp 14, on the side facing away from the modules 20 Stinseite, example ⁇ be designed as a pendulum bearing.
  • the opposite La ⁇ ger 31, for the other stub shaft 36, for example, via a rigid mounting plate 37 is connected to a provided as Na ⁇ ben end face 38 plate.
  • stiffeners 39 on the hub end faces can still be seen from FIG. 8. These stiffeners 39 can be provided for receiving bending moments, which originate from the distances between the bearings 14, 31 and the mounting plates 37 at the hub end faces 38.
  • Fig. 9 shows in a detail section corresponding to the detail IX in Fig. 8, the region of the seal between the support member 22 and the wheel hub 3. It is illustrated that between the hub 3 and the support member 22 (motor plate or side plate) a Oil space 40 is provided, said oil space 40 or space between the support member 22 and hub 3 is to seal accordingly. Specifically, here is a seal 41, in particular lip seal, provided to prevent ingress of water into the space 40, and another seal 42, in particular Lip ⁇ pendichtung, which lies axially further inside, serves to an oil leakage from the oil chamber 40 prevent. As can be seen further from FIG. 9, the respective toothed rim, for example the internally toothed ring gear 33 (see also FIG. 7A), can be fastened with the aid of bolts or similar fastening means 43
  • End face 38 or a fixedly connected flange 44 of the hub 3 may be connected.
  • Fig. 10 shows the detail X of FIG. 8 and concretely the area of a rolling bearing 45 for centering the support member or side plate 22 relative to the shaft 36 and further ent ⁇ speaking part of the oil chamber 40, with a seal 42 'against oil leakage on the one hand or a seal 41 'against Wasserein ⁇ occurs on the one hand between the support member 22 and the shaft or the stub shaft 36th
  • a plurality of strands 51, 52, 53, etc. are each shown with a generator 21 'of a module 20 as described above.
  • the generators 21 ' are preferably Asynchronous generators, even if synchronous generators could also be used.
  • the generators of the individual strands 51, 52 ... 53 provide their electrical power to inverter 54, which via switch PWR1, PWR2 ... PWRN with a sudspei ⁇ seumrichter 55 - in normal operation - are connected to current 55 about this to remindspeiseumrichter to deliver a network 56.
  • the switches PWR1, PWR2... PWRn form switching means 57 which belong to a control unit 58 with, for example, a PLC control module 59.
  • This PLC module 59 is connected to a level sensor 60 for water level determination, for example, (only) the upper water level is detected. If appropriate, however, it is also possible to detect the upper water level and the underwater level or the level difference, with a specific level difference leading to optimum operation of the dynamic pressure machine 1. At constant underwater level, it is sufficient to detect the head water level, then by raising the speed of the impeller 2 of the dynamic pressure machine 1 and thus the absorption capacity of the dynamic pressure machine 1, for example, a too deep sunken upper water level to raise again or too high
  • generators 21 ' Apart from the automatic activation or deactivation of generators 21 ', as described with reference to FIG. 11, it is naturally also conceivable to use individual generators 22 by hand Help switching means 57 on or off, such as when long-lasting changes in the water levels, in prolonged drought or prolonged periods of rain, given.
  • the described matrix arrangement with several machine-gearbox modules 20 also provides, apart from the above-described operational optimization, also the advantage that in the event that a generator module fails, the water engine 1 continues to work with the remaining modules 20, optionally with reduced power , can continue to operate.

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Abstract

The invention relates to a hydropower dynamic-pressure machine (1), comprising at least one rotor (2), which is rotatably mounted on a frame and which has a hub (3) and blades (9) connected to the hub and which defines a water level height as the difference between an upper water level and a lower water level during operation, and comprising an electric motor-generator machine (21'), which is coupled to the rotor (2) by means of a gear train (21) and which is combined with the rotor in a module (20), wherein a carrying part (22), which is rigidly connected to the frame (5) and which is sealed off from the rotor (22) and which has a plurality of slot-like receptacles (25) preferably arranged on the lower water side for one machine (21')-gear train (21) module (20) each, is arranged adjacent to at least one end face of the hub (3) of the rotor, machine-gear train modules (20) are fastened in at least some receptacles (25), a drive pinion (34) of each machine-gear train module meshing with a ring gear (33, 33') rigidly attached to the end face of the hub (3), and switches (PWR1, PWR2,... PWRn) for selectively switching the machine-gear train modules (20) on and off are associated with the machine-gear train modules (20).

Description

Wasserkraft-Staudruckmaschine  Hydro-dynamic pressure machine
Die Erfindung betrifft eine Wasserkraft-Staudruckmaschine mit wenigstens einem in einem Rahmen drehbar gelagerten Laufrad, das eine Nabe und damit verbundene Schaufeln aufweist, und das im Betrieb eine Wasserstandshöhe als Differenz zwischen einem Oberwasserpegel und einem Unterwasserpegel festlegt, und mit einer mit dem Laufrad über ein Getriebe gekuppelten, in einem Modul mit diesem zusammengefassten elektrischen Motor-Generator-Maschine . The invention relates to a hydro-dynamic pressure machine with at least one rotatably mounted in a frame impeller having a hub and associated blades, and which defines a water level in operation as a difference between a head level and an underwater level, and with a with the impeller via a Gearbox coupled in a module with this combined electric motor-generator machine.
Wasserkraft-Staudruckmaschinen sind aus der AT 404 973 B und der AT 501 575 AI bekannt. Das Laufrad wird quer zur Strömungsrichtung in einem Gerinne angeordnet. Die Nabe des Laufrads kann ein Wehr ersetzen, worunter im Wasserbau eine Stauanlage verstanden wird, die einen Flussbereich abschließt. Je nach Ausführung können Wehre bei Bedarf überströmt bzw. durchströmt werden, wobei der Abschnitt des Gerinnes in Strömungsrichtung oberhalb des Wehrs als Oberwasser und der Abschnitt des Gerinnes unterhalb des Wehrs als Unterwasser bezeichnet wird. Früher wurden Wehre mit geringen Stauhöhen lediglich zum bedarfsweisen Aufstauen von Wasser vorgesehen; ausgehend davon wurde in der AT 404 973 B bzw. AT 501 575 AI vorgeschlagen, den Staudruck zur Energiegewinnung zu nützen. Zu diesem Zweck treibt das einströmende Wasser die Schaufeln des Laufrads an, das mit der Motor-Generator- Maschine verbunden ist. Im Generatorbetrieb wird ein bremsendes Drehmoment aufgebaut, und es erfolgt eine Umsetzung der mechanischen Leistung in eine elektrische Nutzleistung, die einem Ener¬ giespeicher zugeführt oder in ein Stromnetz eingespeist wird. Dieser Typ Wasserkraftmaschine hat den Vorteil, dass der Antrieb des Generators über den Druck des strömenden Wassers erfolgt. Demnach wird im Sinne eines hohen Wirkungsgrads bei großem Hydropower dynamic pressure machines are known from AT 404 973 B and AT 501 575 AI. The impeller is arranged transversely to the flow direction in a channel. The hub of the impeller can replace a weir, which in hydraulic engineering is understood to mean a reservoir that closes off a flow region. Depending on the design weirs can be overflowed or flowed through as needed, the section of the channel in the direction of flow above the weir as upper water and the section of the channel below the weir is referred to as underwater. In the past, weirs with low stowage heights were only provided for damming water as required; Starting from this it was proposed in AT 404 973 B or AT 501 575 A1 to use the dynamic pressure for energy generation. For this purpose, the inflowing water drives the blades of the impeller, which is connected to the motor-generator machine. In generator operation, a braking torque is built up, and there is a conversion of the mechanical power into an electrical useful power, which is supplied to an energy storage ¬ or fed into a power grid. This type of hydro-electric machine has the advantage that the generator is driven by the pressure of the flowing water. Accordingly, in terms of high efficiency at large
Schluckvermögen sowohl die Fließgeschwindigkeit des Gerinnes als auch die der Wasserstandshöhe entsprechende potentielle Energie zur Energiegewinnung genutzt. Swallowing capacity used both the flow velocity of the channel and the potential level corresponding to the water level for energy production.
Die abgegebene Leistung und der erzielbare Wirkungsgrad hängen u.a. vom Oberwasserpegel ab, d.h. vom oberwasserseitigen Wasserstand des Gerinnes bezüglich der Nabe des Laufrads. Der Oberwasserpegel beeinflusst die zum Antrieb des Laufrads verfügbare Wassermenge. Es wurde bereits vorgeschlagen (vgl. http://de.wi- kipedia.org/wiki/Staudruckmaschine sowie die nicht vorveröffentlichte frühere Anmeldung AT A 1195/2010), den Oberwasserpegel zu regeln, um den aktuellen Oberwasserpegel laufend an den Oberwas¬ serpegel-Soll-Wert anzugleichen. The output power and the achievable efficiency depend inter alia on the headwater level, ie on the upstream water level of the channel relative to the hub of the impeller. The headwater level affects the impellers available to drive the impeller Amount of water. It has already been proposed (see http://de.wi-kipedia.org/wiki/Staudruckmaschine and the previously unpublished earlier application AT A 1195/2010) to regulate the upper water level to the current Oberwasserpegel continuously to the Oberwas ¬ serpegel -Soll value to be adjusted.
Mehr im Einzelnen hängt bei einer Staudruckmaschine die pro Zeiteinheit vom Oberwasser durch die Anlage in das Unterwasser strömende Wassermenge - üblicherweise als Schluckvermögen bezeichnet - von der Drehzahl des Laufrads ab. Da dem Wasserstrom zweckmäßigerweise keine Möglichkeit geboten wird, dem quer über das gesamte Gerinne angeordneten Laufrad auszuweichen, strömt das gesamte Wasser durch die Staudruckmaschine. Bei einer hohen Drehzahl des Laufrads liegt ein hohes Schluckvermögen der Staudruckmaschine vor, wobei eine größere Wassermenge durch die Schaufeln auf die Unterwasserseite transportiert wird und somit der Oberwasserpegel verringert wird; umgekehrt führt eine Verringerung der Drehzahl des Laufrads zu einem niedrigeren More specifically, in a dynamic pressure machine, the amount of water flowing from the upper water through the system into the underwater per unit of time, usually called the intake capacity, depends on the speed of the impeller. Since the water flow is expediently not offered a possibility to avoid the impeller arranged across the entire channel, the entire water flows through the dynamic pressure machine. At a high speed of the impeller is a high absorption capacity of the dynamic pressure machine, with a larger amount of water is transported by the blades to the underwater side and thus the head water level is reduced; conversely, reducing the speed of the impeller results in a lower one
Schluckvermögen der Staudruckmaschine, so dass weniger Wasser durch die Staudruckmaschine strömt und in der Folge der Oberwasserpegel steigt. Zur Einhaltung des vorgegebenen Oberwasserpegels, welcher auf eine bestimmte Leistungsabgabe bzw. einen optimalen Wirkungsgrad abzielt, kann somit die Drehzahl des Laufrads beeinflusst werden, was über das bremsende Drehmoment der Motor-Generator-Maschine bewerkstelligt werden kann. Zur Verringerung der Drehzahl des Laufrads kann das bremsende Drehmoment des Generators erhöht werden; um andererseits eine höhere Drehzahl des Laufrads zur Erzielung eines größeren Schluckvermögens der Staudruckmaschine zu erreichen, kann das bremsende Drehmoment der Motor-Generator-Maschine reduziert werden. Eine derartige Einflussnahme ist bei einer üblichen Staudruckmaschine mit einer Motor-Generator-Maschine regeltechnisch relativ aufwändig. Sucking power of the dynamic pressure machine, so that less water flows through the ram pressure machine and as a result the head water level rises. To comply with the predetermined head water level, which is aimed at a certain power output or optimum efficiency, thus the rotational speed of the impeller can be influenced, which can be accomplished via the braking torque of the motor-generator machine. To reduce the speed of the impeller, the braking torque of the generator can be increased; on the other hand, to achieve a higher speed of the impeller to achieve a greater absorption capacity of the dynamic pressure machine, the braking torque of the motor-generator machine can be reduced. Such influencing is relatively expensive in a conventional dynamic pressure machine with a motor-generator machine control technology.
Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Wasserkraftmaschinen bzw. Staudruckmaschinen ergibt sich dadurch, dass bei einem Ausfall der Motor-Generator-Maschine die Wasserkraft- bzw. Staudruckmaschine ausfällt, bis die Motor-Generator-Maschine Another disadvantage of the known hydroelectric or dynamic pressure machines results from the fact that in case of failure of the motor-generator machine, the hydropower or dynamic pressure machine fails until the motor-generator machine
repariert oder ersetzt ist. Dieser Nachteil ist auch bei der Wasserkraftanlage gemäß DE 43 13 509 AI gegeben, bei der direkt in einer Scheibenwand der Nabe des Wasserrads eine Vertiefung als Aufnahme für ein Getriebe vorgesehen ist, mit dem ein Generator gekoppelt ist, wobei ein Art Modul erhalten ist; der Generator wird von einer Tragkonsole abgestützt, die an einer Gebäudewand befestigt ist. Wesentlich ist hierbei ferner, dass eine koaxiale Anordnung des - einzigen - Getriebe-Generator-Moduls vorgesehen ist. repaired or replaced. This disadvantage is also given in the hydropower plant according to DE 43 13 509 AI, in which directly in a disc wall of the hub of the water wheel a recess is provided as a receptacle for a transmission with which a generator is coupled, wherein a kind of module is obtained; The generator is supported by a support bracket, which is attached to a building wall. It is also essential here that a coaxial arrangement of the - single - gear generator module is provided.
Auch beim Wasserkraftwerk gemäß WO 2009/121824 A2 sowie beim Generatorsystem gemäß US 2009/0322093 AI ist jeweils ein einzelner Generator, wie üblich, vorgesehen, der über ein Zahnrad-Getriebe von einem Laufrad angetrieben und dabei relativ zu dessen Drehachse exzentrisch an einer eigenen Halterung angeordnet ist. Also in the hydropower plant according to WO 2009/121824 A2 and in the generator system according to US 2009/0322093 AI, a single generator, as usual, is provided, which is driven by a gear wheel driven by an impeller and thereby eccentrically relative to the axis of rotation of its own holder is arranged.
Wünschenswert wäre es überdies auch, im Fall der beispielsweise in der AT 501 575 AI angesprochenen Modul-Bauweise je nach Leistung des Laufrads eine angepasste Gesamtgeneratorleistung zu ermöglichen, was bei den bekannten Staudruckmaschinen nur durch Austausch der Motor-Generator-Maschine, d.h. durch Anbringung einer Motor-Generator-Maschine mit an die Antriebsleistung ange- passter Generatorleistung, bewerkstelligt werden kann. It would also be desirable, moreover, in the case of the module design mentioned, for example, in AT 501 575 A1, to allow an adapted total generator output depending on the power of the impeller, which in the known dynamic pressure machines only by replacing the motor-generator-machine, i. by attaching a motor-generator machine with adapted to the drive power generator power can be accomplished.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Wasserkraft-Staudruckmaschine wie eingangs angegeben vorzuschlagen, mit der nicht nur eine derartige Leistungsanpassung bei einer Modul-Bauweise der Staudruckmaschine auf einfach Weise realisiert werden kann, sondern darüber hinaus auch ein Gesamt-Ausfall der Wasserkraftmaschine bei Ausfall der Motor-Generator-Maschine vermieden werden kann, und bei der weiters auf einfache Weise ein Betrieb in einem optimalen Generator-Leistungsbereich abhängig vom Oberwasserpegel oder gegebenenfalls auch Unterwasserpegel, also It is an object of the invention to propose a hydro-dynamic pressure machine as stated above, with which not only such a power adjustment in a modular design of the dynamic pressure machine can be realized in a simple manner, but also a total failure of the hydropower in case of failure Motor-generator machine can be avoided, and further in a simple manner, operation in an optimal generator power range depending on the head water level or possibly also underwater level, ie
insbesondere von der Wasserstandshöhe bzw. der Differenz zwischen Oberwasserpegel und Unterwasserpegel, ermöglicht wird. particular of the water level or the difference between the upper water level and underwater level, is made possible.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Wasserkraft- Staudruckmaschine wie im unabhängigen Anspruch gekennzeichnet vor. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen dieser Staudruckmaschine sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Bei der vorliegenden Wasserkraft-Staudruckmaschine ist somit in erster Linie vorgesehen, dass benachbart wenigstens einer Stirn¬ seite der Nabe des Laufrads ein mit dem Rahmen fest verbundener Tragteil mit mehreren Steckplatz-artigen, vorzugsweise unterwas- serseitig angeordneten Aufnahmen für jeweils ein Maschinen-Ge¬ triebe-Modul angeordnet ist, der gegenüber dem Laufrad To solve this problem, the invention provides a hydro-dynamic machine as characterized in the independent claim. Advantageous embodiments and further developments of this dynamic pressure machine are specified in the dependent claims. In the present hydropower ram printing machine is thus provided primarily that adjacent at least one end ¬ side of the hub of the impeller firmly connected to the frame support member with a plurality of slot-like, preferably underwater side arranged receptacles for each machine Ge ¬ transmission module is arranged, opposite the impeller
abgedichtet ist, dass in zumindest einigen Aufnahmen Maschinen- Getriebe-Module befestigt sind, von denen jeweils ein Antriebs¬ ritzel mit einem an der Stirnseite der Nabe fest angebrachten Zahnkranz kämmt, und dass den Maschinen-Getriebe-Modulen zugehörige Schaltmittel bzw. Schalter zum selektiven Zu- bzw. Abschalten der Maschinen-Getriebe-Module vorgesehen sind. Dadurch, dass mehrere Maschinen-Getriebe-Module vorgesehen sind, deren Ritzel sich zu einem „Matrixantrieb" ergänzen, kann z.B. je nach Breite des Laufrads durch Anbringung von mehr oder weniger Maschinen- Getriebe-Modulen mit dem Matrixantrieb einfach die Gesamtan¬ triebsleistung (Gesamtgeneratorleistung) an die jeweilige Ausführung des Laufrads angepasst werden. is sealed, that are fixed in at least some shots machine gearbox modules, each of which a drive ¬ pinion meshes with a fixedly mounted on the front side of the hub ring gear, and that the machine-transmission modules associated switching means or switch for selective On or off the machine-transmission modules are provided. Characterized in that a plurality of machine-transmission modules are provided, the sprockets complement each other to a "matrix drive", for example, depending on the width of the impeller by attaching more or less machine gearbox modules with the matrix drive simply Gesamtan ¬ operating power (total generator power ) are adapted to the particular design of the impeller.
Weiters ist es durch (elektrisches) Wegschalten einzelner Module, je nach Wasserangebot, möglich, die im Betrieb verbleibenden einzelnen Generatoren in einem optimalen Leistungsbereich zu be¬ treiben. Die elektrisch abgeschalteten Module drehen dann ohne Leistungsentnahme leer mit. Dadurch kann die elektrische Abgabeleistung an die Bedürfnisse des lokalen Wasserangebots angepasst werden . Furthermore, by (electrical) Removal of individual modules, depending on the water supply, it is possible push the remaining operating individual generators in an optimal power range to be ¬. The electrically disconnected modules turn then empty without power extraction. This allows the electrical power output to be adapted to the needs of the local water supply.
Sollte ein Maschinen-Getriebe-Modul (elektrisch) ausfallen, so kann die Wasserkraftmaschine weiter, mit den noch arbeitenden Modulen, gegebenenfalls mit reduzierter Leistung, betrieben werden, d.h. es fällt nicht das gesamte System aus, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Should an engine-transmission module fail (electrically), the hydro-electric machine can continue to operate with the modules still operating, possibly with reduced power, i. it does not fail the entire system, as is the case in the prior art.
Was die Leistungsanpassung bzw. Baukasten-Bauform anlangt, so gibt ein breites Wasserrad, bei gegebenem Durchmesser, mehr Leistung ab als ein schmäleres Laufrad (mit demselben Durchmesser) . Mit guter Näherung gilt, dass ein doppelt so breites Laufrad (Wasserrad) ein doppeltes Drehmoment und in der Folge eine doppelte Leistung ergibt. Mit dem erfindungsgemäßen Tragteil für eine Mehrzahl von Maschinen-Getriebe-Modulen kann je nach Breite des Laufrads die Anzahl der zu verwendenden Module festgelegt werden, die in den gewünschten Aufnahmen des Tragteils montiert werden. Nicht verwendete Aufnahmen, also freie Aufnahmen, in die keine Maschinen-Getriebe-Module eingesteckt werden, werden auf geeignete Weise dicht verschlossen. Dies führt dazu, dass bei maximal breiten Laufrädern die maximale Anzahl von Maschinen-Ge¬ triebe-Modulen am Tragteil befestigt wird, wogegen bei schmäleren Laufrädern einfach weniger Maschinen-Getriebe-Module am Tragteil angebracht werden können. As far as the performance or modular design is concerned, a wide water wheel, given a diameter, delivers more power than a narrower impeller (with the same diameter). As a good approximation, a wheel that is twice as wide (waterwheel) produces twice the torque and twice as much power. With the support part according to the invention for a plurality of machine-transmission modules can, depending on the width of the impeller, the number of modules to be used are determined, which are mounted in the desired receptacles of the support member. Unused recordings, ie free recordings, in which no machine-gearbox modules are inserted, are sealed in a suitable manner. This means that at a maximum wide wheels the maximum number of machine-Ge ¬ gear modules is attached to the supporting part, whereas simply fewer machines gear modules can be attached to the support member at narrower wheels.
Bei den vorliegenden Maschinen-Getriebe-Modulen liegt somit ein Generator mit einem integrierten Getriebe, z.B. einem Planetengetriebe oder Stirnradgetriebe, vor; ein Antriebsritzel dieses Getriebes ist von außen zugänglich, und dieses Antriebsritzel steht in Eingriff mit dem Zahnkranz an der Naben-Stirnseite; über das Getriebe wird die relativ niedrige Drehzahl des Laufrads in eine geeignet hohe Drehzahl des Generators umgesetzt. Thus, in the present machine-transmission modules, there is a generator with an integrated transmission, e.g. a planetary gear or spur gear, in front; a drive pinion of this transmission is accessible from the outside, and this drive pinion is in engagement with the ring gear on the hub end face; via the gearbox, the relatively low speed of the impeller is converted into a suitably high speed of the generator.
Theoretisch ist es auch denkbar, als Getriebe nur das mit dem Zahnkranz kämmende Antriebsritzel vorzusehen, wenn die Übersetzung zwischen Zahnkranz und Ritzel bereits für die Drehzahlüber¬ setzung zum Generator ausreicht. Für diese Zwecke ist es Theoretically, it is also conceivable to provide only the meshing with the ring gear drive pinion when the translation between sprocket and pinion already sufficient for the speed over ¬ tion to the generator. It is for these purposes
insbesondere von Vorteil, wenn der Zahnkranz an der Naben-Stirnseite ein innenverzahnter Zahnkranz ist, der somit außen (d.h. außerhalb der Ritzel) vorliegt und so einen relativ großen In particular, it is advantageous if the toothed rim on the hub end face is an internally toothed ring gear which is thus present on the outside (that is to say outside the pinions) and thus has a relatively large tooth area
Durchmesser und damit eine große Zähnezahl aufweist, so dass das verhältnismäßig kleine Ritzel, mit kleiner Zähnezahl, im Betrieb mit einer vergleichsweise wesentlich höheren Drehzahl vom Zahnkranz angetrieben werden kann. Diameter and thus has a large number of teeth, so that the relatively small pinion, with a small number of teeth, can be driven in operation with a comparatively much higher speed from the sprocket.
Im Prinzip ist es aber selbstverständlich auch möglich, etwa wenn dies aus sonstigen baulichen Gegebenheiten notwendig ist, einen außenverzahnten Zahnkranz an der Naben-Stirnseite vorzusehen, wobei dann die Ritzel der Maschinen-Getriebe-Module außerhalb dieses Zahnkranzes vorliegen, der dann im Vergleich zu einem innenverzahnten Zahnkranz einen kleineren Durchmesser hat, so dass die Übersetzung nicht so hoch sein kann wie bei einem innenverzahnten Zahnkranz. In principle, it is of course also possible, for example, if this is necessary for other structural conditions to provide an externally toothed ring gear on the hub end face, in which case the pinion of the machine-gearbox modules outside of this ring gear are present, then compared to a internal gear ring has a smaller diameter, so that the translation can not be as high as an internally toothed ring gear.
Für eine einfache, platzsparende, kompakte Konstruktion ist der Tragteil bevorzugt plattenförmig, z.B. als Seitenblech, ausge¬ bildet. For a simple, space-saving, compact design, the Support member preferably plate-shaped, for example as a side plate, out ¬ forms.
Weiters kann der Tragteil einfach mit dem Rahmen über zumindest eine vom Rahmen auskragende Konsole verbunden sein; dabei befinden sich die Maschinen-Getriebe-Module wie bereits angeführt bevorzugt auf der Unterwasserseite der Staudruckmaschine, und die Konsole, vorzugsweise zwei Konsolen, stehen unterwasserseitig von Rahmen-Trägern ab und stützen den Tragteil mit der erforderlichen Festigkeit ab. Der Tragteil kann auch zur Lagerung des Laufrads verwendet werden, d.h. der Tragteil ist über die Konsole (n) Teil des Lager-Rahmens. Furthermore, the support member can be easily connected to the frame via at least one bracket projecting from the frame; As already mentioned, the machine-gearbox modules are preferably located on the underwater side of the dynamic pressure machine, and the console, preferably two consoles, project from the underbody side of frame supports and support the supporting part with the required strength. The support member can also be used to support the impeller, i. the supporting part is part of the bearing frame via the console (s).
Um die Maschinen-Getriebe-Module einfach am Tragteil zu montieren, ist es von Vorteil, wenn diese Module über Flanschverbindungen am Tragteil befestigt sind. Im Fall von frei bleibenden Aufnahmen des Tragteils werden bevorzugt diese freien Aufnahmen des Tragteils durch Blindflansche verschlossen. To easily mount the machine-gearbox modules on the support part, it is advantageous if these modules are attached to the support part via flange connections. In the case of free recordings of the support member, these free receptacles of the support member are preferably closed by blind flanges.
Um eine möglichst gute Leistungsanpassung zu ermöglichen, ist es günstig, wenn der Tragteil mehr als drei Aufnahmen für Maschinen-Getriebe-Module enthält. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, nur zwei oder drei Aufnahmen vorzusehen. In order to allow the best possible power adjustment, it is advantageous if the support member contains more than three shots for machine-gearbox modules. But it is also possible in principle to provide only two or three shots.
Für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Staudruckmaschine ist es weiters bevorzugt, wenn zwischen dem Tragteil und der Naben-Stirnseite Dichtungen, z.B. Lippendichtungen, gegen Wassereintritt einerseits und Ölaustritt andererseits angeordnet sind; bzw. wenn zwischen dem Tragteil und einer Laufrad-Welle Dichtun¬ gen gegen Wassereintritt einerseits und Ölaustritt andererseits angeordnet sind. For proper operation of the dynamic pressure machine, it is further preferred if between the support member and the hub end side seals, eg lip seals, against water inlet on the one hand and oil outlet on the other are arranged; or when arranged between the supporting member and a wheel-shaft Seal ¬ gen against water inlet on the one hand and oil outlet on the other.
Für eine möglichst automatische Leistungsanpassung, für einen optimalen Betrieb der Staudruckmaschine und insbesondere der Generatoren, ist es weiters günstig, wenn die Schaltmittel an eine Steuereinheit, z.B. mit SPS-Modul, angeschlossen sind, die ihrerseits mit einem Pegelsensor, vorzugsweise einem Oberwasser- Pegelsensor, verbunden ist, um bei einer vergleichsweise niedrigen Wasserstandshöhe (z.B. in der Reihenfolge des Abschaltens vorgegebene) Schaltmittel zum Abschalten einzelner Maschinen- Getriebe- Module anzusteuern. For a possible automatic power adjustment, for optimal operation of the dynamic pressure machine and in particular of the generators, it is furthermore favorable if the switching means are connected to a control unit, eg with PLC module, which in turn is connected to a level sensor, preferably an upstream water level sensor, is connected to switch off at a comparatively low water level (for example, in the order of shutdown) switching means for switching off individual machine To control transmission modules.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen: The invention will be further elucidated on the basis of preferred embodiments, to which, however, it should not be restricted, and with reference to the drawing. In detail in the drawing:
Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Wasserkraft-Staudruckmaschine gemäß der Erfindung, und zwar von der Unterwasserseite her gesehen, wobei die Seite des Laufrads mit den Maschinen-Getriebe-Modulen ersichtlich ist; Figure 1 is a perspective view of a hydro-dynamic pressure machine according to the invention, as seen from the underwater side, wherein the side of the impeller with the engine-transmission modules is visible.
Fig. 2 eine ähnliche schaubildliche Darstellung der Unterwasserseite der Staudruckmaschine gemäß Fig. 1, nun jedoch von der anderen Seite, gegenüber jener Seite, wo die Maschinen-Getriebe- Module angebracht sind; Fig. 2 is a similar perspective view of the underwater side of the dynamic pressure machine of Figure 1, but now from the other side, opposite to the side where the machine transmission modules are mounted;
Fig. 3 eine Schrägansicht der Staudruckmaschine gemäß Fig. 1 und 2 von der Oberwasserseite her; 3 shows an oblique view of the dynamic pressure machine according to FIGS. 1 and 2 from the upper water side;
Fig. 4 eine Seitenansicht der Staudruckmaschine gemäß Fig. 1 bis 3, wobei die Seite mit den Maschinen-Getriebe-Modulen ersichtlich ist; Fig. 4 is a side view of the dynamic pressure machine according to Figures 1 to 3, wherein the side with the machine-gearbox modules is visible.
Fig. 5 eine Aufrissdarstellung der Staudruckmaschine gemäß Fig. 1 bis 4 von der Oberwasserseite her gesehen; 5 is an elevational view of the dynamic pressure machine according to FIGS. 1 to 4 seen from the upper water side;
Fig. 6 eine Seitenansicht der Staudruckmaschine ähnlich Fig. 4, wobei jedoch das stationäre Gestell und der Lager-Rahmen der Staudruckmaschine weggeschnitten sind, im Wesentlichen gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5; die Fig. 7A und 7B zwei Ausführungsformen hinsichtlich der Anordnung des Zahnkranzes an der Stirnseite der Nabe der Staudruckmaschine, nämlich einmal mit Innenverzahnung (Fig. 7A) und einmal mit Außenverzahnung (Fig. 7B) ; Fig. 6 is a side view of the ram pressure machine similar to Fig. 4, but with the stationary frame and the storage frame of the ram pressure machine cut away, substantially along line VI-VI in Fig. 5; FIGS. 7A and 7B show two embodiments with regard to the arrangement of the sprocket on the end face of the hub of the dynamic pressure machine, namely once with internal teeth (FIG. 7A) and once with external teeth (FIG. 7B);
Fig. 8 eine Teil-Ansicht, teilweise aufgebrochen, der Staudruckmaschine gemäß Fig. 1 bis 4, wobei insbesondere die Lagerung des Laufrads sowie eine Ausbildung eines außenverzahnten Zahnkranzes an der Nabe veranschaulicht sind; die Fig. 9 und 10 Teil-Schnittdarstellungen im Bereich der Dichtung zwischen Modul-Tragteil und Nabe (Detail IX in Fig. 9) bzw. zwischen Modul-Tragteil und Laufrad-Welle (Detail X in Fig. 10) ; und Fig. 8 is a partial view, partially broken away, the dynamic pressure machine of FIG. 1 to 4, wherein in particular the bearing of the impeller and a formation of an externally toothed ring gear illustrated at the hub; 9 and 10 are partial sectional views in the region of the seal between the module support member and the hub (detail IX in FIG. 9) or between the module support member and the impeller shaft (detail X in FIG. 10); and
Fig. 11 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer elektrischen Schaltung einschließlich Steuereinheit zum Zu- und Abschalten der elektrischen Maschinen (Generatoren) abhängig vom Wasserpegel . Fig. 11 is a block diagram illustrating an electric circuit including a control unit for turning on and off the electric machines (generators) depending on the water level.
In Fig. 1 und 2 ist eine Wasserkraft-Staudruckmaschine 1 mit einem Laufrad 2 von der Unterwasserseite her gesehen schaubildlich veranschaulicht. Die Fig. 3 und 5 zeigen diese Staudruckmaschine 1 von der Oberwasserseite her gesehen. In Fig. 1 and 2, a hydro-dynamic machine 1 with an impeller 2 is seen from the underside seen schematically illustrated. Figs. 3 and 5 show this dynamic pressure machine 1 seen from the upper water side.
Das Laufrad 2 weist eine zylindrische Nabe 3 auf, deren Achse gleichzeitig die Drehachse des Laufrads 2, auch Rotor genannt, ist. An dieser Nabe 3 sind an den axialen Enden kreisringförmige Deckscheiben 4 fix angebracht, welche die Breite des Laufrads 2 begrenzen. Diese Deckscheiben 4 ermöglichen eine vorteilhafte Abdichtung des Laufrads 2 in einem Lager-Rahmen 5 mit Hilfe von in Fig. 3 und 5 ersichtlichen, an einem stationären Gestell 6 oberwasserseitig befestigten Blechen 7 und an diesen befestigten Dichtlippen 8. The impeller 2 has a cylindrical hub 3, whose axis is simultaneously the axis of rotation of the impeller 2, also called rotor. At this hub 3 annular end plates 4 are fixedly attached to the axial ends, which limit the width of the impeller 2. These cover plates 4 allow an advantageous sealing of the impeller 2 in a bearing frame 5 by means of in Figs. 3 and 5 apparent, on a stationary frame 6 on the upper side attached sheets 7 and attached to these sealing lips. 8
Am Umfang der Radnabe 3 sind geeignet geformte Schaufeln 9 angebracht, z.B. angeschraubt und/oder angeschweißt, um Taschen für den Wassertransport zu bilden, d.h. den Wasserdruck aufzunehmen und ein Drehmoment um die Radachse zu bewirken. At the periphery of the wheel hub 3 suitably shaped blades 9 are mounted, e.g. screwed and / or welded to form bags for water transport, i. to absorb the water pressure and to effect a torque around the wheel axle.
Die Schaufeln 9 des Laufrads 1 können außer der gezeigten V-förmigen Anordnung auch andere Anordnungen, wie beispielsweise einfache Schräganordnungen (siehe z.B. AT 404 973 B) , aufweisen, und sie können auch je nach Zielsetzung eine Krümmung aufweisen. The vanes 9 of the impeller 1 may have, in addition to the V-shaped arrangement shown, other arrangements, such as simple oblique arrangements (see, for example, AT 404 973 B), and may also have a curvature depending on the objective.
Der das Laufrad 2 lagernde Rahmen 5 hat insgesamt eine rechteckige Form mit zwei vertikalen Trägern 10, 11 sowie einem unteren Träger 12 und einem oberen Träger 13 rund um das Laufrad 2 herum. Die Träger 10 bis 13 sind dabei bevorzugt aus im Querschnitt rechteckigen Formrohren gebildet, wodurch eine einfache, leichtgewichtige, dennoch stabile Bauweise des Rahmens 5 erzielt wird, die überdies eine problemlose Anpassung an verschiedene Dimensionen, insbesondere Breiten, von Laufrädern 2 ermöglicht. Diesbezüglich ist auf die nicht vorveröffentlichte frühere Anmeldung AT A 1193/2010 zu verweisen, deren Inhalt durch Bezugnahme als hier aufgenommen anzusehen ist. The frame 5 supporting the impeller 2 has an overall rectangular shape with two vertical supports 10, 11 and a lower support 12 and an upper support 13 around the impeller 2 around. The carriers 10 to 13 are preferably formed from rectangular in cross-section mold tubes, whereby a simple, lightweight, yet stable construction of the frame 5 is achieved, which also allows easy adaptation to different dimensions, in particular widths of wheels 2. In this regard, reference should be made to the prior unpublished application AT A 1193/2010, the contents of which are incorporated herein by reference.
Die vertikalen Träger 10, 11 tragen Radlager 14 (in Fig. 2 ist nur eines dieser Lager ersichtlich, das andere ist in den Fig. 1 bis 3 verdeckt; vgl. aber auch Fig. 8), wobei das Radlager 14 gemäß Fig. 2 an einer vom Träger 10 auskragenden Konsole 15 befestigt ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Diese Anbringung des Lagers 14 ist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel an der stromabwärtigen Seite (Unterwasserseite) der Staudruckmaschine 1 vorgesehen . The vertical supports 10, 11 carry wheel bearings 14 (only one of these bearings is visible in Fig. 2, the other is concealed in Figs 1 to 3, but see also Fig. 8), wherein the wheel bearing 14 according to FIG is fastened to a bracket 15 projecting from the bracket 15, as shown in FIG. 2 can be seen. This attachment of the bearing 14 is provided in the preferred embodiment on the downstream side (underwater side) of the dynamic pressure machine 1.
Die vertikalen Träger 10, 11 sind an ihren Außenseiten, also an der vom Laufrad 2 abgewandten Seite, mit nicht näher ersichtlichen Führungsrolleneinheiten (oder anderen eine reibungsarme Verschiebung des Rahmens 5 im stationären Maschinen-Gestell 6 gewährleistenden Führungselementen) ausgestattet, vgl. die im Gestell 6 vorgesehenen Führungsnuten 16 in Fig. 1 bis 3, um so ein Anheben bzw. Absenken des Rahmens 5 relativ zum Gestell 6, etwa zu Wartungszwecken oder aber zur Anpassung der Laufrad-Höhe an den jeweiligen Unterwasserpegel, mit Hilfe einer geeigneten, nicht näher gezeigten Hubvorrichtung zu ermöglichen; vgl. die erwähnte A 1193/2010; das Anheben bzw. Absenken des Rahmens 5 ist in Fig. 3 schematisch mit einem Doppelpfeil 5' veranschaulicht . The vertical supports 10, 11 are on their outer sides, ie on the side facing away from the impeller 2, with not further apparent guide roller units (or other a low-friction displacement of the frame 5 in the stationary machine frame 6 ensuring guiding elements) equipped, see. 1 to 3, so as to raise or lower the frame 5 relative to the frame 6, for example for maintenance purposes or to adapt the impeller height to the respective underwater level, with the aid of a suitable, To allow not shown in detail lifting device; see. the mentioned A 1193/2010; the raising or lowering of the frame 5 is schematically illustrated in Fig. 3 with a double arrow 5 '.
In Fig. 3, die die Oberwasserseite oder stromaufwärtige Seite der Staudruckmaschine 1 zeigt, ist weiters ein im unteren Bereich des Laufrads 2 angeordnetes, gekrümmtes Kropfblech 17 gezeigt, das mit Hilfe von an den vertikalen Trägern 10, 11 befestigten, hiervon auskragenden Haltern 18A, 18B am Rahmen 5 befestigt ist und eine Krümmung aufweist, die an den Bewegungspfad des Laufrads 2 bzw. der Schaufeln 9 desselben angepasst ist. Mit Hilfe dieses Kropfblechs 17 kann somit das Wasser tan- gential in den unteren Bereich rund um das Laufrad 2 eingeleitet werden, so dass es an der Unterwasserseite (Fig. 1 und 2) an der Unterseite des Laufrads 2 in einem Auslaufbereich 19 (Fig. 2) oberhalb des unteren Trägers 12 ausläuft und abfließt. 3, which shows the upstream side or upstream side of the dynamic pressure machine 1, a curved crop pan 17, which is arranged in the lower region of the rotor 2 and is shown by means of holders 18A attached to the vertical supports 10, 11, is shown. 18B is attached to the frame 5 and has a curvature which is adapted to the path of movement of the impeller 2 and the blades 9 thereof. With the help of this bolster 17 can thus tan the water gential in the lower area around the impeller 2 are introduced, so that it expires at the underside (Fig. 1 and 2) on the underside of the impeller 2 in an outlet region 19 (Fig. 2) above the lower support 12 and flows.
Durch die Anordnung mit den Dichtlippen 8 sowie weiters mit dem Kropfblech 17 wird erreicht, dass das Wasser des Gerinnes möglichst optimal für die Erzeugung elektrischer Energie genützt wird, d.h. der Wirkungsgrad der gezeigten Staudruckmaschine 1 wird dadurch zusätzlich verbessert. The arrangement with the sealing lips 8 and further with the cropping plate 17 ensures that the water of the channel is optimally utilized for the generation of electrical energy, i. the efficiency of the dynamic pressure machine 1 shown is thereby additionally improved.
Der beschriebene Rahmen 5 zur Lagerung des Laufrads 2 ermöglicht ein Baukastenprinzip für die Staudruckmaschine 1, wobei mit Hilfe der Träger 10 bis 12 auf einfache Weise ein an die jeweilige Größe (Breite bzw. Durchmesser) eines Laufrads 2 angepasster La¬ ger-Rahmen 5 zusammengebaut werden kann. Hierzu passend ist dann das im Gerinne stationär angeordnete Gestell 6 vorzusehen. The described frame 5 for supporting the impeller 2 allows a modular principle for the dynamic pressure machine 1, wherein with the help of the carrier 10 to 12 in a simple manner to the respective size (width or diameter) of an impeller 2 adapted La ¬ ger frame 5 assembled can be. Suitable for this purpose is then provided in the channel stationary arranged frame 6.
Um diesem Baukastenprinzip auch hinsichtlich der stromerzeugenden Mittel gerecht zu werden, ist eine Matrixanordnung mit mehreren Modulen 20, jeweils enthaltend eine elektrische Maschine (Generator-Motor) sowie damit integriert ein Getriebe vorgese¬ hen. Aus Fig. 1 sind drei derartige Module 20, je mit einem Getriebe 21 und einer Maschine bzw. einem Generator 21', In order to meet this modular principle also with regard to the power-generating means, a matrix arrangement with several modules 20, each containing an electric machine (generator motor) and integrated with it a transmission vorgese ¬ hen. From Fig. 1, three such modules 20, each with a gear 21 and a machine or a generator 21 ',
ersichtlich. Diese Module 20 werden an einem mit dem Rahmen 5 fest verbundenen Tragteil 22 fest angebracht, der an der Stirnseite der Nabe 3 des Laufrads 2 angeordnet ist, jedoch nicht mit dieser Nabe 3 umläuft, sondern mit Hilfe von Konsolen 23, 24 mit einem der vertikalen Träger des Rahmens 5, gemäß Fig. 1 mit dem dort links gezeigten vertikalen Träger 11, starr verbunden ist. Der Tragteil 22 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel plattenför- mig bzw. scheibenförmig ausgebildet, wobei dieser scheibenförmige Tragteil 22 wie aus Fig. 1 ersichtlich radial innerhalb und angrenzend an die auf dieser Seite kreisringförmige Deckscheibe 4 vorliegt, die ihrerseits mit der Nabe 3 des Laufrads fest verbunden ist, wie vorstehend erwähnt wurde. seen. These modules 20 are fixedly attached to a frame 5 fixed to the support member 22 which is disposed on the front side of the hub 3 of the impeller 2, but does not rotate with this hub 3, but with the aid of brackets 23, 24 with one of the vertical Support of the frame 5, as shown in FIG. 1 with the vertical support 11 shown there on the left, is rigidly connected. The support member 22 is formed plate-shaped or disc-shaped in the embodiment shown, said disk-shaped support member 22 as shown in FIG. 1 is radially inside and adjacent to the circular on this page cover 4, which in turn firmly connected to the hub 3 of the impeller is as mentioned above.
Der Tragteil 22, auch Kreisscheibe, Seitenblech oder Motorplatte genannt, hat mehrere Steckplatz-artige Aufnahmen 25 für jeweils ein Maschinen-Getriebe-Modul 20, wobei es nicht notwendig ist, in allen Aufnahmen 25 entsprechende Module 20 anzubringen. So ist im Beispiel von Fig. 1 vorgesehen, in drei von fünf Aufnah¬ men 25 jeweils ein Modul 20 anzubringen. Die beiden dazwischen liegenden freien Steckplatz-Aufnahmen 25, die keine Module 20 aufnehmen, s. Fig. 1, werden dicht verschlossen, beispielsweise mit Hilfe von Blindflanschen 26. Die Module 20 ihrerseits werden in entsprechender Weise über schematisch aus Fig. 1 und 9 ersichtliche Flanschverbindungen 27 mit dem Tragteil 22 verbunden. The support member 22, also called circular disc, side plate or motor plate, has a plurality of slot-like receptacles 25 for each one machine-transmission module 20, wherein it is not necessary to install 25 corresponding modules 20 in all recordings. As provided in the example of FIG. 1, to attach one module 20 in three of the five men Recordin ¬ 25th The two intermediate free slot receptacles 25 that do not accommodate modules 20, s. 1, are tightly closed, for example with the aid of blind flanges 26. The modules 20 in turn are connected in a corresponding manner via schematically shown in FIGS. 1 and 9 flange 27 with the support member 22.
Auf diese Weise können je nach Größe, d.h. Breite und Durchmesser, des Laufrads 2 mehr oder weniger Module 20 angebracht werden, um so in optimaler Weise elektrische Energie aus der kinetischen Energie des Laufrads 2, bei optimalem Wirkungsgrad, zu gewinnen. In this way, depending on the size, i. Width and diameter of the impeller 2 more or less modules 20 are mounted so as to optimally recover electrical energy from the kinetic energy of the impeller 2, with optimum efficiency.
Aus Fig. 4 ist in einer Seitenansicht die Anordnung des Laufrads 2 der Staudruckmaschine 1 im Gestell 6 (der Rahmen 5 ist in Fig. 4 nicht ersichtlich) veranschaulicht, wobei gezeigt ist, dass die Module 20 bzw. Aufnahmen 25 im Tragteil 22 an der Unterwasserseite 28 der Staudruckmaschine 1 vorliegen; die Oberwasserseite ist in Fig. 4 mit 29 angegeben, und weiters ist die From Fig. 4 is a side view of the arrangement of the impeller 2 of the dynamic pressure machine 1 in the frame 6 (the frame 5 is not visible in Fig. 4) illustrated, wherein it is shown that the modules 20 and receptacles 25 in the support member 22 at the Underwater page 28 of the dynamic pressure machine 1 are present; the upper water side is indicated in Fig. 4 at 29, and further is the
Drehrichtung des Laufrads 2 mit einem Pfeil 30 angedeutet. Wei¬ ters ist in der Darstellung gemäß Fig. 4 auch erkennbar, dass am Träger 11 mittig ein weiteres Lager 31 für die Welle des Laufrads 2 angebracht ist. Dieses Lager 31 ist ebenso wie das Lager 14 bevorzugt ein Pendellager; von den Pendellagern können Achsund Winkelfehler ausgeglichen werden. Direction of rotation of the impeller 2 indicated by an arrow 30. Wei ¬ ters can also be seen in the illustration according to Fig. 4, that centrally another bearing 31 is mounted on the shaft of the impeller 2 on the support 11. This bearing 31, like the bearing 14, is preferably a self-aligning bearing; Axis and angle errors can be compensated by the self-aligning bearings.
Aus der oberwasserseitigen Ansicht der Staudruckmaschine 1 gemäß Fig. 5 sind wiederum der im Gestell 6 angebrachte Rechteck-Rahmen 5, das Laufrad 2 mit den Schaufeln 9, weiters die Bleche 7 mit den Dichtlippen 8 sowie das Kropfblech 17 ersichtlich. From the upstream side view of the dynamic pressure machine 1 according to FIG. 5 are again mounted in the frame 6 rectangle frame 5, the impeller 2 with the blades 9, further the sheets 7 with the sealing lips 8 and the cropping tray 17 can be seen.
In einer Schnittansicht gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5 ist in Fig. 6 sodann die Anordnung der Aufnahmen 25 für Maschinen-Getriebe-Module 20 im Seitenblech-Tragteil 22 erkennbar; weiters sind Anschlussteile 32 zur Verbindung des Tragteils 22 mit den Konsolen 23, 24, somit mit dem Rahmen 5, erkennbar. In a sectional view along the line VI-VI in Fig. 5 then the arrangement of the receptacles 25 for machine-gearbox modules 20 in the side plate support member 22 can be seen in Fig. 6; Furthermore, connecting parts 32 for connecting the supporting part 22 with the brackets 23, 24, thus with the frame 5, can be seen.
In den Fig. 7A und 7B ist die Stirnseite der Nabe 3 ersichtlich, wobei dargestellt ist, dass an diesen Naben-Stirnseiten ein Zahnkranz 33 (Fig. 7A) bzw. 33' (Fig. 7B) fest angebracht ist. Im Fall der Fig. 7A ist der Zahnkranz 33 ein innenverzahnter Zahnkranz mit relativ großem Durchmesser, und mit diesem innen¬ verzahnten Zahnkranz 33 kämmen drei Antriebsritzel 34, die zu den drei Maschinen-Getriebe-Modulen 20 gemäß Fig. 1, 2 und 4 gehören, wobei der Zahnkranz 33 mit dem jeweiligen Antriebsritzel 34 bereits eine Getriebestufe zur Erhöhung der Drehzahl bilden. In bestimmten Fällen kann dabei die dadurch gegebene Übersetzung bereits ausreichen, um die Generatoren 21' der Module 20 mit geeigneter Drehzahl anzutreiben, so dass weitere Getriebeteile in den Getrieben 21 der Module 20 entfallen können. Das Getriebe 21 ist dann jeweils nur durch den Zahnkranz 33 und das zugehörige Ritzel 34 gebildet. Im Regelfall werden jedoch noch weitere Zahnräder vorhanden sein, um eine zusätzliche - im Fall der Fig. 7A jedoch relativ kleine - Übersetzung (Sekundärübersetzung) für den Antrieb des Rotors des Generators 21' vorgesehen sein. In FIGS. 7A and 7B, the end face of the hub 3 can be seen, wherein it is shown that at these hub end faces a sprocket 33 (Fig. 7A) and 33 '(Fig. 7B) is fixedly mounted. In the case of Fig. 7A, the ring gear 33 is an internally toothed ring gear with a relatively large diameter, and with this internally toothed ring gear ¬ mesh ¬ three drive pinion 34, which belong to the three machine-gearbox modules 20 as shown in FIG. 1, 2 and 4 , wherein the ring gear 33 with the respective drive pinion 34 already form a gear stage to increase the speed. In certain cases, the resulting translation may already be sufficient to drive the generators 21 'of the modules 20 at a suitable rotational speed, so that further gear parts in the gears 21 of the modules 20 can be dispensed with. The gear 21 is then formed in each case only by the ring gear 33 and the associated pinion 34. As a rule, however, further toothed wheels will be present in order to provide an additional (in the case of FIG. 7A, however, relatively small) ratio (secondary ratio) for driving the rotor of the generator 21 '.
Im Fall der Fig. 7B ist der Zahnkranz 33' außenverzahnt, wobei die Antriebsritzel 34 der Maschinen-Getriebe-Module 20 (siehe Fig. 1) radial außerhalb dieses Zahnkranzes 33' vorliegen. Wie ersichtlich ist hier das Übersetzungsverhältnis kleiner als im Fall der Fig. 7A, so dass hier eine vergleichsweise größere Sekundärübersetzung im Getriebe 21 des jeweiligen Moduls 20 erforderlich ist. In the case of FIG. 7B, the ring gear 33 'is externally toothed, wherein the drive pinions 34 of the machine-gearbox modules 20 (see FIG. 1) are located radially outside this ring gear 33'. As can be seen here, the transmission ratio is smaller than in the case of FIG. 7A, so that here a comparatively larger secondary ratio in the transmission 21 of the respective module 20 is required.
Es ergibt sich hier, dass ein innenverzahnter Zahnkranz 33, wie in Fig. 7A gezeigt, im Regelfall vorzuziehen ist, da eine klei¬ nere Sekundärübersetzung - wenn überhaupt - im Modul 20 erforderlich ist, und da geringere Zahnkräfte im Zahnradbetrieb wirken . It results here that an internally toothed ring gear 33, as shown in Fig. 7A, as a rule, is preferable because a small ¬ secondary translation - if any - in the module 20 is required, and since lower tooth forces in gear operation.
Aus Gründen von konstruktiven Gegebenheiten kann jedoch manchmal eine Außenverzahnung notwendig sein, und diese ist, wie aus Fig. 7B ersichtlich, bei der vorliegenden Staudruckmaschine 1 durchaus möglich. For reasons of constructive circumstances, however, an external toothing may sometimes be necessary, and as can be seen in FIG. 7B, this is entirely possible in the present dynamic pressure machine 1.
Aus der Teil-Darstellung in Fig. 8 sind die Lager 14, 31 für an der Nabe 3 des Laufrads 2 stirnseitig angebrachte Wellenstummel 35, 36 erkennbar. Dabei kann das eine Lager, nämlich das Lager 14, an der von den Modulen 20 abgewandten Stinseite, beispiels¬ weise als Pendellager ausgeführt sein. Das gegenüberliegende La¬ ger 31, für den anderen Wellenstummel 36, ist beispielsweise über eine starre Befestigungsscheibe 37 mit einer als Na¬ ben-Stirnseite 38 vorgesehenen Platte verbunden. From the partial view in Fig. 8, the bearings 14, 31 for at the hub 3 of the impeller 2 frontally mounted stub shaft 35, 36 can be seen. This can be a camp, namely the camp 14, on the side facing away from the modules 20 Stinseite, example ¬ be designed as a pendulum bearing. The opposite La ¬ ger 31, for the other stub shaft 36, for example, via a rigid mounting plate 37 is connected to a provided as Na ¬ ben end face 38 plate.
Weiters sind aus Fig. 8 noch innere Versteifungen 39 an den Naben-Stirnseiten erkennbar. Diese Versteifungen 39 können zur Aufnahme von Biegemomenten vorgesehen werden, die von den Abständen zwischen den Lagern 14, 31 und den Befestigungsscheiben 37 an den Naben-Stirnseiten 38 herrühren. Furthermore, internal stiffeners 39 on the hub end faces can still be seen from FIG. 8. These stiffeners 39 can be provided for receiving bending moments, which originate from the distances between the bearings 14, 31 and the mounting plates 37 at the hub end faces 38.
Fig. 9 zeigt in einem Detailschnitt entsprechend dem Detail IX in Fig. 8 den Bereich der Abdichtung zwischen dem Tragteil 22 und der Rad-Nabe 3. Dabei ist veranschaulicht, dass zwischen der Nabe 3 und dem Tragteil 22 (Motorplatte bzw. Seitenblech) ein Ölraum 40 vorgesehen ist, wobei dieser Ölraum 40 bzw. Zwischenraum zwischen Tragteil 22 und Nabe 3 entsprechend abzudichten ist. Im Einzelnen ist hier eine Dichtung 41, insbesondere Lippendichtung, vorgesehen, um einen Wassereintritt in den Raum 40 zu verhindern, und eine weitere Dichtung 42, insbesondere Lip¬ pendichtung, die axial weiter innen liegt, dient dazu, einen Ölaustritt aus dem Ölraum 40 zu verhindern. Wie weiters aus Fig. 9 ersichtlich ist, kann der jeweilige Zahnkranz, beispielsweise der innenverzahnte Zahnkranz 33 (siehe auch Fig. 7A) , mit Hilfe von Bolzen oder dergleichen Befestigungsmitteln 43 mit der Fig. 9 shows in a detail section corresponding to the detail IX in Fig. 8, the region of the seal between the support member 22 and the wheel hub 3. It is illustrated that between the hub 3 and the support member 22 (motor plate or side plate) a Oil space 40 is provided, said oil space 40 or space between the support member 22 and hub 3 is to seal accordingly. Specifically, here is a seal 41, in particular lip seal, provided to prevent ingress of water into the space 40, and another seal 42, in particular Lip ¬ pendichtung, which lies axially further inside, serves to an oil leakage from the oil chamber 40 prevent. As can be seen further from FIG. 9, the respective toothed rim, for example the internally toothed ring gear 33 (see also FIG. 7A), can be fastened with the aid of bolts or similar fastening means 43
Stirnseite 38 bzw. einem damit fest verbundenen Flanschteil 44 der Nabe 3 verbunden sein. End face 38 or a fixedly connected flange 44 of the hub 3 may be connected.
Fig. 10 zeigt das Detail X gemäß Fig. 8 und dabei konkret den Bereich eines Wälzlagers 45 zur Zentrierung des Tragteils oder Seitenblechs 22 relativ zu der Welle 36 sowie weiters einen ent¬ sprechenden Teil des Ölraums 40, mit einer Dichtung 42' gegen Ölaustritt einerseits bzw. einer Dichtung 41' gegen Wasserein¬ tritt einerseits zwischen dem Tragteil 22 und der Welle bzw. dem Wellenstummel 36. Fig. 10 shows the detail X of FIG. 8 and concretely the area of a rolling bearing 45 for centering the support member or side plate 22 relative to the shaft 36 and further ent ¬ speaking part of the oil chamber 40, with a seal 42 'against oil leakage on the one hand or a seal 41 'against Wasserein ¬ occurs on the one hand between the support member 22 and the shaft or the stub shaft 36th
In Fig. 11 sind mehrere Stränge 51, 52, 53 etc. mit jeweils einem Generator 21' eines Moduls 20 wie vorstehend beschrieben gezeigt. Bei den Generatoren 21' handelt es sich bevorzugt um Asynchrongeneratoren, auch wenn Synchrongeneratoren ebenfalls eingesetzt werden könnten. Die Generatoren der einzelnen Stränge 51, 52 ... 53 liefern ihre elektrische Energie an Frequenzumrichter 54, die über Schalter PWR1, PWR2 ... PWRn mit einem Rückspei¬ seumrichter 55 - im Normalbetrieb - verbunden sind, um über diesen Rückspeiseumrichter 55 Strom an ein Netz 56 zu liefern. Die Schalter PWR1, PWR2 ... PWRn bilden Schaltmittel 57, die zu einer Steuereinheit 58 mit beispielsweise einem SPS-Steuermodul 59 gehören. Dieses SPS-Modul 59 ist an einem Pegelsensor 60 zur Wasserpegelermittlung angeschlossen, wobei beispielsweise (nur) der Oberwasserpegel erfasst wird. Gegebenenfalls können aber auch Oberwasserpegel und Unterwasserpegel bzw. kann die Pegeldifferenz erfasst werden, wobei eine bestimmte Pegeldifferenz zu einem optimalen Betrieb der Staudruckmaschine 1 führt. Bei konstantem Unterwasserpegel genügt es, den Oberwasserpegel zu erfassen, um dann durch Beeinflussen der Drehzahl des Laufrads 2 der Staudruckmaschine 1 und damit des Schluckvermögens der Staudruckmaschine 1 einen beispielsweise zu tief abgesunkenen Oberwasserpegel wieder anzuheben oder aber einen zu hohen In Fig. 11, a plurality of strands 51, 52, 53, etc. are each shown with a generator 21 'of a module 20 as described above. The generators 21 'are preferably Asynchronous generators, even if synchronous generators could also be used. The generators of the individual strands 51, 52 ... 53 provide their electrical power to inverter 54, which via switch PWR1, PWR2 ... PWRN with a Rückspei ¬ seumrichter 55 - in normal operation - are connected to current 55 about this to Rückspeiseumrichter to deliver a network 56. The switches PWR1, PWR2... PWRn form switching means 57 which belong to a control unit 58 with, for example, a PLC control module 59. This PLC module 59 is connected to a level sensor 60 for water level determination, for example, (only) the upper water level is detected. If appropriate, however, it is also possible to detect the upper water level and the underwater level or the level difference, with a specific level difference leading to optimum operation of the dynamic pressure machine 1. At constant underwater level, it is sufficient to detect the head water level, then by raising the speed of the impeller 2 of the dynamic pressure machine 1 and thus the absorption capacity of the dynamic pressure machine 1, for example, a too deep sunken upper water level to raise again or too high
Oberwasserpegel durch verstärkten Wassertransport durch die Staudruckmaschine 1 wieder auf den optimalen Pegelwert abzusenken. In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn bei einer größeren Anzahl von Generator-Getriebe-Modulen 20 (siehe Fig. 1) einzelne Generatoren 21' zu- bzw. abgeschaltet werden können, wozu die Schaltmittel 57 in Verbindung mit dem SPS-Steuermodul 59 vorgesehen sind. Wenn nun der erfasste Wasserpegel relativ niedrig ist, können ein oder mehrere Generatoren 21' über die Steuereinheit 59 und den oder die entsprechenden Schalter PWRi abgeschaltet werden, um so den Wasserdurchsatz zu verringern und den Oberwasserpegel wieder zu erhöhen. Auf diese Weise kann ein Betrieb der (verbleibenden) einzelnen Generatoren 21' in einem optimalen Leistungsbereich erzielt werden. Die elektrisch abgeschalteten Generatoren 21' drehen dann ohne Leistungsentnahme leer mit. Eine auch mechanische Trennung der ungenutzten Generatoren 21' ist dabei zwar theoretisch möglich, jedoch nicht unbedingt erforderlich. Lowering the headwater level through increased water transport through the dynamic pressure machine 1 back to the optimum level value. In this context, it is favorable if, in the case of a larger number of generator / transmission modules 20 (see FIG. 1), individual generators 21 'can be switched on and off, for which purpose the switching means 57 are provided in conjunction with the SPS control module 59 are. Now, if the detected water level is relatively low, one or more generators 21 'may be turned off via the control unit 59 and the corresponding one or more switches PWRi so as to reduce the water flow rate and increase the upper water level again. In this way, operation of the (remaining) individual generators 21 'in an optimum power range can be achieved. The electrically disconnected generators 21 'turn then empty without power extraction. A mechanical separation of the unused generators 21 'is indeed theoretically possible, but not essential.
Abgesehen von der automatischen An- bzw. Abschaltung von Generatoren 21', wie anhand der Fig. 11 beschrieben, ist es selbstverständlich auch denkbar, einzelne Generatoren 22 händisch mit Hilfe von Schaltmitteln 57 zu- bzw. abzuschalten, etwa wenn lang anhaltende Veränderungen in den Wasserpegeln, bei längerer Trockenheit oder längeren Regenperioden, gegeben sind. Apart from the automatic activation or deactivation of generators 21 ', as described with reference to FIG. 11, it is naturally also conceivable to use individual generators 22 by hand Help switching means 57 on or off, such as when long-lasting changes in the water levels, in prolonged drought or prolonged periods of rain, given.
Die beschriebene Matrixanordnung mit mehreren Maschinen-Getriebe-Modulen 20 erbringt überdies, abgesehen von der vorbeschriebenen Betriebsoptimierung, auch den Vorteil, dass im Fall, dass ein Generator-Modul ausfällt, die Wasserkraftmaschine 1 weiterhin mit den noch arbeitenden Modulen 20, gegebenenfalls mit reduzierter Leistung, weiterbetrieben werden kann. Bei den The described matrix arrangement with several machine-gearbox modules 20 also provides, apart from the above-described operational optimization, also the advantage that in the event that a generator module fails, the water engine 1 continues to work with the remaining modules 20, optionally with reduced power , can continue to operate. Both
Wasserkraftmaschinen gemäß Stand der Technik mit nur einem einzigen Generator fällt hingegen bei Ausfall des Generators das gesamte System aus. Hydropower machines according to the prior art with only a single generator, however, fails in case of failure of the generator, the entire system.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Wasserkraft-Staudruckmaschine (1) mit wenigstens einem an einem Rahmen drehbar gelagerten Laufrad (2), das eine Nabe (3) und damit verbundene Schaufeln (9) aufweist, und das im Betrieb eine Wasserstandshöhe als Differenz zwischen einem Oberwasserpegel und einem Unterwasserpegel festlegt, und mit einer mit dem Lauf¬ rad (2) über ein Getriebe (21) gekuppelten, in einem Modul (20) mit diesem zusammengefassten elektrischen Motor-Generator-Maschine (21')/ dadurch gekennzeichnet, dass benachbart wenigstens einer Stirnseite der Nabe (3) des Laufrads ein mit dem RahmenA hydro-dynamic ram machine (1) having at least one impeller (2) rotatably mounted on a frame and having a hub (3) and blades (9) connected therewith, and in operation a water level height as the difference between a high water level and an underwater level determines, and with a with the run ¬ wheel (2) via a transmission (21) coupled in a module (20) combined with this electric motor-generator machine (21 ') / characterized in that adjacent at least one end of the Hub (3) of the wheel with the frame
(5) fest verbundener Tragteil (22) mit mehreren Steckplatz-artigen, vorzugsweise unterwasserseitig angeordneten Aufnahmen (25) für jeweils ein Maschinen- (211 ) -Getriebe- (21) -Modul (20) angeordnet ist, welcher Tragteil (22) gegenüber dem Laufrad (2) abgedichtet ist, dass in zumindest einigen Aufnahmen (25) (5) fixedly connected support member (22) with a plurality of slot-like, preferably underwater side arranged receptacles (25) for each one machine (21 1 ) -Griebe- (21) module (20) is arranged, which support member (22) relative to the impeller (2) is sealed, that in at least some shots (25)
Maschinen-Getriebe-Module (20) befestigt sind, von denen jeweils ein Antriebsritzel (34) mit einem an der Stirnseite der Nabe (3) fest angebrachten Zahnkranz (33, 33') kämmt, und dass den Maschinen-Getriebe-Modulen (20) Schalter (PWR1, PWR2 ... PWRn) zum selektiven Zu- bzw. Abschalten der Maschinen-Getriebe-ModuleMachine transmission modules (20) are fastened, of which in each case a drive pinion (34) with a on the front side of the hub (3) fixedly mounted sprocket (33, 33 ') meshes, and that the engine-transmission modules (20 ) Switches (PWR1, PWR2 ... PWRn) for selective connection or disconnection of the machine-gearbox modules
(20) zugeordnet sind. (20) are assigned.
2. Wasserkraft-Staudruckmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragteil (22) plattenförmig, z.B. als Scheibe oder Seitenblech, ausgebildet ist. Second hydro-dynamic machine according to claim 1, characterized in that the supporting part (22) plate-shaped, e.g. as a disc or side plate is formed.
3. Wasserkraft-Staudruckmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragteil (22) mit dem Rahmen (5) über zumindest eine von letzterem auskragende Konsole (23, 24) verbunden ist. 3. Hydropower dynamic pressure machine according to claim 1 or 2, characterized in that the supporting part (22) with the frame (5) via at least one cantilevered by the latter console (23, 24) is connected.
4. Wasserkraft-Staudruckmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis4. Hydropower dynamic pressure machine according to one of claims 1 to
3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinen- Getriebe- Module (20) über Flanschverbindungen (27) am Tragteil (22) befestigt sind . 3, characterized in that the machine gear module (20) via flange (27) on the support member (22) are attached.
5. Wasserkraft-Staudruckmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis5. Hydropower dynamic pressure machine according to one of claims 1 to
4, dadurch gekennzeichnet, dass freie Aufnahmen (25) des Tragteils (22) durch Blindflansche (26) verschlossen sind. 4, characterized in that free receptacles (25) of the support member (22) by blind flanges (26) are closed.
6. Wasserkraft-Staudruckmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis6. Hydropower dynamic pressure machine according to one of claims 1 to
5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (33) an der Naben- Stirnseite ein innenverzahnter Zahnkranz ist. 5, characterized in that the toothed rim (33) on the hub end face is an internally toothed ring gear.
7. Wasserkraft-Staudruckmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis7. Hydropower dynamic pressure machine according to one of claims 1 to
6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragteil (22) mehr als drei Aufnahmen (25) für Maschinen-Getriebe-Module (20) enthält. 6, characterized in that the supporting part (22) contains more than three receptacles (25) for machine-gearbox modules (20).
8. Wasserkraft-Staudruckmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis8. Hydropower dynamic pressure machine according to one of claims 1 to
7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Tragteil (22) und der Naben-Stirnseite Dichtungen (41, 42), z.B. Lippendichtungen, gegen Wassereintritt einerseits und Olaustritt andererseits angeordnet sind. 7, characterized in that between the support member (22) and the hub end side seals (41, 42), e.g. Lip seals, against water inlet on the one hand and oil outlet on the other are arranged.
9. Wasserkraft-Staudruckmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis9. Hydropower dynamic pressure machine according to one of claims 1 to
8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Tragteil (22) und einer Laufrad-Welle (36) Dichtungen (41', 42') gegen Wassereintritt einerseits und Olaustritt andererseits angeordnet sind. 8, characterized in that between the support member (22) and an impeller shaft (36) seals (41 ', 42') against water inlet on the one hand and the oil outlet on the other hand are arranged.
10. Wasserkraft-Staudruckmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis10. Hydropower dynamic pressure machine according to one of claims 1 to
9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (PWR1, PWR2 ... PWRn) an eine Steuereinheit (58), z.B. mit SPS-Modul (59), angeschlossen sind, die ihrerseits mit einem Pegelsensor (60), vorzugsweise einem OberwasserPegelsensor , verbunden ist, um bei einer vergleichsweise niedrigen Wasserstandshöhe einzelne Schalter (PWR1, PWR2 ... PWRn) zum Abschalten einzelner Maschinen-Getriebe-Module (20) anzusteuern. 9, characterized in that the switches (PWR1, PWR2 ... PWRn) are connected to a control unit (58), e.g. with PLC module (59) are connected, which in turn with a level sensor (60), preferably an upper water level sensor, connected to a comparatively low water level individual switches (PWR1, PWR2 ... PWRn) for switching off individual machine gearbox To drive modules (20).
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