CH718342A2

CH718342A2 - Turbine.

Info

Publication number: CH718342A2
Application number: CH00146/21A
Authority: CH
Inventors: Hüseyin Isik Hasan
Original assignee: Hasan Hueseyin Isik
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2022-08-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbine, insbesondere zur Energiegewinnung in strömender Luft oder in Fliessgewässern, die an unterschiedliche Einsatzbedingungen in einfacher Weise anpassungsfähig ist und die einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad bei fischfreundlicher Gestaltung ermöglicht. Dies ist dadurch gelöst, dass die Turbine in ihrer Grundform zylinderförmig ist und mit mindestens zwei Schaufeln versehen ist, die entsprechend der Umfangslinie & eines Turbinenmantels gebogen sind. Die Schaufeln (4) sind so angeordnet und dazu geeignet, dass bei Drehung der Turbine in Drehrichtung (7) immer nur eine Schaufel (4) zur Wasserlinie (9) hin ausgeschwenkt ist, während die anderen Schaufeln (4) geschlossen entlang der oder parallel zur Umfangslinie gelegen sind.The invention relates to a turbine, in particular for generating energy in flowing air or in flowing water, which can be easily adapted to different operating conditions and which enables a comparatively high level of efficiency with a fish-friendly design. This is solved in that the turbine is cylindrical in its basic form and is provided with at least two blades, which are bent according to the circumference & of a turbine shell. The blades (4) are arranged and suitable so that when the turbine rotates in the direction of rotation (7), only one blade (4) is swung out towards the waterline (9), while the other blades (4) are closed along or parallel to the located to the perimeter.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Turbine, insbesondere eine Wasserturbine zur Energiegewinnung in Fliessgewässern oder eine Windturbine. The invention relates to a turbine, in particular a water turbine for generating energy in rivers or a wind turbine.

[0002] Turbinen zur Energiegewinnung, insbesondere auch Turbinen in Wasserkraftwerken sind bekannt. Sie weisen zumeist einen senkrecht zur Fliessrichtung des Gewässers angeordneten Rotor mit daran befindlichen, rotierbaren Turbinenschaufeln auf. Der Anstellwinkel der Turbinenschaufeln ist ggf. in Grenzen einstellbar und ist während des Betriebes unverändert. Bekannt sind ebenfalls Antriebsräder für Mahlwerke, Hammerwerke und Antriebsräder für Flussschiffe mit jeweils festen Schaufeln. Windmühlen mit schwenk- oder verstellbaren Schaufelelementen sind aus den US 3938907 und US 4468169 bekannt. Die WO-A-2010063131 zeigt eine Wasserturbine, die in ihrer Grundform zylinderförmig und mit Schaufeln versehen ist, die parallel zu einer Achse der Turbine angeordnet sind. Diese Schaufeln sind schwenkbar in Gelenken zwischen Turbinenrädern an deren Aussenumfang angeordnet. Bei einer weiteren Turbine gemäss EP 2370691 B1 sind die Aussenkanten von Schaufeln mit einem auftriebsfördernden, insbesondere aufblasbaren Element versehen und gemäss CH 707729 A2 oder CH 706300 A2 können die Schaufeln an ihrer Innenseite auch mit einem Gegengewicht versehen sein. Aus der CH 704066 A2 ist weiterhin bekannt, bei einer solchen Turbine die Turbinenschaufeln mit einer zusätzlichen mechanischen Wirkverbindung zu koppeln. Die mechanische Wirkverbindung wird mittels einer verschieblich über die Längsachse der Turbine geführten Stange erreicht, die entsprechend ein Schaufelpaar miteinander gekoppelt führt. Ein Schaufelpaar ist jeweils durch die sich auf einer Durchmesserlinie gegenüberliegenden Schaufeln gebildet. Die Stangen sollen die Öffnungs- und Schliessbewegung der Schaufeln unterstützen. In der WO 002019119163 A1 ist eine weitere gattungsgemässe Turbine offenbart, bei der die Schaufeln L-förmig gestaltet sind. Ein langer Schenkel der Schaufel ist entsprechend des Radius des Turbinenmantels gebogen und an Aussenkanten ist ein auftriebsförderndes Element angeordnet. Ein kurzer Schenkel ist innerhalb des Mantels gelegen und weist entgegen der Drehrichtung der Turbine. Er ist so angeordnet, dass er bei Drehung der Turbine mit mindestens einer ortsfesten, innerhalb des Mantels angeordneten Klinke korrespondiert. Das Aufrichten/Ausklappen der Schaufeln wird bei Berührung der Klinke durch den kurzen Schenkel unterstützt. Turbines for generating energy, in particular turbines in hydroelectric power stations, are known. They usually have a rotor arranged perpendicular to the direction of flow of the body of water with rotatable turbine blades located thereon. The angle of attack of the turbine blades can be adjusted within limits and is unchanged during operation. Drive wheels for grinders, hammer mills and drive wheels for river boats, each with fixed blades, are also known. Windmills with pivoting or adjustable blade elements are known from US Pat. Nos. 3,938,907 and 4,468,169. WO-A-2010063131 shows a water turbine which in its basic form is cylindrical and is provided with blades arranged parallel to an axis of the turbine. These blades are pivotally mounted in joints between turbine wheels at their outer periphery. In a further turbine according to EP 2370691 B1, the outer edges of blades are provided with a lift-promoting, in particular inflatable element, and according to CH 707729 A2 or CH 706300 A2 the blades can also be provided with a counterweight on their inside. It is also known from CH 704066 A2 to couple the turbine blades with an additional mechanical active connection in such a turbine. The mechanical operative connection is achieved by means of a rod that is slidably guided over the longitudinal axis of the turbine and that accordingly guides a pair of blades coupled to one another. A pair of blades is formed by the blades lying opposite one another on a diameter line. The rods should support the opening and closing movement of the blades. WO 002019119163 A1 discloses a further generic turbine in which the blades are L-shaped. A long leg of the blade is bent according to the radius of the turbine casing and a lift-enhancing element is arranged on the outer edges. A short leg is located inside the shroud and points against the direction of rotation of the turbine. It is arranged to correspond with at least one stationary pawl located within the shell as the turbine rotates. Raising/unfolding the shovels is supported by the short leg when the pawl is touched.

[0003] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine solche Turbine, insbesondere eine Turbine zur Energiegewinnung in Fliessgewässern oder strömender Luft gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern und um mit einfachen Mitteln eine fischfreundliche Gestaltung einer Turbine zu ermöglichen. Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. The invention is based on the object of improving such a turbine, in particular a turbine for generating energy in rivers or flowing air compared to the prior art and to enable a fish-friendly design of a turbine with simple means. The object is solved with the features of claim 1.

[0004] Eine erfindungsgemässe Turbine ist in ihrer Grundform zylinderförmig und mit mindestens zwei Schaufeln versehen, die entsprechend der Umfangslinie eines Turbinenmantels gebogen sind. Die Schaufeln sind so angeordnet und dazu geeignet, dass bei Drehung der Turbine in Drehrichtung immer nur eine Schaufel zur Wasserlinie hin ausgeschwenkt ist, während die anderen Schaufeln geschlossen entlang der oder parallel zur Umfangslinie gelegen sind. In its basic form, a turbine according to the invention is cylindrical and is provided with at least two blades which are bent in accordance with the circumferential line of a turbine casing. The blades are arranged and suitable such that when the turbine rotates in the direction of rotation, only one blade is swung out towards the waterline, while the other blades are closed along or parallel to the circumferential line.

[0005] Der Anstellwinkel der Schaufeln beträgt 0° bis ca. 90° zur Mantellinientangente. Entsprechend der wesentlichen Fliessrichtung oder Wasserlinie können die Schaufeln im oberen Teil der Turbine ausschwenken, wobei (gleichzeitig) immer nur eine Schaufel ausschwenkt. The angle of attack of the blades is 0° to about 90° to the generatrice tangent. Corresponding to the essential direction of flow or waterline, the blades in the upper part of the turbine can swing out, whereby (at the same time) only one blade swings out.

[0006] Bevorzugte Ausführungsformen der Turbine sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart. Preferred embodiments of the turbine are disclosed in the dependent claims.

[0007] Die Schaufeln sind vorteilhaft schwenkbar in Drehgelenken nahe der Umfangslinie der Turbine angeordnet, und/oder parallel zu einer Drehachse der Turbine. Seitliche Turbinenräder der Turbine weisen fischfreundliche Öffnungen zwischen der Drehachse und der Umfangslinie auf, so dass Fische den Innenraum der Turbine auch bei deren Betrieb schadensfrei verlassen können. Advantageously, the vanes are pivotally mounted in pivots near the perimeter of the turbine, and/or parallel to an axis of rotation of the turbine. Lateral turbine wheels of the turbine have fish-friendly openings between the axis of rotation and the peripheral line, so that fish can leave the interior of the turbine without being damaged even when it is in operation.

[0008] Vorteilhaft können bis zu 30 oder bis zu 100 Schaufeln angeordnet sein. Die Anzahl der Schaufeln, wie auch der Durchmesser der Turbine, richtet sich nach der verfügbaren Wasserhöhe. In Bächen oder kleineren Flüssen werden es zum Beispiel bis zu acht oder sechzehn Schaufeln sein, im Meer dagegen bis zu dreissig oder gar einhundert Schaufeln. Die Schaufeln können auch gerade gestreckt ausgebildet sein. Up to 30 or up to 100 blades can advantageously be arranged. The number of blades, as well as the diameter of the turbine, depends on the available water level. In streams or smaller rivers, for example, there will be up to eight or sixteen shovels, while in the sea it will be up to thirty or even a hundred shovels. The blades can also be straight.

[0009] Im Bedarfsfall kann mindestens eine Schaufel entlang ihrer Aussenkante parallel zur Achse ein aufblasbares Element im Bereich des freien Schaufelendes aufweisen. If necessary, at least one blade can have an inflatable element in the area of the free end of the blade along its outer edge parallel to the axis.

[0010] Ebenfalls bevorzugt ist mindestens eine Klinke auf ca. 12.00 Uhr angeordnet, die so angeordnet ist, dass sie bei Drehung der Turbine die Schwenkbewegung der ausschwenkenden Schaufel begrenzt. At least one pawl is also preferably arranged at about 12:00, which is arranged in such a way that it limits the pivoting movement of the pivoting vane when the turbine rotates.

[0011] Die Turbine kann auch vertikal, mit vertikaler Drehachse angewendet werden, ebenso als Windturbine. The turbine can also be used vertically, with a vertical axis of rotation, as well as a wind turbine.

[0012] Die Turbine weist vorteilhaft ein feststehendes, äusseres Leitsegment auf, das beabstandet vom Turbinenmantel und ausserhalb desselben zwischen ca. 03.00 Uhr und 05.00 Uhr angeordnet ist. Ebenso kann sie ein feststehendes, inneres Leitsegment aufweisen, das beabstandet vom Turbinenmantel innerhalb desselben zwischen ca. 10.00 Uhr und 12.00 Uhr angeordnet ist. Das innere Leitsegment kann auch um die Drehachse der Turbine drehbeweglich, insbesondere für Montagezwecke. Diese Leitsegmente fördern bzw. führen das Ein- oder Ausschwenken der Schaufeln, wobei das innere und/oder das äussere Leitsegment mindestens eine reibungsmindernde Gleitfläche aufweisen, die von der Schaufel beim Ein- oder Ausschwenken berührt wird. Die Gleitfläche kann dazu mit einem reibungsmindernden Belag versehen sein und/oder reibungsmindernde erhabene Teilflächen, zum Beispiel Halbkugeln aufweisen. The turbine advantageously has a fixed, outer guide segment which is spaced apart from the turbine casing and arranged outside of it between approximately 3:00 a.m. and 5:00 a.m. It may also include a fixed inner baffle spaced from the turbine shell within the shell between about 10 o'clock and 12 o'clock. The inner guide segment can also be rotated about the axis of rotation of the turbine, in particular for assembly purposes. These guide segments promote or guide the pivoting in or out of the vanes, the inner and/or the outer guide segment having at least one friction-reducing sliding surface which is touched by the vane when pivoting in or out. For this purpose, the sliding surface can be provided with a friction-reducing covering and/or have friction-reducing raised partial surfaces, for example hemispheres.

[0013] Die Gleitflächen können durchgehend ausgebildet sein oder auch Durchbrüche bzw. Öffnungen aufweisen. [0013] The sliding surfaces can be continuous or have breakthroughs or openings.

[0014] Es ist ebenfalls denkbar, mehrere Turbinen nebeneinander und/oder übereinander anzuordnen, z. B. in grösseren Fliessgewässern oder im Meer. Die Erfindung ist, bevorzugt unter Einbeziehung von Hilfsaggregaten auch als Pumpe, Wasserpumpe o. a. verwendbar. It is also conceivable to arrange several turbines side by side and/or one above the other, e.g. B. in larger rivers or in the sea. The invention, preferably with the inclusion of auxiliary units, can also be used as a pump, water pump or similar. usable.

[0015] Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen die Fig. 1: eine erfindungsgemässe Turbine in Seitenansicht und Fig. 2: die Turbine nach Fig. 1 mit einem äusseren Leitsegment und Fig. 3: die Turbine nach Fig. 1 mit einem inneren und einem äusseren Leitsegment.The invention is described in more detail below in an exemplary embodiment with reference to a drawing. The drawing shows FIG. 1: a turbine according to the invention in a side view and FIG. 2: the turbine according to FIG. 1 with an outer guide segment and FIG. 3: the turbine according to FIG. 1 with an inner and an outer guide segment.

[0016] In einer nicht näher dargestellten Lagerung 1 ist eine erfindungsgemässe Turbine, ausgebildet als Wasserturbine, um ihre Drehachse 2 in Drehrichtung 7 drehbar und gelagert aufgenommen (Fig. 1). Die Richtung der Drehachse 2 liegt dabei im Wesentlichen parallel zur Wasserlinie 9 eines Fliessgewässers (und quer zur Strömungsrichtung 8 des Fliessgewässers), wobei die Turbine, bezogen auf die Drehachse 2, horizontal und vollständig unter Wasser angeordnet ist. In a bearing 1, not shown, a turbine according to the invention, designed as a water turbine, is accommodated and supported so that it can rotate about its axis of rotation 2 in the direction of rotation 7 (FIG. 1). The direction of the axis of rotation 2 is essentially parallel to the waterline 9 of a river (and transverse to the flow direction 8 of the river), the turbine being arranged horizontally and completely under water with respect to the axis of rotation 2 .

[0017] Die Turbine ist in ihrer Grundform zylindrisch, mit je einem Turbinenrad 3 an den Stirnflächen des Zylinders. Der Mantel der Turbine ist durch vier Schaufeln 4, bei deren eingeklappter Lage, gebildet. Die Schaufeln 4 sind schwenkbar in Drehgelenken 6 der Turbine angeordnet. Die Drehgelenke 6 sind nahe an der Umfangslinie 5 von Turbinenrädern 3 angebracht. The turbine is cylindrical in its basic form, each with a turbine wheel 3 on the end faces of the cylinder. The shell of the turbine is formed by four blades 4 in their folded position. The blades 4 are pivotally mounted in pivots 6 of the turbine. The rotary joints 6 are attached close to the circumference 5 of turbine wheels 3 .

[0018] Innerhalb des Turbinenmantels ist mindestens eine Klinke 14 auf ca. 12.00 Uhr angeordnet (Fig. 3), die bei Drehung der Turbine die Schwenkbewegung der ausschwenkenden Schaufel 4 begrenzt. Within the turbine shell at least one pawl 14 is arranged at about 12:00 (Fig. 3), which limits the pivoting movement of the pivoting blade 4 when the turbine rotates.

[0019] Die Schaufeln 4 können mit schwenkbaren Fenstern 10 versehen sein, die bei eingeklappter Schaufel 4 den Durchgang von Fischen o. a. ermöglichen. The blades 4 can be provided with pivoting windows 10 which, when the blade 4 is folded in, allow fish or the like to pass through. enable.

[0020] Die Turbine weist ein feststehendes, äusseres Leitsegment 11 auf, das beabstandet vom Turbinenmantel und ausserhalb desselben zwischen ca. 03.00 Uhr und 05.00 Uhr angeordnet ist (Fig. 1, 2). Sie weist weiterhin ein ebenfalls feststehendes und zur Montage lösbares bzw. drehbewegliches, inneres Leitsegment 12 auf (Fig. 3), das beabstandet vom Turbinenmantel innerhalb desselben zwischen ca. 10.00 Uhr und 12.00 Uhr angeordnet ist. Diese Leitsegmente 11, 12 fördern bzw. führen das Ein- oder Ausschwenken der Schaufeln 4, wobei das innere und das äussere Leitsegment 11, 12 mindestens eine reibungsmindernde Gleitfläche 13 aufweisen, die von der jeweiligen Schaufel 4 beim Ein- oder Ausschwenken berührt wird. Die Gleitfläche 13 kann dazu mit einem reibungsmindernden Belag aus Teflon versehen sein und/oder reibungsmindernde erhabene Teilflächen, zum Beispiel Halbkugeln aus Teflon aufweisen. Beim äusseren Leitsegment 11 ist die Gleitfläche 13 der Aussenseite des Turbinenmantels und beim inneren Leitsegment 12 der Innenseite des Turbinenmantels zugewandt. The turbine has a fixed, outer guide segment 11, which is spaced apart from the turbine casing and arranged outside the same between approximately 3:00 a.m. and 5:00 a.m. (FIGS. 1, 2). It also has an inner guide segment 12 (FIG. 3), which is also fixed and detachable or rotatable for assembly, which is arranged at a distance from the turbine shell within the latter between approximately 10:00 and 12:00. These guide segments 11, 12 promote or guide the pivoting in or out of the vanes 4, the inner and outer guide segments 11, 12 having at least one friction-reducing sliding surface 13 which is touched by the respective vane 4 when pivoting in or out. For this purpose, the sliding surface 13 can be provided with a friction-reducing coating made of Teflon and/or have friction-reducing raised partial surfaces, for example hemispheres made of Teflon. In the case of the outer guide segment 11, the sliding surface 13 faces the outside of the turbine shell and in the case of the inner guide segment 12 the inside of the turbine shell.

[0021] Im Betriebszustand dreht sich die Turbine in Drehrichtung 7 und eine Schaufel 4 schwenkt aus, bis sie bei ca. 12.00 Uhr die maximale Ausschwenkposition erreicht hat und die Schwenkbewegung von der Klinke 14 begrenzt wird. Die Ausschwenkbewegung wird von der Gleitfläche 13 des inneren Leitsegments 12 gefördert. In the operating state, the turbine rotates in the direction of rotation 7 and a blade 4 swings out until it has reached the maximum swing-out position at around 12:00 and the swinging movement of the pawl 14 is limited. The swing-out movement is promoted by the sliding surface 13 of the inner guide segment 12 .

[0022] Nach einer Drehung auf ca. 15.00 Uhr gelangt die ausgeschwenkte Schaufel 4 in den Bereich des äusseren Leitelements 11 und die Schaufel 4 wird wieder vollständig eingeklappt. After a rotation to about 3:00 p.m., the swung-out shovel 4 reaches the area of the outer guide element 11 and the shovel 4 is completely folded in again.

[0023] Die Wasserhöhe kann beliebig sein und die jeweils obere Schaufel kann sich bei Drehung der Turbine auch knapp oberhalb des Wasserspiegels befinden. The water level can be arbitrary and the respective upper blade can also be located just above the water level when the turbine rotates.

BezugszeichenReference sign

[0024] 1 Lagerung 2 Drehachse 3 Turbinenrad 4 Schaufel 5 Umfangslinie 6 Drehgelenk 7 Drehrichtung 8 Strömungsrichtung 9 Wasserlinie 10 Fenster 11 äusseres Leitsegment 12 inneres Leitsegment 13 Gleitfläche 14 Klinke 1 storage 2 axis of rotation 3 turbine wheel 4 blade 5 perimeter 6 swivel joint 7 direction of rotation 8 direction of flow 9 waterline 10 window 11 outer guide segment 12 inner guide segment 13 sliding surface 14 pawl

Claims

1. Turbine, in particular for generating energy in flowing air or in flowing water, which is cylindrical in its basic form and which is provided with at least two blades which are bent in accordance with the peripheral line (5) of a turbine casing, characterized in that the blades (4) are arranged and suitable so that when the turbine rotates in the direction of rotation (7), only one blade (4) is swung out toward the waterline (9), while the other blades (4) are closed along or parallel to the circumferential line (5) are located.

2. Turbine according to claim 1, characterized in that the blades (4) are arranged pivotably in rotary joints (6) and/or parallel to an axis of rotation (2) of the turbine.

3. Turbine according to claim 1 or 2, characterized in that lateral turbine wheels (3) of the turbine have openings between the axis of rotation (2) and the peripheral line (5).

4. Turbine according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises up to 30 or up to 100 blades (4).

5. Turbine according to one of Claims 1 to 4, characterized in that at least one blade (4) has an inflatable element in the region of the free blade end along its outer edge parallel to the axis (2).

6. Turbine according to one of Claims 1 to 5, characterized in that it comprises at least one pawl (14) at approximately 12 o'clock, which is arranged so as to limit the pivoting movement of the pivoting vane (4) when the turbine rotates.

7. Turbine according to one of Claims 1 to 6, characterized in that it has a fixed, outer guide segment (11) which is spaced apart from the turbine shell and arranged outside the same between approximately 03.00 and 05.00.

8. A turbine according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it includes a fixed inner baffle segment (12) spaced from the turbine shell and located within it between about 10 o'clock and 12 o'clock.

9. Turbine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the inner guide segment (12) and/or the outer guide segment (11) have at least one friction-reducing sliding surface (13).