DE112013001389T5

DE112013001389T5 - Water-circulating storage turbine

Info

Publication number: DE112013001389T5
Application number: DE112013001389.4T
Authority: DE
Inventors: Jiri Frolik; Jiri Nozicka; Renata Houbova
Original assignee: Czech Technical University In Prague
Current assignee: Czech Technical University In Prague
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2014-12-31
Also published as: WO2013135217A2; WO2013135217A3; CZ23692U1

Abstract

Die Wasserumlauf-Stauturbine, die aus einem rotierenden Teil (1) der Turbine mit zirkulierenden Flügeln (1.1) der Turbine besteht, die drehbar auf einer Zentralwelle (1.2) gelagert sind, die von einem Antriebsring (1.3) fortgerissen werden, der weiterhin mit quer angeordneten Durchdringungen (1.4) versehen ist, in denen die einzelnen zirkulierenden Flügel (1.1) der Turbine gleitend gelagert sind und wobei ein Drehmoment durch eine Verbindung vom Antriebsring (1.3) mit einer Ausgangswelle (1.5) ausgeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Teil (1) mit den zirkulierenden Flügeln (1.1) vertikal in einem offenen Gehäuse (2) gelagert ist, das durch gegenüberliegende Platten (2.1, 2.2) gebildet ist, die an der Stelle des rotierenden Teils (1) der rotierenden Maschine und einer teilweise gekrümmten Wand (3) fest miteinander verbunden sind und vor dem rotierenden Teil (1) in Gegenrichtung (s) der Strömung des Wasserstroms eine Anlaufwand (3.1) vorgesehen ist, die an die teilweise gekrümmte Wand (3) anknüpft, wobei eine Verbindungskante (3.2) der Anlaufwand (3.1) und die teilweise gekrümmte Wand (3) in einer Ebene liegen, die durch die Zentralwelle (1.2) und ihrem Schnittpunkt (p) mit den Platten (2.1, 2.2) bestimmt ist, und die mit der Richtung (e) der Strömung des Wasserstroms parallel verläuft, wobei das offene Gehäuse (2) in einem Grundblock (4) gelagert ist, der fest im Wasser platziert ist bzw. in dem offenen Gehäuse (2) an dem Wasserfahrzeug befestigt ist. Damit lässt sich die Wasserumlauf-Stauturbine auch an Flussströmen mit geringem Flussgefälle zur Erzeugung elektrischer Energie einsetzen.The water circulation dam turbine, which consists of a rotating part (1) of the turbine with circulating blades (1.1) of the turbine, which are rotatably mounted on a central shaft (1.2), which are torn away by a drive ring (1.3), which continues with transverse arranged penetrations (1.4) is provided in which the individual circulating blades (1.1) of the turbine are slidably mounted and a torque is performed by a connection between the drive ring (1.3) and an output shaft (1.5), is characterized in that the rotating Part (1) with the circulating blades (1.1) is mounted vertically in an open housing (2) which is formed by opposing plates (2.1, 2.2), which at the point of the rotating part (1) of the rotating machine and a partially curved wall (3) are firmly connected to each other and in front of the rotating part (1) in the opposite direction (s) of the flow of the water flow, a run-up wall (3.1) is provided, which is attached to the part l-way curved wall (3) is linked, with a connecting edge (3.2) of the run-up wall (3.1) and the partially curved wall (3) lying in a plane that is defined by the central shaft (1.2) and its intersection (p) with the plates (2.1 , 2.2) and which runs parallel to the direction (e) of the flow of the water flow, the open housing (2) being mounted in a base block (4) which is firmly placed in the water or in the open housing ( 2) is attached to the watercraft. This means that the water circulation dam turbine can also be used on river flows with low river gradients to generate electrical energy.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserumlauf-Stauturbine, die aus einem rotierenden Teil mit zirkulierenden Flügeln besteht, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a water circulating dam turbine, which consists of a rotating part with circulating wings, according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft eine Wasserumlauf-Stauturbine, die auf dem Prinzip der Kinematik einer Rotationsmaschine mit zirkulierenden Flügeln arbeitet und die vor allem für eine einfache Installation in Gewässern bestimmt ist, ohne einen nötigen Bau von Wasserwehren, Dämmen oder anderen unwiederbringlichen Baueingriffen zu erfordern, die die Ökologie, Topographie, Wasserstraßen und ihre natürliche Umwelt negativ beeinflussen.The invention relates to a recirculating water dam turbine, which operates on the principle of kinematics of a rotary machine with circulating wings and which is intended primarily for easy installation in waters, without requiring the necessary construction of waterfalls, dams or other irretrievable construction operations, which Ecology, topography, waterways and their natural environment adversely affect.

Die überwiegende Mehrheit der bekannten Wassermotoren und Turbinen benötigt zur Betriebsweise einen Anstieg des Wasserspiegels, um eine potentielle Fallenergie des Wassers zu erhalten, die dann diese Motoren und Turbinen in mechanische Energie umwandeln kann. Diese Anforderung führt zu der Notwendigkeit eines Ausbaus umfangsreicher Bauwerke auf den Gewässern, die unwiederbringlich die natürliche Optik und Funktion verändern, sowie eine negative Auswirkung auf die Fauna und die Flora haben und eventuell auch den Schiffsverkehr einschränken. Die größten Wasserwerke, wie Assuan in Ägypten, Itaipu in Brasilien, der Drei-Schluchten-Staudamm in China, dokumentieren ausreichend die negativen Auswirkungen dieser Bauwerke auf die Umwelt, einschließlich der Umsiedlung einer hohen Zahl der Einwohner und der Verformung dieser Ströme und deren Auswirkungen auf den Wasserverlust und die Degeneration der Umwelt in ihrer folgenden Progression. Diese Veränderungen begleiten jedes größere oder kleinere Bauwerk eines Staudamms oder Wasserwehrs und sind in den meisten Fällen unwiederbringlich.The vast majority of known water engines and turbines require an increase in water level to operate in order to obtain a potential fall energy of the water, which can then convert these engines and turbines into mechanical energy. This requirement leads to the need for the development of large-scale structures on the waters, which irretrievably change the natural appearance and function, and have a negative impact on the fauna and flora and may also restrict the shipping traffic. The largest waterworks, such as Aswan in Egypt, Itaipu in Brazil, the Three Gorges Dam in China, adequately document the negative impact of these structures on the environment, including the relocation of large numbers of inhabitants and their deformation and impact the loss of water and the degeneration of the environment in their subsequent progression. These changes accompany every larger or smaller structure of a dam or water weir and are irretrievable in most cases.

Aus diesen Gründen erschien in der Vergangenheit eine Reihe von Ausführungsformen von Wassermaschinen, wie z. B. die allgemein bekannten Wasserräder, insbesondere für das Grundwasser, die aber eigentlich keinen Wasserstromfall benötigen. Die Nachteile dieser Ausführungsform liegen jedoch darin, dass für die vorgesehene Leistung ein Bauwerk von größerem Ausmaß sowie eine große bebaute Fläche mit eingeschränkter Beweglichkeit erforderlich sind, da man diese im ganzen nicht in die Wasserströme unter der Wasserfläche installieren kann. Darüber hinaus gibt es noch andere Wassermaschinen, aber ihre Bauweise benötigt praktisch in den meisten Fällen einen größeren oder geringeren Wasserstromfall. Damit sind dazu auch Peripheriegeräte erforderlich, darunter auch der Bau von künstlichen Dämmen, Oberwasser- und Wasserzufuhrkanäle, was im Wesentlichen schon in den natürlichen Charakter von Wasserstraßen eingreift und zu ihren Störungen beiträgt.For these reasons, appeared in the past a number of embodiments of water machines, such. As the well-known water wheels, especially for the groundwater, but actually do not need a stream of water. The disadvantages of this embodiment, however, are that for the intended performance, a building of greater extent and a large built-up area with limited mobility are required because you can install them as a whole not in the water streams under the water surface. In addition, there are other water machines, but their construction requires practically in most cases a greater or lesser flow of water. This also requires peripheral equipment, including the construction of artificial dams, overflow and water supply channels, which essentially interferes with the natural character of waterways and contributes to their disruption.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Wasserumlauf-Stauturbine zu schaffen, die es ermöglicht, Energie von den Wasserläufen zu gewinnen, und zwar mit minimaler Zerstörung der Flüsse und ihrer Umgebung, und dennoch in der Lage ist, die kinetische Energie der Wasserströmung in den Flusskanälen entlang der ganzen Stromlänge ohne künstliche Erhöhung der Wasserfallhöhe zu gebrauchen, wobei die Anbringung dieser Geräte an fast jedem Ort des Wasserstromes möglich ist. Sie würde auch ihre Wiederanbringung im Falle einer Regulierung der Flussbette und eine andere Aufbereitung der Strömung und ihrer Umgebung ermöglichen. Als ein geeignetes Mittel, um dieses Ziel zu erreichen, scheint die Verwendung von einem kinematischen Rotorteil einer Rotordrehmaschine mit zirkulierenden Flügeln zu sein, wie in der tschechischen Patentschrift Nr. 290702 beschrieben ist, dessen Bauweise in einer aufbereiteten Form seine Nutzung ermöglicht, auch für die Funktion der Wassermaschine, vor allem für die Installation von kleinen Wasserwerken.It is an object of the invention to provide a recirculating water dam which allows energy to be extracted from the watercourses with minimal destruction of the rivers and their environment, yet capable of absorbing the kinetic energy of the water flow in the flow channels along the entire length of the stream without any artificial increase in the height of the waterfall, the attachment of these devices being possible at almost every location of the water stream. It would also allow its re-installation in the event of river bed regulation and other treatment of the river and its surroundings. As a suitable means to accomplish this goal, the use of a kinematic rotor portion of a rotary vane rotary machine appears to be as shown in U.S. Pat Czech Patent No. 290702 Its construction in a recycled form allows its use, also for the function of the water machine, especially for the installation of small waterworks.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The stated object is solved by the features of claim 1.

Dies ist nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die Wasserumlauf-Stauturbine, die aus einem rotierenden Teil mit zirkulierenden Flügeln besteht, die drehbar auf einer Zentralwelle montiert sind, die exzentrisch durch einen gelagerten Ring, der mit radial angeordneten Durchdringungen versehen ist, fortgerissen werden, wobei in Durchdringungen einzeln zirkulierende Flügel verschiebbar gelagert sind, und ein Drehmoment durch das Verbinden des Rings mit einer Ausgangswelle herausgeführt ist. Gemäß der Erfindung, deren Grundlage darin liegt, dass der rotierende Teil mit den zirkulierenden Flügeln vertikal in einem offenen Gehäuse gelagert ist, das durch gegenüberliegende Platten und zum Teil von einer gekrümmten Wand gebildet ist, die an der Stelle des rotierenden Teils der Drehmaschine fest miteinander verbunden sind. Zugleich ist es von einer Anlaufwand vor dem rotierenden Teil in Wasserstromgegenrichtung gebildet, die an die teilweise gekrümmte Wand anknüpft. Die Verbindungskante der Anlaufwand und die teilweise gekrümmte Wand liegen dabei in einer Ebene, die durch die Achse der Zentralwelle gegeben ist, und zum Schnittpunkt mit den Platten liegt. Die Kante ist weiter parallel zu der Wasserstromrichtung ausgeführt, und ein geöffnetes Gehäuse ist dabei in einem Grundblock gelagert, der fest im Wasserlauf befestigt bzw. in dem geöffneten Gehäuse zum Wasserfahrzeug befestigt ist.This is achieved according to the invention in that the recirculating water accumulation turbine, which consists of a rotating part with circulating wings, which are rotatably mounted on a central shaft, which is carried away eccentrically by a bearing ring, which is provided with radially arranged penetrations, wherein in penetrations individually circulating wings are slidably mounted, and a torque is brought out by connecting the ring to an output shaft. According to the invention, the basis of which is that the rotating part with the circulating vanes is supported vertically in an open housing formed by opposed plates and partly by a curved wall fixed to each other at the location of the rotating part of the lathe are connected. At the same time it is formed by a ramp wall in front of the rotating part in Wasserstromgegenrichtung, which connects to the partially curved wall. The connecting edge of the starting wall and the partially curved wall lie in a plane which is given by the axis of the central shaft, and lies at the intersection with the plates. The edge is carried out further parallel to the water flow direction, and an open housing is mounted in a basic block which is firmly fixed in the watercourse or fixed in the open housing to the vessel.

Die rotierenden Teile der Turbine sind seitenverkehrt in einem Paar quer zur Strömungsrichtung der Wasserströmung angeordnet.The rotating parts of the turbine are arranged laterally reversed in a pair transverse to the flow direction of the water flow.

Auf der Ausgangswelle ist ein elektrischer Stromgenerator angeschlossen. On the output shaft, an electric power generator is connected.

Die Vorteile der Wasserumlauf-Stauturbine gemäß dieser Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die gesamte Vorrichtung auf relativ einfache Weise montiert werden kann, entweder fest in dem Flussstrom ohne Anforderungen an einen Ausbau von Dämmen und anderen Flussregulierungen, die den Wasserspiegelunterschied und die Wasserstromhöhen vergrößern, die für eine Funktion der bekannten Vorrichtungen benötigt werden. In diesem Fall reicht lediglich der Druck der Wassersäule in der normalen Wasserströmung. Das Gerät kann auch an der Vorderseite oder an einem Seitenteil des Wasserfahrzeugs platziert werden, das nach der Verankerung in dem Wasserstrom oder auch bei Fahrt und dem Umströmen des Wasserfahrzeugkörpers seine Funktion zum Erzeugen der elektrischen Energie erfüllen kann.The advantages of the recirculating water damper according to this invention are, in particular, that the entire apparatus can be mounted in a relatively simple manner, either fixed in the flow stream without requirements for expansion of dams and other flow regulations that increase the water level difference and water flow levels needed for a function of the known devices. In this case, only the pressure of the water column in the normal water flow is sufficient. The device can also be placed on the front or on a side part of the watercraft, which can fulfill its function of generating the electrical energy after anchoring in the water flow or even when driving and flowing around the vessel body.

Die Erfindung wird durch die Zeichnung an einem Beispiel einer Wasserumlauf-Stauturbine näher erläutert. Es zeigen:The invention is further illustrated by the drawing with reference to an example of a water circulation accumulation turbine. Show it:

1 einen Vertikalschnitt A-A des rotierenden Teils der Turbine und deren Lagerung in einem offenen Gehäuse, 1 a vertical section AA of the rotating part of the turbine and its storage in an open housing,

2 einen Querschnitt B-B des rotierenden Teils der Turbine mit der teilweise gekrümmten Wand des offenen Gehäuses, 2 a cross section BB of the rotating part of the turbine with the partially curved wall of the open housing,

3 eine Querschnitts-Ansicht der Lagerung des rotierenden Teils der Turbine auf der Platte, die gemeinsam mit der Form der teilweise gekrümmten Wand und mit dem Anschluss der Anlaufwand ist, 3 a cross-sectional view of the bearing of the rotating part of the turbine on the plate, which is common to the shape of the partially curved wall and with the connection of the starting wall,

4 die gleiche Lagerung des rotierenden Teils der Turbine mit alternativ angepassten Durchdringungen der zirkulierenden Flügel vom Antriebsring, 4 the same bearing of the rotating part of the turbine with alternatively adapted penetrations of the circulating wings of the drive ring,

5 eine seitenverkehrte Lagerung der rotierenden Teile der Turbine und der Lagerung mit entsprechender Ausführungsform der Anlaufwände, 5 a reversed mounting of the rotating parts of the turbine and the storage with a corresponding embodiment of the starting walls,

6 eine Seitenansicht einer Wasserumlauf-Stauturbine und ihr Anschluss an einen elektrischen Generator und 6 a side view of a water circulation accumulation turbine and its connection to an electric generator and

7 die Einrichtung gemäß 6 in Grundriss-Ansicht. 7 the device according to 6 in floor plan view.

In der 1 ist im Schnitt A-A, der klar in 2 eingezeichnet ist, vertikal in einem offenen Gehäuse 2 zwischen Platten 2.1, 2.2 ein rotierender Teil 1 der Turbine gelagert. 1 zeigt auch, wo die gesamte Einrichtung in Bezug auf die Achse einer Zentralwelle 1.2 in einem festen Grundblock 4, der in dem Wasserstrom platziert ist, gelagert ist. Der rotierende Teil 1 ist von einer fest verankerten Zentralwelle 1.2 gebildet, auf der drehbar zirkulierende Flügel 1.1 der Turbine gelagert sind, die mit Hilfe eines Antriebsrings 1.3 mit einer Ausgangswelle 1.5 verbunden sind. Die gesamte Vorrichtung ist in den Wasserstrom eingetaucht.In the 1 is on average AA, who is clearly in 2 is located vertically in an open housing 2 between plates 2.1 . 2.2 a rotating part 1 stored the turbine. 1 also shows where the whole device in relation to the axis of a central shaft 1.2 in a solid basic block 4 which is placed in the water flow is stored. The rotating part 1 is from a firmly anchored central shaft 1.2 formed on the rotatable circulating wings 1.1 The turbine are mounted using a drive ring 1.3 with an output shaft 1.5 are connected. The entire device is immersed in the water stream.

2 zeigt im Querschnitt B-B, der in 1 eingezeichnet ist, den rotierenden Teil 1 der Turbine, wo die zirkulierenden Flügel 1.1 zu erkennen sind, die drehbar auf einer Zentralwelle 1.2 montiert sind, und über einen Antriebsring 1.3 fortgerissen werden, den sie in den Penetration-Stellen überqueren. 2 shows in cross-section BB, the in 1 is located, the rotating part 1 the turbine, where the circulating wings 1.1 can be seen, which rotatably on a central shaft 1.2 are mounted, and via a drive ring 1.3 which they cross in the Penetration Points.

3 zeigt eine Querschnittansicht, in der, und auch in Draufsicht, die Gesamtkonfiguration des rotierenden Teils 1 der Turbine zu erkennen ist, mit einer teilweise gekrümmten Wand 3, die an der Stelle einer Verbindungskante 3.2 an eine Anlaufwand 3.1 anknüpft, die den Wasserstrom in Richtung s so lenkt, so dass dieser nur auf eine Hälfte des rotierenden Teils 1 der Turbine führt, wo die zirkulierenden Flügel 1.1 in eine maximale Position außerhalb ausgerückt werden. Dabei ist diese Zone von der Ebene abgegrenzt, die von der Achse der Zentralwelle 1.2 definiert ist, und vom Schnittpunkt p dieser Ebene mit der Platte 2.2, wobei der Schnittpunkt p parallel zur Richtung s der Strömung des Wasserlaufs verläuft. 3 shows a cross-sectional view, in the, and in plan view, the overall configuration of the rotating part 1 the turbine can be seen, with a partially curved wall 3 at the point of a connecting edge 3.2 to a starting wall 3.1 linked, which directs the flow of water in the direction s, so that this only to one half of the rotating part 1 the turbine leads where the circulating wings 1.1 be disengaged to a maximum position outside. In this case, this zone is delimited from the plane that is the axis of the central shaft 1.2 is defined, and from the intersection p of this plane with the plate 2.2 , wherein the intersection point p is parallel to the direction s of the flow of the watercourse.

4 zeigt eine Querschnittansicht und eine Draufsicht der Gesamtkonfiguration des rotierenden Teils 1, wobei 4 mit 3 identisch ist, wo jedoch Durchdringungen 1.4 der zirkulierenden Flügel 1.1 von einem Antriebsring 1.3 alternativ mit drehbar gelagerten Leisten 1.6 versehen sind, zwischen denen die zirkulierenden Flügel 1.1 gleitend gelagert sind. 4 shows a cross-sectional view and a plan view of the overall configuration of the rotating part 1 , in which 4 With 3 is identical, but where penetrations 1.4 the circulating wing 1.1 from a drive ring 1.3 alternatively with rotatably mounted strips 1.6 between which are the circulating wings 1.1 are slidably mounted.

5 zeigt eine Querschnittansicht und eine Draufsicht einer seitenverkehrten Ausführungsform, wobei die rotierenden Teile 1 der Turbine nebeneinander quer zur Richtung s der Strömung des Wasserlaufs gelagert sind, und zu dieser Konfiguration sind die teilweise gekrümmte Wand 3 und die Anlaufwand 3.1 in der Form angepasst. 5 shows a cross-sectional view and a plan view of a reversed embodiment, wherein the rotating parts 1 of the turbine are juxtaposed transversely to the direction s of the flow of the watercourse, and to this configuration are the partially curved wall 3 and the starting wall 3.1 adapted in the form.

6 zeigt eine Seitenansicht und in einem Teilabschnitt den rotierenden Teil 1 der Turbine, der unter der Oberfläche h der Wasserströmung gelagert ist und ihren Anschluss an einen Stromgenerator 5, der über der Oberfläche h des Wasserstroms angebracht ist, und seine Befestigung an 6, 6.1 in einem Grundblock 4. 6 shows a side view and in a section of the rotating part 1 the turbine, which is stored under the surface h of the water flow and its connection to a power generator 5 Mounted above the surface h of the water flow, and its attachment 6 . 6.1 in a basic block 4 ,

7 zeigt in der Draufsicht die gesamte Einrichtung, wo der erkennbare rotierende Teil 1 an einen Stromgenerator 5 angeschlossen ist, wobei diese 7 aus der Konfiguration der 6 abgeleitet ist. Das grundlegende Merkmal der Wasserumlauf-Stauturbine ist eine einseitige direkte Wirkung des Wasserdrucks auf die ausgerückten zirkulierenden Flügel 1.1 der Turbine. So wird ein Drehmoment des rotierenden Teils 1 der Turbine erzeugt, das weiterhin über eine Ausgangswelle 1.5 auf den Stromgenerator 5 übertragen wird oder gegebenenfalls auf eine andere Maschine, die den Eingang des Drehmoments erfordert. 7 shows in plan view the entire device where the recognizable rotating part 1 to a power generator 5 is connected, this being 7 from the configuration of 6 is derived. The basic feature of the water recirculation blast turbine is a one-sided direct effect of the water pressure on the disengaged circulating blades 1.1 the turbine. This is how a torque of the rotating part 1 the turbine generates, which continues via an output shaft 1.5 on the power generator 5 or, if necessary, to another machine requiring the input of torque.

Claims

Recirculating water accumulation turbine consisting of a rotating part ( 1 ) with circulating wings ( 1.1 ) which is rotatable on a central shaft ( 1.2 ) and by a drive ring ( 1.3 ), which continues to be provided with transverse penetrations ( 1.4 ), in which the individual circulating wings ( 1.1 ) of the turbine are slidably mounted, wherein a torque by a connection from the drive ring ( 1.3 ) with an output shaft ( 1.5 ), characterized in that the rotating part ( 1 ) with the circulating wings ( 1.1 ) vertically in an open housing ( 2 ) supported by opposing plates ( 2.1 . 2.2 ) formed in the rotating part ( 1 ) of the machine and a partially curved wall ( 3 ) are firmly connected to each other in front of the rotating part ( 1 ) in the opposite direction (s) of the flow of the water flow a starting wall ( 3.1 ) provided on the partially curved wall ( 3 ), wherein a connecting edge ( 3.2 ) of the starting wall ( 3.1 ) and the partially curved wall ( 3 ) is mounted in a plane passing through the central shaft ( 1.2 ) and its point of intersection (p) with the plates ( 2.1 . 2.2 ) which is parallel to the direction (e) of the flow of the water flow, the open housing ( 2 ) in a basic block ( 4 ), which is placed firmly in the water or the open housing ( 2 ) is attached to a watercraft.

Recirculating water accumulation turbine according to claim 1, characterized in that the rotating parts ( 1 ) of the turbine are arranged reversed in a pair transverse to the flow direction (s) of the water flow.

Water circulation accumulation turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the output shaft ( 1.5 ) to a power generator ( 5 ) connected.