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DE102014226682B3 - Underwater turbine for converting hydrodynamic energy into electrical energy and method for cleaning an underwater turbine - Google Patents

Underwater turbine for converting hydrodynamic energy into electrical energy and method for cleaning an underwater turbine Download PDF

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DE102014226682B3
DE102014226682B3 DE102014226682.3A DE102014226682A DE102014226682B3 DE 102014226682 B3 DE102014226682 B3 DE 102014226682B3 DE 102014226682 A DE102014226682 A DE 102014226682A DE 102014226682 B3 DE102014226682 B3 DE 102014226682B3
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DE
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rake
underwater turbine
underwater
inlet
closed position
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DE102014226682.3A
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German (de)
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Ioakim Giagtzidis
Stefan Wurster
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Abstract

Es wird eine Unterwasserturbine zum Umwandeln von hydrodynamischer Energie in elektrische Energie mit einem Einlauf und einem Rechen bereitgestellt, wobei der Rechen zwischen einer Schließposition, in welcher er vor dem Einlauf für ein Abfangen von Schwemmgut angeordnet ist, und einer Öffnungsposition, in welcher er den Einlauf zumindest teilweise freigibt und für ein Abreinigen von festgesetztem Schwemmgut geeignet angeordnet ist, verschwenkbar gelagert ist. Die Unterwasserturbine weist eine Anpresseinrichtung auf, die einen Strömungswiderstand bildet und mittels derer der Rechen in der Schließposition an den Einlauf anpressbar ist. Ferner wird ein Verfahren zum Reinigen einer solchen Unterwasserturbine vorgeschlagen. Eine Unterwasserturbine mit einem verschwenkbar am Einlauf gelagerten Rechen ist mit wenig Aufwand herstellbar, robust und einfach zu reinigen, und dadurch insbesondere für den Einsatz in entlegenen Gebieten geeignet.There is provided an underwater turbine for converting hydrodynamic energy into electrical energy with an inlet and a rake, the rake being arranged between a closed position in which it is arranged upstream of the inlet for scavenging and an opening position in which it enters the inlet at least partially releases and is suitably arranged for cleaning of fixed Schwemmgut is pivotally mounted. The underwater turbine has a pressing device which forms a flow resistance and by means of which the rake can be pressed against the inlet in the closed position. Furthermore, a method for cleaning such an underwater turbine is proposed. An underwater turbine with a rake pivotably mounted at the inlet can be produced with little effort, robust and easy to clean, and thus particularly suitable for use in remote areas.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Unterwasserturbine zum Umwandeln von hydrodynamischer Energie, z. B. der Wasserströmung eines Flusses, in elektrische Energie. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Reinigen einer Unterwasserturbine.The present invention relates to an underwater turbine for converting hydrodynamic energy, e.g. B. the water flow of a river, into electrical energy. In addition, the present invention relates to a method for cleaning an underwater turbine.

Unterwasserturbinen sind insbesondere solche Turbinen, die in einem Fluss oder im Meer installiert und dort von der entsprechenden Strömung angetrieben werden. Eine Unterwasserturbine kann einen oder mehrere Schwimmkörper aufweisen und darüber hinaus vertäut sein, um sie in geeigneter Tiefe in dem entsprechenden Fluss oder im Meer zu halten.Underwater turbines are in particular those turbines which are installed in a river or in the sea and driven there by the corresponding flow. An underwater turbine may have one or more floats and in addition may be moored to hold them at the appropriate depth in the appropriate river or sea.

Schwemmgut stellt eine Gefahr für den Betrieb und die Lebensdauer von Unterwasserturbinen dar, da es, falls es in die Unterwasserturbine gelangt, wichtige Teile, beispielsweise die Rotor-Generator-Einheit, beschädigen kann. Zudem muss sichergestellt werden, dass Menschen und Tiere, insbesondere Fische, nicht in Kontakt mit dem sich drehenden Rotor kommen.Scum material poses a risk to the operation and life of underwater turbines as, if it enters the underwater turbine, it can damage important parts such as the rotor-generator unit. In addition, it must be ensured that humans and animals, especially fish, do not come into contact with the rotating rotor.

Zur Abwendung dieser Gefahr wird üblicherweise ein Rechen zum Abfangen von Schwemmgut vor dem Einlauf einer entsprechenden Unterwasserturbine installiert. Eine derartige Anordnung ist aus der EP 2 388 472 A1 oder aus der AT 329 459 B bekannt. Der Rechen verhindert, dass Schwemmgut in die Unterwasserturbine gelangt. Dabei wird darauf geachtet, den Leistungsverlust der Unterwasserturbine durch den Rechen, der den Flussquerschnitt verringern und Wirbel erzeugen kann, zu minimieren. Ein Problem ist hierbei, dass sich Schwemmgut am Rechen festsetzen und dadurch die Leistung der Unterwasserturbine vermindern kann. Deshalb sollte der Rechen einer Unterwasserturbine regelmäßig gereinigt werden.To avert this danger, a rake is usually installed to capture alluvial material before the inlet of a corresponding underwater turbine. Such an arrangement is known from EP 2 388 472 A1 or from the AT 329 459 B known. The rake prevents alluvial material from entering the underwater turbine. Care is taken to minimize the power loss of the underwater turbine by the rake, which can reduce the flow area and create swirls. One problem here is that debris can settle on the rake and thereby reduce the performance of the underwater turbine. Therefore, the rake of an underwater turbine should be cleaned regularly.

Üblicherweise wird zum Abreinigen von am Rechen festgesetztem Schwemmgut die gesamte Unterwasserturbine aus dem Wasser gehoben. Alternativ dazu werden Taucher eingesetzt, die den Rechen unter Wasser reinigen.Usually, the entire underwater turbine is lifted out of the water to clean off of the rake set Schwemmgut. Alternatively, divers are used to clean the rake underwater.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Reinigung des Rechens einer Unterwasserturbine zu vereinfachen.Against this background, the present invention seeks to simplify the cleaning of the rake an underwater turbine.

Demgemäß wird eine Unterwasserturbine zum Umwandeln von hydrodynamischer Energie in elektrische Energie mit einem Einlauf und einem Rechen vorgeschlagen. Der Rechen ist zwischen einer Schließposition und einer Öffnungsposition verschwenkbar gelagert. In der Schließposition ist der Rechen für ein Abfangen von Schwemmgut vor dem Einlauf geeignet angeordnet. Die Unterwasserturbine weist ferner eine Anpresseinrichtung auf, die einen Strömungswiderstand bildet und mittels derer der Rechen in der Schließposition an den Einlauf anpressbar ist. In der Öffnungsposition gibt der Rechen den Einlauf zumindest teilweise frei und ist für ein Abreinigen von festgesetztem Schwemmgut geeignet angeordnet.Accordingly, an underwater turbine is proposed for converting hydrodynamic energy into electrical energy having an inlet and a rake. The rake is pivotably mounted between a closed position and an open position. In the closed position of the rake is arranged for catching Schwemmgut before the inlet suitable. The underwater turbine further comprises a pressing device which forms a flow resistance and by means of which the rake can be pressed against the inlet in the closed position. In the open position, the rake at least partially clears the inlet and is suitably arranged for cleaning off fixed alluvial material.

Die Unterwasserturbine kann einen Einlauf, einen Austritt, mindestens einen Rotor, einen Generator und/oder ein Gehäuse aufweisen. Die Unterwasserturbine ist parallel zu einer Wasserströmung ausgerichtet, wobei der Einlauf der Unterwasserturbine stromaufwärts zeigt. Die Wasserströmung strömt durch die Unterwasserturbine und treibt den Rotor an, welcher, beispielsweise über eine Welle, das Drehmoment auf den Generator überträgt, der die hydrodynamische Energie der Wasserströmung in elektrische Energie umwandelt. Dabei kann ein Getriebe zwischen dem Rotor und dem Generator geschaltet sein. Der Einlauf der Unterwasserturbine kann als eine Einlaufdüse ausgestaltet sein. Der Austritt der Unterwasserturbine kann als ein Austrittsdiffusor ausgestaltet sein. Der Rotor ist vorzugsweise in einem Gehäuse, beispielsweise in Form einer Ummantelung, gelagert. Unter einem Rumpf der Unterwasserturbine wird der Teil der Unterwasserturbine ohne einen vorgeschalteten Rechen verstanden.The underwater turbine may have an inlet, an outlet, at least one rotor, a generator and / or a housing. The underwater turbine is aligned parallel to a water flow with the inlet of the underwater turbine facing upstream. The water flow flows through the underwater turbine and drives the rotor, which, for example via a shaft, transmits the torque to the generator, which converts the hydrodynamic energy of the water flow into electrical energy. In this case, a transmission can be connected between the rotor and the generator. The inlet of the underwater turbine can be configured as an inlet nozzle. The outlet of the underwater turbine may be configured as an outlet diffuser. The rotor is preferably mounted in a housing, for example in the form of a jacket. Under a hull of the underwater turbine, the part of the underwater turbine is understood without an upstream rake.

Zum Abfangen von Schwemmgut ist ein Rechen am Einlauf der Unterwasserturbine angebracht. Der Rechen kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass er sich entlang einer Achse erstreckt, die die Längsachse des Rumpfes der Unterwasserturbine einlaufseitig fortsetzt. Dabei kann der Rechen insbesondere einen Querschnitt aufweisen, der sich entlang dieser Achse hin zu einer Spitze verjüngt. Die Spitze des Rechens kann scharfkantig, gewölbt oder flach sein.For catching alluvial material, a rake is attached to the inlet of the underwater turbine. The rake can in particular be designed so that it extends along an axis which continues the inlet side of the longitudinal axis of the hull of the underwater turbine. In this case, the rake can in particular have a cross section which tapers along this axis to a point. The tip of the rake can be sharp-edged, arched or flat.

Eine Schließposition des Rechens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche des Rechens den Einlauf der Unterwasserturbine vollständig abdeckt, um ein Hineingelangen von Schwemmgut in den Rumpf bzw. den Einlauf der Unterwasserturbine zu verhindern.A closed position of the rake is characterized in that the base of the rake completely covers the inlet of the underwater turbine, in order to prevent an entry of alluvial material into the hull or the inlet of the underwater turbine.

Mit der Zeit kann sich das am Rechen festgesetzte Schwemmgut akkumulieren, was dazu führt, dass sich der Wasserdurchfluss durch die Unterwasserturbine verringert bzw. sich der Staudruck an der der Strömung ausgesetzten Projektionsfläche erhöht. Eine Abreinigung von am Rechen festgesetztem Schwemmgut ist erforderlich, um die Leistung der Unterwasserturbine wiederherzustellen. Dazu wird nun der Rechen in eine Öffnungsposition verschwenkt, in der er gereinigt werden kann. Vorzugsweise kann der Rechen mit Hilfe eines Werkzeugs, beispielsweise eines Greifarms, eines Hakens oder einer Harke, möglicherweise in Verbindung mit einem Stab oder einem Seil, in die Öffnungsposition verschwenkt werden. Das Verschwenken des Rechens kann insbesondere von einem Boot, von einem Ufer und/oder von einem über der Wasserturbine befindlichen Bauwerk aus ausgeführt werden. So ist es nicht notwendig, die Unterwasserturbine aus dem Wasser herauszuheben oder unter Wasser zu arbeiten.Over time, accumulated on the rake flooding accumulate, which means that the water flow through the underwater turbine is reduced or increases the back pressure on the flow-exposed projection surface. A cleaning of alluvial matter fixed at the rake is required to restore the performance of the underwater turbine. For this purpose, the rake is now pivoted into an open position in which it can be cleaned. Preferably, the rake can with the help of a tool, For example, a gripping arm, a hook or a rake, possibly in conjunction with a rod or a rope, are pivoted into the open position. The pivoting of the rake can be carried out in particular from a boat, from a shore and / or from a structure located above the water turbine. So it is not necessary to lift the underwater turbine out of the water or to work underwater.

Alternativ könnte das Verschwenken des Rechens zwischen der Schließ- und Öffnungsposition auch mittels eines Elektromotors erfolgen.Alternatively, the pivoting of the rake between the closed and open position could also be done by means of an electric motor.

Grundsätzlich ist eine beliebige Richtung für die Schwenkbewegung des Rechens denkbar. Diese kann vertikal (nach oben oder unten) sowie horizontal (nach links oder rechts) erfolgen. Aus Gründen der leichteren Zugänglichkeit des Rechens sowie dessen leichter Schließung per Eigengewicht wird jedoch die vertikale Schwenkbewegung nach oben bevorzugt.In principle, any direction for the pivoting movement of the rake is conceivable. This can be vertical (up or down) and horizontal (left or right). However, for reasons of easier accessibility of the rake and its easy closure by own weight, the vertical pivotal movement is preferred upwards.

Die vorgeschlagene Unterwasserturbine zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus, umfasst einfach herzustellende Teile und ist robust. Teile der Unterwasserturbine, insbesondere der Rechen, können damit auch am Einsatzort hergestellt oder repariert werden. Daher ist die Unterwasserturbine auch für den Einsatz in entlegenen, insbesondere schwer zugänglich Gebieten geeignet.The proposed underwater turbine is characterized by a simple structure, includes easy-to-produce parts and is robust. Parts of the underwater turbine, in particular the rake, can thus also be manufactured or repaired on site. Therefore, the underwater turbine is also suitable for use in remote, particularly difficult to access areas.

Als Schwemmgut werden insbesondere Gegenstände bezeichnet, die sich an und/oder unter der Wasseroberfläche befinden und im Wasser schwimmen und/oder mit der Wasserströmung treiben. Das Schwemmgut kann insbesondere Müll oder Teile von Pflanzen, beispielsweise Stämme, Äste, Zweige und/oder Blätter von Bäumen, umfassen.Floors are in particular objects that are located on and / or below the water surface and swim in the water and / or drift with the flow of water. In particular, the debris may include refuse or parts of plants, such as stems, branches, branches and / or leaves of trees.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Rechen nach oben verschwenkbar, wobei der Rechen dazu eingerichtet ist, in der Öffnungsposition aus der Wasseroberfläche herauszuragen.According to one embodiment, the rake is pivotable upward, wherein the rake is adapted to protrude out of the water surface in the open position.

Wenn der Rechen aus der Wasseroberfläche herausragt, kann der Aufwand für eine Reinigung des Rechens reduziert werden. So ist eine bessere Sicht und Erreichbarkeit des Rechens als bei einer Reinigung unter Wasser gewährt. Beispielsweise kann die Reinigung von einem Boot, von einem Ufer oder von einem über der Unterwasserturbine befindlichen Bauwerk aus erfolgen.If the rake protrudes from the water surface, the expense of cleaning the rake can be reduced. Thus, a better visibility and accessibility of the rake is granted than with a cleaning under water. For example, the cleaning may take place from a boat, from a shore or from a structure located above the underwater turbine.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform führt der Rechen eine Schwenkbewegung von 70°–110°, insbesondere von 85°–95°, durch, um ausgehend von der Schließposition in die Öffnungsposition zu gelangen.According to a further embodiment, the rake performs a pivoting movement of 70 ° -110 °, in particular of 85 ° -95 °, in order to move from the closed position to the open position.

Entsprechend ist der Rechen in seiner Öffnungsposition so angeordnet, dass die Rechenachse senkrecht zur Längsachse des Rumpfs, insbesondere dessen Spitze nach oben weist.Accordingly, the rake in its open position is arranged so that the arithmetic axis perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage, in particular its tip points upward.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform führt der Rechen eine Schwenkbewegung von 160°–200°, insbesondere von 175°–185°, durch, um ausgehend von der Schließposition in die Öffnungsposition zu gelangen.According to a further embodiment, the rake performs a pivoting movement of 160 ° -200 °, in particular of 175 ° -185 °, in order to move from the closed position to the open position.

Demnach sind die Rechenachsen in Öffnungsposition und in Schließposition antiparallel zueinander angeordnet. Mit anderen Worten ist die Grundfläche des Rechens in der Öffnungsposition parallel zur Grundfläche des Rechens in der Schließposition, während die Spitze des Rechens in den beiden Positionen in entgegengesetzte Richtungen weist. Somit kann das am Rechen festgesetzte Schwemmgut von der Wasserströmung mitgerissen werden.Accordingly, the calculation axes are arranged in the open position and in the closed position antiparallel to each other. In other words, the base of the rake in the open position is parallel to the base of the rake in the closed position, while the top of the rake faces in opposite directions in the two positions. Thus, the Schwemmgut set at the rake can be entrained by the flow of water.

Die Anpresseinrichtung dient dazu, dass sich der Rechen in der Schließposition nicht von selbst öffnet, und kommt insbesondere ohne einen komplizierten Verriegelungsmechanismus aus. Die Anpresseinrichtung kann insbesondere eine gekrümmte, bspw. paddelartige Oberfläche aufweisen, welche aufgrund ihres Strömungswiderstandes den Rechen an den Einlauf der Unterwasserturbine anpresst.The pressing device serves to ensure that the rake does not open automatically in the closed position, and in particular does without a complicated locking mechanism. The pressing device may in particular have a curved, eg paddle-like surface which, due to its flow resistance, presses the rake against the inlet of the underwater turbine.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Unterwasserturbine ferner ein Dämpfungselement zum Dämpfen von Schwingungen des Rechens auf, wobei sich das Dämpfungselement zumindest in der Schließposition zwischen dem Einlauf und dem Rechen befindet.According to a further embodiment, the underwater turbine further comprises a damping element for damping vibrations of the rake, wherein the damping element is at least in the closed position between the inlet and the rake.

Aufgrund von Schwankungen der Wasserströmung kann der Rechen in Schwingung versetzt werden. Schwingungen des Rechens können Teile der Unterwasserturbine beschädigen, unerwünschte Geräusche verursachen und die Leistung der Unterwasserturbine verringern. Das Dämpfungselement dämpft diese Schwingungen des Rechens. Das Dämpfungselement kann insbesondere als ein Kunststoffring ausgestaltet sein, der auf der Auflagefläche des Rechens angebracht ist. Dadurch kann im Falle einer Beschädigung dieser leicht am schwenkbaren Rechen ersetzt werden.Due to fluctuations in the water flow, the rake can be set in vibration. Vibrations of the rake can damage parts of the underwater turbine, cause unwanted noise, and reduce the performance of the underwater turbine. The damping element dampens these vibrations of the rake. The damping element may in particular be designed as a plastic ring, which is mounted on the support surface of the rake. This can be easily replaced in case of damage to this pivoting rake.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Unterwasserturbine ferner eine Überwachungseinrichtung, z. B. eine CCD-Kamera, zum Überwachen der Art und Menge des am Rechen festgesetzten Schwemmguts, auf.According to a further embodiment, the underwater turbine further comprises a monitoring device, for. As a CCD camera, for monitoring the type and amount of fixed to the rake Schwemmguts on.

Für ein effizientes Abreinigen des am Rechen festgesetzten Schwemmguts ist es denkbar, die Menge des am Rechen festgesetzten Schwemmguts zu überwachen. Dies kann insbesondere mit Hilfe einer CCD-Kamera erfolgen, die unter Wasser zum Rechen gerichtet ist. Ferner denkbar ist die Überwachung der von der Unterwasserturbine erzeugten elektrischen Leistung, die von der Menge des festgesetzten Schwemmguts beeinflusst wird. Die Reinigung könnte demnach immer dann durchgeführt werden, wenn eine kritische Leistungsabgabe wegen Schwemmgut unterschritten wird.For efficient cleaning of the accumulated at the rake Schwemmguts, it is conceivable, the amount of fixed at the rake Schwemmguts monitor. This can be done in particular by means of a CCD camera, which is directed to the rake under water. It is also conceivable to monitor the electrical power generated by the underwater turbine, which is influenced by the amount of the determined Schwemmguts. The cleaning could therefore always be carried out when a critical power output due to debris is exceeded.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Rechen eine konische Form auf.According to a further embodiment, the rake has a conical shape.

Eine Grundfläche des entsprechenden Konus wird bspw. durch einen Ring, insbesondere einen Stahlring, aufgespannt. Eine Mantelfläche des Konus wird bspw. durch mehrere Streben, insbesondere Stahlstreben, oder Seile, insbesondere Stahlseile, aufgespannt, welche sich von dem Ring hin zur Spitze des Konus erstrecken, wo sie aneinander befestigt sind. Ferner können die Streben durch weitere Ringe abnehmenden Durchmessers miteinander verbunden sein. Es ist ferner denkbar, dass die Streben spiralförmig zu einer Spitze zusammenlaufen.A base of the corresponding cone is spanned, for example, by a ring, in particular a steel ring. A lateral surface of the cone is spanned, for example, by a plurality of struts, in particular steel struts, or cables, in particular steel cables, which extend from the ring towards the tip of the cone, where they are fastened to one another. Further, the struts may be interconnected by further rings of decreasing diameter. It is also conceivable that the struts converge spirally to form a point.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Unterwasserturbine ferner mindestens einen, z. B. am Rumpf der Unterwasserturbine angebrachten, Schwimmkörper zum Erzeugen einer Auftriebskraft auf.According to a further embodiment, the underwater turbine further comprises at least one, z. B. attached to the hull of the underwater turbine, floating body for generating a buoyant force.

Die Wasserströmung, z. B. in Flüssen und in seichten Gewässern, ist nahe der Wasseroberfläche oftmals am stärksten. Mindestens ein Schwimmkörper, der an dem Rumpf der Unterwasserturbine befestigt ist, kann ein Absinken der Unterwasserturbine verhindern und diese in Wasseroberflächennähe in der Schwebe halten.The water flow, z. B. in rivers and in shallow waters, is often the strongest near the water surface. At least one float attached to the hull of the underwater turbine can prevent the submerged turbine from sinking and keep it floating near the surface of the water.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Unterwasserturbine an einem Bauwerk, am Meeresboden und/oder in einem Flussbett vertäubar.According to a further embodiment, the underwater turbine is invertible on a building, on the seabed and / or in a river bed.

„Vertäuen” umfasst hier ganz allgemein die Befestigung mittels Seilen, insbesondere Stahlseilen, oder Tauen. Die Seile oder Taue können einerseits an der Unterwasserturbine und andererseits an einem Anker am Meeresboden oder in dem Flussbett oder an dem Bauwerk selbst befestigt sein."Mooring" here generally includes attachment by means of ropes, in particular steel cables, or ropes. The ropes or ropes may, on the one hand, be attached to the underwater turbine and, on the other hand, to an anchor on the seabed or in the river bed or on the structure itself.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Unterwasserturbine in einem Energieumwandlungsbetrieb so ausgerichtet, dass eine Längsachse der Unterwasserturbine parallel zu einer Strömungsrichtung einer Wasserströmung, z. B. an einem Kraftwerkausgang, ausgerichtet ist, wobei der Einlauf stromaufwärts zeigt.According to a further embodiment, the underwater turbine in an energy conversion operation is oriented so that a longitudinal axis of the underwater turbine parallel to a flow direction of a water flow, for. B. at a power plant output, with the inlet facing upstream.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Schwenkbewegung des Rechens um eine Schwenkachse, die senkrecht zu einer Längsachse der Unterwasserturbine ist.According to a further embodiment, the pivoting movement of the rake takes place about a pivot axis which is perpendicular to a longitudinal axis of the underwater turbine.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Reinigen des Rechens der vorstehend beschriebenen Unterwasserturbine vorgeschlagen.Furthermore, a method for cleaning the rake of the underwater turbine described above is proposed.

Dabei wird zunächst der Rechen von der Schließposition in die Öffnungsposition verschwenkt, und dann am Rechen festgesetztes Schwemmgut abgereinigt.In this case, the rake is first pivoted from the closed position to the open position, and then cleaned at the rake fixed Schwemmgut.

Beim Reinigen des Rechens der Unterwasserturbine wird der Einlauf der Unterwasserturbine zumindest teilweise freigegeben. Um zu verhindern, dass während des Reinigungsvorgangs Schwemmgut in den Einlauf der Unterwasserturbine gelangt, kann ein zusätzliches Sieb oder ein Gitter provisorisch vor den Einlauf angebracht werden. Das Sieb oder Gitter wird nach dem Reinigungsvorgang wieder entfernt, und der Rechen in die Schließposition verschwenkt.When cleaning the rake of the underwater turbine, the inlet of the underwater turbine is at least partially released. To prevent debris entering the inlet of the underwater turbine during the cleaning process, an additional screen or screen may be temporarily installed in front of the inlet. The screen or grid is removed after the cleaning process, and the rake pivoted to the closed position.

Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.The embodiments and features described for the proposed device apply accordingly to the proposed method.

Weitere mögliche Anwendungen der vorgeschlagenen Unterwasserturbine und des vorgeschlagenen Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.Further possible applications of the proposed underwater turbine and of the proposed method also include combinations of features or embodiments which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. The skilled person will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.Further advantageous embodiments and aspects of the invention are the subject of the dependent claims and the embodiments of the invention described below. Furthermore, the invention will be explained in more detail by means of preferred embodiments with reference to the attached figures.

1 zeigt eine Unterwasserturbine in einer Vorderansicht; 1 shows an underwater turbine in a front view;

2 zeigt die Unterwasserturbine aus 1 in einer Seitenansicht mit einem Rechen in einer Schließposition; 2 shows the underwater turbine 1 in a side view with a rake in a closed position;

3 zeigt die Unterwasserturbine aus 2, wobei der Rechen in einer Öffnungsposition angeordnet ist; und 3 shows the underwater turbine 2 wherein the rake is arranged in an open position; and

4 zeigt die Unterwasserturbine aus 2, wobei der Rechen in einer Öffnungsposition gemäß einer weiteren Ausführungsform angeordnet ist. 4 shows the underwater turbine 2 wherein the rake is disposed in an open position according to another embodiment.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist. In the figures, the same or functionally identical elements have been given the same reference numerals, unless stated otherwise.

Die 1 und 2 zeigen eine Unterwasserturbine 1 in einer Vorderansicht und in einer Seitenansicht. Die Unterwasserturbine 1 ist in einer Wasserströmung W, beispielsweise in einem Fluss, angeordnet und dort, insbesondere in dem Flussbett F, mittels Seilen oder Tauen verankert.The 1 and 2 show an underwater turbine 1 in a front view and in a side view. The underwater turbine 1 is arranged in a water flow W, for example in a river, and anchored there, in particular in the riverbed F, by means of ropes or ropes.

Die Unterwasserturbine 1 umfasst einen Rumpf 2 mit einer beispielsweise kreiszylindrischen Gestalt. Zwei Schwimmkörper 3 sind zu beiden Seiten des Rumpfes 2 befestigt und erzeugen eine Auftriebskraft, um die Unterwasserturbine 1 in Wasseroberflächennähe zu halten. Typischerweise befindet sich die Unterwasserturbine 1 – bezogen auf ihre Oberseite – 1 bis 3 Meter unterhalb der Wasseroberfläche O.The underwater turbine 1 includes a hull 2 with an example circular cylindrical shape. Two floats 3 are on both sides of the hull 2 attached and generate a buoyancy force to the underwater turbine 1 close to the surface of the water. Typically, the underwater turbine is located 1 - Based on their top - 1 to 3 meters below the water surface O.

Die Unterwasserturbine 1 weist einen Einlauf 4 und einen Austritt 5 auf. Wasser strömt von dem Einlauf 4 durch einen nicht gezeigten Rotor der Unterwasserturbine 1 zu dem Austritt 5. Der Rotor treibt einen Generator zur Stromerzeugung an.The underwater turbine 1 has an enema 4 and an exit 5 on. Water flows from the inlet 4 by a not shown rotor of the underwater turbine 1 to the exit 5 , The rotor drives a generator to generate electricity.

Vor dem Einlauf 4 ist ein Rechen 6 angeordnet. Der Rechen 6 ist beispielsweise in Form eines Kegels oder Konus ausgestaltet. Ein Ring 7, beispielsweise aus Stahl, spannt die kreisförmige Grundfläche des Konus auf. Mehrere Seile oder Streben 8, beispielsweise aus Stahl, spannen die Mantelfläche des Konus auf und laufen zu einer Spitze 9 zusammen.Before the enema 4 is a rake 6 arranged. The rake 6 is designed for example in the form of a cone or cone. A ring 7 , for example made of steel, spans the circular base of the cone. Several ropes or struts 8th For example, made of steel, clamp the outer surface of the cone and run to a point 9 together.

Ein Drehlager 10 verbindet den Rechen 6 mit dem Rumpf 2 der Unterwasserturbine 1. Das Drehlager 10 ist insbesondere an einer Oberseite des Rumpfs 2 angeordnet. Das Drehlager 10 definiert eine Schwenkachse S, um welche der Rechen 6 relativ zu dem Rumpf 2 verschwenken kann. Die Schwenkachse S ist gemäß dem Ausführungsbeispiel senkrecht zur Strömungsrichtung der Wasserströmung W bzw. zu einer Längsachse L des Rumpfs 2 (welche auch der Drehachse des Rotors der Unterwasserturbine 1 entspricht).A pivot bearing 10 connects the rake 6 with the hull 2 the underwater turbine 1 , The pivot bearing 10 is especially on a top of the hull 2 arranged. The pivot bearing 10 defines a pivot axis S around which the rake 6 relative to the hull 2 can pivot. The pivot axis S is according to the embodiment perpendicular to the flow direction of the water flow W or to a longitudinal axis L of the fuselage 2 (which also the axis of rotation of the rotor of the underwater turbine 1 corresponds).

Ein Dämpfungselement 11 der Unterwasserturbine 1 dämpft die Übertragung von Schwingungen von dem Rechen 6 auf den Rumpf 2. Zumindest ein Teil einer Kontaktfläche zwischen dem Rechen 6 und dem Rumpf 2 kann dazu aus einem viskoelastischen Material gebildet sein. Insbesondere kann das Dämpfungselement 11 eine Ringform oder Ringsegmentform aufweisen. Das Dämpfungselement 11 kann auf einer Auflagefläche des Rechens 6 am Rumpf 2 angeordnet sein.A damping element 11 the underwater turbine 1 dampens the transmission of vibrations from the rake 6 on the hull 2 , At least part of a contact surface between the rake 6 and the hull 2 can be formed from a viscoelastic material. In particular, the damping element 11 have a ring shape or ring segment shape. The damping element 11 can be on a bearing surface of the rake 6 on the hull 2 be arranged.

Insbesondere gegenüber dem Drehlager 10 kann eine Anpresseinrichtung 12 vorgesehen sein. Je nach Strömungsverhältnissen kann die Anpresseinrichtung 12 bspw. die Form eines Paddels (bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten) oder die eines Ringsegments (bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten) haben und presst mit Hilfe seines Strömungswiderstandes den Rechen 6 an den Rumpf 2 bzw. gegen eine den Einlass 4 definierende Stirnfläche an einer Stelle gegenüberliegend dem Drehlager 10 an.Especially opposite the pivot bearing 10 can be a pressing device 12 be provided. Depending on the flow conditions, the pressing device 12 For example, the shape of a paddle (at higher flow velocities) or that of a ring segment (at low flow velocities) have and presses with the help of its flow resistance the rake 6 to the hull 2 or against a the inlet 4 defining end face at a location opposite the pivot bearing 10 at.

In 1 und 2 ist der Rechen 6 in einer Schließposition A dargestellt, in der die Grundfläche des Rechens 6 den Einlauf 4 vollständig überdeckt. Schwemmgut, das sich mit der Wasserströmung 2 auf die Unterwasserturbine 1 zubewegt, wird vom Rechen 6 bzw. den Seilen oder Streben 8 abgefangen. Dabei kann sich abgefangenes Schwemmgut 13 am Rechen 6 festsetzen.In 1 and 2 is the rake 6 shown in a closed position A, in which the base of the rake 6 the enema 4 completely covered. Scum, dealing with the flow of water 2 on the underwater turbine 1 moved to, is from the rake 6 or the ropes or struts 8th intercepted. This can be trapped debris 13 at the rake 6 fix.

Ferner ist die Unterwasserturbine 1 mit einer CCD-Kamera 14 ausgestattet, die eine Menge von am Rechen 7 abgefangenen Schwemmgut 13 überwacht.Furthermore, the underwater turbine 1 with a CCD camera 14 equipped that a lot of at the rake 7 trapped debris 13 supervised.

Im Betrieb der Unterwasserturbine 1 akkumuliert sich das am Rechen abgefangene und festgesetzte Schwemmgut 13 und vermindert die Leistung der Unterwasserturbine 1. Insbesondere liefern Bilder der CCD-Kamera 14 Auskunft darüber, ob eine Abreinigung des festgesetzten Schwemmguts 13 notwendig ist.In operation of the underwater turbine 1 accumulates at the rake caught and fixed flotsam 13 and reduces the performance of the underwater turbine 1 , In particular, provide images of the CCD camera 14 Information about whether a cleaning of the fixed debris 13 necessary is.

Das Abreinigen des festgesetzten Schwemmguts 13 wird in einer Öffnungsposition B (3) des Rechens 6 durchgeführt. Hierzu bringt sich Personal an der Wasseroberfläche O, zum Beispiel in einem Boot, und über der Unterwasserturbine 1 in Position. Dort greift das Personal mit einem Werkzeug, insbesondere mit einem Greifarm, einem Haken oder einer Harke, möglicherweise auch in Verbindung mit einem Stab oder einem Seil, den Rechen 6 und zieht ihn hoch, wobei dieser um die Schwenkachse S verschwenkt.The cleaning of the fixed Schwemmguts 13 is in an opening position B ( 3 ) of the rake 6 carried out. For this purpose, personnel brings to the water surface O, for example in a boat, and above the underwater turbine 1 in position. There, the staff accesses the rake with a tool, in particular with a gripper arm, a hook or a rake, possibly also in conjunction with a rod or a rope 6 and pulls it up, which pivots about the pivot axis S.

3 zeigt die Unterwasserturbine 1 aus 2 in einer Seitenansicht. Der Rechen 6 ist nach oben geöffnet und befindet sich in einer ersten Öffnungsposition B. Zumindest die Spitze 9 des Rechens 6 samt festgesetztem Schwemmgut 13 ragt aus der Wasseroberfläche O heraus. Das Personal hat eine gute Sicht auf das abzureinigende Schwemmgut 13, und das Abreinigen kann einfach durchgeführt werden. 3 shows the underwater turbine 1 out 2 in a side view. The rake 6 is open at the top and is in a first opening position B. At least the top 9 of the rake 6 including fixed alluvium 13 protrudes from the water surface O out. The staff has a good view of the depleted Schwemmgut 13 and the cleaning can be done easily.

4 zeigt die Unterwasserturbine 1 aus 2 in einer Seitenansicht, wobei eine weitere Ausführungsform illustriert wird. Der Rechen 6 ist nach oben geöffnet und befindet sich in einer zweiten Öffnungsposition C. Die Außenseite des Rechens 6 bzw. die Spitze 9 des Rechens 6 ist unter Wasser stromabwärts gerichtet, so dass das festgesetzte Schwemmgut 13 von der Wasserströmung W mitgerissen wird. 4 shows the underwater turbine 1 out 2 in a side view, wherein a further embodiment is illustrated. The rake 6 is open at the top and is in a second open position C. The outside of the rake 6 or the tip 9 of the rake 6 is directed downstream under water, so that the fixed debris 13 is entrained by the water flow W.

Um ein Eindringen von Schwemmgut 13 in den Einlass 4 zu verhindern, während sich der Rechen 6 in einer der Öffnungspositionen B, C befindet, kann ein Gitter passender Abmessung vor den Einlass 4 insbesondere manuell gehalten werden.To prevent ingress of alluvial property 13 in the inlet 4 to prevent while the rake 6 is in one of the opening positions B, C, a grid of appropriate dimension in front of the inlet 4 especially be held manually.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.Although the present invention has been described with reference to embodiments, it is variously modifiable.

Claims (12)

Unterwasserturbine (1) zum Umwandeln von hydrodynamischer Energie in elektrische Energie, mit einem Einlauf (4) und einem Rechen (6), wobei der Rechen (6) zwischen einer Schließposition (A), in welcher er vor dem Einlauf (4) für ein Abfangen von Schwemmgut (13) geeignet angeordnet ist, und einer Öffnungsposition (B, C) in welcher er den Einlauf (4) zumindest teilweise freigibt und für ein Abreinigen von festgesetztem Schwemmgut (13) geeignet angeordnet ist, verschwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterwasserturbine (1) ferner eine Anpresseinrichtung (12) aufweist, die einen Strömungswiderstand bildet und mittels derer der Rechen (6) in der Schließposition (A) an den Einlauf (4) anpressbar istUnderwater turbine ( 1 ) for converting hydrodynamic energy into electrical energy, with an inlet ( 4 ) and a rake ( 6 ), where the rake ( 6 ) between a closed position (A), in which he before the enema ( 4 ) for catching alluvial property ( 13 ) is arranged and an opening position (B, C) in which he the inlet ( 4 ) at least partially releases and for a cleaning of fixed Schwemmgut ( 13 ) is mounted pivotably, characterized in that the underwater turbine ( 1 ) a pressing device ( 12 ), which forms a flow resistance and by means of which the rake ( 6 ) in the closed position (A) to the inlet ( 4 ) can be pressed Unterwasserturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechen (6) nach oben in Richtung Wasseroberfläche (O) verschwenkbar ist, wobei der Rechen (6) dazu eingerichtet ist, in der Öffnungsposition (B, C) aus der Wasseroberfläche (O) herauszuragen.Submersible turbine according to claim 1, characterized in that the rake ( 6 ) is pivotable upward in the direction of the water surface (O), wherein the rake ( 6 ) is adapted to protrude in the open position (B, C) from the water surface (O). Unterwasserturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechen (6) eine Schwenkbewegung von 70°–110°, insbesondere 85°–95°, durchführt, um ausgehend von der Schließposition (A) in die Öffnungsposition (B) zu gelangen.Underwater turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the rake ( 6 ) performs a pivoting movement of 70 ° -110 °, in particular 85 ° -95 °, in order to proceed, starting from the closed position (A) in the open position (B). Unterwasserturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechen (6) eine Schwenkbewegung von 160°–200°, insbesondere 175°–185°, durchführt, um ausgehend von der Schließposition (A) in die Öffnungsposition (C) zu gelangen.Underwater turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the rake ( 6 ) performs a pivoting movement of 160 ° -200 °, in particular 175 ° -185 °, in order to move from the closed position (A) in the open position (C). Unterwasserturbine nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterwasserturbine (1) ferner ein Dämpfungselement (11) zum Dämpfen von Schwingungen des Rechens (6) aufweist, wobei sich das Dämpfungselement (11) zumindest in der Schließposition (A) zwischen dem Einlauf (4) und dem Rechen (6) befindet.Underwater turbine according to one of claims 1-4, characterized in that the underwater turbine ( 1 ) further comprises a damping element ( 11 ) for damping vibrations of the rake ( 6 ), wherein the damping element ( 11 ) at least in the closed position (A) between the inlet ( 4 ) and the rake ( 6 ) is located. Unterwasserturbine nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterwasserturbine (1) ferner eine Überwachungseinrichtung (14), insbesondere eine CCD-Kamera, zum Überwachen einer Menge des am Rechen (6) festgesetzten Schwemmguts (13) aufweist.Submersible turbine according to one of claims 1-5, characterized in that the underwater turbine ( 1 ) a monitoring device ( 14 ), in particular a CCD camera, for monitoring a quantity of the rake ( 6 ) fixed sludge ( 13 ) having. Unterwasserturbine nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechen (6) eine konische Form aufweist.Underwater turbine according to one of claims 1-6, characterized in that the rake ( 6 ) has a conical shape. Unterwasserturbine nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterwasserturbine (1) ferner mindestens einen Schwimmkörper (3) zum Erzeugen einer Auftriebskraft aufweist.Underwater turbine according to one of claims 1-7, characterized in that the underwater turbine ( 1 ) at least one floating body ( 3 ) for generating a buoyant force. Unterwasserturbine nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterwasserturbine (1) an einem Bauwerk, am Meeresboden oder in einem Flussbett (F) vertäubar ist.Underwater turbine according to one of claims 1-8, characterized in that the underwater turbine ( 1 ) on a building, on the seabed or in a river bed (F) is invertible. Unterwasserturbine nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterwasserturbine (1) in einem Energieumwandlungsbetrieb so ausgerichtet ist, dass eine Längsachse (L) der Unterwasserturbine (1) parallel zu einer Strömungsrichtung einer Wasserströmung (W) ist, wobei der Einlauf (4) stromaufwärts zeigt.Underwater turbine according to one of claims 1-9, characterized in that the underwater turbine ( 1 ) is aligned in an energy conversion operation such that a longitudinal axis (L) of the underwater turbine ( 1 ) parallel to a flow direction of a water flow (W), wherein the inlet ( 4 ) upstream. Unterwasserturbine nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung des Rechens (6) um eine Schwenkachse (S) erfolgt, die senkrecht zu einer Längsachse (L) der Unterwasserturbine (1) ist.Underwater turbine according to one of claims 1-10, characterized in that the pivoting movement of the rake ( 6 ) about a pivot axis (S), which is perpendicular to a longitudinal axis (L) of the underwater turbine ( 1 ). Verfahren zum Reinigen eines Rechens (6) einer Unterwasserturbine (1) nach einem der Ansprüche 1–11 mit den Schritten: Verschwenken des Rechens (6) von der Schließposition (A) in die Öffnungsposition (B, C) und Abreinigen von am Rechen (6) festgesetztem Schwemmgut (13).Method for cleaning a rake ( 6 ) of an underwater turbine ( 1 ) according to any one of claims 1-11, comprising the steps of: pivoting the rake ( 6 ) from the closed position (A) to the open position (B, C) and cleaning of the rake ( 6 ) fixed debris ( 13 ).
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