WO2020064689A1 - Turbine assembly - Google Patents

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WO2020064689A1
WO2020064689A1 PCT/EP2019/075635 EP2019075635W WO2020064689A1 WO 2020064689 A1 WO2020064689 A1 WO 2020064689A1 EP 2019075635 W EP2019075635 W EP 2019075635W WO 2020064689 A1 WO2020064689 A1 WO 2020064689A1
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WO
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hollow chamber
turbine wheel
water
container
rotating
Prior art date
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PCT/EP2019/075635
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German (de)
French (fr)
Inventor
Emirand MIRAKA
Vullnet Miraka
Original Assignee
MIRAKA, Mirakatec
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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
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/02Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with radial flow at high-pressure side and axial flow at low-pressure side of rotors, e.g. Francis turbines
    • 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
    • F03B5/00Machines or engines characterised by non-bladed rotors, e.g. serrated, using friction
    • 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
    • F05B2240/123Nozzles
    • 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
    • F05B2240/13Stators to collect or cause flow towards or away from turbines
    • F05B2240/132Stators to collect or cause flow towards or away from turbines creating a vortex or tornado effect
    • 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 present invention relates to a system with a turbine arrangement for converting mechanical energy or kinetic energy from hydropower into electrical energy, comprising at least one turbine wheel which can be driven to rotate about its central axis, the blades of which are acted upon by a flowing fluid, in particular water, the turbine wheel being a ring gear is formed and blades of the turbine wheel are acted upon radially on the inside by at least one water flow, and the turbine wheel is arranged in a container which holds a water volume, the container having an inlet on the top for incoming water.
  • Pelton turbines are free jet turbines with high efficiency and have long been known as such from the prior art.
  • EP 2 035 690 B1 pellet turbines are described and it is shown how a water jet generated by a nozzle acts on the buckets of the impeller of a Pelton turbine.
  • these Pelton turbines are always acted upon radially from the outside by a stream of water flowing in. This means that the water flows to the turbine wheel with a tangential component, strikes the usually cup-shaped blades and thereby causes the turbine wheel to rotate about its axis.
  • the radially inner area of the conventional Pelton turbine which is concentric on the inside of the blades, is massive up to the axis. As a result, the compact turbine wheel has a comparatively high dead weight and the associated mass inertia.
  • DE 10 2015 108 556 A1 describes a turbine arrangement with a turbine wheel in the form of a ring gear which can be driven in rotation by hydropower and the blades of which are acted upon by a fluid, in particular water, from the radial inside.
  • a ring gear is arranged concentrically within the turbine wheel, which sucks in water from a water supply in a large container via a hollow shaft extending downward. This sucked water will then thrown radially outward by rotation due to the centrifugal force and strikes the blades of the turbine wheel so that it is driven.
  • the drive wheel of a generator can be driven via a drive belt arranged in the upper region of the device, which runs over a toothed wheel, in order in this way to obtain electrical energy.
  • the object of the present invention is to provide an alternative system with a turbine arrangement of the type mentioned at the outset, which has been further improved in terms of its efficiency and enables technically reliable continuous operation with as little maintenance expenditure as possible.
  • the present invention proposes that a motor-driven pump device is arranged in the inlet area of the container, which feeds the incoming water to a hollow chamber arranged concentrically within the turbine wheel.
  • the pump device used in the context of the invention makes it possible to supply the system with a larger volume of incoming water per unit of time. It is therefore not absolutely necessary to arrange the inflow in flowing water with a sufficiently high flow rate, but in principle a standing water can also be considered.
  • the pumping device sucks in the water and then lets it flow into the inlet of the system, that is to say into the inlet of the tank, at a flow rate that is as high as possible, so that the water is sufficiently high as a water source even when standing or slowly flowing water is used Velocity flows into the hollow chamber of the system.
  • the container of the system has an inlet on the top for incoming water, that is to say an inlet directly above the container or at least in the upper region of the container.
  • Water which flows from a standing or flowing body of water into the arrangement according to the invention can thus be allowed to flow into the container in such a way that it flows directly into the hollow chamber which is rotatable about its axis and from which it then flows further radially outwards. This is better than drawing the water into the hollow chamber from below, as is the case with a known arrangement described above.
  • the kinetic energy of the water flowing into the arrangement from above can be optimally used.
  • the inlet comprises a channel or nozzle arranged approximately centrally in the region of the container axis, into which the incoming water flows into the container from above.
  • the inflowing water thus enters the container from above in a central area near the container axis and near the axis of the rotatable hollow chamber, so that there is a very short flow path and the fresh water flows directly into the hollow chamber.
  • the water then flows radially outward in the hollow chamber at a high flow rate, this high flow rate initially being generated by the pumping device, which pumps the water into the inlet of the system at a correspondingly high pressure.
  • a preferred further development of the invention provides that the rotating turbine wheel drives the hollow chamber in a rotating manner about its central axis, wherein transmission means assigned to the turbine wheel and connected between the turbine wheel and the hollow chamber are provided, by means of which drive forces are transmitted from the turbine wheel to the hollow chamber.
  • the flow velocity of the incoming water in the hollow chamber is further increased by the fact that the hollow chamber rotates about its central axis.
  • the water is then thrown radially outward in the hollow chamber and can leave the hollow chamber via radially outer channels, whereby one-way valves are preferably provided radially on the outside and thus on the downstream side of the hollow chamber, which valves close these channels against the direction of flow and any Prevent water from flowing back into the hollow chamber.
  • the system works in such a way that the pump device pumps the water into the inlet and thus into the hollow chamber.
  • the water flowing out of the hollow chamber sets the turbine wheel in rotation.
  • the rotatingly driven turbine wheel is connected to a drive shaft of the hollow chamber via the gear means, which also causes the hollow chamber to rotate and thus the outflow speed of the water flowing outward from the hollow chamber is further increased due to the centrifugal force, and that Water is brought into a radial flow with a tangential component, which is oriented in such a way that the blades of the turbine wheel are acted upon from the inside in an optimized direction.
  • the connector provided for the inlet of the incoming water or the line can lead approximately centrally in the system in an axial direction and from the underside of the pump device directly into the central region of the hollow chamber and feed the incoming water from the top, which results in a very compact design.
  • a pump can be used which sucks in water radially from the outside and expels it approximately axially, in the present case downwards.
  • the drive axis of the hollow chamber can, for example, extend from the center of its underside and be located concentrically within an arrangement of components of the transmission means.
  • the container has a drain pipe for water flowing out of the container, starting from a region below the turbine wheel, preferably starting from a lower region of the container.
  • the inflow of fresh water is thus carried out from above, while the water preferably drains out of the container in the lower area.
  • gear means assigned to the turbine wheel are arranged within that part of the container which receives the water volume in order to transmit driving forces from the rotating turbine wheel to the rotating hollow chamber.
  • the water flowing radially outwards from the hollow chamber drives the turbine wheel and sets it in rotation.
  • This mechanical energy generated by rotation of the turbine wheel can also be used for the rotating drive of the hollow chamber via the gear means, which will be explained in more detail below.
  • the rotation of the turbine wheel like a conventional turbine, serves to convert mechanical energy into electrical energy.
  • gear means comprise at least one gear wheel driven by the turbine wheel and a toothed belt which is in engagement with this gear wheel and which is in contact with a further gear wheel which is smaller than the driven gear wheel so that a translation arises from the rotational movement of the turbine wheel to that of the hollow chamber.
  • the further gearwheel is arranged on a first drive shaft, which runs parallel to a second drive shaft, through which the rotating hollow chamber is driven.
  • This second drive shaft then rotates at a higher speed than the turbine driven by the water. wheel itself.
  • the rotational forces acting on the gear means mentioned can be transmitted to a drive axis of the hollow chamber via further gear elements.
  • further gear means are provided in order to create a translation when driving forces are transferred from the rotating turbine wheel to the rotating hollow chamber.
  • a further combination of gear wheels and a toothed belt can be used to create an additional gear ratio in order to achieve a significantly higher speed of the rotating hollow chamber at a given speed of the rotating turbine wheel.
  • a preferred variant of the invention provides that the further gear means comprise at least one larger gearwheel arranged on the output side of the drive shaft, via which a toothed belt runs, which transmits drive forces to the drive shaft of the rotating hollow chamber.
  • the further gear means comprise a further gearwheel which is arranged on the drive shaft of the rotating hollow chamber and which is smaller than the gearwheel, so that there is one between the drive shaft of the turbine wheel and the drive shaft of the hollow chamber Translation is created.
  • the hollow chamber is shaped such that water flowing axially into the hollow chamber is deflected in the hollow chamber via a pipe socket, then flows radially outward in the hollow chamber via a plurality of radially outwardly directed arms and flows radially outward from the hollow chamber .
  • one-way valves are preferably provided radially on the outside on the arms of the hollow chamber, which only allow water to flow out of the hollow chamber to the outside.
  • Figure 1 is a side view of the pumping device of the system according to the invention in partial longitudinal section;
  • FIG. 2a shows a schematically simplified longitudinal section through the hollow chamber of a system according to the invention
  • Figure 2b is a plan view of the hollow chamber as shown in Figure 2a;
  • FIG. 3 shows a schematically simplified plan view of the turbine wheel of an exemplary system according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematically simplified view of an exemplary arrangement of the drive axes and the gear means of a system according to the invention
  • Figure 5 is a schematically simplified side view of the entire system according to an embodiment of the present invention in partial longitudinal section.
  • the system comprises a larger, for example approximately cylindrical, container 51 which holds a water volume and stands on a base 55.
  • a container 51 which holds a water volume and stands on a base 55.
  • an inlet 14 for incoming water, which for example flows in from standing water or also from flowing water.
  • a pump device 11 is provided on the top of the tank, which is driven, for example, by an electric motor.
  • the water is sucked in radially from the outside by the pump device 11, the water coming from the inlet 14 being able to collect first in a bowl-shaped container 13 above the actual inlet into the container, where it is then sucked in by the pump device 11 .
  • the pump device can, for example, work in such a way that it ejects the water drawn in radially from the outside axially and approximately centrally downwards, so that it reaches the container via an axial connection piece.
  • the water thus arrives from the pump device via an axial flow channel 52 or a pipe socket directly from above into a hollow chamber 2, the function of which will be explained in more detail later with reference to the detailed illustration in FIG. 2.
  • the aforementioned hollow chamber 2 lies concentrically within a turbine wheel 3 which is driven in rotation about its central axis and which is shown in detail in FIG. 3 and will be explained in more detail below with reference to this drawing.
  • a gear is arranged in the axial direction below the turbine wheel 3, by means of which rotational forces can be transmitted from the turbine wheel 3 to the hollow chamber 2. After it has driven the turbine and has flowed through it from the inside to the outside, the water leaves the turbine arrangement on its outside and thus reaches the tank 51, where it flows downward.
  • the container 51 On the underside, the container 51 has an outlet 53, preferably starting from the lower region, in the form of a drain pipe or an outlet line, so that the water flowing in via the inlet 14 can leave the container 51 again.
  • This drain line 53 is only shown schematically in FIG. 5 and can, for example, extend downwards, so that the water drains out of the container with a free fall.
  • the running water can also be pumped out of the container 51 if necessary. It is only important that the volume of water entering the container 51 per unit of time leaves the container 51 again in the same period of time during stationary operation of the turbine arrangement.
  • the container 51 can have a very large capacity and, depending on the flow speed of the water or gradient on the inlet side and the power of the pump device 11, which supports and accelerates the inflow of water large volume of water can enter the container 51 at high speed.
  • An air volume can be located in the region 60 of the interior of the container, as seen in the vertical direction, in which the rotating turbine wheel 3 and the gearbox are located, which is mounted on the inside of the container wall via a holder 59, so that this is radial at high speed water flowing out from the turbine wheel 3 can flow freely from the turbine wheel and flows downward in the direction of the arrows in the container, where a water level 62 of standing water forms in the container.
  • FIG. 1 The electric motor on the top of the pump device is shown, which drives the pump device.
  • the water is supplied to the pumping device via the temporal inlet 14, then collects in the basin or container 13 and is sucked in radially by the pumping device, so that it first flows from below to the outside under a plate-shaped component 12 of the pumping device and then via one axially in the middle below the pumping device fenden channel in the direction of arrows 17 downwards, so that the water flows into the hollow chamber 2 via a lower opening 16 of the channel.
  • it is therefore a radially / axially operating pump device 11 or centrifugal pump.
  • basically other types of pump devices can also be used for the purpose according to the invention.
  • FIG. 2 a shows a side view of the hollow chamber in partial longitudinal section. It can be seen that the inflow of the water, which comes from the pump device 11 shown in FIG. 1, takes place axially in the direction of arrow 28 through a pipe socket 24 or the like from above into the interior of the hollow chamber 2. As the arrows 29 show, a deflection of the flow direction from an axial flow into a radial flow in the actual hollow chamber takes place from the inside to the outside in the pipe socket, which widens somewhat like a funnel on the underside, where the water then radially outwards from the Hollow chamber 2 flows out.
  • one-way valves 23 are arranged in the radially outer region of the hollow chamber 2, which only allow outward flow out of the hollow chamber 2 in one direction, but prevent backflow into the hollow chamber in the opposite direction.
  • the hollow chamber 2 is not driven directly by its own drive, but can be driven to rotate about its drive axis 41 shown in FIG. 2a and indirectly via gear means via which the rotating turbine wheel 3 is connected to the axis 41 of the hollow chamber 2, which will be explained later is explained in more detail.
  • the drive axis 41 extends downwards in the middle in the axial direction from the hollow chamber 2.
  • a gear 50 is located on the drive shaft 41 in the lower region, via which a torque can be transmitted from the turbine wheel 3.
  • the actual hollow chamber has a cylindrical outer wall 21 and, starting from the central axial pipe socket 24, a plurality of arms 22 extend radially outwards, which are distributed over the circumference and in each case at a distance are arranged to each other, these arms 22 tapering in cross-section towards the outside, so that there is an increase in the flow velocity towards the outside.
  • the water then flows outward at a higher speed through the one-way valves 23 from the cavity of the arms 22 of the hollow chamber 2.
  • the radial distance from the center of the axis of the hollow chamber 2 to the point of exit from the hollow chamber at the one-way valves 23 is designated by the reference numeral 25.
  • the hollow chamber has a flat cylindrical shape and resembles a hollow disk which is closed on the top and bottom and on all sides on its circumference except for a plurality of channels in the arms 22 which are distributed over the circumference and which are open to the outside via the one-way valves 23 are. If a rotation of the hollow chamber about its axis is generated driven by the gear means that are operatively connected to the turbine wheel, this accelerates the acceleration of the flow velocity and the water emerges from the hollow chamber 2 at high speed and becomes on the inside of the blades 33 of the turbine wheel 3, which is arranged at the same height in the container 51, the turbine wheel 3 surrounding the hollow chamber 2 on the outside at a distance from the outer end of the channels in the arms 22 concentrically in a ring.
  • the turbine wheel 3 is shown as a top view in FIG. 3 and is described in more detail below.
  • the turbine wheel 3 comprises a lower base disk 32, on which the blades 33 are mounted.
  • the turbine wheel 3 has a plurality of blades 33 which are distributed over the circumference and are spaced apart from one another and which are acted upon from the inside by the water flowing out of the hollow chamber 2 at high speed, since yes, the hollow chamber 2 is concentric within the turbine wheel 3.
  • the inside of these blades 33 may have trapezoidal or even curved surfaces on the inside, on which the water emerging from the hollow chamber impinges.
  • FIG. 4 shows the previously mentioned first gear 34 on the drive axis of the turbine wheel 3, which is also shown in FIG.
  • a first toothed belt 44 runs over this first toothed wheel 34, which is driven by the toothed wheel 34 and which in turn drives a second toothed wheel 45 arranged radially further outward, which has a smaller diameter and fewer teeth than the first toothed wheel 34 the second gear 45 rotates faster than the first gear 34.
  • This second gear 45 is arranged on a shaft 46 which is rotatably supported by bearings 47 and which extends parallel and radially further outward to the drive shaft 31 of the turbine wheel 3 which is extended downwards.
  • This shaft 46 extends downward from the second gear 45 and on the shaft 46 a third gear 48 is arranged in the lower region, which has a larger diameter and thus more teeth than the second gear arranged on the top of the shaft 46 45.
  • a third toothed belt 49 in turn runs over this third toothed wheel 48, which runs radially further inward via a fourth toothed wheel 50, which is smaller in diameter than the third toothed wheel 48, so that the rotation of the third toothed wheel 48 when the force of the second is transmitted Toothed belt 49 leads to a faster rotation of the fourth gear 50 and thus a translation from the third gear 48 and the shaft 46 to the fourth gear 50 is given.
  • This fourth gear 50 is connected to the lower end of the elongated axis of rotation 41 of the hollow chamber 2, so that a driving force is transmitted to the drive axis 41 of the hollow chamber via the toothed belt 49 and the gear 50.
  • This drive axis 41 is rotatably supported by bearings 61 and runs concentrically within the hollow turbine axis 31, which in turn is rotatably supported by its own bearings 42.
  • the entire transmission, the shafts and the two axes are anchored via a holder 43 in the container 51, for example on its inner wall or on other supporting parts of the container 51.
  • the rotation of the turbine wheel 3 leads to a higher rotational speed of the drive axis 41, via which the hollow chamber 2 can be driven.
  • the driving force for the rotation of the turbine wheel 3 itself and also that which also serves to set the hollow chamber 2 in rotation is thus applied by the energy of the inflowing water.
  • FIG. 4 it can also be seen that the axis of rotation 41 of the hollow chamber 2 is supported by various bearings 61 in a static structure which does not rotate when the axis 41 rotates.
  • This static structure is supported and fastened, for example, via arms of the holder 43 which extend radially outward on the inside of the wall of the container 51, so that the forces and vibrations arising from the rotation of the hollow chamber 2 and the turbine wheel 3 are absorbed and be introduced into supporting parts of the turbine assembly.
  • the turbine axis 31, which concentrically surrounds the axis of rotation 41 of the hollow chamber 2 and is somewhat shorter than this, is supported by the bearings 42 and these Bearings are also located in static parts of the holder 43, so that the vibrations from the rotational movement are also absorbed here.
  • the container 51 has a division in its axial extent (expansion in the height direction), so that there are several cylindrical sections of the container 51 which are detachably connected to one another by flanges. so that one can open the container 51 in an area in which the internals are located, if one wants to reach internals such as gears, bearings and the like for purposes of maintenance or repair.

Abstract

The invention relates to a system having a turbine assembly for converting mechanical energy or kinetic energy from hydropower into electrical energy, comprising at least one turbine wheel (3) which can be driven rotationally about its central axis, and the blades of which are impinged by a flowing fluid, in particular water, wherein the turbine wheel (3) is designed as a ring gear and blades of the turbine wheel (3) are impinged by at least one water flow from a radially inner side, and wherein the turbine wheel (3) is arranged rotationally in a container (51), which accommodates a water volume, wherein the container has an upper-side supply (14) for in-flowing water, wherein, according to the invention, a motor-driven pump device (11) is arranged in the supply-side region of the container, and supplies the in-flowing water to a hollow chamber (2) arranged concentrically within the turbine wheel (3). The invention provides a system with a turbine assembly, which is improved in terms of its efficiency and permits a technically reliable continuous operation with the lowest possible maintenance costs.

Description

Turbinenanordnunq  Turbine arrangement
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage mit einer Turbinenanordnung zur Umwandlung von mechanischer Energie oder kinetischer Energie aus Wasserkraft in elektrische Energie, umfassend mindestens ein um seine Mittelachse rotierend antreibbares Turbinenrad, dessen Schaufeln von einem strömenden Fluid, insbesondere Wasser beaufschlagt werden, wobei das Turbinenrad als Hohlrad ausgebildet ist und Schaufeln des Turbinenrads von radial in- nenseitig her von mindestens einem Wasserstrom beaufschlagt werden und wobei das Tur- binenrad in einem Behälter angeordnet ist, welcher ein Wasservolumen aufnimmt, wobei der Behälter einen oberseitigen Zulauf für einlaufendes Wasser aufweist. The present invention relates to a system with a turbine arrangement for converting mechanical energy or kinetic energy from hydropower into electrical energy, comprising at least one turbine wheel which can be driven to rotate about its central axis, the blades of which are acted upon by a flowing fluid, in particular water, the turbine wheel being a ring gear is formed and blades of the turbine wheel are acted upon radially on the inside by at least one water flow, and the turbine wheel is arranged in a container which holds a water volume, the container having an inlet on the top for incoming water.
Pelton-Turbinen sind Freistrahlturbinen mit hohem Wirkungsgrad und als solche aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Beispielsweise werden in der EP 2 035 690 B 1 Pel- ton-Turbinen beschrieben und es wird dargestellt, wie ein von einer Düse erzeugter Wasser- strahl die Becher des Laufrads einer Pelton-Turbine beaufschlagt. Grundsätzlich werden jedoch diese Pelton-Turbinen von einem Strom zuströmenden Wassers immer von radial außen her beaufschlagt. Das heißt, das Wasser fließt mit einer tangentialen Komponente dem Turbinenrad zu, trifft dabei auf die meist becherförmig geformten Schaufeln und veran- lasst dadurch das Turbinenrad, sich um seine Achse zu drehen. Der radial innenseitige Be- reich der herkömmlichen Pelton-Turbine konzentrisch innen zu den Schaufeln liegend, ist hingegen bis zur Achse hin massiv. Dadurch hat das kompakte Turbinenrad ein vergleichs- weise hohes Eigengewicht und damit verbunden eine entsprechende Massenträgheit. Pelton turbines are free jet turbines with high efficiency and have long been known as such from the prior art. For example, EP 2 035 690 B1 pellet turbines are described and it is shown how a water jet generated by a nozzle acts on the buckets of the impeller of a Pelton turbine. Basically, however, these Pelton turbines are always acted upon radially from the outside by a stream of water flowing in. This means that the water flows to the turbine wheel with a tangential component, strikes the usually cup-shaped blades and thereby causes the turbine wheel to rotate about its axis. The radially inner area of the conventional Pelton turbine, which is concentric on the inside of the blades, is massive up to the axis. As a result, the compact turbine wheel has a comparatively high dead weight and the associated mass inertia.
In der DE 10 2015 108 556 A1 wird eine Turbinenanordnung mit einem als Hohlrad ausge- bildeten, von Wasserkraft rotierend antreibbaren Turbinenrad beschrieben, dessen Schau- fein von radial innenseitig mit einem Fluid wie insbesondere Wasser beaufschlagt werden. Konzentrisch innerhalb des Turbinenrads ist bei dieser bekannten Anordnung ein Hohlrad angeordnet, welches über einen sich nach unten hin erstreckenden Hohlschaft Wasser aus einem Wasservorrat in einem großen Behälter ansaugt. Dieses angesaugte Wasser wird dann durch Rotation aufgrund der Zentrifugalkraft nach radial außen geschleudert und trifft auf die Schaufeln des Turbinenrads, so dass dieses angetrieben wird. Über einen im oberen Bereich der Vorrichtung angeordneten Antriebsriemen, der über ein Zahnrad läuft, kann das Antriebsrad eines Generators angetrieben werden, um so elektrische Energie zu gewinnen. DE 10 2015 108 556 A1 describes a turbine arrangement with a turbine wheel in the form of a ring gear which can be driven in rotation by hydropower and the blades of which are acted upon by a fluid, in particular water, from the radial inside. In this known arrangement, a ring gear is arranged concentrically within the turbine wheel, which sucks in water from a water supply in a large container via a hollow shaft extending downward. This sucked water will then thrown radially outward by rotation due to the centrifugal force and strikes the blades of the turbine wheel so that it is driven. The drive wheel of a generator can be driven via a drive belt arranged in the upper region of the device, which runs over a toothed wheel, in order in this way to obtain electrical energy.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Anlage mit einer Turbinenanord- nung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche im Hinblick auf ihren Wir- kungsgrad weiter verbessert wurde sowie einen technisch zuverlässigen Dauerbetrieb bei möglichst geringem Wartungsaufwand ermöglicht. The object of the present invention is to provide an alternative system with a turbine arrangement of the type mentioned at the outset, which has been further improved in terms of its efficiency and enables technically reliable continuous operation with as little maintenance expenditure as possible.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Anlage mit einer Turbinenanordnung der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. The solution to this problem is provided by a system with a turbine arrangement of the type mentioned at the beginning with the features of patent claim 1.
Die vorliegende Erfindung schlägt zur Lösung der vorgenannten Aufgabe vor, dass im zu- laufseitigen Bereich des Behälters eine motorisch angetriebene Pumpvorrichtung angeordnet ist, die das einlaufende Wasser einer konzentrisch innerhalb des Turbinenrads angeordneten Hohlkammer zuführt. Durch die im Rahmen der Erfindung eingesetzte Pumpvorrichtung wird es möglich, der Anlage pro Zeiteinheit ein größeres Volumen an zulaufendem Wasser zuzu- führen. Damit ist es nicht unbedingt erforderlich, den Zulauf in einem fließenden Gewässer mit ausreichend hoher Fließgeschwindigkeit anzuordnen, sondern es kommt grundsätzlich auch ein stehendes Gewässer in Betracht. Die Pumpvorrichtung saugt das Wasser an und lässt es dann mit einer definierten möglichst hohen Fließgeschwindigkeit in den Zulauf der Anlage, das heißt in den Zulauf des Behälters einströmen, so dass das Wasser auch bei Verwendung eines stehenden oder langsam fließenden Gewässers als Wasserquelle mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit in die Hohlkammer der Anlage einströmt. To achieve the above-mentioned object, the present invention proposes that a motor-driven pump device is arranged in the inlet area of the container, which feeds the incoming water to a hollow chamber arranged concentrically within the turbine wheel. The pump device used in the context of the invention makes it possible to supply the system with a larger volume of incoming water per unit of time. It is therefore not absolutely necessary to arrange the inflow in flowing water with a sufficiently high flow rate, but in principle a standing water can also be considered. The pumping device sucks in the water and then lets it flow into the inlet of the system, that is to say into the inlet of the tank, at a flow rate that is as high as possible, so that the water is sufficiently high as a water source even when standing or slowly flowing water is used Velocity flows into the hollow chamber of the system.
Der Behälter der Anlage weist einen oberseitigen Zulauf für einlaufendes Wasser auf, das heißt einen Zulauf direkt oberhalb des Behälters oder zumindest im oberen Bereich des Be- hälters. Man kann somit Wasser, welches aus einem stehenden oder fließenden Gewässer in die erfindungsgemäße Anordnung einfließt, so in den Behälter einströmen lassen, dass dieses direkt in die um ihre Achse rotierbar angeordnete Hohlkammer fließt, von der aus es dann weiter nach radial außen strömt. Dies ist besser, als das Wasser von unten her in die Hohlkammer einzusaugen, wie dies bei einer zuvor beschriebenen bekannten Anordnung der Fall ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann die kinetische Energie des von oben her in die Anordnung einströmenden Wassers optimal genutzt werden. Bevorzugt ist es so, dass der Zulauf einen etwa mittig im Bereich der Behälterachse ange- ordneten Kanal oder Stutzen umfasst, in den das einlaufende Wasser von oberhalb des Be- hälters her in diesen einströmt. Das einströmende Wasser gelangt somit von oben her in einem mittigen Bereich in Nähe der Behälterachse und in Nähe der Achse der rotierbaren Hohlkammer in den Behälter, so dass ein sehr kurzer Strömungsweg gegeben ist und das frische Wasser direkt in die Hohlkammer einströmt. Das Wasser strömt dann in der Hohl- kammer mit hoher Fließgeschwindigkeit radial nach außen, wobei diese hohe Fließge- schwindigkeit zunächst von der Pumpvorrichtung erzeugt wird, die das Wasser mit entspre- chend hohem Druck in den Zulauf der Anlage pumpt. The container of the system has an inlet on the top for incoming water, that is to say an inlet directly above the container or at least in the upper region of the container. Water which flows from a standing or flowing body of water into the arrangement according to the invention can thus be allowed to flow into the container in such a way that it flows directly into the hollow chamber which is rotatable about its axis and from which it then flows further radially outwards. This is better than drawing the water into the hollow chamber from below, as is the case with a known arrangement described above. In the solution according to the invention, the kinetic energy of the water flowing into the arrangement from above can be optimally used. It is preferred that the inlet comprises a channel or nozzle arranged approximately centrally in the region of the container axis, into which the incoming water flows into the container from above. The inflowing water thus enters the container from above in a central area near the container axis and near the axis of the rotatable hollow chamber, so that there is a very short flow path and the fresh water flows directly into the hollow chamber. The water then flows radially outward in the hollow chamber at a high flow rate, this high flow rate initially being generated by the pumping device, which pumps the water into the inlet of the system at a correspondingly high pressure.
Eine bevorzugte Weiterbildung er Erfindung sieht vor, dass das rotierende Turbinenrad die Hohlkammer um ihre Mittelachse rotierend antreibt, wobei dem Turbinenrad zugeordnete und zwischen Turbinenrad und Hohlkammer geschaltete Getriebemittel vorgesehen sind, mittels derer Antriebskräfte von dem Turbinenrad auf die Hohlkammer übertragen werden.A preferred further development of the invention provides that the rotating turbine wheel drives the hollow chamber in a rotating manner about its central axis, wherein transmission means assigned to the turbine wheel and connected between the turbine wheel and the hollow chamber are provided, by means of which drive forces are transmitted from the turbine wheel to the hollow chamber.
Bei dieser vorteilhaften Variante wird somit die Strömungsgeschwindigkeit des zulaufenden Wassers in der Hohlkammer dadurch weiter erhöht wird, dass die Hohlkammer um ihre mitti- ge Achse rotiert. In der Hohlkammer wird das Wasser dann radial nach außen geschleudert und kann über radial äußere Kanäle die Hohlkammer verlassen, wobei bevorzugt radial au- ßenseitig und somit an der stromabwärts gelegenen Seite der Hohlkammer Einwegventile vorgesehen sind, die diese Kanäle entgegen der Strömungsrichtung verschließen und ein etwaiges Rückströmen von Wasser in die Hohlkammer verhindern. In this advantageous variant, the flow velocity of the incoming water in the hollow chamber is further increased by the fact that the hollow chamber rotates about its central axis. The water is then thrown radially outward in the hollow chamber and can leave the hollow chamber via radially outer channels, whereby one-way valves are preferably provided radially on the outside and thus on the downstream side of the hollow chamber, which valves close these channels against the direction of flow and any Prevent water from flowing back into the hollow chamber.
Die Arbeitsweise der Anlage ist gemäß der vorstehenden Variante so, dass die Pumpvorrich- tung das Wasser in den Zulauf und somit in die Hohlkammer pumpt. Das aus der Hohlkam- mer ausströmende Wasser versetzt das Turbinenrad in Rotation. Das rotierend angetriebene Turbinenrad wiederum steht über die Getriebemittel mit einer Antriebswelle der Hohlkammer in Verbindung, wodurch auch die Hohlkammer in Rotation versetzt wird und somit die Aus- trittsgeschwindigkeit des nach außen hin aus der Hohlkammer ausströmenden Wassers auf- grund der Zentrifugalkraft weiter erhöht wird und das Wasser in eine radiale Strömung mit tangentialer Komponente gebracht wird, die so ausgerichtet ist, dass die Schaufeln des Tur- binenrads von ihrer Innenseite her in einer optimierten Richtung beaufschlagt werden. According to the variant above, the system works in such a way that the pump device pumps the water into the inlet and thus into the hollow chamber. The water flowing out of the hollow chamber sets the turbine wheel in rotation. The rotatingly driven turbine wheel, in turn, is connected to a drive shaft of the hollow chamber via the gear means, which also causes the hollow chamber to rotate and thus the outflow speed of the water flowing outward from the hollow chamber is further increased due to the centrifugal force, and that Water is brought into a radial flow with a tangential component, which is oriented in such a way that the blades of the turbine wheel are acted upon from the inside in an optimized direction.
Weiterhin kann gemäß einer vorteilhaften konstruktiven Lösung im Rahmen der vorliegenden Erfindung der für den Zulauf des einlaufenden Wassers vorgesehene Stutzen oder die Lei- tung etwa mittig in der Anlage in axialer Ausrichtung und von der Unterseite der Pumpvor- richtung direkt in den mittigen Bereich der Hohlkammer führen und dieser von der Oberseite her das einlaufende Wasser zuführen, wodurch sich eine sehr kompakte Bauweise ergibt. Es kann beispielsweise eine Pumpe verwendet werde, die radial von außen her Wasser an- saugt und dieses etwa axial, im vorliegenden Fall nach unten hin ausstößt. Furthermore, according to an advantageous constructive solution within the scope of the present invention, the connector provided for the inlet of the incoming water or the line can lead approximately centrally in the system in an axial direction and from the underside of the pump device directly into the central region of the hollow chamber and feed the incoming water from the top, which results in a very compact design. It For example, a pump can be used which sucks in water radially from the outside and expels it approximately axially, in the present case downwards.
Die Antriebsachse der Hohlkammer kann beispielsweise mittig von deren Unterseite her ausgehen und sich konzentrisch innerhalb einer Anordnung von Bauelementen der Getrie- bemittel befinden. The drive axis of the hollow chamber can, for example, extend from the center of its underside and be located concentrically within an arrangement of components of the transmission means.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Behälter ein von einem Bereich unterhalb des Turbinen- rads ausgehendes, vorzugsweise von einem unteren Bereich des Behälters ausgehendes Ablaufrohr für aus dem Behälter ablaufendes Wasser aufweist. Der Einlauf des zulaufenden frischen Wassers erfolgt somit von oben her, während das Wasser bevorzugt im unteren Bereich aus dem Behälter wieder abläuft. Bei dieser Konzeption kann im Betrieb in einem Zeitintervall ein großes Wasservolumen die erfindungsgemäße Anordnung durchströmen. Das Ablaufen des Wassers erfolgt in einem Bereich der Anordnung, welcher sich unterhalb der mechanischen Einbauten und der rotierenden Bauelementen befindet. It is preferably provided that the container has a drain pipe for water flowing out of the container, starting from a region below the turbine wheel, preferably starting from a lower region of the container. The inflow of fresh water is thus carried out from above, while the water preferably drains out of the container in the lower area. With this concept, a large volume of water can flow through the arrangement according to the invention during operation in a time interval. The water runs off in an area of the arrangement which is located below the mechanical internals and the rotating components.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind innerhalb desjenigen Teils des Behälters, welcher das Wasservolumen aufnimmt, dem Turbinenrad zugeordnete Getriebe- mittel angeordnet, um Antriebskräfte von dem rotierenden Turbinenrad auf die rotierende Hohlkammer zu übertragen. Dabei ist festzuhalten, dass das aus der Hohlkammer radial nach außen hin ausströmende Wasser das Turbinenrad antreibt und in Rotation versetzt. Diese durch Rotation des Turbinenrads erzeugte mechanische Energie kann über die noch im Detail näher erläuterten Getriebemittel auch zum rotierenden Antrieb der Hohlkammer genutzt werden. Außerdem dient natürlich die Rotation des Turbinenrads wie bei einer her- kömmlichen Turbine dazu, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. According to a preferred development of the invention, gear means assigned to the turbine wheel are arranged within that part of the container which receives the water volume in order to transmit driving forces from the rotating turbine wheel to the rotating hollow chamber. It should be noted that the water flowing radially outwards from the hollow chamber drives the turbine wheel and sets it in rotation. This mechanical energy generated by rotation of the turbine wheel can also be used for the rotating drive of the hollow chamber via the gear means, which will be explained in more detail below. In addition, of course, the rotation of the turbine wheel, like a conventional turbine, serves to convert mechanical energy into electrical energy.
Eine bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Getriebemittel wenigstens ein von dem Turbinenrad angetriebenes Zahnrad umfassen sowie einen mit die- sem Zahnrad im Eingriff stehenden Zahnriemen, welcher mit einem weiteren Zahnrad in Kontakt steht, welches kleiner ist als das angetriebene Zahnrad so dass eine Übersetzung von der Rotationsbewegung des Turbinenrads zu derjenigen der Hohlkammer entsteht. A preferred development of the present invention provides that the gear means comprise at least one gear wheel driven by the turbine wheel and a toothed belt which is in engagement with this gear wheel and which is in contact with a further gear wheel which is smaller than the driven gear wheel so that a translation arises from the rotational movement of the turbine wheel to that of the hollow chamber.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das weitere Zahnrad auf einer ersten Antriebswelle angeordnet, welche parallel zu einer zweiten Antriebswelle verläuft, durch die die rotierende Hohlkammer angetrieben wird. Diese zweite Antriebswelle dreht sich dann mit einer höheren Drehzahl als das über das Wasser angetriebene Turbinen- rad selbst. Die so auf die genannten Getriebemittel einwirkenden Rotationskräfte kann man über weitere Getriebeelemente auf eine Antriebsachse der Hohlkammer übertragen. According to a preferred development of the present invention, the further gearwheel is arranged on a first drive shaft, which runs parallel to a second drive shaft, through which the rotating hollow chamber is driven. This second drive shaft then rotates at a higher speed than the turbine driven by the water. wheel itself. The rotational forces acting on the gear means mentioned can be transmitted to a drive axis of the hollow chamber via further gear elements.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind weitere Getriebe- mittel vorgesehen, um bei der Übertragung von Antriebskräften von dem rotierenden Turbi- nenrad auf die rotierende Hohlkammer eine Übersetzung zu schaffen. Hier kann man bei- spielsweise über eine weitere Kombination aus Zahnrädern und einem Zahnriemen eine zu- sätzliche Übersetzung schaffen, um so bei gegebener Drehzahl des rotierenden Turbinen- rads eine wesentlich höhere Drehzahl der rotierenden Hohlkammer zu erzielen. According to a preferred development of the present invention, further gear means are provided in order to create a translation when driving forces are transferred from the rotating turbine wheel to the rotating hollow chamber. Here, for example, a further combination of gear wheels and a toothed belt can be used to create an additional gear ratio in order to achieve a significantly higher speed of the rotating hollow chamber at a given speed of the rotating turbine wheel.
Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass die weiteren Getriebemittel wenigs- tens ein auf der Abtriebsseite der Antriebswelle angeordnetes größeres Zahnrad umfassen, über welches ein Zahnriemen läuft, der Antriebskräfte auf die Antriebswelle der rotierenden Hohlkammer überträgt. Durch eine zuvor geschilderte einfache oder auch eine doppelte Übersetzung kann man auf diese Weise ausgehend von einer langsameren Rotation des Turbinenrads eine gegebenenfalls erheblich schnellere Rotation der Hohlkammer erzielen. A preferred variant of the invention provides that the further gear means comprise at least one larger gearwheel arranged on the output side of the drive shaft, via which a toothed belt runs, which transmits drive forces to the drive shaft of the rotating hollow chamber. By means of a previously described single or a double translation, it is possible in this way, starting from a slower rotation of the turbine wheel, to achieve a possibly considerably faster rotation of the hollow chamber.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung kann es beispielsweise so sein, dass die weiteren Getriebemittel ein auf der Antriebswelle der rotierenden Hohlkammer angeordnetes weiteres Zahnrad umfassen, welches kleiner ist als das Zahnrad, so dass zwischen der An- triebswelle des Turbinenrads und der Antriebswelle des Hohlkammer eine Übersetzung ge- schaffen wird. According to a preferred variant of the invention, it can be the case, for example, that the further gear means comprise a further gearwheel which is arranged on the drive shaft of the rotating hollow chamber and which is smaller than the gearwheel, so that there is one between the drive shaft of the turbine wheel and the drive shaft of the hollow chamber Translation is created.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Hohlkammer so geformt, dass über einen Rohrstutzen axial in die Hohlkammer einströmendes Wasser in der Hohlkammer umgelenkt wird, dann über mehrere radial nach außen gerichtete Arme in der Hohlkammer radial nach außen hin strömt und radial außenseitig aus der Hohlkammer ausströmt. According to a development of the invention, the hollow chamber is shaped such that water flowing axially into the hollow chamber is deflected in the hollow chamber via a pipe socket, then flows radially outward in the hollow chamber via a plurality of radially outwardly directed arms and flows radially outward from the hollow chamber .
Vorzugsweise sind weiterhin radial außenseitig an den Armen der Hohlkammer Einwegventi- le vorgesehen, die nur einen Wasserstrom aus der Hohlkammer nach außen hin zulassen. Furthermore, one-way valves are preferably provided radially on the outside on the arms of the hollow chamber, which only allow water to flow out of the hollow chamber to the outside.
Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. The features mentioned in the subclaims relate to preferred developments of the task solution according to the invention. Further advantages of the invention result from the following detailed description.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Be- zugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: The present invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show:
Figur 1 eine Seitenansicht der Pumpvorrichtung der erfindungsgemäßen Anlage im teilwei- sen Längsschnitt;  Figure 1 is a side view of the pumping device of the system according to the invention in partial longitudinal section;
Figur 2a einen schematisch vereinfachten Längsschnitt durch die Hohlkammer einer erfin- dungsgemäßen Anlage; FIG. 2a shows a schematically simplified longitudinal section through the hollow chamber of a system according to the invention;
Figur 2b eine Draufsicht auf die Hohlkammer gemäß der Darstellung von Figur 2a; Figure 2b is a plan view of the hollow chamber as shown in Figure 2a;
Figur 3 eine schematisch vereinfachte Draufsicht auf das Turbinenrad einer beispielhaften erfindungsgemäßen Anlage; FIG. 3 shows a schematically simplified plan view of the turbine wheel of an exemplary system according to the invention;
Figur 4 eine schematisch vereinfachte Ansicht einer beispielhaften Anordnung der An- triebsachsen und der Getriebemittel einer erfindungsgemäßen Anlage; FIG. 4 shows a schematically simplified view of an exemplary arrangement of the drive axes and the gear means of a system according to the invention;
Figur 5 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht der gesamten Anlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im teilweisen Längsschnitt. Figure 5 is a schematically simplified side view of the entire system according to an embodiment of the present invention in partial longitudinal section.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die Figur 5 der grundsätzliche Aufbau einer beispiel- haften erfindungsgemäßen Anlage zur Umwandlung mechanischer Energie aus Wasserkraft näher beschrieben. Die Anlage umfasst einen größeren beispielsweise etwa zylindrischen Behälter 51 , der ein Wasservolumen aufnimmt und auf einem Untergrund 55 steht. Im obe- ren Bereich des Behälters 51 ist ein Zulauf 14 für einlaufendes Wasser vorgesehen, welches beispielsweise aus einem stehenden Gewässer oder auch aus einem fließenden Gewässer zuläuft. Um den Zulauf des Wassers in den Behälter 51 zu unterstützen ist auf der Oberseite des Behälters ein Pumpvorrichtung 1 1 vorgesehen, die beispielsweise über einen Elektromo- tor angetrieben wird. Durch die Pumpvorrichtung 11 wird das Wasser von radial außen her angesaugt, wobei sich oberhalb des eigentlichen Einlaufs in den Behälter in einem schalen- förmigen Behältnis 13 das aus dem Zulauf 14 kommende Wasser gegebenenfalls zunächst sammeln kann, wo es dann von der Pumpvorrichtung 11 angesaugt wird. Die Pumpvorrich- tung kann beispielsweise so arbeiten, dass sie das von radial außen angesaugt Wasser axial und etwa zentrisch nach unten hin ausstößt, so dass es über einen axialen Stutzen in den Behälter gelangt. Das Wasser gelangt so von der Pumpvorrichtung über einen axialen Strö- mungskanal 52 oder einen Rohrstutzen direkt von oberhalb in eine Hohlkammer 2, deren Funktion im Einzelnen später noch anhand der Detaildarstellung von Figur 2 näher erläutert wird. Die vorgenannte Hohlkammer 2 liegt konzentrisch innerhalb eines um seine mittige Achse rotierend angetriebenen Turbinenrads 3, welches in der Figur 3 im Detail dargestellt ist und anhand dieser Zeichnung weiter unten noch näher erläutert wird. In axialer Richtung unter- halb des Turbinenrads 3 ist ein Getriebe angeordnet, mittels dessen Rotationskräfte von dem Turbinenrad 3 auf die Hohlkammer 2 übertragen werden können. Das Wasser verlässt, nachdem es die Turbine angetrieben und von innen nach außen durchströmt hat, die Turbi- nenanordnung an deren Außenseite und gelangt so in den Behälter 51 , wo es nach unten hin strömt. An der Unterseite weist der Behälter 51 einen vorzugsweise vom unteren Bereich ausgehenden Ablauf 53 in Form eines Ablaufrohrs oder einer Ablaufleitung auf, so dass das oben über den Zulauf 14 einströmende Wasser den Behälter 51 wieder verlassen kann. Die- se Ablaufleitung 53 ist in Figur 5 nur schematisch dargestellt und kann beispielsweise sich nach unten hin erstrecken, so dass ein Ablaufen des Wassers aus dem Behälter mit Freige- fälle erfolgt. Das ablaufende Wasser kann aber gegebenenfalls auch aus dem Behälter 51 abgepumpt werden. Wichtig ist nur, dass das pro Zeiteinheit in den Behälter 51 einlaufende Wasservolumen bei stationärem Betrieb der Turbinenanordnung im gleichen Zeitraum den Behälter 51 wieder verlässt. Hier ist natürlich zu berücksichtigen, dass der Behälter 51 gege- benenfalls ein sehr großes Fassungsvermögen haben kann und je nach Strömungsge- schwindigkeit des Gewässers bzw. Gefälle auf der Zulaufseite sowie der Leistung der Pumpvorrichtung 11 , die das Einströmen des Wassers unterstützt und beschleunigt, ein gro- ßes Wasservolumen mit hoher Geschwindigkeit in den Behälter 51 einlaufen kann. First, the basic structure of an exemplary system according to the invention for converting mechanical energy from hydropower is described in more detail with reference to FIG. The system comprises a larger, for example approximately cylindrical, container 51 which holds a water volume and stands on a base 55. In the upper area of the container 51 there is an inlet 14 for incoming water, which for example flows in from standing water or also from flowing water. In order to support the inflow of water into the tank 51, a pump device 11 is provided on the top of the tank, which is driven, for example, by an electric motor. The water is sucked in radially from the outside by the pump device 11, the water coming from the inlet 14 being able to collect first in a bowl-shaped container 13 above the actual inlet into the container, where it is then sucked in by the pump device 11 . The pump device can, for example, work in such a way that it ejects the water drawn in radially from the outside axially and approximately centrally downwards, so that it reaches the container via an axial connection piece. The water thus arrives from the pump device via an axial flow channel 52 or a pipe socket directly from above into a hollow chamber 2, the function of which will be explained in more detail later with reference to the detailed illustration in FIG. 2. The aforementioned hollow chamber 2 lies concentrically within a turbine wheel 3 which is driven in rotation about its central axis and which is shown in detail in FIG. 3 and will be explained in more detail below with reference to this drawing. A gear is arranged in the axial direction below the turbine wheel 3, by means of which rotational forces can be transmitted from the turbine wheel 3 to the hollow chamber 2. After it has driven the turbine and has flowed through it from the inside to the outside, the water leaves the turbine arrangement on its outside and thus reaches the tank 51, where it flows downward. On the underside, the container 51 has an outlet 53, preferably starting from the lower region, in the form of a drain pipe or an outlet line, so that the water flowing in via the inlet 14 can leave the container 51 again. This drain line 53 is only shown schematically in FIG. 5 and can, for example, extend downwards, so that the water drains out of the container with a free fall. The running water can also be pumped out of the container 51 if necessary. It is only important that the volume of water entering the container 51 per unit of time leaves the container 51 again in the same period of time during stationary operation of the turbine arrangement. Of course, it should be taken into account here that the container 51 can have a very large capacity and, depending on the flow speed of the water or gradient on the inlet side and the power of the pump device 11, which supports and accelerates the inflow of water large volume of water can enter the container 51 at high speed.
In dem in Höhenrichtung gesehen etwa mittleren Bereich 60 des Behälterinneren, in dem sich das rotierende Turbinenrad 3 und das Getriebe befinden, welches über eine Halterung 59 an der Innenseite der Behälterwandung gelagert ist, kann sich ein Luftvolumen befinden, so dass das mit hoher Geschwindigkeit radial außen aus dem Turbinenrad 3 ausströmende Wasser mit Freigefälle aus dem Turbinenrad ablaufen kann und in Richtung der Pfeile im Behälter nach unten strömt, wo sich ein Wasserpegel 62 von stehendem Wasser im Behälter ausbildet. An air volume can be located in the region 60 of the interior of the container, as seen in the vertical direction, in which the rotating turbine wheel 3 and the gearbox are located, which is mounted on the inside of the container wall via a holder 59, so that this is radial at high speed water flowing out from the turbine wheel 3 can flow freely from the turbine wheel and flows downward in the direction of the arrows in the container, where a water level 62 of standing water forms in the container.
Nachfolgend wird auf die Figur 1 Bezug genommen und anhand dieser werden der Aufbau und die Funktion der Pumpvorrichtung 11 näher erläutert. Es ist der Elektromotor auf der Oberseite der Pumpvorrichtung dargestellt, der die Pumpvorrichtung antreibt. Das Wasser wird über den zeitlichen Zulauf 14 der Pumpvorrichtung zugeführt, sammelt sich dann in dem Becken oder Behältnis 13 und wird von der Pumpvorrichtung radial angesaugt, so dass es zunächst unterhalb eines plattenförmigen Bauteils 12 der Pumpvorrichtung 11 von außen nach innen strömt und danach über einen axial mittig unterhalb der Pumpvorrichtung verlau- fenden Kanal in Richtung der Pfeile 17 nach unten hin ausgestoßen wird, so dass das Was- ser über eine untere Öffnung 16 des Kanals in die Hohlkammer 2 einströmt. Es handelt sich somit in dem Ausführungsbeispiel um eine radial/axial arbeitende Pumpvorrichtung 11 oder Zentrifugalpumpe. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass grundsätzlich auch andere Typen von Pumpvorrichtungen für den erfindungsgemäßen Zweck verwendet werden können. In the following, reference is made to FIG. 1 and the construction and the function of the pump device 11 are explained in more detail with reference to this. The electric motor on the top of the pump device is shown, which drives the pump device. The water is supplied to the pumping device via the temporal inlet 14, then collects in the basin or container 13 and is sucked in radially by the pumping device, so that it first flows from below to the outside under a plate-shaped component 12 of the pumping device and then via one axially in the middle below the pumping device fenden channel in the direction of arrows 17 downwards, so that the water flows into the hollow chamber 2 via a lower opening 16 of the channel. In the exemplary embodiment, it is therefore a radially / axially operating pump device 11 or centrifugal pump. However, it should be pointed out that basically other types of pump devices can also be used for the purpose according to the invention.
Die Hohlkammer 2 ist in den Figuren 1 a und 2 b für sich genommen dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Figur 2 a zeigt eine Seitenansicht der Hohlkammer im teilwei- sen Längsschnitt. Man erkennt, dass der Zulauf des Wassers, welches von der in Figur 1 dargestellten Pumpvorrichtung 1 1 kommt, axial in Richtung des Pfeils 28 durch einen Rohr- stutzen 24 oder dergleichen von oben her in das Innere der Hohlkammer 2 hinein erfolgt. Wie die Pfeile 29 zeigen erfolgt dann in dem sich an seiner Unterseite trichterartig etwas erweiternden Rohrstutzen eine Umlenkung der Strömungsrichtung von einer axialen Strö- mung in eine radiale Strömung in der eigentlichen Hohlkammer von innen nach außen hin, wo das Wasser dann nach radial außenseitig aus der Hohlkammer 2 ausströmt. Dabei sind im radial äußeren Bereich der Hohlkammer 2 jeweils Einwegventile 23 angeordnet, die eine Strömung aus der Hohlkammer 2 nach außen hin nur in einer Richtung zulassen, ein Rück- strömen in Gegenrichtung hinein in die Hohlkammer jedoch verhindern. The hollow chamber 2 is shown individually in FIGS. 1 a and 2 b and is explained in more detail below. FIG. 2 a shows a side view of the hollow chamber in partial longitudinal section. It can be seen that the inflow of the water, which comes from the pump device 11 shown in FIG. 1, takes place axially in the direction of arrow 28 through a pipe socket 24 or the like from above into the interior of the hollow chamber 2. As the arrows 29 show, a deflection of the flow direction from an axial flow into a radial flow in the actual hollow chamber takes place from the inside to the outside in the pipe socket, which widens somewhat like a funnel on the underside, where the water then radially outwards from the Hollow chamber 2 flows out. In this case, one-way valves 23 are arranged in the radially outer region of the hollow chamber 2, which only allow outward flow out of the hollow chamber 2 in one direction, but prevent backflow into the hollow chamber in the opposite direction.
Die Hohlkammer 2 wird nicht unmittelbar über einen eigenen Antrieb angetrieben, kann aber um ihre in Figur 2a dargestellte Antriebsachse 41 rotierend angetrieben werden und zwar mittelbar über Getriebemittel, über die das rotierende Turbinenrad 3 mit der Achse 41 der Hohlkammer 2 verbunden ist, was später noch näher erläutert wird. Die Antriebsachse 41 erstreckt sich mittig in axialer Richtung von der Hohlkammer 2 ausgehend nach unten. Auf der Antriebsachse 41 befindet sich im unteren Bereich ein Zahnrad 50, über das ein Dreh- moment von dem Turbinenrad 3 übertragen werden kann. The hollow chamber 2 is not driven directly by its own drive, but can be driven to rotate about its drive axis 41 shown in FIG. 2a and indirectly via gear means via which the rotating turbine wheel 3 is connected to the axis 41 of the hollow chamber 2, which will be explained later is explained in more detail. The drive axis 41 extends downwards in the middle in the axial direction from the hollow chamber 2. A gear 50 is located on the drive shaft 41 in the lower region, via which a torque can be transmitted from the turbine wheel 3.
Aus der Draufsicht der Hohlkammer 2 gemäß Figur 2 b ergibt sich, dass die eigentliche Hohlkammer eine zylindrische äußere Wandung 21 aufweist und von dem mittigen axialen Rohrstutzen 24 ausgehend sich mehrere Arme 22 radial nach außen hin erstrecken, die über den Umfang verteilt und jeweils mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei sich diese Arme 22 jeweils nach außen hin im Querschnitt verjüngen, so dass sich eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit nach außen hin ergibt. Das Wasser strömt dann mit erhöhter Geschwindigkeit nach außen hin durch die Einwegventile 23 aus dem Hohlraum der Arme 22 der Hohlkammer 2 aus. Der radiale Abstand von der Achsmitte der Hohlkammer 2 bis zum Austrittspunkt aus der Hohlkammer an den Einwegventilen 23 ist mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet. Die Hohlkammer hat eine flachzylindrische Form und ähnelt einer hohlen Scheibe, die ober- seitig und unterseitig sowie an ihrem Umfang allseitig geschlossen ist bis auf mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Kanäle in den Armen 22, die nach außen hin über die Ein- wegventile 23 offen sind. Wenn angetrieben über die mit dem Turbinenrad in Wirkverbindung stehenden Getriebemittel eine Rotation der Hohlkammer um ihre Achse erzeugt wird, dann wird durch diese die Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit noch verstärkt und das Wasser tritt mit hoher Geschwindigkeit aus der Hohlkammer 2 aus und wird auf die Innensei- te der Schaufeln 33 des Turbinenrads 3 geschleudert, welches in gleicher Höhe in dem Be- hälter 51 angeordnet ist, wobei das Turbinenrad 3 die Hohlkammer 2 außenseitig mit etwas Abstand zu dem äußeren Ende der Kanäle in den Armen 22 ringförmig konzentrisch umgibt. From the top view of the hollow chamber 2 according to FIG. 2 b, it follows that the actual hollow chamber has a cylindrical outer wall 21 and, starting from the central axial pipe socket 24, a plurality of arms 22 extend radially outwards, which are distributed over the circumference and in each case at a distance are arranged to each other, these arms 22 tapering in cross-section towards the outside, so that there is an increase in the flow velocity towards the outside. The water then flows outward at a higher speed through the one-way valves 23 from the cavity of the arms 22 of the hollow chamber 2. The radial distance from the center of the axis of the hollow chamber 2 to the point of exit from the hollow chamber at the one-way valves 23 is designated by the reference numeral 25. The hollow chamber has a flat cylindrical shape and resembles a hollow disk which is closed on the top and bottom and on all sides on its circumference except for a plurality of channels in the arms 22 which are distributed over the circumference and which are open to the outside via the one-way valves 23 are. If a rotation of the hollow chamber about its axis is generated driven by the gear means that are operatively connected to the turbine wheel, this accelerates the acceleration of the flow velocity and the water emerges from the hollow chamber 2 at high speed and becomes on the inside of the blades 33 of the turbine wheel 3, which is arranged at the same height in the container 51, the turbine wheel 3 surrounding the hollow chamber 2 on the outside at a distance from the outer end of the channels in the arms 22 concentrically in a ring.
Das Turbinenrad 3 ist für sich genommen in der Draufsicht in Figur 3 dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Das Turbinenrad 3 umfasst eine untere Basisscheibe 32, auf der die Schaufeln 33 montiert sind. In Figur 3 erkennt man, dass das Turbinenrad 3 meh- rere über den Umfang verteilt angeordnete und jeweils mit Abstand zueinander angeordnete Schaufeln 33 aufweist, die von dem mit hoher Geschwindigkeit aus der Hohlkammer 2 aus- strömenden Wasser von ihrer Innenseite her beaufschlagt werden, da ja die Hohlkammer 2 konzentrisch innerhalb des Turbinenrads 3 liegt. Diese Schaufeln 33 können innenseitig im Grundriss etwa trapezförmige oder auch in sich gewölbte Flächen aufweisen, auf die das aus der Hohlkammer austretende Wasser auftrifft. Aufgrund der teilweise tangentialen Ausrich- tung der Schaufeln 33 führen die mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden Wasserstrahlen aus der Hohlkammer 2 zu einem rotierenden Antrieb des Turbinenrads 3 um seine Mittel achse. Die Energie dieser Rotationsbewegung wird auf ein erstes oberes Zahnrad 34 über- tragen, welches auf der Achse des Turbinenrads 3 befestigt ist und mit diesem rotiert. The turbine wheel 3 is shown as a top view in FIG. 3 and is described in more detail below. The turbine wheel 3 comprises a lower base disk 32, on which the blades 33 are mounted. In FIG. 3 it can be seen that the turbine wheel 3 has a plurality of blades 33 which are distributed over the circumference and are spaced apart from one another and which are acted upon from the inside by the water flowing out of the hollow chamber 2 at high speed, since yes, the hollow chamber 2 is concentric within the turbine wheel 3. The inside of these blades 33 may have trapezoidal or even curved surfaces on the inside, on which the water emerging from the hollow chamber impinges. Due to the partially tangential orientation of the blades 33, the water jets impinging at high speed from the hollow chamber 2 lead to a rotating drive of the turbine wheel 3 about its central axis. The energy of this rotational movement is transmitted to a first upper gear wheel 34, which is fastened on the axis of the turbine wheel 3 and rotates with it.
Der genauere Aufbau der Getriebemittel, über die Antriebsenergie von dem rotierenden Tur- binenrad 3 auf die nicht über einen eigenen Antrieb verfügende Hohlkammer 2 übertragen werden kann, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur 4 näher erläutert, in der im Wesentlichen nur das Getriebe in einer Seitenansicht dargestellt ist. The more precise structure of the transmission means, via which drive energy can be transmitted from the rotating turbine wheel 3 to the hollow chamber 2 which does not have its own drive, is explained in more detail below with reference to FIG. 4, in which essentially only the transmission in one Side view is shown.
In Figur 4 erkennt man das zuvor erwähnte erste Zahnrad 34 auf der Antriebsachse des Tur- binenrads 3, welches auch in Figur 3 dargestellt ist. Über dieses erste Zahnrad 34 läuft ein erster Zahnriemen 44, welcher von dem Zahnrad 34 angetrieben wird und welcher seiner- seits ein radial weiter außen angeordnetes zweites Zahnrad 45 antreibt, welches einen ge- ringeren Durchmesser und weniger Zähne aufweist als das erste Zahnrad 34. Somit dreht sich das zweite Zahnrad 45 schneller als das erste Zahnrad 34. Dieses zweite Zahnrad 45 ist auf einer Welle 46 angeordnet, die über Lager 47 rotierbar gelagert ist und die sich parallel und radial weiter außen zu der nach unten hin verlängerten Antriebsachse 31 des Turbinen- rads 3 erstreckt. Diese Welle 46 erstreckt sich von dem zweiten Zahnrad 45 aus nach unten hin und auf dieser Welle 46 ist im unteren Bereich ein drittes Zahnrad 48 angeordnet, wel- ches einen größeren Durchmesser und somit mehr Zähne aufweist als das oben auf der Welle 46 angeordnete zweite Zahnrad 45. Über dieses dritte Zahnrad 48 läuft wiederum ein zweiter Zahnriemen 49, der radial weiter innen über ein viertes Zahnrad 50 läuft, welches im Durchmesser kleiner ist als das dritte Zahnrad 48, so dass die Rotation des dritten Zahnrads 48 bei Übertragung der Kraft des zweiten Zahnriemens 49 zu einer demgegenüber schnelle- ren Rotation des vierten Zahnrads 50 führt und somit eine Übersetzung von dem dritten Zahnrad 48 und der Welle 46 auf das vierte Zahnrad 50 gegeben ist. 4 shows the previously mentioned first gear 34 on the drive axis of the turbine wheel 3, which is also shown in FIG. A first toothed belt 44 runs over this first toothed wheel 34, which is driven by the toothed wheel 34 and which in turn drives a second toothed wheel 45 arranged radially further outward, which has a smaller diameter and fewer teeth than the first toothed wheel 34 the second gear 45 rotates faster than the first gear 34. This second gear 45 is arranged on a shaft 46 which is rotatably supported by bearings 47 and which extends parallel and radially further outward to the drive shaft 31 of the turbine wheel 3 which is extended downwards. This shaft 46 extends downward from the second gear 45 and on the shaft 46 a third gear 48 is arranged in the lower region, which has a larger diameter and thus more teeth than the second gear arranged on the top of the shaft 46 45. A third toothed belt 49 in turn runs over this third toothed wheel 48, which runs radially further inward via a fourth toothed wheel 50, which is smaller in diameter than the third toothed wheel 48, so that the rotation of the third toothed wheel 48 when the force of the second is transmitted Toothed belt 49 leads to a faster rotation of the fourth gear 50 and thus a translation from the third gear 48 and the shaft 46 to the fourth gear 50 is given.
Dieses vierte Zahnrad 50 steht in Verbindung mit dem unteren Ende der verlängerten Rotati- onsachse 41 der Hohlkammer 2, so dass über den Zahnriemen 49 und das Zahnrad 50 eine Antriebskraft auf die Antriebsachse 41 der Hohlkammer übertragen wird. Diese Antriebsach- se 41 ist über Lager 61 drehbar gelagert und verläuft konzentrisch innerhalb der hohl ausge- führten Turbinenachse 31 , welche wiederum über eigene Lager 42 rotierbar gelagert ist. Das gesamte Getriebe, die Wellen und die beiden Achse sind über eine Halterung 43 im Behälter 51 , beispielsweise an dessen Innenwandung oder an anderen tragenden Teilen des Behäl- ters 51 verankert. This fourth gear 50 is connected to the lower end of the elongated axis of rotation 41 of the hollow chamber 2, so that a driving force is transmitted to the drive axis 41 of the hollow chamber via the toothed belt 49 and the gear 50. This drive axis 41 is rotatably supported by bearings 61 and runs concentrically within the hollow turbine axis 31, which in turn is rotatably supported by its own bearings 42. The entire transmission, the shafts and the two axes are anchored via a holder 43 in the container 51, for example on its inner wall or on other supporting parts of the container 51.
Durch die Konzeption des zuvor beschriebenen Getriebes mit einer in dem Ausführungsbei- spiel doppelten Übersetzung führt die Rotation des Turbinenrads 3 zu einer höheren Dreh- geschwindigkeit der Antriebsachse 41 , über die die Hohlkammer 2 angetrieben werden kann. Die Antriebskraft für die Rotation des Turbinenrads 3 selbst und auch diejenige, die dazu dient, zusätzlich die Hohlkammer 2 in Rotation zu versetzen, wird somit von der Energie des einströmenden Wassers aufgebracht. As a result of the design of the above-described transmission with a double ratio in the exemplary embodiment, the rotation of the turbine wheel 3 leads to a higher rotational speed of the drive axis 41, via which the hollow chamber 2 can be driven. The driving force for the rotation of the turbine wheel 3 itself and also that which also serves to set the hollow chamber 2 in rotation is thus applied by the energy of the inflowing water.
In Figur 4 ist weiterhin erkennbar, dass die Rotationsachse 41 der Hohlkammer 2 über diver- se Lager 61 in einer statischen Struktur gelagert ist, die sich bei Rotation der Achse 41 nicht mitdreht. Diese statische Struktur ist beispielsweise über sich radial nach außen hin erstre- ckende Arme der Halterung 43 an der Innenseite der Wandung des Behälters 51 abgestützt und befestigt, so dass die durch die Rotation von Hohlkammer 2 und Turbinenrad 3 auftre- tenden Kräfte und Schwingungen aufgefangen und in tragende Teile der Turbinenanordnung eingeleitet werden. Die Turbinenachse 31 , die die Rotationsachse 41 der Hohlkammer 2 konzentrisch umgibt und etwas kürzer ist als diese, ist über die Lager 42 gelagert und diese Lager befinden sich ebenfalls in statischen Teilen der Halterung 43, so dass auch hier die Schwingungen aus der Rotationsbewegung aufgenommen werden. In FIG. 4 it can also be seen that the axis of rotation 41 of the hollow chamber 2 is supported by various bearings 61 in a static structure which does not rotate when the axis 41 rotates. This static structure is supported and fastened, for example, via arms of the holder 43 which extend radially outward on the inside of the wall of the container 51, so that the forces and vibrations arising from the rotation of the hollow chamber 2 and the turbine wheel 3 are absorbed and be introduced into supporting parts of the turbine assembly. The turbine axis 31, which concentrically surrounds the axis of rotation 41 of the hollow chamber 2 and is somewhat shorter than this, is supported by the bearings 42 and these Bearings are also located in static parts of the holder 43, so that the vibrations from the rotational movement are also absorbed here.
Der Behälter 51 weist wie man aus der Gesamtansicht der Anlage gemäß Figur 5 erkennen kann in seiner axialen Ausdehnung (Ausdehnung in Höhenrichtung) eine Teilung auf, so dass sich mehrere zylindrische Abschnitte des Behälters 51 ergeben, die über Flansche lös- bar miteinander verbunden sind, so dass man in einem Bereich, in dem sich die Einbauten befinden, den Behälter 51 öffnen kann, wenn man zu Zwecken der Wartung oder Reparatur Einbauten wie Zahnräder, Lager und dergleichen erreichen will. As can be seen from the overall view of the system according to FIG. 5, the container 51 has a division in its axial extent (expansion in the height direction), so that there are several cylindrical sections of the container 51 which are detachably connected to one another by flanges. so that one can open the container 51 in an area in which the internals are located, if one wants to reach internals such as gears, bearings and the like for purposes of maintenance or repair.
2 Hohlkammer 2 hollow chamber
3 Turbinenrad  3 turbine wheel
11 Pumpvorrichtung  11 pumping device
12 plattenförmiges Bauteil der Pumpe  12 plate-shaped component of the pump
13 Behältnis, Becken  13 container, basin
14 Zulauf für Wasser  14 Inlet for water
15 . Pfeil für Strömungsrichtung  15. Arrow for flow direction
16 Öffnung  16 opening
17 Pfeile für Wasserströmung  17 arrows for water flow
21 äußere zylindrische Wandung  21 outer cylindrical wall
22 Kanäle der Hohlkammer  22 channels of the hollow chamber
23 Einwegventil  23 one-way valve
24 Rohrstutzen, Kanal  24 pipe sockets, channel
25 radialer Abstand von der Achsmitte bis zum Austritt 25 radial distance from the center of the axis to the outlet
28 Pfeil für Strömungsrichtung 28 Arrow for flow direction
29 Pfeil, Strömungsrichtung des einlaufenden Wassers 29 Arrow, flow direction of the incoming water
31 Turbinenachse 31 turbine axis
32 Basisplatte der T urbine  32 Base plate of the turbine
33 Schaufeln des Turbinenrads  33 blades of the turbine wheel
34 Zahnrad auf der Achse des T urbinenrads  34 gear on the axis of the turbine wheel
41 Antriebsachse der Hohlkammer  41 drive axis of the hollow chamber
42 Lager der Turbinenachse  42 bearings of the turbine axis
43 Halterung des Getriebes  43 Gearbox bracket
44 Zahnriemen  44 timing belts
45 zweites kleineres Zahnrad  45 second smaller gear
46 Welle  46 wave
47 Lager  47 bearings
48 drittes größeres Zahnrad  48 third larger gear
49 Zahnriemen  49 timing belts
50 viertes kleineres Zahnrad  50 fourth smaller gear
51 Behälter  51 containers
52 axialer Strömungskanal  52 axial flow channel
53 Ablauf  53 process
55 Untergrund  55 underground
59 Halterung mittlerer Bereich des Behälterinneren Lager der Antriebsachse der Hohlkammer Wasserpegel 59 bracket middle area of the interior of the tank bearing the drive axis of the hollow chamber water level

Claims

Patentansprüche Claims
1. Anlage mit einer Turbinenanordnung zur Umwandlung von mechanischer Energie oder kinetischer Energie aus Wasserkraft in elektrische Energie, umfassend mindestens ein um seine Mittelachse rotierend antreibbares Turbinenrad, dessen Schaufeln von einem strömenden Fluid, insbesondere Wasser beaufschlagt werden, wobei das Turbinenrad (3) als Hohlrad ausgebildet ist und Schaufeln des Turbinenrads (3) von radial innenseitig her von mindestens einem Wasserstrom beaufschlagt werden und wobei das Turbinenrad (3) in einem Behälter (51 ) rotierend angeordnet ist, welcher ein Wasservolumen aufnimmt, wobei der Behälter einen oberseitigen Zulauf (14, 16) für einlaufendes Wasser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im zulaufseitigen Bereich des Behälters eine motorisch angetriebene Pumpvorrichtung (1 1 ) angeordnet ist, die das einlaufende Wasser einer konzentrisch inner- halb des Turbinenrads (3) angeordneten Hohlkammer (2) zuführt. 1. Plant with a turbine arrangement for converting mechanical energy or kinetic energy from hydropower into electrical energy, comprising at least one turbine wheel which can be driven to rotate about its central axis, the blades of which are acted upon by a flowing fluid, in particular water, the turbine wheel (3) being a ring gear is formed and blades of the turbine wheel (3) are acted upon radially on the inside by at least one water stream, and the turbine wheel (3) is arranged in a rotating manner in a container (51) which receives a water volume, the container having an inlet on the top (14, 16) for incoming water, characterized in that a motor-driven pump device (11) is arranged in the inlet-side area of the container, which supplies the incoming water to a hollow chamber (2) arranged concentrically within the turbine wheel (3).
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Turbinenrad (3) die Hohlkammer (2) um ihre Mittelachse rotierend antreibt, wobei dem Turbinenrad (3) zugeordnete und zwischen Turbinenrad (3) und Hohlkammer (2) geschaltete Getriebemittel (34, 44, 45) vorgesehen sind, mittels derer Antriebskräfte von dem Turbinenrad (3) auf die Hohlkammer (2) übertragen werden. 2. Plant according to claim 1, characterized in that the rotating turbine wheel (3) drives the hollow chamber (2) rotating about its central axis, with the turbine wheel (3) associated and between the turbine wheel (3) and hollow chamber (2) switched gear means (34 , 44, 45) are provided, by means of which drive forces are transmitted from the turbine wheel (3) to the hollow chamber (2).
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpvorrichtung (11 ) oberhalb der Turbinenanordnung angeordnet ist, die Pumpvorrichtung (11 ) Wasser von radi- al außen über einen Zulauf (14) ansaugt und dieses Wasser in axialer Strömung nach unten hin über einen Rohrstutzen (24) oder eine Leitung in den Behälter (51 ) gelangt, wobei das einlaufende Wasser direkt in die Hohlkammer (2) einläuft. 3. Plant according to claim 2, characterized in that the pumping device (11) is arranged above the turbine arrangement, the pumping device (11) sucks in water radially from the outside via an inlet (14) and this water in an axial flow downwards a pipe socket (24) or a line enters the container (51), the incoming water directly entering the hollow chamber (2).
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behäl- ter (51 ) ein von einem Bereich unterhalb des Turbinenrads (3) ausgehendes, vorzugsweise von einem unteren Bereich des Behälters (51 ) ausgehendes Ablaufrohr (53) für aus dem Behälter ablaufendes Wasser aufweist. 4. System according to one of claims 1 to 3, characterized in that the container (51) for a drain pipe (53) starting from a region below the turbine wheel (3), preferably from a lower region of the container (51) has water running out of the container.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getrie- bemittel wenigstens ein von dem Turbinenrad (3) angetriebenes Zahnrad (34) umfassen so- wie einen mit diesem Zahnrad (34) im Eingriff stehenden Zahnriemen (44), welcher mit ei- nem weiteren Zahnrad (45) in Kontakt steht, welches kleiner ist als das angetriebene Zahn- rad (34) so dass eine Übersetzung von der Rotationsbewegung des Turbinenrads (3) zu der- jenigen der Hohlkammer (2) entsteht. 5. Installation according to one of claims 2 to 4, characterized in that the transmission means comprise at least one gear wheel (34) driven by the turbine wheel (3) and a toothed belt (44) which is in engagement with this gear wheel (34). which is in contact with a further gear wheel (45) which is smaller than the driven gear wheel (34) so that a translation from the rotational movement of the turbine wheel (3) to that of the hollow chamber (2) occurs.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Zahnrad (45) auf einer ersten Antriebswelle (46) angeordnet ist, welche parallel zu einer zweiten Antriebswelle (41 ) verläuft, durch die die rotierende Hohlkammer (2) angetrieben wird. 6. Plant according to claim 5, characterized in that the further gear (45) is arranged on a first drive shaft (46) which runs parallel to a second drive shaft (41) through which the rotating hollow chamber (2) is driven.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Getriebemittel (48, 49, 50) vorgesehen sind, um bei der Übertragung von Antriebskräften von dem rotierenden Turbinenrad (3) auf die rotierende Hohlkammer (2) eine Übersetzung zu schaffen. 7. Installation according to one of claims 5 or 6, characterized in that further gear means (48, 49, 50) are provided in order to translate during the transmission of driving forces from the rotating turbine wheel (3) to the rotating hollow chamber (2) create.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Getriebemittel wenigstens ein auf der Abtriebsseite der ersten Antriebswelle (46) angeordnetes größeres Zahnrad (48) umfassen, über welches ein Zahnriemen (49) läuft, der Antriebskräfte auf die Antriebswelle (41 ) der rotierenden Hohlkammer (2) überträgt. 8. Plant according to claim 7, characterized in that the further gear means comprise at least one larger gearwheel (48) arranged on the output side of the first drive shaft (46), via which a toothed belt (49) runs, the driving forces on the drive shaft (41) transmits the rotating hollow chamber (2).
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Getriebemittel ein auf der Antriebswelle (41 ) der rotierenden Hohlkammer (2) angeordnetes weiteres Zahn- rad (50) umfassen, welches kleiner ist als das Zahnrad (48), so dass zwischen der ersten Antriebswelle (46) und der zweiten Antriebswelle (41 ) eine Übersetzung geschaffen wird. 9. Plant according to claim 8, characterized in that the further gear means comprise a further gearwheel (50) which is arranged on the drive shaft (41) of the rotating hollow chamber (2) and which is smaller than the gearwheel (48), so that between a translation is created for the first drive shaft (46) and the second drive shaft (41).
10. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine nur in einer Richtung wirkende Kupplung im Bereich der Antriebswelle (41 ) der Hohlkammer (2) vorgesehen ist, welche eine Übertragung von Antriebskräften von dem rotierenden Turbinen- rad (3) auf die rotierende Hohlkammer (2) erlaubt, jedoch eine Übertragung von Kräften von der rotierenden Hohlkammer (2) auf das rotierende Turbinenrad (3) verhindert. 10. Plant according to one of claims 2 to 9, characterized in that a unidirectional coupling is provided in the region of the drive shaft (41) of the hollow chamber (2) which transmits drive forces from the rotating turbine wheel (3rd ) to the rotating hollow chamber (2), but prevents the transfer of forces from the rotating hollow chamber (2) to the rotating turbine wheel (3).
11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohl- kammer (2) so geformt ist, dass über einen Rohrstutzen (24) axial in die Hohlkammer (2) einströmendes Wasser in der Hohlkammer umgelenkt wird, dann über mehrere radial nach außen gerichtete Arme (22) in der Hohlkammer (2) radial nach außen hin strömt und radial außenseitig aus der Hohlkammer (2) ausströmt. 11. Plant according to one of claims 1 to 10, characterized in that the hollow chamber (2) is shaped such that water flowing axially into the hollow chamber (2) is deflected in the hollow chamber via a pipe socket (24), then via a plurality of radially outwardly directed arms (22) in the hollow chamber (2) flows radially outwards and radially outwards from the hollow chamber (2).
12. Anlage nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass radial außenseitig an den Armen (22) der Hohlkammer (2) Einwegventile (23) vorgesehen sind, die nur einen Wasser- strom aus der Hohlkammer (2) nach außen hin zulassen. 12. Plant according to claim 11, characterized in that one-way valves (23) are provided radially on the outside on the arms (22) of the hollow chamber (2), which allow only a water flow from the hollow chamber (2) to the outside.
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CN113719393A (en) * 2021-08-27 2021-11-30 邢志国 Vortex type power generation mechanism for new energy power generation

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