WO2013139501A1 - Wasserkraftanlage mit fischgängigem impeller - Google Patents

Wasserkraftanlage mit fischgängigem impeller Download PDF

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WO2013139501A1
WO2013139501A1 PCT/EP2013/051162 EP2013051162W WO2013139501A1 WO 2013139501 A1 WO2013139501 A1 WO 2013139501A1 EP 2013051162 W EP2013051162 W EP 2013051162W WO 2013139501 A1 WO2013139501 A1 WO 2013139501A1
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WO
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impeller
blades
cavity
fish
outer ring
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Peter Pelz
Manuel Metzler
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Technische Universität Darmstadt
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16—Stators
    • F03B3/18—Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/60—Shafts
    • F05B2240/61—Shafts hollow
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the present invention relates to the construction, storage and arrangement of an impeller for a Wasserkraftanalge. This can be used to generate electricity by hydropower or pumping.
  • the impeller is fish permeable.
  • Object of the present invention is to eliminate or circumvent the disadvantages of the prior art.
  • This object is achieved by a hydropower plant with hubless impeller, wherein the blades are shortened. This results in the axis of rotation center, a continuous cavity, which has no mechanical parts and fish can swim through.
  • the cavity is a kind of cylinder, which has a polygonal to round base. Fish entering the impeller in the blade area will have enough time to dodge into the axis of rotation axis. This guarantees the fishability.
  • the present invention is like a pipe turbine to an axial or diagonal machine (axial or diagonal machine). This type of machine is in contrast to water wheels, etc. suitable for small slopes, as the Cordier diagram (Fig. 5) occupied. Axial machines achieve their highest efficiency with small diameter numbers and are thus optimal in terms of investment costs in the context of small hydropower.
  • the energetically optimal gradient and the energetically optimal flow in a flowing water are in Pelz, PF; Upper Limit for Hydropower at Open Channel flow; Journal of Hydraulic Engineering, 137 (201 1) 1536-1543.
  • the radius of the cavity is variable and should be adapted to the fish population. For small fish (up to 30 cm), a minimum cavity radius of 20 cm should be maintained. For larger fish, the minimum radius of the cavity must be increased. At low tide, ensure that the remaining water level in the cavity of the rotation axis is sufficient to allow fish to swim through in both directions. Thus, in the design of the hydropower plant due to the low water level, in some embodiments, a much larger radius of the cavity in the axis of rotation to choose. For example, if the impeller is only halfway through the water, half of the cavity, which is filled with water, must be dimensioned so that fish can swim through.
  • the impeller corresponds to a turbine with internal blades.
  • the hydropower plant consists of an impeller, in which the blades on
  • Outer ring are attached.
  • the outer ring has at least one bearing.
  • Axial or angular bearings are preferably used. When using two inclined bearings, which are arranged opposite each other, a production of electrical energy by the hydropower plant is possible even if the direction of the water flow changes.
  • the axial force of the flow is absorbed by at least one angular contact bearing.
  • the outer ring has a sprocket or racks.
  • the outer ring forms a gear wheel with the ring gear. About this gear, a generator is driven by a pinion. Alternatively, the generator is driven by means of belt drive or chain drive.
  • Another embodiment provides magnets or coils on the outer ring or the circuit of the outer ring as a squirrel cage. These move past one or more stationary coils or magnets, so that in the fixed part of electrical energy is tapped.
  • the fixed part is preferably located in the housing. Via a frequency converter, the necessary mains frequency is fed into the network at a different speed of the turbine.
  • the hydroelectric power plant will be installed in a watercourse.
  • the water level should preferably cover the cavity in the axis of rotation of the impeller at low water. But it is not necessary that the impeller runs completely in the water. Water level fluctuations are thus unproblematic for the hydropower plant as long as the cavity contains enough water so that the fish can swim through.
  • the split ratio that is the blade length to blade distance ratio, the blade curvature, the stagger angle, is designed to provide ideal energy conversion.
  • a blade has a length over an angular range (in relation to the outer ring), which results in approximately 360 ° by the number of blades.
  • the angle of attack of the blade to the flow is variable, adjustable during operation and is in the range of 0 to 90 °, preferably 40 to 80 °.
  • the fixed blade angle is in the range of zero to 90 °, preferably at 40 to 90 °.
  • the angle of attack or blade angle does not change much over the length of the blade.
  • Another embodiment provides for the blade surfaces to have a tapered or rounded area directed toward the flow inlet.
  • This is a funnel-shaped cavity adjustable. Through the funnel-shaped cavity is improved fish flow and a lower tendency to blockages caused by debris. This has the consequence that upstream rakes can have a larger spacing of the rake bars or that can be completely dispensed with computer systems.
  • the abandonment of a computer system is also accessible through the upstream of a guide.
  • Another embodiment connects the blades in the cavity with an inner ring.
  • a hollow hub of variable cross-sectional radius can be implemented, as used in pear-shaped hub geometries in Kaplan turbines application.
  • the hydropower plant can be installed with a slope. The angle of inclination depends on the local conditions and on the blade shape. When inclining, make sure that the cavity in the axis of rotation is completely filled with water.
  • the turbine is used for power generation or as a pump (energy consumption).
  • Fig. 1 is a view of the hydropower plant is shown from the front.
  • the blades 1 are attached to an outer ring 2 and together form an impeller.
  • This outer ring 2 is movably mounted and rotates.
  • a foundation 4 and a housing 3 is needed.
  • a gear 5 is simultaneously driven, which drives a pinion 6.
  • a generator 12 is driven by means of a generator shaft 7. Due to the low water level, only a part of the cavity 8 remains for fish passage.
  • Fig. 2 is a side view of the hydropower plant is shown.
  • the blades 1 are also connected to the outer ring 2 here.
  • the housing 3 is on the foundation 4.
  • a sprocket 5 is fixed, which drives a gear 6 and thus via a generator shaft 7, a generator 12.
  • the blades 1 are so pronounced that a fish-through-floatable cavity 8 is formed.
  • the outer ring 2 is connected to the housing 3 by bearings.
  • an angular bearing 9 and a radial bearing 10 was used.
  • the angular contact bearing absorbs axial and radial forces. Axial forces are mainly due to the flow resistance of the impeller.
  • the blades perform a rotational movement ⁇ due to the flow 14.
  • the outer ring may have a guide 11, 13 e.g. be preceded by a stator.
  • the water level fills the cavity 8 completely.
  • the impeller is not completely in the water.
  • a further blade arrangement is shown.
  • the blades 1 are connected to the outer ring 2 and the inner ring 16.
  • the blades are each guided over an angle range of 100 ° to 240 °.
  • larger wrap angles of over 720 ° are also built up.
  • not all blades have this wrap angle, but have different wrap angles.
  • the blade angle is in the range of 0 ° to 90 °, preferably 40 ° to 90 ° to the flow.
  • the bucket angle does not have to be constant over the entire length of the bucket.
  • the blades 1 are connected to an inner ring 16. This goes beyond the blade length.
  • the inner ring 16 has an altered diameter over the blade length and beyond.
  • the diameter of the inner ring 16 is smaller than the flow outlet. In other embodiments, the diameter of the inner ring 16 at the flow inlet is greater than or equal to the diameter at the flow outlet. In the example, a wave-shaped, sinusoidal or pear-shaped course of the inner ring diameter was selected. In other embodiments, a linear change in the diameter of the inner ring 16 is constructed. In a further embodiment, a combination between wave-shaped and linear change of the diameter is built up.
  • the smallest diameter of the inner ring 16 must be so large that fish can still swim through even at low tide.
  • the radius of the cavity changes in this example with the diameter of the inner ring 16 and also varies wave-like, linear or as a combination of undulating and linear over the blade length and beyond the blade length.
  • the outer ring 2 is connected to two inclined bearings 9 with the housing.
  • FIG. 4 shows a further blade arrangement.
  • the blades 1 are connected to the outer ring 2.
  • the blades 1 have a to Flow inlet rounded area 15 up. This changes the radius of the cavity over the blade length.
  • the outer ring 2 has a sprocket 5 and is connected via two mirror-inverted angular contact bearings 9 with the housing.
  • the vanes 1 are preceded by a guide in the form of a stator with the guide vanes 19 before the flow inlet.
  • the guide vanes 19 also have a region 18 rounded off or bevelled to the flow inlet. This makes it possible that the guide serves as a computer.
  • the guide vanes 19 are preferably movably mounted and have an angle of attack of 10 to 80 °, preferably 30 to 60 °.
  • a guide can be combined with each blade arrangement.
  • the combination of the guide device according to the invention with a blade arrangement with inner ring has the particular advantage that fish can not get into the blade area, but are passed through the inner ring.
  • a further blade arrangement is shown, wherein the blades 1 have a tapered or rounded portion 15, which is directed to the flow inlet.
  • This is a funnel-shaped cavity adjustable.
  • the cavity thus has a changed radius over the blade length.
  • the blades 1 are provided with a bevelled, rounded or straight region 17 on the side of the flow outlet.
  • the blades 1 are connected in the cavity with an inner ring 16.
  • the blades 1 are mounted on the outer ring 2, which is connected by one or more axial and or angular contact bearings 9 with the housing. [Illustration legends and reference list]
  • Fig. 1 view of the hydropower plant from the front
  • Fig. 2 side view of the hydropower plant

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

Die Entwicklung betrifft eine investitionskostenoptimierte Wasserkraftanlage mit nabenlosem Impeller der in einem Außenring (2) läuft (Außenläufer). Es handelt sich um eine Axialmaschine. Durch die Verkürzung der innenliegenden Schaufeln (1) bildet sich ein Hohlraum (8) in der Rotationsachse, so dass durch diesen Hohlraum Fische durchschwimmen können, dabei dient die Leiteinrichtung (11, 13) als Rechenanlage.

Description

Patentanmeldung
TITEL
Wasser kraf tan läge mit fischgängigem Impeller
[Beschreibung und Einleitung des allgemeinen Gebietes der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau, Lagerung und Anordnung eines Impellers für eine Wasserkraftanalge. Dieser kann zur Stromerzeugung durch Wasserkraft oder auch Pumpzwecken dienen. Der Impeller ist fischdurchlässig. [Stand der Technik]
In der DE3718954 wird eine Impelleranordnung ohne Nabe beschrieben. Diese wird aber nur als Schiffsantrieb verwendet. Eine Verwendung zur Stromerzeugung aus Wasserkraft ist nicht vorgesehen. Weiterhin hat die beschriebene Lösung den Nachteil, dass eine Fischgängigkeit nicht gewährleistet ist. Damit ist diese Lösung zur Ausnutzung der Wasserkraft nach §35 Wasserhaushaltgesetz nicht anwendbar (Gewährleistung des Schutzes der Fischpopulation).
Bisher werden zur Gewinnung von elektrischem Strom aus Fließgewässern meist erhebliche bauliche Maßnahmen durchgeführt, wodurch die leistungsspezifischen Investitionskosten hoch sind. Absicht dessen ist, größere Gefälle zu erreichen. Um elektrische Energie bei kleinen Gefällen zu gewinnen, werden bisher u.a. un- terschlächtige Wasserräder eingesetzt. Wasserräder sind langsamläufige Kraftmaschinen (kleine Schnelllaufzahl) die eine hohe Durchmesserzahl (Fig. 5) auf- weisen. Die hohe Durchmesserzahl bedingt einen großen Materialeinsatz und damit hohe leistungsspezifische Investitionskosten.
[Aufgabe]
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen bzw. zu umgehen.
[Lösung der Aufgabe]
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wasserkraftanlage mit nabenlosem Impeller, bei dem die Schaufeln verkürzt sind. Dadurch ergibt sich in der Rotationsachsenmitte ein durchgängiger Hohlraum, der keine mechanischen Teile aufweist und den Fische zum Durchschwimmen nutzen können. Der Hohlraum stellt eine Art Zylinder dar, der eine vieleckige bis runde Grundfläche hat. Fische, die im Schaufelbereich in den Impeller eintreten, haben genügend Zeit, um in die Rotationsachsenmitte auszuweichen. Damit wird die Fischgängigkeit gewährleistet.
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich wie bei einer Rohrturbine um eine axial oder diagonal durchströmte Maschine (Axial- oder Diagonalmaschine). Dieser Maschinentyp ist im Gegensatz zu Wasserrädern u.ä. geeignet für kleine Gefälle, wie das Cordier-Diagramm (Fig. 5) belegt. Axialmaschinen erreichen Ihre höchste Effizienz bei kleinen Durchmesserzahlen und sind somit im Zusammenhang der Kleinwasserkraft investitionskostenoptimal.
Das energetisch optimale Gefälle und der energetisch optimale Durchfluss in einem Fließgewässer sind in Pelz, P. F. ; Upper Limit for Hydropower in an Open- Channel Flow; Journal of Hydraulic Engieneering, 137 (201 1 ) 1536-1543 beschrieben.
Der Hohlraumradius ist variabel und sollte an den Fischbestand angepasst wer- den. Bei kleinen Fischen (bis 30 cm) sollte ein Mindestradius des Hohlraums von 20 cm eingehalten werden. Bei größeren Fischen ist der Mindestradius des Hohlraums zu vergrößern. Bei Niedrigwasser ist dafür zu sorgen, dass die verbleibende Wasserhöhe im Hohlraum der Rotationsachse ausreicht, damit Fische in beiden Richtungen durchschwimmen können. So ist bei der Auslegung der Wasser- kraftanlage aufgrund des Niedrigwasserstandes, in einigen Ausführungsformen ein wesentlich größerer Radius des Hohlraums in der Rotationsachse zu wählen. Wenn beispielsweise der Impeller nur halb vom Wasser durchströmt wird, muss der halbe Teil des Hohlraums, der mit Wasser gefüllt ist, so dimensioniert sein, dass Fische durchschwimmen können.
Weiterhin wird bei fehlender Rechenanlage Schwemmgut durch den Hohlraum geleitet.
Der Impeller entspricht einer Turbine mit innenliegenden Schaufeln.
Die Wasserkraftanlage besteht aus einem Impeller, bei dem die Schaufeln am
Außenring befestigt sind. Der Außenring weist mindestens ein Lager auf. Bevor- zugt werden Axial- oder Schräglager verwendet. Beim Einsatz von zwei Schräglagern, die entgegengesetzt angeordnet sind, ist eine Produktion von elektrischer Energie durch die Wasserkraftanlage auch dann möglich, wenn sich die Richtung des Wasserstroms ändert. Die axiale Kraft der Strömung wird durch mindestens ein Schräglager aufgenommen. Beim Wechsel der Strömungsrichtung wird die axiale Kraft der Strömung durch ein anderes Lager aufgenommen. Der Außenring hat einen Zahnkranz oder Zahnstangen. Der Außenring bildet mit dem Zahnkranz ein Zahnrad. Über dieses Zahnrad wird mit einem Ritzel ein Generator angetrieben. Alternativ dazu wird der Generator mittels Riementrieb oder Kettentrieb angetrieben. Eine weitere Ausführungsform sieht Magnete oder Spu- len auf dem Außenring oder die Schaltung des Außenrings als Kurzschlussläufer vor. Diese bewegen sich an einer oder mehreren feststehenden Spulen oder Magneten vorbei, so dass in dem feststehenden Teil elektrische Energie abgegriffen wird. Der feststehende Teil befindet sich bevorzugt im Gehäuse. Über einen Frequenzwandler wird die notwendige Netzfrequenz bei abweichender Drehzahl der Turbine in das Netz eingespeist.
Die Wasserkraftanlage wird in einen Wasserlauf eingebaut. Der Wasserstand sollte bevorzugt den Hohlraum in der Rotationsachse des Impellers bei Niedrigwasser überdecken. Es ist aber nicht notwendig, dass der Impeller vollständig im Wasser läuft. Wasserstandsschwankungen sind damit für die Wasserkraftanlage unprob- lematisch solange der Hohlraum genügend Wasser enthält, so dass die Fische durchschwimmen können.
In Abhängigkeit von der Ausprägung der Schaufeln ist eine Rotation des Außenrings auch bei geringen Wasserströmungen möglich. Das Teilungsverhältnis, das ist das Verhältnis von Schaufellänge zu Schaufelabstand, die Schaufelkrümmung, der Staffelungswinkel, wird so ausgeführt, dass eine ideale Energieumsetzung stattfindet. Eine Schaufel weist eine Länge über einen Winkelbereich (im Bezug zum Außenring) auf, der sich in etwa aus 360° getelt durch die Zahl der Schaufeln ergibt. Der Anstellwinkel der Schaufel zur Strömung ist variabel, während des Betriebs verstellbar und liegt im Bereich von 0 bis 90° , bevorzugt 40 bis 80° . Bei einer nicht verstellbaren Schaufel liegt der feste Schaufelwinkel im Bereich von 0 bis 90° , bevorzugt bei 40 bis 90° . Der Anstellwinkeoder Schaufelwinkel weist keine großen Änderungen über der Länge der Schaufel auf.
Eine weitere Ausführungsform sieht bei den Schaufelflächen einen abgeschrägten oder abgerundeten Bereich vor, der zum Strömungseinlass gerichtet ist. Damit ist ein trichterförmiger Hohlraum einstellbar. Durch den trichterförmigen Hohlraum ist eine verbesserte Fischgängigkeit und eine geringere Neigung zu Verstopfungen durch Schwemmgut gegeben. Das hat die Folge, dass vorgeschaltete Rechen einen größeren Abstand der Rechenstäbe aufweisen können bzw. das auf Rechenanlagen ganz verzichtet werden kann.
Der Verzicht auf eine Rechenanlage ist ebenfalls durch die Vorschaltung einer Leiteinrichtung erreichbar.
Eine weitere Ausführungsform verbindet die Schaufeln im Hohlraum mit einem Innenring. Hierdurch kann eine hohle Nabe veränderlichen Querschnittsradius umgesetzt werden, wie sie in birnenförmigen Nabengeometrien bei Kaplanturbi- nen Anwendung findet. Weiterhin ist die Wasserkraftanlage mit einer Neigung installierbar. Der Neigungswinkel hängt von den örtlichen Gegebenheiten und von der Schaufelgestalt ab. Bei Neigungen ist darauf zu achten, dass auch hier der Hohlraum in der Rotationsachse vollständig mit Wasser gefüllt ist.
Die Turbine wird zur Energieerzeugung oder als Pumpe (Energieverbrauch) ein- gesetzt.
Die erfindungsgemäße Ausführung ist nachfolgend erläutert, wobei die Erfindung alle nachfolgend aufgeführten bevorzugten Ausführungsformen einzeln und in Kombination umfasst. [Ausführungsbeispiele]
In der Fig. 1 ist eine Ansicht der Wasserkraftanlage von vorn dargestellt. Die Schaufeln 1 sind an einem Außenring 2 angebracht und bilden zusammen einen Impeller. Dieser Außenring 2 ist beweglich gelagert und dreht sich. Für diese Anlage wird ein Fundament 4 und ein Gehäuse 3 gebraucht. Durch die Drehbewegung Ω des Außenrings 2 wird gleichzeitig ein Zahnrad 5 angetrieben, das ein Ritzel 6 antreibt. Über das Ritzel 6 wird mittels einer Generatorwelle 7 ein Generator 12 angetrieben. Durch den Niedrigwasserstand bleibt nur ein Teil des Hohlraumes 8 zur Fischgängigkeit übrig.
In Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Wasserkraftanlage dargestellt. Die Schaufeln 1 sind auch hier mit dem Außenring 2 verbunden. Das Gehäuse 3 steht auf dem Fundament 4. Am Außenring ist ein Zahnkranz 5 befestigt, der ein Zahnrad 6 und damit über eine Generatorwelle 7 einen Generator 12 antreibt. Die Schaufeln 1 sind so ausgeprägt, dass ein von Fischen durchschwimmbarer Hohlraum 8 gebildet wird. Der Außenring 2 ist mit dem Gehäuse 3 durch Lager verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Schräglager 9 und ein Radiallager 10 eingesetzt. Das Schräglager nimmt dabei axiale und radiale Kräfte auf. Axiale Kräfte entstehen vor allem durch den Strömungswiderstand des Impellers. Die Schaufeln führen aufgrund der Strömung 14 eine Drehbewegung Ω aus. Dem Außenring kann eine Leiteinrichtung 11 , 13 z.B. als Leitrad vorgeschaltet sein.
In diesem Beispiel füllt der Wasserstand den Hohlraum 8 vollständig aus. Der Impeller ist allerdings nicht vollständig im Wasser.
In Fig. 3 wird eine weitere Schaufelanordnung gezeigt. Hierbei sind die Schaufeln 1 mit dem Außenring 2 und am Innenring 16 verbunden. Je nach Anwendung kommen auch kürzere Schaufeln zum Einsatz. Bei großer Schaufellänge sind die Schaufeln je über einen Winkelbereich von 100° bis 240° geführt. Teilweise sind auch größere Umschlingungswinkel von über 720° aufgebaut. In einer Ausführung weisen nicht alle Schaufeln diesen Umschlingungswinkel auf, sondern haben un- terschiedliche Umschlingungswinkel. Der Schaufelwinkel liegt im Bereich von 0° bis 90° , bevorzugt 40° bis 90° zur Strömung. Der Sbaufelwinkel muss nicht über die gesamte Länge der Schaufel konstant sein. Die Schaufeln 1 sind mit einem Innenring 16 verbunden. Dieser geht über die Schaufellänge hinaus. Der Innenring 16 hat über die Schaufellänge und darüber hinaus einen veränderten Durch- messer. Zum Strömungseinlass ist der Durchmesser des Innenrings 16 geringer, als zum Strömungsauslass. In anderen Ausführungen ist der Durchmesser des Innenrings 16 beim Strömungseinlass größer oder gleich des Durchmessers beim Strömungsauslass. Im Beispiel wurde ein wellenförmiger, sinusartiger oder birnenförmiger Verlauf des Innenringdurchmessers gewählt. In anderen Ausführungen ist auch eine lineare Änderung des Durchmessers der Innenringes 16 aufgebaut. In einer weiteren Ausführung wird eine Kombination zwischen wellenförmiger und linearer Änderung des Durchmessers aufgebaut.
Der kleinste Durchmesser des Innenringes 16 muss so groß sein, dass Fische auch bei Niedrigwasser noch durchschwimmen können. Der Radius des Hohl- raums ändert sich in diesem Beispiel mit dem Durchmesser des Innenrings 16 und verändert sich ebenfalls wellenförmig, linear oder als Kombination von wellenförmig und linear über die Schaufellänge und über die Schaufellänge hinaus. Der Außenring 2 ist mit zwei Schräglagern 9 mit dem Gehäuse verbunden.
In der Fig. 4 wird eine weitere Schaufelanordnung dargestellt. Hierbei sind die Schaufeln 1 mit dem Außenring 2 verbunden. Die Schaufeln 1 weisen einen zum Strömungseinlass abgerundeten Bereich 15 auf. Damit verändert sich der Radius des Hohlraumes über die Schaufellänge. Der Außenring 2 weist einen Zahnkranz 5 auf und ist über zwei, spiegelbildlich angeordnete Schräglager 9 mit dem Gehäuse verbunden.
Den Schaufeln 1 wird vor dem Strömungseinlass eine Leiteinrichtung in Form eines Leitrades mit den Leitschaufeln 19 vorgeschaltet. Die Leitschaufeln 19 weisen ebenfalls einen zum Strömungseinlass abgerundeten oder abgeschrägten Bereich 18 auf. Damit ist es möglich, dass die Leiteinrichtung als Rechenanlage dient. Die Leitschaufeln 19 sind bevorzugt beweglich gelagert und haben einen Anstellwinkel von 10 bis 80° , bevorzugt 30 bis 60° . Wie dem Fachnann bekannt, ist eine Leiteinrichtung mit jeder Schaufelanordnung kombinierbar. Die Kombination der erfindungsgemäßen Leiteinrichtung mit einer Schaufelanordnung mit Innenring, hat den besonderen Vorteil, dass Fische nicht in den Schaufelbereich gelangen können, sondern durch den Innenring geleitet werden.
In Fig. 6 wird eine weitere Schaufelanordnung gezeigt, wobei die Schaufeln 1 einen abgeschrägten oder abgerundeten Bereich 15 aufweisen, der zum Strömungseinlass gerichtet ist. Damit ist ein trichterförmiger Hohlraum einstellbar. Der Hohlraum hat damit einen veränderten Radius über die Schaufellänge. Die Schaufeln 1 sind auf der Seite des Strömungsauslasses mit einem abgeschrägten, ab- gerundeten oder geraden Bereich 17 versehen.
Die Schaufeln 1 sind im Hohlraum mit einem Innenring 16 verbunden. Die Schaufeln 1 sind am Außenring 2 angebracht, der durch ein oder mehrere Axial- und oder Schräglager 9 mit dem Gehäuse verbunden ist. [Abbildungslegenden und Bezugszeichenliste]
Fig. 1 Ansicht der Wasserkraftanlage von vorn
Fig. 2 Seitenansicht der Wasserkraftanlage
Fig. 3 Schaufelanordnung im Längsschnitt
Fig. 4 Schaufelanordnung im Längsschnitt
Fig. 5 Cordierdiagramm mit Maschinentypen
Fig. 6 Schaufelanordnung im Längsschnitt
1 Schaufel
2 Außenring
3 Gehäuse
4 Fundament
5 Zahnkranz
6 Ritzel
7 Generatorwelle
8 Hohlraum
9 Schräglager
10 Radiallager
1 1 Leiteinrichtung
12 Generator
13 Leiteinrichtung
14 Strömung
15 abgeschrägter oder abgerundetes Bereich in Richtung Strömungseinlass
16 Innenring
7 abgeschrägter oder abgerundetes Bereich in Richtung Strömungsauslass 18 Leitschaufel 19 abgeschrägter oder abgerundetes Bereich der Leitschaufel in Richtung Strömungseinlass

Claims

[Ansprüche]
1 . Wasserkraftanlage mit Impeller und Generator, wobei der Impeller in der Rotationsachse einen durchgängigen Hohlraum ohne mechanische Teile aufweist und die Schaufeln des Impellers, an der Hohlraumseite mit einem Innenring verbun- den sind dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung als Rechenanlage dient.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring einen veränderten Durchmesser über die Schaufellänge und darüber hinaus aufweist, wobei der Durchmesser sich wellenförmig oder als Kombination aus wellen- förmig und linear ändert.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln des Impellers am Außenring befestigt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Impeller Schaufeln aufweist, die einen abgeschrägten oder abgerundeten Be- reich aufweisen, der zum Strömungseinlass gerichtet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Generator durch ein Zahnrad, Riementrieb, Kettentrieb angetrieben wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Generator mehrere mit dem Impeller drehende Magnete oder kurzgeschlos- sene Spulen und mindestens eine feststehende Spule oder Magnete umfasst.
7. Verwendung eines Impellers nach Anspruch 1 für eine Wasserkraftanlage oder für eine Pumpanlage.
PCT/EP2013/051162 2012-01-23 2013-01-22 Wasserkraftanlage mit fischgängigem impeller WO2013139501A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023043422A1 (en) * 2021-09-16 2023-03-23 Hrabovetskyi Ihor Ihorovych Turbine

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013013405A1 (de) * 2013-08-01 2015-02-05 hdf-mjf- Technologies OHG Rotoranordnung zur Gewinnung von Energie durch Strömungsenergie oder Abgabe von Strömungsenergie sowie Verfahren zum Halten von Rotoren
WO2016200344A1 (en) * 2015-06-10 2016-12-15 Kurul Recep Turgut A system to generate electricity from waterflow.
DE102016119593B4 (de) 2016-10-14 2018-06-14 Kurt Stähle Mantelströmungsmaschine
CN106762338A (zh) * 2017-03-13 2017-05-31 耿天侃 一种分布式流能发电机的转轮叶片

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3718954A1 (de) 1987-06-05 1988-12-22 Uwe Gartmann Propeller-anordnung, insbesondere fuer schiffsantriebe
US20050005592A1 (en) * 2003-07-07 2005-01-13 Fielder William Sheridan Hollow turbine
WO2009129420A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-22 Flodesign Inc. Water turbines with mixers and ejectors
US20100133844A1 (en) * 2007-01-04 2010-06-03 Colin Richard Pearce Tidal electricity generating apparatus
DE102011118878B3 (de) * 2011-11-20 2013-03-28 Tobias BERGMANN Außenläuferturbine zum Einsatz in Abwasserkanälen

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1065208A (en) * 1911-04-14 1913-06-17 Charles G Strickler Water turbine-wheel.
US2509442A (en) * 1945-04-17 1950-05-30 Matheisel Rudolph Inverse rotor
US3786996A (en) * 1972-03-20 1974-01-22 Tec Group Axial flow unit
JPH08338354A (ja) * 1995-06-12 1996-12-24 Seiichi Kitabayashi 低流速用水車装置と低流速用水車装置の導水方向設定方 法
US6957947B2 (en) * 2003-08-05 2005-10-25 Herbert Lehman Williams Hydroelectric turbine
CA2640643C (en) * 2004-09-17 2011-05-31 Clean Current Power Systems Incorporated Flow enhancement for underwater turbine generator
GB0424697D0 (en) * 2004-11-09 2004-12-08 Woodford Peter Propeller design
EP1738783A1 (de) * 2005-07-01 2007-01-03 Universitätsspital Basel Axialpumpe mit spiralförmiger Schaufel
GB2466957A (en) * 2009-01-14 2010-07-21 Robert Ghanea-Hercock Fluid drive system comprising impeller vanes mounted within a longitudinal structure
GB2479367A (en) * 2010-04-06 2011-10-12 Donald Robertson Hubless turbine tube
DE102010018804A1 (de) * 2010-04-29 2011-11-03 Voith Patent Gmbh Wasserturbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3718954A1 (de) 1987-06-05 1988-12-22 Uwe Gartmann Propeller-anordnung, insbesondere fuer schiffsantriebe
US20050005592A1 (en) * 2003-07-07 2005-01-13 Fielder William Sheridan Hollow turbine
US20100133844A1 (en) * 2007-01-04 2010-06-03 Colin Richard Pearce Tidal electricity generating apparatus
WO2009129420A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-22 Flodesign Inc. Water turbines with mixers and ejectors
DE102011118878B3 (de) * 2011-11-20 2013-03-28 Tobias BERGMANN Außenläuferturbine zum Einsatz in Abwasserkanälen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHANNEL FLOW, JOURNAL OF HYDRAULIC ENGIENEERING, vol. 137, 2011, pages 1536 - 1543

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023043422A1 (en) * 2021-09-16 2023-03-23 Hrabovetskyi Ihor Ihorovych Turbine

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Publication number Publication date
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