WO2013068261A1 - Hydroelectric power plant - Google Patents

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WO2013068261A1
WO2013068261A1 PCT/EP2012/071360 EP2012071360W WO2013068261A1 WO 2013068261 A1 WO2013068261 A1 WO 2013068261A1 EP 2012071360 W EP2012071360 W EP 2012071360W WO 2013068261 A1 WO2013068261 A1 WO 2013068261A1
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WO
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rotor
nozzle unit
plant according
hydropower plant
support frame
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PCT/EP2012/071360
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German (de)
French (fr)
Inventor
Wilfried Stein
Original Assignee
Stein Ht Gmbh Spezialtiefbau
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00Other machines or engines
    • F03B17/06Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061Other 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/10Stators
    • F05B2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05B2240/10Stators
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    • F05B2240/133Stators to collect or cause flow towards or away from turbines with a convergent-divergent guiding structure, e.g. a Venturi conduit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05B2240/00Components
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    • F05B2240/93Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Definitions

  • the invention relates to a hydropower plant for generating electrical energy by converting Strömu ngsenerg ie a flowing water body by means of a turbomachine with at least one rotor, a generator driven by the rotor, a float, and with a nozzle unit for increasing the flow velocity in the region of the rotor.
  • a hydropower plant of the construction described above is described, for example, in US Pat. No. 4,868,408 or also DE 20 2010 001 796 U1 of the applicant.
  • it is a total of a portable turbomachine, which is determined for example by means of an anchor in a river bed.
  • the local rotor is preceded by a nozzle unit similar to that in an aircraft. This is intended to produce a converging and divergent flow by utilizing the Venturi effect in the area of the rotor.
  • the venturi effect is generally understood as the phenomenon that the flow rate of a body of water flowing through a pipe or, in the present case, through a river bed or the nozzle unit behaves inversely proportional to a changing cross section. In other words, the flow velocity is greatest where the flow area is the smallest.
  • This takes advantage of the nozzle unit by the rotor is usually placed in the region of the smallest cross-section of the nozzle unit. As a result, the flow velocity is increased in this region of the smallest cross-section (narrowing cross-section).
  • Such a narrowing cross-section can be achieved, for example, by the fact that the
  • Nozzle unit converges in the flow direction before the bottleneck and then diverges.
  • the nozzle unit has at least one adjustable wall.
  • the electrical energy generated by means of the generator should be equalized on the output side.
  • fluctuations in the water level and / or the flow velocity of the water body can be easily controlled.
  • the at least one adjustable wall has proven to be favorable when it comes to making adjustments to the water level and / or the flow velocity of the water within certain limits.
  • the rotor is formed three-dimensionally adjustable relative to the nozzle unit.
  • the invention aims to provide a total remedy.
  • the invention is based on the technical problem of further developing such a hydropower plant for generating electrical energy by converting the flow energy of a flowing body of water by means of a turbomachine so that a uniform energy output is observed by the generator and in particular no disturbing turbulence in the region of the rotor. more) occur.
  • a generic hydroelectric plant in the invention is characterized in that the nozzle unit and the rotor each have their own support frame and at least one variable relative distance in the axial direction to each other.
  • both the nozzle unit and the rotor each have at least one float.
  • This float can each be designed so that its buoyancy force can be changed.
  • two or more floats are realized both on the nozzle unit and on the rotor.
  • the design is such that the two or more floats each receive the support frame between them in the manner of a pontoon. That is, the rotor is usually connected to a rotor support frame carried by the float.
  • the nozzle unit is supported by a nozzle unit support frame. At least one float for the nozzle unit is connected to the nozzle unit support frame.
  • Both the rotor shoring and the nozzle unit shoring are regularly designed in the manner of a pontoon. That is, the two or more floats each take up the shoring between them.
  • the rotor can be structurally designed independently of each other. That is, the rotor support frame with the float and the connected rotor can be carried self-supporting and define a separate unit.
  • both building units ie. h., That rotor support frame with the connected rotor as well as the nozzle unit support frame with the nozzle unit are each made buoyant and have at least one own associated floating body.
  • the support frames in question are connected, for example, by means of chains or other connecting means with a river bed, a river bank, etc.
  • Such a connection means ensures that the nozzle unit and the rotor according to the invention can change their relative distance in the axial direction to each other.
  • both the rotor support frame and the nozzle unit support frame are aligned independently of each other in the axial direction to each other to set the desired relative distance in this axial direction to each other.
  • the two shoring towers are slidably connected to each other in the axial direction.
  • a rail arrangement connecting the two shoring structures at least in the axial direction can be provided. With the help of this rail arrangement it is ensured that the two shoring scaffolds maintain the mutual axial alignment with each other during their relative displacement.
  • the nozzle unit is generally trough-shaped with bottom and side walls.
  • a first nozzle unit is generally trough-shaped with bottom and side walls.
  • the rotor is usually arranged in a Ausströmquerrough the nozzle unit.
  • This outflow cross section of the nozzle unit typically adjoins the narrowing cross-section already described in the flow direction of the water body.
  • the outflow cross-section is defined by side wall areas facing outward compared to the narrowing cross-section.
  • a horizontal positioning unit may also be provided.
  • this is usually dispensable because the rotor is typically arranged on a common axis with the nozzle unit or aligned in the axial direction.
  • the vertical adjustment unit may comprise a column, a stand or the like.
  • the rotor or a propeller unit which is mostly realized at this point is moved in the vertical direction.
  • the associated support frame usually has a predominantly horizontal arrangement. The horizontal movement not only makes it possible to carry out any repair measures on the propeller unit but, if necessary, it is also possible to compensate for different water levels of the flowing water.
  • the vertical adjustment unit is designed to be adjustable manually and / or by means of a drive. If a drive can be used, the invention regularly resorts to an electric motor which operates on the rotor via a chain or another traction means and adjusts it vertically relative to the associated support frame in the manner of a lift.
  • Another special feature of the invention is to take into account that the rotor or at this point realized propeller unit is directly coupled to the generator - without intervening transmission.
  • the generator in this case is a torque generator.
  • the propeller unit can be designed to be particularly compact and lightweight, because the typically intermediate transmission between the rotor or propeller and the generator is missing or is not required according to the invention. That is, the generator converts the mechanical energy transmitted to it by the rotor directly into electrical power without the intermediate transmission.
  • torque generators are known in principle, for which reference should be made, by way of example only, to DE 10 2009 033 203 A1.
  • a hydropower plant for generating electric power by converting flow energy of a flowing water by means of a turbomachine in which the nozzle unit and the rotor are each equipped with their own support frame.
  • both support structures d. H. Change the rotor support frame with the rotor and also the nozzle unit support frame with the nozzle unit with respect to their axial distance. Since the axial direction typically coincides with the flow direction, this means that both support structures have a variable distance from one another in the flow direction.
  • any congestion and / or suction effects between the nozzle unit and the rotor can be adjusted in a targeted manner.
  • the performance of the hydropower plants according to the invention can be optimized and easily adapted to the topographical requirements.
  • 1a shows the hydropower plant according to the invention in a schematic
  • Fig.1b the object of Fig.1a in front view
  • a hydropower plant which serves to generate electrical energy.
  • the electrical energy is obtained by converting Strömungsenerg ie a flowing body of water 1.
  • the flowing body of water 1 is a river 1, which flows in a river bed 2 in the flow direction S.
  • a turbomachine 3, 4, 5, 6, 7 is realized.
  • the turbomachine 3, 4, 5, 6, 7 has in detail a rotor 3, which is offset from the flow 1 in rotation and a driven by the rotor 3 generator 4.
  • the generator 4 is directly to the Rotor or a realized at this point propeller unit 3 connected, d. h., Without intermediate transmission.
  • the generator 4 is a torque generator 4.
  • a measuring line 9 is detected by means of which the rotational speed of the rotor 3 and / or the electrical energy generated by the generator 4 are measured and transmitted to a control unit 10.
  • the turbomachine 3, 4, 5, 6, 7 is also equipped with floats 5, a nozzle unit 6 and shoring 7. In fact, it can be seen on the basis of the overview drawing of FIGS. 1 a and 1 b as well as the
  • the nozzle unit 6 is trough-like equipped with a bottom 6a and side walls 6b, 6c and 6d.
  • the trough is designed to be open at the top. In this way, you can easily observe the function of on the one hand the rotor 3 and on the other hand, the generator 4 from the shore.
  • two side wall regions 6d provided on the input side of the nozzle unit 6 and defining an inflow cross section Q E are designed to be adjustable. Of course this is not mandatory.
  • two further mutually opposite side wall portions 6c which define a total cross-sectional constriction Q v. With the help of this throat cross-section Qv the nozzle effect already described in the introduction is generated.
  • two side wall regions 6b are realized, which are each designed to point outward. These outwardly facing side wall regions on the output side of the nozzle unit 6 define the outflow cross section Q A following the narrowing cross section Q v .
  • the nozzle unit 6 and the rotor 3 each have their own support frame 7, 7 ', namely on the one hand, the rotor support frame 7 and on the other hand, the nozzle unit support frame 7'.
  • Both shoring 7, 7 ' have at least one variable relative distance A in the axial direction to each other.
  • variable relative distance A between on the one hand the rotor 3 and on the other hand the nozzle unit 6 or between their associated support frames 7, 7 ' allows an optimal adjustment of the mutual arrangement to use congestion and suction effects to optimize the electrical energy yield advantageous.
  • the two shoring 7, 7 'of one hand, the rotor 3 and the other part of the nozzle unit 6 are structurally designed independently of each other. Both shoring 7, 7 'each have their own float 5.
  • two floats 5 (or even more floating body 5) is real chandelier, d ie the associated support frame 7, 7 'record between them in the manner of a pontoon.
  • the associated support frame 7, 7 'and the corresponding floating body 5 are a constructive each independently designed unit 7, 5; 7 ', 5. Both units 7, 5; 7 ', 5 are designed not only structurally independent of each other, but also formed self-supporting. In addition, both buildings can be buoyantly swimmable in days 7, 5, 7 ', 5, respectively. For this purpose, one or more floating bodies 5 can be changed with regard to the respectively generated buoyancy force. This can be done, for example, by the realization of (water) ballast tanks or in other ways.
  • both support frames 7, 7' are slidably connected to one another.
  • one of the two support frames 7, 7 'at least in the axial direction interconnecting rail assembly 1 1 is realized, which is particularly in the Fig. 2 detects.
  • a motor drive 1 2 may be provided, by means of which the desired relative distance A is set.
  • the drive in question 12 is indicated in Fig. 1 a.
  • the rotor 3 and / or the nozzle unit 6 are adjusted relative to each other at least in the axial direction or flow direction S in question, so that the rotor 3 with variable lateral covering Ü dips into the nozzle unit 6.
  • This overlap Ü is indicated in FIG. 1 a. That is, in general, the procedure will be such that the rotor 3 finds an arrangement at least in the region of the outwardly facing side wall regions 6b and consequently in the region of the outflow cross section QA.
  • a distance B between an outer periphery of rotor blades or propeller blades 3a of the rotor or propeller 3 with respect to the Düsenein unit 6 respectively the corresponding side wall portions 6b, 6c and 6d are changed as needed.
  • the tendency is to set this distance B the greater, the greater the amount of water flowing into the nozzle unit 6 and / or its flow rate.
  • the rotor 3 is beyond and, as shown in FIGS. 1 b and 2, connected to a vertical line unit 1 3.
  • I may also be a horizontal positioning unit realized, which is not shown. Because of the propeller 3 and the rotor 3 is located with its axis on an axis of symmetry Z of the entire turbomachine 3, 4, 5, 6, 7. With the help of the vertical adjustment unit 13, the rotor 3 with respect to its immersion depth in the
  • the vertical adjustment unit 13 allows the rotor 3 to be lifted out of the flow 1 for inspection work.
  • the vertical adjustment unit 1 3 can be operated manually and / or by machine.
  • a drive or an unillustrated electric motor may be provided, which changes the propeller 3 in the manner of a lift against its associated support frame 7 in height via a chain or other traction means.
  • the individual propeller blades 3a of the propeller 3 can be changed with respect to their angle of attack ⁇ . This angle of attack ⁇ is enclosed between the main axis of the associated propeller blade 3a and the flow direction S, as indicated in FIG. 1a.
  • the motor or motor drive for changing the relative distance A is acted upon by the control unit 10.
  • control unit 1 is fed 0 m with measured values h nostil I the speed of the rotor 3 and / or the electrical energy generated on the output side of the generator 4.
  • control unit 10 is able to optimize the output-side power of the turbomachine 4, 5, 6, 7 in the sense of a control or regulation.
  • the control unit 10 will act on the drive 12 so that it changes the relative distance A between the nozzle unit 6 and the rotor 3 until a maximum of the electrical energy generated on the output side of the generator 4 is observed.
  • a speed maximum of the rotor 3 usually also corresponds.

Abstract

The invention relates to a hydroelectric power plant for generating electric energy by converting flow energy of a flowing water system (1) by means of a turbomachine (3, 4, 5, 6, 7) comprising at least one rotor (3), a generator (4) which is driven by the rotor (3), a floating body (5), and a nozzle unit (6) for increasing the flow rate in the region of the rotor. The nozzle unit (6) and the rotor (3) each have a separate support frame (7, 7') and at least one variable relative distance (A) to each other in the axial direction.

Description

Wasserkraftanlage  Hydropower plant
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft eine Wasserkraftanlage zum Erzeugen elektrischer Energie unter Umwandl ung von Strömu ngsenerg ie eines strömenden Gewässers mittels einer Strömungsmaschine mit wenigstens einem Rotor, einem von dem Rotor angetriebenen Generator, einem Schwimmkörper, und mit einer Düseneinheit zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Rotors. The invention relates to a hydropower plant for generating electrical energy by converting Strömu ngsenerg ie a flowing water body by means of a turbomachine with at least one rotor, a generator driven by the rotor, a float, and with a nozzle unit for increasing the flow velocity in the region of the rotor.
Eine Wasserkraftanlage des eingangs beschriebenen Aufbaus wird beispielsweise in der US 4 868 408 oder auch der DE 20 2010 001 796 U1 der Anmelderin beschrieben. Im erstgenannten Fall handelt es sich insgesamt um eine tragbare Strömungsmaschine, die beispielsweise mit Hilfe eines Ankers in einem Flussbett festgelegt wird . Dem dortigen Rotor ist eine Düseneinheit ähnlich derjenigen bei einem Flugzeug vorgeordnet. Dadurch sollen ein konvergierender und divergierender Fluss unter Ausnutzung des Venturi- Effektes im Bereich des Rotors erzeugt werden. A hydropower plant of the construction described above is described, for example, in US Pat. No. 4,868,408 or also DE 20 2010 001 796 U1 of the applicant. In the former case, it is a total of a portable turbomachine, which is determined for example by means of an anchor in a river bed. The local rotor is preceded by a nozzle unit similar to that in an aircraft. This is intended to produce a converging and divergent flow by utilizing the Venturi effect in the area of the rotor.
Unter dem Venturi-Effekt wird allgemein das Phänomen verstanden, dass sich die Fließgeschwindigkeit eines durch ein Rohr bzw. in vorliegendem Fall durch ein Flussbett bzw. die Düseneinheit strömenden Gewässers zu einem sich verändernden Querschnitt umgekehrt proportional verhält. Anders ausgedrückt ist die Strömungsgeschwindigkeit dort am größten, wo der Strömungsquerschnitt am kleinsten ist. Dies nutzt die Düseneinheit aus, indem der Rotor üblicherweise im Bereich des geringsten Querschnittes der Düseneinheit platziert wird. Dadurch wird in diesem Bereich des geringsten Querschnittes (Verengungsquerschnitt) die Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Ein solcher Verengungsquerschnitt lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die The venturi effect is generally understood as the phenomenon that the flow rate of a body of water flowing through a pipe or, in the present case, through a river bed or the nozzle unit behaves inversely proportional to a changing cross section. In other words, the flow velocity is greatest where the flow area is the smallest. This takes advantage of the nozzle unit by the rotor is usually placed in the region of the smallest cross-section of the nozzle unit. As a result, the flow velocity is increased in this region of the smallest cross-section (narrowing cross-section). Such a narrowing cross-section can be achieved, for example, by the fact that the
Düseneinheit in Strömungsrichtung vor der Engstelle konvergiert und danach divergiert. Nozzle unit converges in the flow direction before the bottleneck and then diverges.
Der bekannte Stand der Technik hat sich grundsätzlich bewährt, insbesondere, was die Lösung nach dem Gebrauchsmuster DE 20 2010 001 796 U1 der Anmeld eri n a ng eht. Den n h ier ist vorg esehen , dass d ie Düseneinheit wenigstens eine verstellbare Wand aufweist. Dadurch soll die mit Hilfe des Generators erzeugte elektrische Energie ausgangsseitig vergleichmäßigt werden. Insbesondere lassen sich hierdurch Schwankungen des Wasserstandes und/oder der Fließgeschwindigkeit des Gewässers einfach beherrschen. The known state of the art has proven itself in principle, in particular, what the solution according to the utility model DE 20 2010 001 796 U1 of the application forms eri ng. The next is that the nozzle unit has at least one adjustable wall. As a result, the electrical energy generated by means of the generator should be equalized on the output side. In particular, fluctuations in the water level and / or the flow velocity of the water body can be easily controlled.
In der Praxis hat sich die wenigstens eine verstellbare Wand als günstig erwiesen, wenn es darum geht, Anpassungen an den Wasserstand und/oder die Fließgeschwindigkeit des Gewässers in bestimmten Grenzen vorzunehmen zu wollen. Hierzu trägt auch der Umstand bei, dass bei der bekannten Lehre der Rotor dreidimensional verstellbar gegenüber der Düseneinheit ausgebildet ist. - Allerdings werden in der praktischen Erprobung zunehmend Situationen beobachtet, bei welchen die bisherigen Maßnahmen nicht ausreichen bzw. unerwünschte Turbulenzen im Bereich des Rotors auftreten. Solche Turbulenzen verringern den Wirkungsgrad und sind folglich nachteilig. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen. In practice, the at least one adjustable wall has proven to be favorable when it comes to making adjustments to the water level and / or the flow velocity of the water within certain limits. This is also contributed to the fact that in the known teaching, the rotor is formed three-dimensionally adjustable relative to the nozzle unit. - However, in practical tests, situations are increasingly being observed in which the previous measures are insufficient or undesirable turbulences occur in the area of the rotor. Such turbulence reduces the efficiency and is therefore disadvantageous. Here, the invention aims to provide a total remedy.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige Wasser- kraftanlage zum Erzeugen elektrischer Energ ie unter Umwandlung von Strömungsenergie eines strömenden Gewässers mittels einer Strömungsmaschine so weiterzuentwickeln, dass eine vergleichmäßigte Energieabgabe durch den Generator beobachtet wird und insbesondere keine störenden Turbulenzen im Bereich des Rotors (mehr) auftreten. The invention is based on the technical problem of further developing such a hydropower plant for generating electrical energy by converting the flow energy of a flowing body of water by means of a turbomachine so that a uniform energy output is observed by the generator and in particular no disturbing turbulence in the region of the rotor. more) occur.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße Wasserkraftanlage im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinheit und der Rotor jeweils ein eigenes Traggerüst und zumindest einen veränderbaren Relativabstand in Axialrichtung zueinander aufweisen. To solve this technical problem, a generic hydroelectric plant in the invention is characterized in that the nozzle unit and the rotor each have their own support frame and at least one variable relative distance in the axial direction to each other.
Im Regelfall verfügen sowohl die Düseneinheit als auch der Rotor über jeweils zumindest einen Schwimmkörper. Dieser Schwimmkörper kann jeweils so ausgelegt sein, dass sich seine Auftriebskraft verändern lässt. Meistens sind zwei oder mehr Schwimmkörper sowohl an der Düseneinheit als auch an dem Rotor realisiert. Dabei ist die Auslegung so getroffen, dass die zwei oder mehr Schwimmkörper jeweils das Traggerüst zwischen sich in der Art eines Pontons aufnehmen. Das hei ßt, der Rotor ist übl icherweise an ein von dem Schwimmkörper getragenes Rotor-Traggerüst angeschlossen. Die Düseneinheit wird demgegenüber von einem Düseneinheit-Traggerüst getragen. An das Düseneinheit-Traggerüst ist der wenigstens eine Schwimmkörper für die Düseneinheit angeschlossen. Sowohl das Rotor-Traggerüst als auch das Düseneinheit-Traggerüst sind regelmäßig in der Art eines Pontons ausgelegt. Das heißt, die zwei oder mehr Schwimmkörper nehmen jeweils das Traggerüst zwischen sich auf. As a rule, both the nozzle unit and the rotor each have at least one float. This float can each be designed so that its buoyancy force can be changed. In most cases, two or more floats are realized both on the nozzle unit and on the rotor. The design is such that the two or more floats each receive the support frame between them in the manner of a pontoon. That is, the rotor is usually connected to a rotor support frame carried by the float. In contrast, the nozzle unit is supported by a nozzle unit support frame. At least one float for the nozzle unit is connected to the nozzle unit support frame. Both the rotor shoring and the nozzle unit shoring are regularly designed in the manner of a pontoon. That is, the two or more floats each take up the shoring between them.
Um die Veränderbarkeit des Relativabstandes zwischen Düseneinheit und Rotor in ihrer Axialrichtung zueinander im Detail zu realisieren, können die beiden Traggerüste von einerseits der Düseneinheit und andererseits dem Rotor konstruktiv voneinander unabhängig ausgelegt sein. Das heißt, das Rotor-Traggerüst mit dem Schwimmkörper und dem angeschlossenen Rotor kann selbsttragend ausgeführt werden und eine eigene Baueinheit definieren. In order to realize the variability of the relative distance between the nozzle unit and rotor in their axial direction to each other in detail, the two shoring towers on the one hand of the nozzle unit and on the other hand, the rotor can be structurally designed independently of each other. That is, the rotor support frame with the float and the connected rotor can be carried self-supporting and define a separate unit.
Verg leichbares g ilt für das Düseneinheit-Traggerüst, welches ebenfalls selbsttragend ausgeführt werden kann und eine eigene Baueinheit beschreibt. Vergleichbares g ilt for the nozzle unit support framework, which can also be performed self-supporting and describes a separate unit.
Dabei ist es prinzipiell möglich, dass eine der beiden Baueinheiten statisch in einem Flussbett oder allgemein auf einem Grund verankert wird, wohingegen die andere Baueinheit demgegenüber schwimmend ausgelegt ist. Im Regelfall geht man jedoch so vor, dass beide Baueinheiten, d. h., dass Rotor-Traggerüst mit dem angeschlossenen Rotor ebenso wie das Düseneinheit-Traggerüst mit der Düseneinheit jeweils schwimmfähig gestaltet sind und über wenigstens einen eigenen zugehörigen Schwimmkörper verfügen. Im letztgenannten Fall werden die betreffenden Traggerüste beispielsweise mit Hilfe von Ketten oder anderen Verbindungsm ittel n m it einem Flussbett, einem Fl ussufer etc. verbunden. Ein derartiges Verbindungsmittel stellt sicher, dass die Düseneinheit und der Rotor erfindungsgemäß ihren Relativabstand in Axialrichtung zueinander verändern können. It is in principle possible that one of the two units is anchored statically in a river bed or generally on a ground, whereas the other unit is designed to float. As a rule, however, one proceeds in such a way that both building units, ie. h., That rotor support frame with the connected rotor as well as the nozzle unit support frame with the nozzle unit are each made buoyant and have at least one own associated floating body. In the latter case, the support frames in question are connected, for example, by means of chains or other connecting means with a river bed, a river bank, etc. Such a connection means ensures that the nozzle unit and the rotor according to the invention can change their relative distance in the axial direction to each other.
Dies kann im einfachsten Fall so geschehen, dass sowohl das Rotor-Traggerüst als auch das Düseneinheit-Traggerüst unabhängig voneinander in Axialrichtung zueinander ausgerichtet werden, um den gewünschten Relativabstand in dieser Axialrichtung zueinander einstellen zu können . Im Regelfall sind die beiden Traggerüste in Axialrichtung verschiebbar aneinander angeschlossen. Zu diesem Zweck kann eine die beiden Traggerüste zumindest in Axialrichtung miteinander verbindende Schienenanordnung vorgesehen werden. Mit Hilfe dieser Schienenanordnung ist sichergestellt, dass die beiden Traggerüste bei ihrer Relativverschiebung zueinander die gegenseitige Axialausrichtung beibehalten. This can be done in the simplest case so that both the rotor support frame and the nozzle unit support frame are aligned independently of each other in the axial direction to each other to set the desired relative distance in this axial direction to each other. As a rule, the two shoring towers are slidably connected to each other in the axial direction. For this purpose, a rail arrangement connecting the two shoring structures at least in the axial direction can be provided. With the help of this rail arrangement it is ensured that the two shoring scaffolds maintain the mutual axial alignment with each other during their relative displacement.
Um dies im Detail zu erreichen, ist die Düseneinheit im Allgemeinen trogartig mit Boden und Seitenwänden ausgebildet. Dabei kann prinzipiell eine To achieve this in detail, the nozzle unit is generally trough-shaped with bottom and side walls. In principle, a
Seitenwand verstellbar ausgebildet sein, wie dies das einleitend bereits in Bezug genommene Gebrauchsmuster DE 20 2010 001 796 zeigt. Außerdem wird man meistens so vorgehen, dass der Rotor und/oder die Düseneinheit zumindest in Axialrichtung derart verstellbar zueinander ausgebildet sind, dass der Rotor mit variabler seitlicher Überdeckung in die Düseneinheit eintaucht. Be configured adjustable side wall, as the introductory already referenced utility model DE 20 2010 001 796 shows. In addition, one will usually proceed in such a way that the rotor and / or the nozzle unit are designed to be adjustable relative to each other at least in the axial direction, that the rotor with variable lateral overlap dips into the nozzle unit.
Außerdem ist der Rotor im Regelfall in einem Ausströmquerschnitt der Düseneinheit angeordnet. Dieser Ausströmquerschnitt der Düseneinheit schließt sich typischerweise an den einleitend bereits beschriebenen Verengungsquerschnitt in Strömungsrichtung des Gewässers an. Der Ausströmquerschnitt wird durch im Vergleich zum Verengungsquerschnitt nach außen weisende Seitenwandbe- reiche definiert. In addition, the rotor is usually arranged in a Ausströmquerschnitt the nozzle unit. This outflow cross section of the nozzle unit typically adjoins the narrowing cross-section already described in the flow direction of the water body. The outflow cross-section is defined by side wall areas facing outward compared to the narrowing cross-section.
Darüber hinaus hat es sich bewährt, wenn der Rotor an eine Vertikalverstell- einheit angeschlossen ist. Zusätzlich mag auch noch eine Horizontalstelleinheit vorgesehen werden. Diese ist im Regelfall allerdings entbehrlich, weil der Rotor typischerweise auf einer gemeinsamen Achse mit der Düseneinheit angeordnet wird bzw. in Axialrichtung ausgerichtet ist. Mit Hilfe der Vertikalstelleinheit kann beispielsweise die Eintauchtiefe des Rotors in das strömende Gewässer verändert werden . Außerdem lassen sich mit Hilfe der Vertikalstelleinheit Revisionsarbeiten an dem Rotor problemlos durchführen. Die Vertikalstelleinheit kann eine Säule, einen Ständer oder dergleichen aufweisen. Mit Hilfe der Vertikalstelleinheit wird der Rotor bzw. eine an dieser Stelle meistens realisierte Propellereinheit in vertikaler Richtung bewegt. Demgegenüber verfügt das zugehörige Traggerüst meistens über eine überwiegend horizontale Anordnung . Durch d ie Horizontalbewegung lassen sich nicht nur etwaige Reparaturmaßnahmen an der Propellereinheit vornehmen, sondern können ggf. auch unterschiedliche Wasserstände des strömenden Gewässers ausgeglichen werden. In addition, it has proven useful when the rotor is connected to a vertical adjustment unit. In addition, a horizontal positioning unit may also be provided. However, this is usually dispensable because the rotor is typically arranged on a common axis with the nozzle unit or aligned in the axial direction. With the help of the vertical adjustment unit, for example, the immersion depth of the rotor can be changed into the flowing water. In addition, with the help of the vertical adjustment unit, inspection work on the rotor can be carried out without problems. The vertical adjustment unit may comprise a column, a stand or the like. With the help of the vertical adjustment unit, the rotor or a propeller unit which is mostly realized at this point is moved in the vertical direction. In contrast, the associated support frame usually has a predominantly horizontal arrangement. The horizontal movement not only makes it possible to carry out any repair measures on the propeller unit but, if necessary, it is also possible to compensate for different water levels of the flowing water.
Zu diesem Zweck ist die Vertikalstelleinheit manuell und/oder mit Hilfe eines Antriebes verstellbar ausgelegt. Sofern ein Antrieb zum Einsatz kommen kann, greift die Erfindung regelmäßig auf einen Elektromotor zurück, welcher über eine Kette oder ein anderes Zugmittel auf den Rotor arbeitet und diesen vertikal gegenüber dem zugehörigen Traggerüst in der Art eines Aufzuges verstellt. For this purpose, the vertical adjustment unit is designed to be adjustable manually and / or by means of a drive. If a drive can be used, the invention regularly resorts to an electric motor which operates on the rotor via a chain or another traction means and adjusts it vertically relative to the associated support frame in the manner of a lift.
Als weitere Besonderheit der Erfindung ist zu berücksichtigen, dass der Rotor bzw. die an dieser Stelle real isierte Propellereinheit unmittelbar mit dem Generator - ohne zwischengeschaltetes Getriebe - gekoppelt ist. Bei dem Generator handelt es sich in diesem Fall um einen Torque-Generator. Dadurch kann die Propellereinheit besonders kleinbauend und leicht ausgelegt werden, weil das typischerweise zwischengeschaltete Getriebe zwischen dem Rotor respektive Propeller und dem Generator fehlt bzw. erfindungsgemäß nicht erforderlich ist. Das heißt, der Generator wandelt die auf ihn mit Hilfe des Rotors übertragene mechanische Energie direkt und ohne zwischengeschaltetes Getriebe in elektrischen Strom um. Solche Torque- Generatoren sind prinzipiell bekannt, wozu nur beispielhaft auf die DE 10 2009 033 203 A1 verwiesen sei. Another special feature of the invention is to take into account that the rotor or at this point realized propeller unit is directly coupled to the generator - without intervening transmission. The generator in this case is a torque generator. As a result, the propeller unit can be designed to be particularly compact and lightweight, because the typically intermediate transmission between the rotor or propeller and the generator is missing or is not required according to the invention. That is, the generator converts the mechanical energy transmitted to it by the rotor directly into electrical power without the intermediate transmission. Such torque generators are known in principle, for which reference should be made, by way of example only, to DE 10 2009 033 203 A1.
Schlussendlich hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn einzelne oder alle Propellerflügel des Propellers hinsichtlich ihres Anstellwinkels veränderbar ausgebildet sind. In der Praxis hat sich an dieser Stelle ein Anstellwinkel im Bereich von ca. 5° bis 10° als besonders günstig erwiesen. Dieser Winkel stellt sich zwischen der Hauptachse des Propellers und der Axialrichtung ein, die typischerweise m it der Strömungsrichtung des strömenden Gewässers zusammenfällt. Finally, it has proven to be particularly advantageous if individual or all propeller blades of the propeller are designed to be changeable with respect to their angle of attack. In practice, an angle of attack in the range of about 5 ° to 10 ° has proved to be particularly favorable at this point. This angle is set between the main axis of the propeller and the axial direction, which typically coincides with the flow direction of the flowing water.
Im Ergebnis wird eine Wasserkraftanlage zum Erzeugen elektrischer Energie unter Umwandlung von Strömungsenergie eines strömenden Gewässers mittels einer Strömungsmaschine zur Verfügung gestellt und beschrieben, bei welcher d ie Düseneinheit u nd der Rotor m it jeweils einem eigenen Traggerüst ausgerüstet sind. Auf diese Weise lassen sich beide Trägerkonstruktionen, d. h. das Rotor-Traggerüst mit dem Rotor und auch das Düseneinheit-Traggerüst mit der Düseneinheit hinsichtlich ihres Axialabstandes verändern. Da die Axialrichtung typischerweise mit der Strömungsrichtung zusammenfällt, bedeutet dies, dass beide Trägerkonstruktionen in Strömungsrichtung einen veränderbaren Abstand zueinander aufweisen. As a result, a hydropower plant for generating electric power by converting flow energy of a flowing water by means of a turbomachine is provided and described, in which the nozzle unit and the rotor are each equipped with their own support frame. In this way, both support structures, d. H. Change the rotor support frame with the rotor and also the nozzle unit support frame with the nozzle unit with respect to their axial distance. Since the axial direction typically coincides with the flow direction, this means that both support structures have a variable distance from one another in the flow direction.
Durch diesen erfindungsgemäßen Kunstgriff können etwaige Stau- und/oder Sogeffekte zwischen der Düseneinheit und dem Rotor gezielt eingestellt werden. Dadurch lässt sich die Leistung der erfindungemäßen Wasserkraft- anläge optimieren und unschwer an die topographischen Vorgaben anpassen. By means of this artifice according to the invention, any congestion and / or suction effects between the nozzle unit and the rotor can be adjusted in a targeted manner. As a result, the performance of the hydropower plants according to the invention can be optimized and easily adapted to the topographical requirements.
Tatsächlich hängt von den topographischen Vorgaben ab, welche Wassermenge m it welcher Fl ießgeschwind ig keit zu welcher (Jah res-)Zeit zur Verfügung steht. Diese naturgegebenen Vorgaben sind durchaus variabel. So wird man bei einer großen Wassermenge und/oder hoher Fließgeschwindigkeit tendenziell den Rotor in einen Bereich mit großem Ausströmquerschnitt der Düseneinheit verlagern. Denn anderenfalls besteht die Gefahr, dass durch den Rotor zu viel Wasser in der Düseneinheit angestaut wird und beispielsweise ungenutzt über den an dieser Stelle realisierten und nach oben hin offenen Trog aus diesem ausfließt. Vielmehr wird durch diese Maßnahme ein etwaiger Abstand zwischen dem jeweiligen Rand der Propellerflügel und den jeweils nach au ßen weisenden Seitenwandbereichen im Ausströmquerschn itt verändert. Bei großer Wassermenge und/oder hoher Fließgeschwindigkeit des strömenden Gewässers wird man diesen Abstand jedenfalls so groß einstellen, In fact, the amount of water available at which flow speed at which (year) time depends on the topographical requirements. These natural specifications are quite variable. Thus, with a large amount of water and / or high flow rate, one tends to displace the rotor into a region having a large outflow cross section of the nozzle unit. Otherwise, there is the danger that too much water is accumulated in the nozzle unit by the rotor and flows out, for example, unused over the trough realized at this point and open at the top. Rather, by this measure, any distance between the respective edge of the propeller blades and the respective outward-facing side wall areas in Ausströmquerschn itt changed. In the case of a large amount of water and / or a high flow rate of the flowing water, this distance will in any case be set so great,
dass das nicht von dem Rotor verarbeitete Wasser seitlich an diesem vorbeiströmen kann und hierdurch vorteilhaft sogar einen zusätzlichen Sogeffekt erzeugt. Umgekehrt erfordert eine geringe Wassermenge und/oder niedrige Fließgeschwindigkeit eine unter Umständen größtmögliche Annäherung des jeweils äußeren Randes des Propellerflügels an den zugehörigen und nach außen weisenden Seitenwandbereich im Ausströmquerschnitt. Es ist sogar möglich, dass der Rotor bis in den eigentlichen Verengungsquerschnitt eintaucht. Jedenfalls wird deutlich, dass auf diese Weise die axiale Ausrichtung zwischen der Düseneinheit und dem Rotor optimal an die tatsächlichen Gegebenheiten angepasst werden kann. Dadurch lässt sich die ausgangsseitig von dem Generator zur Verfügung gestellte elektrische Energie und damit die Leistung der Wasserkraftanlage optimieren. In diesem Zusammenhang ist es sogar möglich, den Axialabstand zwischen der Düseneinheit und dem Rotor motorisch zu verändern. Außerdem kann die vom Generator abgegebene ausgangsseitige elektrische Leistung gemessen werden. Hier ist es denkbar, im Sinne einer Steuerung bzw. Regelung motorisch den Axialabstand zwischen der Düseneinheit und dem Rotor so zu verändern, dass ausgangsseitig eine maximale abgegebene elektrische Energie gemessen wird. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen. that the water, which is not processed by the rotor, can flow past it laterally and thereby advantageously produces an additional suction effect. Conversely, a small amount of water and / or low flow rate may require a maximum approximation of the respective outer edge of the propeller blade to the associated and outwardly facing side wall region in the outflow cross section. It is even possible for the rotor to dip into the actual throat area. In any case, it is clear that in this way the axial alignment between the nozzle unit and the rotor can be optimally adapted to the actual conditions. As a result, the electrical energy provided on the output side by the generator and thus the power of the hydropower plant can be optimized. In this context, it is even possible to change the axial distance between the nozzle unit and the rotor by motor. In addition, the output electric power output from the generator can be measured. Here, it is conceivable to change the axial distance between the nozzle unit and the rotor in the sense of a control or regulation by motor so that the output side, a maximum emitted electrical energy is measured. Here are the main benefits.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen: In the following the invention will be explained in more detail with reference to a drawing showing only one exemplary embodiment; show it:
Fig.1a die erfindungsgemäße Wasserkraftanlage in einer schematischen 1a shows the hydropower plant according to the invention in a schematic
Übersicht und Aufsicht,  Overview and supervision,
Fig.1b den Gegenstand nach Fig.1a in Frontansicht und Fig.1b the object of Fig.1a in front view and
Fig. 2 d ie Wasserkraftanlage in ihrer tatsächl ichen konstru ktivenFig. 2 d he hydropower plant in their actual constructive ktiven
Auslegung. In den Figuren ist eine Wasserkraftanlage dargestellt, die zum Erzeugen elektrischer Energie dient. Die elektrische Energie wird durch Umwandlung von Strömungsenerg ie eines strömenden Gewässers 1 gewonnen . Bei dem strömenden Gewässer 1 handelt es sich vorliegend um einen Fluss 1 , welcher in einem Flussbett 2 in der Strömungsrichtung S fließt. Um nun die Energie des Flusses 1 in elektrische Energie umzuwandeln, ist eine Strömungsmaschine 3, 4, 5, 6, 7 realisiert. Interpretation. In the figures, a hydropower plant is shown, which serves to generate electrical energy. The electrical energy is obtained by converting Strömungsenerg ie a flowing body of water 1. In the present case, the flowing body of water 1 is a river 1, which flows in a river bed 2 in the flow direction S. In order to convert the energy of the river 1 into electrical energy, a turbomachine 3, 4, 5, 6, 7 is realized.
Die Strömungsmaschine 3, 4, 5, 6, 7 verfügt im Detail über einen Rotor 3, welcher von dem Fluss 1 in Rotationen versetzt wird und einen von dem Rotor 3 angetriebenen Generator 4. Im Ausführungsbeispiel und nicht einschränkend ist der Generator 4 unmittelbar an den Rotor bzw. eine an dieser Stelle realisierte Propellereinheit 3 angeschlossen, d. h., ohne zwischengeschaltetes Getriebe. Tatsächlich handelt es sich bei dem Generator 4 um einen Torque- Generator 4. The turbomachine 3, 4, 5, 6, 7 has in detail a rotor 3, which is offset from the flow 1 in rotation and a driven by the rotor 3 generator 4. In the embodiment and not limiting the generator 4 is directly to the Rotor or a realized at this point propeller unit 3 connected, d. h., Without intermediate transmission. Actually, the generator 4 is a torque generator 4.
Mit Hilfe des Generators 4 wird der gewünschte elektrische Strom bzw. die elektrische Energie erzeugt, welche über Ableitungen 8 abgeführt wird. Man erkennt ferner eine Messleitung 9, mit deren Hilfe die Drehzahl des Rotors 3 und/oder die vom Generator 4 erzeugte elektrische Energie gemessen und an eine Steuereinheit 10 übertragen werden. With the help of the generator 4, the desired electric current or the electrical energy is generated, which is dissipated via leads 8. Furthermore, a measuring line 9 is detected by means of which the rotational speed of the rotor 3 and / or the electrical energy generated by the generator 4 are measured and transmitted to a control unit 10.
Die Strömungsmaschine 3, 4, 5, 6, 7 ist darüber hinaus mit Schwimmkörpern 5, einer Düseneinheit 6 und Traggerüsten 7 ausgerüstet. Tatsächlich erkennt man anhand der Übersichtszeichnung nach den Fig. 1 a und 1 b ebenso wie der The turbomachine 3, 4, 5, 6, 7 is also equipped with floats 5, a nozzle unit 6 and shoring 7. In fact, it can be seen on the basis of the overview drawing of FIGS. 1 a and 1 b as well as the
Detailzeichnung gemäß Fig. 2, dass zwei Traggerüste 7 realisiert sind, nämlich ein Rotor-Traggerüst 7 für den Rotor 3 und ein weiteres Düseneinheit- Traggerüst 7' für die Düseneinheit 6, die durch die gewählte unterschiedliche Notation voneinander unterschieden werden können. 2, that two support frames 7 are realized, namely a rotor support frame 7 for the rotor 3 and another nozzle unit support frame 7 'for the nozzle unit 6, which can be distinguished from each other by the chosen different notation.
Die Düseneinheit 6 ist trogartig mit einem Boden 6a und seitlichen Wänden 6b, 6c und 6d ausgerüstet. Der Trog ist insgesamt nach oben hin offen ausgelegt. Auf diese Weise kann man vom Ufer her unschwer die Funktion von einerseits dem Rotor 3 und andererseits dem Generator 4 beobachten. The nozzle unit 6 is trough-like equipped with a bottom 6a and side walls 6b, 6c and 6d. The trough is designed to be open at the top. In this way, you can easily observe the function of on the one hand the rotor 3 and on the other hand, the generator 4 from the shore.
Im Ausführungsbeispiel sind zwei eingangsseitig der Düseneinheit 6 vorgesehene und einen Einströmquerschnitt QE definierende Seitenwandbereiche 6d verstellbar ausgelegt. Das ist selbstverständlich nicht zwingend. An diese Seitenwandbereiche 6d schließen sich in Strömungsrichtung S zwei weitere sich gegenüberliegende Seitenwandbereiche 6c an, die insgesamt einen Verengungsquerschnitt Qv definieren. Mit Hilfe dieses Verengungsquerschnitts Qv wird der einleitend bereits beschriebene Düseneffekt erzeugt. Ausgangsseitig d e r D ü s e n e i n h e i t 6 s i n d s c h l i e ß l i c h zwe i we i te re Seitenwandbereiche 6b realisiert, welche jeweils nach außen weisend ausgelegt sind. Diese nach außen weisenden Seitenwandbereiche ausgangsseitig der Düseneinheit 6 definieren den Ausströmquerschnitt QA im Anschluss an den Verengungsquerschnitt Qv. In the exemplary embodiment, two side wall regions 6d provided on the input side of the nozzle unit 6 and defining an inflow cross section Q E are designed to be adjustable. Of course this is not mandatory. At this side wall portions 6d S close in the flow direction, two further mutually opposite side wall portions 6c, which define a total cross-sectional constriction Q v. With the help of this throat cross-section Qv the nozzle effect already described in the introduction is generated. On the output side of the nozzle unit 6, finally two side wall regions 6b are realized, which are each designed to point outward. These outwardly facing side wall regions on the output side of the nozzle unit 6 define the outflow cross section Q A following the narrowing cross section Q v .
Von besonderer Bedeutung für die Erfindung ist nun die Tatsache, dass die Düseneinheit 6 und der Rotor 3 jeweils ein eigenes Traggerüst 7, 7' aufweisen, nämlich einerseits das Rotortraggerüst 7 und anderseits das Düseneinheit- Traggerüst 7'. Beide Traggerüste 7, 7' weisen zumindest einen veränderbaren Relativabstand A in Axialrichtung zueinander auf. Die Axialrichtung sowohl der Düseneinheit 6 als auch des Rotors 3 bzw. der zugehörigen Traggerüste 7, 7' Of particular importance for the invention is now the fact that the nozzle unit 6 and the rotor 3 each have their own support frame 7, 7 ', namely on the one hand, the rotor support frame 7 and on the other hand, the nozzle unit support frame 7'. Both shoring 7, 7 'have at least one variable relative distance A in the axial direction to each other. The axial direction of both the nozzle unit 6 and the rotor 3 and the associated support frames 7, 7 '
fällt mit der Strömungsrichtung S des Gewässers überein. Der veränderbare Relativabstand A zwischen einerseits dem Rotor 3 und andererseits der Düseneinheit 6 bzw. zwischen ihren zugehörigen Traggerüsten 7, 7' ermöglicht eine optimale Anpassung der gegenseitigen Anordnung, um Stau- und Sogeffekte zur Optimierung der elektrischen Energieausbeute vorteilhaft nutzen zu können. Das ist einleitend bereits beschrieben worden . Die beiden Traggerüste 7, 7' von einerseits dem Rotor 3 und andererseits der Düseneinheit 6 sind konstruktiv voneinander unabhängig ausgelegt. Beide Traggerüste 7, 7' weisen jeweils einen eigenen Schwimmkörper 5 auf. Tatsächlich sind im Rahmen des Ausführungsbeispiels jeweils zwei Schwimmkörper 5 (oder noch mehr Schwimm körper 5) real isiert, d ie das zugehörige Traggerüst 7, 7' zwischen sich in der Art eines Pontons aufnehmen. Das zugehörige Traggerüst 7, 7' und der korrespondierende Schwimmkörper 5 sind insgesamt eine jeweils konstruktiv voneinander unabhängig ausgelegte Baueinheit 7, 5; 7', 5. Beide Baueinheiten 7, 5; 7', 5 sind nicht nur konstruktiv unabhängig voneinander ausgelegt, sondern auch selbsttragend ausgebildet. Außerdem können beide Baue in h eiten 7 , 5 , 7' , 5 sel bsttätig schwi m men bzw. si nd sel bsttätig schwimmfähig ausgelegt. Dazu lassen sich der eine bzw. die mehreren Schwimmkörper 5 hinsichtlich der jeweils erzeugten Auftriebskraft verändern. Das kann beispielsweise durch die Realisierung von (Wasser-)Ballasttanks oder auf andere Art und Weise geschehen. coincides with the flow direction S of the water. The variable relative distance A between on the one hand the rotor 3 and on the other hand the nozzle unit 6 or between their associated support frames 7, 7 'allows an optimal adjustment of the mutual arrangement to use congestion and suction effects to optimize the electrical energy yield advantageous. This has already been described in the introduction. The two shoring 7, 7 'of one hand, the rotor 3 and the other part of the nozzle unit 6 are structurally designed independently of each other. Both shoring 7, 7 'each have their own float 5. In fact, in the context of the embodiment, two floats 5 (or even more floating body 5) is real isiert, d ie the associated support frame 7, 7 'record between them in the manner of a pontoon. The associated support frame 7, 7 'and the corresponding floating body 5 are a constructive each independently designed unit 7, 5; 7 ', 5. Both units 7, 5; 7 ', 5 are designed not only structurally independent of each other, but also formed self-supporting. In addition, both buildings can be buoyantly swimmable in days 7, 5, 7 ', 5, respectively. For this purpose, one or more floating bodies 5 can be changed with regard to the respectively generated buoyancy force. This can be done, for example, by the realization of (water) ballast tanks or in other ways.
Damit die beiden Traggerüste 7, 7', in Axialrichtung bzw. Strömungsrichtung S bei Veränderung ihres Relativabstandes A zueinander ihre Ausrichtung beibe- halten, sind beide Traggerüste 7, 7' verschiebbar aneinander angeschlossen. Dazu ist eine die beiden Traggerüste 7, 7' zumindest in Axialrichtung miteinander verbindende Schienenanordnung 1 1 realisiert, die man besonders in der Fig . 2 erkennt. Entlang dieser Schienenanordnung 1 1 können sowohl das Rotor-Traggerüst 7 als auch das Düseneinheit-Traggerüst 7' mit dem jeweils In order that the two support frames 7, 7 ', in the axial direction or flow direction S, maintain their orientation relative to each other when their relative distance A changes, both support frames 7, 7' are slidably connected to one another. For this purpose, one of the two support frames 7, 7 'at least in the axial direction interconnecting rail assembly 1 1 is realized, which is particularly in the Fig. 2 detects. Along this rail arrangement 1 1, both the rotor support frame 7 and the nozzle unit support frame 7 'with the respective
zugehörigen Rotor 3 und den Schwimmkörpern 5 bzw. der Düseneinheit 6 und den Schwimmkörpern 5 verschoben werden . Dadurch lassen sich praktisch bel iebige Relativabstände A in Axialrichtung bzw. Strömungsrichtung S realisieren. Zu diesem Zweck mag ein motorischer Antrieb 1 2 vorgesehen werden, mit dessen Hilfe der gewünschte Relativabstand A eingestellt wird. Der fragliche Antrieb 12 ist in der Fig. 1 a angedeutet. associated rotor 3 and the floats 5 and the nozzle unit 6 and the floats 5 are moved. As a result, it is possible to realize practically relative displacements A in the axial direction or flow direction S. For this purpose, a motor drive 1 2 may be provided, by means of which the desired relative distance A is set. The drive in question 12 is indicated in Fig. 1 a.
Im Regelfall werden der Rotor 3 und/oder die Düseneinheit 6 zumindest in der fraglichen Axialrichtung bzw. Strömungsrichtung S derart zueinander verstellt, dass der Rotor 3 mit variabler seitlicher Überdeckung Ü in die Düseneinheit 6 eintaucht. Diese Überdeckung Ü ist in der Fig. 1 a angedeutet. Das heißt, man wird im Allgemeinen so vorgehen, dass der Rotor 3 zumindest im Bereich der nach außen weisenden Seitenwandbereiche 6b und folglich im Bereich des Ausströmquerschnittes QA eine Anordnung findet. Dadurch, dass der Rotor 3 gegenüber der Düseneinheit 6 verstellbar ausgebildet ist bzw. sich ihr gegenseitiger Relativabstand A variieren lässt, kann ein Abstand B zwischen einem Außenumfang von Rotorblättern bzw. Propellerflügeln 3a des Rotors respektive Propellers 3 gegenüber der Düsenein heit 6 respektive den korrespondierenden Seitenwandbereichen 6b, 6c und 6d nach Bedarf verändert werden. Tendenziell wird man diesen Abstand B umso größer einstellen, je größer die Menge an in die Düseneinheit 6 zufließendem Wasser und/oder dessen Fließgeschwindigkeit ist. As a rule, the rotor 3 and / or the nozzle unit 6 are adjusted relative to each other at least in the axial direction or flow direction S in question, so that the rotor 3 with variable lateral covering Ü dips into the nozzle unit 6. This overlap Ü is indicated in FIG. 1 a. That is, in general, the procedure will be such that the rotor 3 finds an arrangement at least in the region of the outwardly facing side wall regions 6b and consequently in the region of the outflow cross section QA. Characterized in that the rotor 3 relative to the nozzle unit 6 is adjustable or can vary their mutual relative distance A, a distance B between an outer periphery of rotor blades or propeller blades 3a of the rotor or propeller 3 with respect to the Düsenein unit 6 respectively the corresponding side wall portions 6b, 6c and 6d are changed as needed. The tendency is to set this distance B the greater, the greater the amount of water flowing into the nozzle unit 6 and / or its flow rate.
Der Rotor 3 ist darüber hinaus und ausweislich der Figuren 1 b und 2 an eine Vertikalstel lein heit 1 3 angeschlossen . Zusätzl ich mag auch noch eine Horizontalstelleinheit realisiert sein, die jedoch nicht dargestellt ist. Denn der Propeller 3 bzw. der Rotor 3 befindet sich mit seiner Achse auf einer Symmetrieachse Z der gesamten Strömungsmaschine 3, 4, 5, 6, 7. Mit Hilfe der Vertikalstelleinheit 13 kann der Rotor 3 hinsichtlich seiner Eintauchtiefe in den The rotor 3 is beyond and, as shown in FIGS. 1 b and 2, connected to a vertical line unit 1 3. In addition, I may also be a horizontal positioning unit realized, which is not shown. Because of the propeller 3 and the rotor 3 is located with its axis on an axis of symmetry Z of the entire turbomachine 3, 4, 5, 6, 7. With the help of the vertical adjustment unit 13, the rotor 3 with respect to its immersion depth in the
Fluss 1 verändert werden. Außerdem ermöglicht die Vertikalstelleinheit 13, dass der Rotor 3 zu Revisionsarbeiten aus dem Fluss 1 herausgehoben werden kann. Die Vertikalstelleinheit 1 3 lässt sich manuell und/oder maschinell betreiben. Dazu mag beispielsweise ein Antrieb bzw. ein nicht dargestellter Elektromotor vorgesehen werden, welcher über eine Kette oder ein anderes Zugmittel den Propeller 3 in der Art eines Aufzuges gegen über seinem zugehörigen Traggerüst 7 in der Höhe verändert. - Schlussendlich können noch die einzelnen Propellerflügel 3a des Propellers 3 hinsichtlich ihres Anstellwinkels α verändert werden. Dieser Anstellwinkel α wird zwischen der Hauptachse des zugehörigen Propellerflügels 3a und der Strömungsrichtung S eingeschlossen, wie die Fig. 1 a andeutet. Der Motor bzw. motorische Antrieb zur Veränderung des Relativabstandes A wird von der Steuereinheit 10 beaufschlagt. Außerdem wird die Steuereinheit 1 0 m it Messwerten h insichtl ich der Drehzahl des Rotors 3 und/oder der erzeugten elektrischen Energie ausgangsseitig des Generators 4 gefüttert. Dadurch ist die Steuereinheit 10 in der Lage, die ausgangsseitige Leistung der Strömungsmaschine 4, 5, 6, 7 im Sinne einer Steuerung bzw. Regelung zu optimieren. Tatsächlich wird die Steuereinheit 10 den Antrieb 12 so beaufschlagen, dass dieser den Relativabstand A zwischen der Düseneinheit 6 und dem Rotor 3 so lange verändert, bis ein Maximum der ausgangsseitig des Generators 4 erzeugten elektrischen Energie beobachtet wird. Hierzu korrespondiert in der Regel auch ein Drehzahlmaximum des Rotors 3. River 1 to be changed. In addition, the vertical adjustment unit 13 allows the rotor 3 to be lifted out of the flow 1 for inspection work. The vertical adjustment unit 1 3 can be operated manually and / or by machine. For this purpose, for example, a drive or an unillustrated electric motor may be provided, which changes the propeller 3 in the manner of a lift against its associated support frame 7 in height via a chain or other traction means. Finally, the individual propeller blades 3a of the propeller 3 can be changed with respect to their angle of attack α. This angle of attack α is enclosed between the main axis of the associated propeller blade 3a and the flow direction S, as indicated in FIG. 1a. The motor or motor drive for changing the relative distance A is acted upon by the control unit 10. In addition, the control unit 1 is fed 0 m with measured values h insichtl I the speed of the rotor 3 and / or the electrical energy generated on the output side of the generator 4. As a result, the control unit 10 is able to optimize the output-side power of the turbomachine 4, 5, 6, 7 in the sense of a control or regulation. In fact, the control unit 10 will act on the drive 12 so that it changes the relative distance A between the nozzle unit 6 and the rotor 3 until a maximum of the electrical energy generated on the output side of the generator 4 is observed. For this purpose, a speed maximum of the rotor 3 usually also corresponds.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Wasserkraftanlage zum Erzeugen elektrischer Energie unter Umwandlung von Strömungsenergie eines strömenden Gewässers (1) mittels einer Strömungsmaschine (3, 4, 5, 6, 7) mit wenigstens - einem Rotor (3), 1. Hydroelectric plant for generating electrical energy with conversion of flow energy of a flowing water body (1) by means of a turbomachine (3, 4, 5, 6, 7) with at least - a rotor (3),
- einem von dem Rotor (3) angetriebenen Generator (4), a generator (4) driven by the rotor (3),
- einem Schwimmkörper (5), und mit - a float (5), and with
- einer Düseneinheit (6) zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Rotors (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinheit (6) und der Rotor (3) jeweils ein eigenes Traggerüst (7, 7') und zumindest einen veränderbaren Relativabstand (A) in Axialrichtung zueinander aufweisen. - A nozzle unit (6) for increasing the flow velocity in the region of the rotor (3), characterized in that the nozzle unit (6) and the rotor (3) each have their own support frame (7, 7 ') and at least one variable relative distance (A ) in the axial direction to each other.
2. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinheit (6) und der Rotor (3) mit jeweils zumindest einem Schwimmkörper (5) ausgerüstet sind. 2. Hydropower plant according to claim 1, characterized in that the nozzle unit (6) and the rotor (3) are each equipped with at least one floating body (5).
3. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) an ein von dem Schwimmkörper (5) getragenes Rotor-Traggerüst (7) angeschlossen ist. 3. Hydropower plant according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor (3) is connected to one of the floating body (5) supported rotor support frame (7).
4. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinheit (6) an ein von dem Schwimmkörper (5) getragenes Düseneinheit-Traggerüst (7') angeschlossen ist. 4. Hydropower plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the nozzle unit (6) is connected to one of the floating body (5) carried nozzle unit support frame (7 ').
5. Wasserkraftan l age nach ei nem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Traggerüste (7, 7') von einerseits der Düseneinheit (6) und andererseits dem Rotor (3) konstruktiv voneinander unabhängig ausgelegt sind. 5. Wasserkraftan age according to one of claims 1 to 4, characterized in that the two support frames (7, 7 ') of one part of the nozzle unit (6) and on the other hand, the rotor (3) are designed structurally independent of each other.
6. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Traggerüste (7, 7') in Axialrichtung verschiebbar aneinander angeschlossen sind. 7. Wasserkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine die beiden Traggerüste (7, 6. Hydropower plant according to one of claims 1 to 5, characterized in that the two support frames (7, 7 ') are slidably connected to each other in the axial direction. 7. Hydroelectric plant according to claim 6, characterized in that one of the two shoring (7,
7') zumindest in Axialrichtung miteinander verbindende Schienenanordnung (1 1 ) vorgesehen ist. 7 ') at least in the axial direction interconnecting rail arrangement (1 1) is provided.
8. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinheit (6) trogartig m it Boden (6a) und8. Hydropower plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the nozzle unit (6) trough-like m with bottom (6 a) and
Seitenwänden (6b, 6c, 6d) ausgebildet ist. Side walls (6b, 6c, 6d) is formed.
9. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, dass der Rotor (3) oder d ie Düsenein heit (6) zu m indest i n Axialrichtung derart verstellbar zueinander ausgebildet sind, dass der Rotor (3) mit variabler seitlicher Überdeckung (Ü) in die Düseneinheit (6) eintaucht. 9. Hydropower plant according to one of claims 1 to 8, characterized in that the rotor (3) or the nozzle unit (6) are formed so as to be adjustable in the axial direction relative to one another, that the rotor (3) with variable lateral overlap (Ü) is immersed in the nozzle unit (6).
10. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) in einem Ausströmquerschnitt (QA) der Düseneinheit (6) angeordnet ist, welcher durch nach au ßen weisende Seitenwandbereiche (6b) definiert wird. 10. Hydropower plant according to one of claims 1 to 9, characterized in that the rotor (3) in an outflow cross section (Q A ) of the nozzle unit (6) is arranged, which is defined by outwardly Shen side wall portions (6 b).
1 1 . Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) an eine Vertikalstelleinheit (13) angeschlossen ist 1 1. Hydroelectric power plant according to one of claims 1 to 10, characterized in that the rotor (3) is connected to a vertical adjusting unit (13)
um beispielsweise seine Eintauchtiefe in das Gewässer (1 ) zu verändern und/oder Revisionsarbeiten vornehmen zu können. for example, to change its depth of immersion in the water (1) and / or to be able to carry out revision work.
12. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalstelleinheit (13) manuell und/oder mit einem Antrieb beaufschlagt wird. 12. Hydropower plant according to claim 1 1, characterized in that the vertical adjusting unit (13) is acted upon manually and / or with a drive.
1 3. Wasserkraftan l age nach einem der Ansprüche 1 bis 1 2 , dad u rch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) unmittelbar mit dem Generator (4) - ohne zwischengeschaltetes Getriebe - gekoppelt ist. 1 3. Wasserkraftan age according to one of claims 1 to 1 2, dad u rch characterized in that the rotor (3) directly to the generator (4) - is coupled - without intervening transmission.
14. Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder alle Propellerflügel (3a) des Rotors (3) hinsichtlich seines Anstellwinkels α veränderbar ausgebildet sind. 14. Hydropower plant according to one of claims 1 to 13, characterized in that individual or all propeller blades (3a) of the rotor (3) are formed variable in terms of its angle of attack α.
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