DE102014203786A1 - Turbine with controllable damping and wave power plant with improved performance - Google Patents

Turbine with controllable damping and wave power plant with improved performance Download PDF

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Abstract

Es wird eine Turbine vorgeschlagen, die insbesondere bei Wellenkraftwerken mit oszillierender Wassersäule, auch als OWC-Kraftwerke bezeichnet, eingesetzt werden kann und mit deren Hilfe die Dämpfung der Turbine bzw. des Wellenkraftwerks veränderbar ist, so dass die Energieausbeute des mit einer erfindungsgemäßen Turbine ausgerüsteten Wellenkraftwerks bei verschiedenen Wellengängen oder verschiedenen Wellenklimata jeweils optimal ist.A turbine is proposed, which can be used in particular in wave power plants with oscillating water column, also referred to as OWC power plants, and with the aid of which the damping of the turbine or the wave power plant is variable, so that the energy yield of the equipped with a turbine according to the invention wave power plant is optimal for different waves or different wave climates.

Description

Um die Ressourcen fossiler Energieträger und das Klima zu schonen, werden seitens der Wissenschaft und der Industrie große Anstrengungen unternommen, um beispielsweise Elektrizität mit Hilfe regenerativer Energien wirtschaftlich und zuverlässig zu erzeugen.In order to protect the resources of fossil fuels and the climate, great efforts are being made by science and industry to, for example, economically and reliably generate electricity using renewable energy.

Neben herkömmlichen Windenergiekonvertern und klassischen Laufwasserkraftwerken steht mit der Nutzung der im Wellengang der Meere enthaltenen Energie noch ein erhebliches Potential zur Verfügung, dessen Erschließung sich in den Anfängen befindet. In addition to conventional wind energy converters and classic run-of-river power plants, there is still considerable potential to exploit the energy contained in the swell of the oceans, whose development is in its infancy.

Ein seit etwa 30 Jahren bekanntes Konzept zur Nutzbarmachung der Wellenenergie arbeitet mit einer pneumatischen Kammer, die über eine erste Öffnung mit dem Meerwasser hydraulisch in Verbindung steht. Der obere Teil dieser pneumatischen Kammer ist mit Luft gefüllt und steht über eine zweite Öffnung mit der Umgebungsluft in Verbindung. In der pneumatischen Kammer steigt und sinkt der Wasserspiegel fortlaufend in Abhängigkeit des Wellengangs außerhalb der Kammer. Um daraus mechanische oder elektrische Energie zu gewinnen, kann in der zweiten Öffnung oder in der ersten Öffnung eine Turbine installiert werden, welche von der ein- und ausströmenden Luft bzw. dem ein- und ausströmenden Wasser angetrieben wird. Dabei müssen die eingesetzten Turbinen so ausgebildet sein, dass sie trotz der wechselnden Anströmrichtung kontinuierlich Arbeit abgeben. Eine bekannte Vertreterin dieser Turbinen ist die nach ihrem Erfinder benannte Wells-Turbine. Im englischen Sprachraum werden Wellenkraftwerke mit pneumatischer Kammer als OWC-Kraftwerk (OWC = Oscillating Water Column) bezeichnet.A well-known concept for the utilization of wave energy, which has been known for some 30 years, uses a pneumatic chamber, which communicates hydraulically with the seawater via a first opening. The upper part of this pneumatic chamber is filled with air and communicates via a second opening with the ambient air. In the pneumatic chamber, the water level rises and falls continuously depending on the wave outside the chamber. In order to obtain mechanical or electrical energy from this, a turbine can be installed in the second opening or in the first opening, which is driven by the incoming and outgoing air or the incoming and outgoing water. The turbines used must be designed so that they continuously work despite the changing flow direction. A well-known representative of these turbines is named after their inventor Wells turbine. In English-speaking countries, wave power plants with a pneumatic chamber are called OWC power plants (OWC = Oscillating Water Column).

In der 1 ist ein solches Wellenkraftwerk schematisch dargestellt. Es ist unmittelbar einleuchtend, dass jede Welle, die an einer ersten Öffnung 1 ankommt, das Einströmen und das anschließende Ausströmen von Meerwasser in die pneumatische Kammer 3 verursacht. Die erste Öffnung 1 steht hydraulisch mit dem Meer in Verbindung. Das Ein- und Ausströmen von Meerwasser in die pneumatische Kammer 3 durch die erste Öffnung 1 ist in der 1 durch einen Doppelpfeil 7 angedeutet.In the 1 Such a wave power plant is shown schematically. It is immediately obvious that every wave is at a first opening 1 arrives, the influx and the subsequent outflow of seawater into the pneumatic chamber 3 caused. The first opening 1 is hydraulically connected to the sea. The inflow and outflow of seawater into the pneumatic chamber 3 through the first opening 1 is in the 1 by a double arrow 7 indicated.

Der Wasserspiegel in der pneumatischen Kammer 3 ist mit WSP bezeichnet. Durch die Doppelpfeile in der pneumatischen Kammer 3 wird angedeutet, dass der Wasserspiegel WSP in der pneumatischen Kammer 3 abhängig von einer Wellenhöhe oszilliert.The water level in the pneumatic chamber 3 is designated WSP. Through the double arrows in the pneumatic chamber 3 it is suggested that the water level WSP in the pneumatic chamber 3 depending on a wave height oscillates.

Am oberen Ende der pneumatischen Kammer 3 ist eine zweite Öffnung 9 vorgesehen, welche den mit Luft gefüllten Teil der pneumatischen Kammer 3 mit der Umgebungsluft verbindet. Auch in der zweiten Öffnung 9, die als Kanal oder Röhre ausgebildet sein kann, strömt die Luft ein und aus, was durch den Doppelpfeil 11 angedeutet ist.At the upper end of the pneumatic chamber 3 is a second opening 9 provided, which is the air-filled part of the pneumatic chamber 3 connects with the ambient air. Also in the second opening 9 , which may be formed as a channel or tube, the air flows in and out, which is indicated by the double arrow 11 is indicated.

Bei den bekannten OWC-Kraftwerken ist in der zweiten Öffnung 9 eine Turbine 13 eingebaut, die bei wechselnder Anströmrichtung, angedeutet durch den Doppelpfeil 11, ihre Laufrichtung nicht umkehrt, sondern bei gleichbleibender Drehrichtung mechanische Arbeit über eine Welle beispielsweise an einen nicht dargestellten elektrischen Generator abgibt. Im Folgenden werden diese Turbinen als bi-direktionale Turbinen bezeichnet.In the known OWC power plants is in the second opening 9 a turbine 13 installed, the changing direction of flow, indicated by the double arrow 11 , Does not reverse their direction, but emits mechanical work on a shaft, for example, to an electric generator, not shown, while maintaining the same direction of rotation. These turbines are referred to below as bi-directional turbines.

Es sind Turbinen bekannt mit axialen, radialen, radial-axial-radialen und diagonalen Laufrädern, die die hohen Geschwindigkeiten der Fluidströmung in eine nutzbare Drehbewegung umwandeln.Turbines are known having axial, radial, radial-axial-radial and diagonal impellers which convert the high velocities of the fluid flow into a useable rotational motion.

In der GB 1574379 A betreffend die sogenannte Wells-Turbine und der GB 2 125 113 A werden verschiedene Laufräder (radial, axial und diagonal) einer Turbine beschrieben, die in OWC-Kraftwerken eingesetzt werden können.In the GB 1574379 A concerning the so-called Wells turbine and the GB 2 125 113 A describes various impellers (radial, axial and diagonal) of a turbine that can be used in OWC power plants.

Die eingangs erwähnte Wells-Turbine erfüllt diese Anforderung, nämlich bei wechselnder Anströmrichtung ohne Umkehr der Drehrichtung und dem durch die Turbine 13 strömenden Fluid, sei es Luft oder eine Flüssigkeit, Energie zu entziehen und an einer Welle in Form von mechanischer Arbeit bereitzustellen. Dieses Prinzip ist beispielsweise in der erstmals im Jahr 2001 auf der schottischen Insel Islay und 2011 in Spanien der Hafenmole der Stadt Mutriku realisiert worden. Es ist alternativ auch möglich, in der ersten Öffnung 1 eine Turbine (nicht dargestellt) zu installieren, die von Meerwasser angeströmt wird. Im Zusammenhang mit der beanspruchten Erfindung sind beide Anordnungen möglich. The Wells turbine mentioned above meets this requirement, namely with changing direction of flow without reversal of the direction of rotation and through the turbine 13 flowing fluid, be it air or a liquid, to extract energy and provide it to a shaft in the form of mechanical work. This principle has been implemented, for example, in the first time in 2001 on the Scottish Islay Island and in 2011 in Spain, the harbor mole of the city of Mutriku. It is alternatively possible in the first opening 1 Install a turbine (not shown), which is flown by seawater. In the context of the claimed invention both arrangements are possible.

Um die Jahresstromerzeugung eines OWC-Kraftwerks bzw. eines Wellenkraftwerks zu maximieren, ist es notwendig, dass das Wellenkraftwerk, bei sich ändernden Wellenhöhen 5 und Frequenzen des Wellengangs stets einen möglichst guten Wirkungsgrad erreicht.In order to maximize the annual electricity production of an OWC power plant or a wave power plant, it is necessary that the wave power plant, with changing wave heights 5 and frequencies of the waves always achieved the best possible efficiency.

In der 1 ist die aufgrund von Wetteränderungen zeitlich veränderliche Wellenlaufgeschwindigkeit VW durch einen Pfeil angedeutet. Zur Veranschaulichung ist in der 1 die Periodendauer T durch den Abstand zweier Wellenberge angedeutet. Die Frequenz f des Wellengangs ist gleich dem Kehrwert der Periodendauer T(f = 1/T).In the 1 is the time varying due to weather changes wave velocity V W indicated by an arrow. For illustration is in the 1 the period T indicated by the distance between two peaks. The frequency f of the wave is equal to the reciprocal of the period T (f = 1 / T).

Die Periodendauer T ist ebenso wie die Wellenhöhe 5 eine variable Größe und hängt von verschiedenen Einflussfaktoren wie Wetter, Bodenkontur etc. ab. Es ist also möglich, dass bei geänderter Wetterlage sich nicht nur die Wellenhöhe 5, sondern auch die Periodendauer T ändert. Die Häufigkeitsverteilung der Amplituden der Wellengänge 5 und der Frequenzen f unterscheiden sich von Standort zu Standort und werden in dem sogenannten Wellenklima abgebildet. The period T is the same as the wave height 5 a variable size and depends on various factors such as weather, ground contour, etc. So it's possible that when changed Weather is not just the wave height 5 but also the period T changes. The frequency distribution of the amplitudes of the waves 5 and the frequencies f differ from location to location and are mapped in the so-called wave climate.

Zur Veranschaulichung des Gesagten ist in 2 der zeitliche Verlauf des Wasserspiegels an einem Punkt über der Zeit t aufgetragen. Im Fall der Linie 15 beträgt die Periodendauer T1 und im Fall der Linie 17 beträgt die Periodendauer T2. In dem exemplarisch dargestellten Beispiel ist die Periodendauer T1 größer als T2. Dabei ist für beide Linien 15 und 17 die gleiche Wellenhöhe 5 unterstellt worden. Dies stellt eine Vereinfachung dar. To illustrate what is said in 2 the time course of the water level is plotted at a point over time t. In the case of the line 15 the period is T 1 and in the case of the line 17 the period is T 2 . In the example shown by way of example, the period T 1 is greater than T 2 . It is for both lines 15 and 17 the same wave height 5 been subordinated. This is a simplification.

Die Funktion einer bi-direktionalen Turbine wird im Folgenden als bekannt vorausgesetzt. Im Zusammenhang mit der Erfindung ist jedoch zu erwähnen, dass es bi-direktionale Turbinen mit axialem Laufrad und bi-direktionale Turbinen mit radialem Laufrad gibt. Eine Besonderheit der bi-direktionalen Turbinen ist, dass das Profil der mindestens einen Laufschaufel des Laufrads symmetrisch ist und die Laufschaufel nicht angestellt ist. Für ein axiales Laufrad bedeutet dies, dass die gedachte Verbindungslinie von der Vorderkante zur Hinterkante der Laufschaufel in der Drehebene des Laufrads liegt. The function of a bi-directional turbine is assumed to be known in the following. However, in the context of the invention, it should be mentioned that there are bi-directional axial-flow and bi-directional radial-impeller turbines. A special feature of bi-directional turbines is that the profile of the at least one blade of the impeller is symmetrical and the blade is not turned on. For an axial impeller, this means that the imaginary connecting line from the leading edge to the trailing edge of the blade is in the plane of rotation of the impeller.

Die Verfügbarkeiten der ausgeführten OWC-Kraftwerke liegen mittlerweile fast bei 100%. Allerdings ist die Energieausbeute noch verbesserungsfähig und deshalb wurden in der Vergangenheit verschiedene Versuche unternommen, um das Betriebsverhalten eines OWC-Kraftwerks bestmöglich an den Wellengang anzupassen, um dadurch die Jahresarbeit des Kraftwerks zu erhöhen.The availabilities of the exported OWC power plants are now almost 100%. However, the energy yield can still be improved and therefore various attempts have been made in the past to adapt the operating behavior of an OWC power plant as well as possible to the swell, thereby increasing the annual work of the power plant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbine bereitzustellen, die das Betriebsverhalten von Wellenkraftwerken mit pneumatischer Kammer weiter verbessert und insbesondere eine verbesserte, auf wechselnden Wellengang, insbesondere wechselnde Wellenhöhe und/oder wechselnde Frequenzen des Wellengangs, einstellbar ist. The invention has for its object to provide a turbine, which further improves the performance of wave power plants with pneumatic chamber and in particular an improved, changing swell, in particular changing wave height and / or changing frequencies of the swell is adjustable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Turbine gemäß dem Anspruch 1 mit einem Laufrad, wobei eine Laufschaufel bei einer Umdrehung des Laufrads eine Fläche überstreicht, wobei das Verhältnis der in Anströmrichtung eines Fluides auf die überstrichene Fläche projizierte Fläche des oder der Laufschaufeln dadurch veränderbar ist, dass die überstrichene Fläche verändert wird oder eine Länge der mindestens einen Laufschaufel verändert wird. Als Länge einer Laufschaufel wird der Abstand zwischen Vorderkante und Hinterkante bezeichnet. This object is achieved by a turbine according to claim 1 with an impeller, wherein a blade sweeps over a surface during a revolution of the impeller, wherein the ratio of the projected in the direction of flow of a fluid on the swept area surface of the blades or is variable thereby that the swept area is changed or a length of the at least one blade is changed. The length of a blade is the distance between the leading edge and the trailing edge.

Diese Turbine macht sich die erfindungsgemäße Erkenntnis zunutze, dass ein OWC-Kraftwerk mit dem ein- und ausströmenden Wasser sowie der pneumatischen Kammer und der Turbine als gedämpftes schwingendes System aufgefasst werden kann, wobei die Turbine im Wesentlichen die Aufgabe des Dämpfungsglieds übernimmt. Dies ist unmittelbar einleuchtend, wenn man bedenkt, dass es ja die Aufgabe der Turbine ist, aus dem Fluid, welches durch die Turbine strömt, Energie zu entnehmen und in mechanische Energie umzuwandeln. Diese mechanische Energie wird aus dem schwingungsfähigen System „Wellenkraftwerk“ entnommen.This turbine makes use of the knowledge according to the invention that an OWC power plant with the incoming and outgoing water as well as the pneumatic chamber and the turbine can be regarded as a damped oscillating system, the turbine essentially assuming the task of the attenuator. This is immediately obvious when one considers that it is the task of the turbine to extract energy from the fluid flowing through the turbine and convert it into mechanical energy. This mechanical energy is taken from the oscillatory "wave power plant" system.

Mit der erfindungsgemäßen Turbine ist es nun möglich, den Strömungswiderstand, den die Turbine dem Fluid entgegensetzt, zu steuern, so dass abhängig, insbesondere von der Frequenz und/oder der Amplitude des Wellengangs, die Dämpfung bzw. das Dämpfungsverhalten des Wellenkraftwerks zu steuern. Es hat sich herausgestellt, dass auf diese Weise das Betriebsverhalten des Wellenkraftwerks abhängig, insbesondere von der Frequenz und/oder der Amplitude des Wellengangs, so gesteuert werden kann, dass sich die Energieausbeute eines mit einer erfindungsgemäßen Turbine ausgerüsteten OWC-Kraftwerks signifikant erhöht.With the turbine according to the invention, it is now possible to control the flow resistance, which the turbine opposes to the fluid, so that dependent, in particular on the frequency and / or the amplitude of the wave, to control the damping or the damping behavior of the wave power plant. It has been found that in this way the operating behavior of the wave power plant depending, in particular on the frequency and / or the amplitude of the swell, so can be controlled so that the energy efficiency of a equipped with a turbine OWC power plant significantly increased.

Alle anderen aus dem Stand der Technik bekannten Möglichkeiten der Steuerung einer bi-direktionalen Turbine, sei es durch eine Pitch-Steuerung der Laufschaufeln, d.h. dem Verdrehen der Laufschaufeln um eine Achse, die senkrecht zur Anströmrichtung verläuft und in der von den Laufschaufeln überstrichenen Fläche liegt, aber auch die veränderbare Höhe der Strömungskanäle in der Turbine ändern am Dämpfungsgrad der Turbine nichts, wie weiter unten im Zusammenhang mit den 5 und 6 noch im Detail erläutert wird.All other prior art ways of controlling a bi-directional turbine, be it by pitch control of the blades, ie, rotating the blades about an axis that is perpendicular to the direction of flow and in the area swept by the blades , but also the variable height of the flow channels in the turbine change nothing in the degree of damping of the turbine, as described below in connection with the 5 and 6 will be explained in detail.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Turbine ist vorgesehen, dass das Laufrad ein radiales Laufrad ist, und dass die mindestens eine Laufschaufel in radialer Richtung verschiebbar ist. Bei einem radialen Laufrad ist die von der mindestens einen Laufschaufel überstrichene Fläche AÜ ein Kreiszylinder, dessen Fläche gemäß der Gleichung (1) berechnet werden kann: AÜ = π·2R·H (1) Mit

R:
Radius auf dem die Laufschaufeln positioniert sind
H:
Höhe der Laufschaufel
In an advantageous embodiment of the turbine according to the invention it is provided that the impeller is a radial impeller, and that the at least one blade is displaceable in the radial direction. For a radial impeller, the area A Ü swept by the at least one blade is a circular cylinder, the area of which can be calculated according to equation (1): A Ü = π · 2R · H (1) With
R:
Radius on which the blades are positioned
H:
Height of the blade

Die in diesem Fall von einer oder mehreren Laufschaufeln auf die überstrichene Fläche AÜ projizierte Fläche AP berechnet sich angenähert nach der Gleichung (2): AP = H·L·Z (2) Mit

H:
Höhe der Laufschaufel
l:
Länge der Laufschaufel
Z:
Anzahl der Laufschaufeln
The one or more blades in this case on the swept area A Ü projected area A P is calculated approximately according to the equation (2): A P = H * L * Z (2) With
H:
Height of the blade
l:
Length of the blade
Z:
Number of blades

Das Verhältnis der Flächen AP zu AÜ lässt sich also dadurch verändern, indem die mindestens eine Laufschaufel in radialer Richtung nach außen oder nach innen verschoben wird. Dadurch vergrößert bzw. verkleinert sich die von den Laufschaufeln überstrichene Fläche AÜ und die Fläche AP der Laufschaufel bleibt konstant. The ratio of the areas A P to A U can thus be changed by the at least one moving blade is displaced in the radial direction outwards or inwards. As a result, the surface A Ü swept by the blades increases or decreases, and the surface A P of the blade remains constant.

Die Art der radialen Verschiebung des oder der Laufschaufeln ist dabei nicht erfindungswesentlich. Es können zu diesem Zweck alle aus dem allgemeinen Maschinenbau bekannten Antriebe, wie hydraulische Antriebe, pneumatische Antriebe, mechanische Antriebe, ähnlich einem Spannfutter einer Werkzeugmaschine, oder elektrische Antriebe verwendet werden. Auch Kurvengetriebe und anderes mehr sind einsetzbar und vom Erfindungsgedanken umfasst.The type of radial displacement of the blade or blades is not essential to the invention. For this purpose, it is possible to use all drives known from general mechanical engineering, such as hydraulic drives, pneumatic drives, mechanical drives, similar to a chuck of a machine tool, or electric drives. Cam gears and other more can be used and included in the concept of the invention.

Eine alternative Realisierung der erfindungsgemäßen Zielsetzung besteht darin, dass eine Länge L der mindestens einen Laufschaufel veränderbar ist. Auch dadurch wird das Verhältnis der Flächen AP zu AÜ verändert. Es können auch beide Ansätze miteinander kombiniert werden. An alternative realization of the objective according to the invention is that a length L of the at least one blade can be changed. This also changes the ratio of the areas A P to A Ü . Both approaches can be combined with each other.

Weil der Wellengang des Meeres sich nicht im Minutentakt, sondern eher nur innerhalb von Stunden ändert und der Wellengang dann wieder für einige Zeit mehr oder weniger konstant bleibt, ist es bei einer einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Turbine möglich, die nach einer oder vor einer Wetteränderung bzw. einer Änderung des Wellengangs die Turbine anzuhalten und beispielsweise die Länge der Laufschaufeln manuell bzw. bei stehender Turbine zu verändern, bzw. Laufschaufeln mit einer anderen Länge zu montieren und anschließend die Turbine wieder in Betrieb zu nehmen. Because the swell of the sea does not change every minute, but rather only within hours and the swell then remains more or less constant for some time, it is possible in a simple embodiment of the turbine according to the invention, after one or before a weather change or To stop a change in the wave of the turbine and, for example, to change the length of the blades manually or when the turbine is stationary, or to mount blades with a different length and then to put the turbine back into operation.

Es ist auch möglich, die Zahl der Laufschaufeln zu ändern, beispielsweise indem eine oder mehrere Laufschaufeln entfernt oder zusätzliche Laufschaufeln montiert werden. It is also possible to change the number of blades, for example, by removing one or more blades or mounting additional blades.

Diese einfachen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Turbine sind immer dort sinnvoll einsetzbar, wo der Wellengang über lange Zeiträume nahezu konstant bleibt und beispielsweise im Wesentlichen nur saisonalen Schwankungen ausgesetzt ist. Dann wäre es möglich, je nach Jahreszeit die Beschaufelung des Laufrades an die bevorstehende bzw. kommende Jahreszeit anzupassen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsformen sind die geringen Herstellungskosten. These simple embodiments of a turbine according to the invention are always useful where the waves remain almost constant over long periods of time and, for example, are essentially exposed only to seasonal fluctuations. Then it would be possible, depending on the season, the blading of the impeller to adapt to the upcoming or upcoming season. Another advantage of these embodiments is the low production costs.

In der Regel wird man jedoch bestrebt sein, die von den Laufschaufeln überstrichene Fläche AÜ bzw. die Länge L der Laufschaufeln während des Betriebs der Turbine einstellen bzw. verändern zu können. Dadurch ist es möglich, erstens automatisch und mit weniger Personaleinsatz die Turbine stets im optimalen Betriebsbereich zu halten. Außerdem können relativ kurzfristige Änderungen des Wellengangs, die beispielsweise nur eine Stunde oder einen halben Tag anhalten, zu berücksichtigen und die Turbine auch in diesen Zeiten in einem optimalen Betriebsbereich zu halten. In general, however, it will be endeavored to be able to adjust or change the area swept by the blades surface A Ü and the length L of the blades during operation of the turbine. This makes it possible, firstly automatically and with less staffing to keep the turbine always in the optimum operating range. In addition, relatively short-term changes in swell, for example, lasting only one hour or half a day, can be taken into account and keep the turbine in an optimal operating range even during these times.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Turbine ist auf jeden Fall darin zu sehen, dass die Steuerung der Turbine sehr träge sein kann, weil sich die Charakteristik des Wellengangs nicht von Minute zu Minute ändert und entsprechend auch die Stellbewegungen bzw. das Ansteuern der erfindungsgemäßen Turbine nicht im Minutentakt, sondern in Zeiträumen von beispielsweise einer Stunde oder mehreren Stunden bis hin zu mehreren Tagen erfolgen kann. A particular advantage of the turbine according to the invention is in any case to be seen in the fact that the control of the turbine can be very sluggish, because the characteristic of the wave does not change from minute to minute and correspondingly also the actuating movements or the driving of the turbine according to the invention in the But can take place in periods of for example one hour or several hours up to several days.

Demgegenüber hat eine Pitch-Regelung der Laufschaufeln zur Folge, dass mit jedem Wellenhub die Laufschaufeln verdreht werden müssten, was dazu führt, dass viele hundert Stellbewegungen in einer Stunde erfolgen müssen und entsprechend der hohen Zahl von Stellbewegungen auch der Verschleiß der Stelleinrichtungen hoch ist.In contrast, a pitch control of the blades has the consequence that with each shaft stroke, the blades would have to be rotated, which means that many hundred positioning movements must be done in one hour and corresponding to the high number of positioning movements and the wear of the adjusting devices is high.

Dies ist bei der erfindungsgemäßen Turbine nicht zu befürchten, da in einem Jahr nur etwa 100 bis etwa 2500 Stellbewegungen erforderlich sind. Entsprechend gering ist der Verschleiß bei Stelleinrichtungen und die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Turbine ist daher sehr hoch.This is not to be feared in the turbine according to the invention, since in a year only about 100 to about 2500 adjusting movements are required. Accordingly low is the wear on adjusting devices and the life of the turbine according to the invention is therefore very high.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Turbine nach dem Anspruch 1 bzw. zum Betreiben eines OWC-Kraftwerks gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 6 und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (AP/AÜ) der von der mindestens einen Laufschaufel bei einer Umdrehung des Laufrads überstrichenen Fläche (AÜ) zu der in Anströmrichtung eines Fluides auf die überstrichene Fläche (AÜ) projizierte Fläche (AP) in Abhängigkeit einer Frequenz (f) des Wellengangs und/oder der Wellenhöhe 5 verändert oder gesteuert wird. The invention further relates to a method for operating a turbine according to claim 1 or for operating an OWC power plant according to the independent claim 6 and is characterized in that the ratio (A P / A Ü ) of the at least one blade at a Rotation of the impeller over swept area (A Ü ) to the in the direction of flow of a fluid on the swept area (A Ü ) projected area (A P ) as a function of frequency (f) of the wave and / or wave height 5 is changed or controlled.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following drawings, the description and the claims removable. All in the drawing, whose Description and the claims disclosed features may be essential to the invention both individually and in any combination with each other.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung eines OWC-Kraftwerks, 1 a schematic representation of an OWC power plant,

2 die unterschiedlichen Periodendauern T1 und T2 von unterschiedlichem Wellengang, 2 the different periods T1 and T2 of different waves,

3 eine schematische Darstellung eines axialen Laufrads, 3 a schematic representation of an axial impeller,

4 ein Beispiel für ein radiales Laufrad einer bi-direktionalen Turbine, 4 an example of a radial impeller of a bi-directional turbine,

5 ein Diagramm, in dem der normierte Druckkoeffizient über dem Durchflusskoeffizienten einer herkömmlichen bi-direktionalen Turbine aufgetragen ist, 5 a diagram in which the normalized pressure coefficient is plotted against the flow coefficient of a conventional bi-directional turbine,

6 eine Darstellung des nicht vorhandenen Einflusses einer Pitch-Steuerung auf die Dämpfungseigenschaften des Laufrades bzw. der Turbine, 6 a representation of the non-existent influence of a pitch control on the damping properties of the impeller or the turbine,

7 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen radialen Laufrads, 7 A first embodiment of a radial impeller according to the invention,

8 eine schematische Darstellung einer Laufschaufel, deren Länge L veränderbar ist in einer ersten Position, 8th 1 is a schematic representation of a blade whose length L is variable in a first position,

9 die gleiche Laufschaufel mit maximaler Länge L, 9 the same blade with maximum length L,

10 die Darstellung der mit der erfindungsgemäßen Turbine erzielbaren Änderungen des Dämpfungsverhaltens einer erfindungsgemäßen Turbine. 10 the representation of the achievable with the turbine according to the invention changes the damping behavior of a turbine according to the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In der 3 ist ein axiales Laufrad 21 einer Turbine 13 mit vier Laufschaufeln 23 dargestellt. Alternativ kann eine solche Turbine (nicht dargestellt) auch in der Öffnung der Kammer 3 (siehe 1) angeordnet sein. Die Zahl und Gestalt der axialen Laufschaufeln 23 ist nur beispielhaft. Das Laufrad 21 ist in eine kreisrunde zweite Öffnung 9 (siehe 1) eines Wellenkraftwerks eingepasst. Anzahl und Form der Laufschaufeln 23 können variieren. Die Drehrichtung des Laufrads ist mit dem gestrichelten Pfeil gekennzeichnet. Die Strömungsrichtung des Fluids (Luft, Gas oder eine Flüssigkeit), welches durch das Laufrad 21 hindurchströmt, ist senkrecht zur Zeichenebene und wechselt zyklisch seine Richtung. In the 3 is an axial impeller 21 a turbine 13 with four blades 23 shown. Alternatively, such a turbine (not shown) also in the opening of the chamber 3 (please refer 1 ) can be arranged. The number and shape of the axial blades 23 is only an example. The impeller 21 is in a circular second opening 9 (please refer 1 ) of a wave power plant. Number and shape of the blades 23 can vary. The direction of rotation of the impeller is indicated by the dashed arrow. The flow direction of the fluid (air, gas or liquid) passing through the impeller 21 flows through, is perpendicular to the plane and cyclically changes its direction.

Weil die Laufschaufeln 23 symmetrisch ausgeführt sind und nicht über den Radius verwunden sind, gibt das Laufrad 21 bei gleichbleibender Drehrichtung ein Drehmoment ab. Because the blades 23 are symmetrical and are not wound over the radius, gives the impeller 21 with the same direction of rotation from a torque.

Die Laufschaufeln sind an einer Nabe 25 befestigt und überstreichen bei einer Umdrehung eine kreisringförmige Fläche AÜ, deren Größe sich aus der Differenz des Durchmessers der Nabe 25 und dem (außen-)Durchmesser des Laufrads 21 ergibt. In diesem Fall gilt Gl (3) AÜ = ¼·π·(D2Laufrad – D2Nabe) (3) The blades are at a hub 25 attached and sweep in one revolution, an annular area A Ü whose size is the difference of the diameter of the hub 25 and the (outer) diameter of the impeller 21 results. In this case, G1 (3) A Ü = ¼ · π · (D 2 impeller - D 2 hub) (3)

Die auf diese überstrichene Fläche AÜ projizierte Fläche einer Laufschaufel 23 ist in der 3 durch die Schraffur einer der Laufschaufeln 23 und das Bezugszeichen AP angedeutet. Bei einem solchen herkömmlichen axialen Laufrad ist das Verhältnis der Flächen AP zu AÜ fest und infolgedessen ist auch das Dämpfungsverhalten dieses Laufrads 21 nicht veränderbar, wie nachfolgend noch näher erläutert werden wird.The surface of a blade projected onto this swept surface A U 23 is in the 3 by hatching one of the blades 23 and the reference numeral A P indicated. In such a conventional axial impeller, the ratio of the areas A P to A Ü is fixed and as a result, the damping behavior of this impeller is 21 not changeable, as will be explained in more detail below.

In der 4a ist ein Beispiel für ein radiales Laufrad einer erfindungsgemäßen Turbine schematisch dargestellt. In der 4a ist das radiale Laufrad 31 dargestellt, wobei die Blickrichtung in Richtung der Drehachse des Laufrads 31 verläuft. Dabei strömt das Fluid durch eine zentrale Öffnung 27 ein und aus. Die zentrale Öffnung 27 kann der zweiten Öffnung 9 oder der ersten Öffnung 1 eines OWC-Kraftwerks in 1 entsprechen. In the 4a is an example of a radial impeller of a turbine according to the invention shown schematically. In the 4a is the radial impeller 31 illustrated, wherein the viewing direction in the direction of the axis of rotation of the impeller 31 runs. The fluid flows through a central opening 27 in and out. The central opening 27 can the second opening 9 or the first opening 1 an OWC power plant in 1 correspond.

Die 4b zeigt eine Turbine mit einem radialen Laufrad 31 und schematisch im eingebauten Zustand und mit einer Turbinenwelle 35 im Schnitt. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass das Laufrad 31 eine Abschlussplatte 33 umfasst, die dafür sorgt, dass das Fluid, welches durch die Öffnung 27 in axialer Richtung ein- bzw. ausströmt, radial umgelenkt wird. Dieser Umlenkvorgang ist in der 4b durch zwei gekrümmte Doppelpfeile angedeutet. The 4b shows a turbine with a radial impeller 31 and schematically in the installed state and with a turbine shaft 35 on average. From this illustration it becomes clear that the impeller 31 an end plate 33 which ensures that the fluid passing through the opening 27 flows in and out in the axial direction, is deflected radially. This deflection is in the 4b indicated by two curved double arrows.

In der 4a ist das radiale Ausströmen des Fluides durch einen Pfeil 39 angedeutet, während das radiale Einströmen des Fluides durch einen Pfeil 41 angedeutet ist.In the 4a is the radial outflow of the fluid through an arrow 39 indicated while the radial inflow of the fluid through an arrow 41 is indicated.

Das Laufrad 31 mit der Deckplatte 33 und den Laufschaufeln 37 ist an einer Welle 35 drehbar gelagert, wobei die Lagerung nicht dargestellt ist. Diese Welle 35 wiederum ist über ein Getriebe oder direkt mit einem Generator (nicht dargestellt) gekoppelt in an sich bekannter Weise.The impeller 31 with the cover plate 33 and the blades 37 is on a wave 35 rotatably mounted, the storage is not shown. This wave 35 In turn, via a transmission or directly with a generator (not shown) coupled in a conventional manner.

Eine Höhe H der Laufschaufeln ist sowohl in der 4b als auch in dem Schnitt entlang der Linie A-A in 4c eingetragen. Eine Länge L der Laufschaufel 37 ist in der 4c ebenfalls eingetragen.A height H of the blades is both in the 4b as well as in the section along the line AA in 4c entered. A length L of the blade 37 is in the 4c also registered.

Die von den Laufschaufeln 37 überstrichene Fläche berechnet sich somit nach der Gleichung (4): AÜ = 2·Л·RL·Z (4) Mit

RL:
Radius der Kreisbahn auf der sich die Laufschaufeln 37 bewegen
Z:
Anzahl der Laufschaufeln 37
The of the blades 37 swept area is thus calculated according to equation (4): A Ü = 2 · L · R L · Z (4) With
R L :
Radius of the circular path on which the blades 37 move
Z:
Number of blades 37

Die projizierte Fläche dieser Laufschaufeln 37 beträgt H·L·Z. The projected area of these blades 37 is H · L · Z.

Die anhand der 3 und 4 erläuterten Turbinen mit axialem und radialem Laufrad haben ein sehr ähnliches Betriebsverhalten, das anhand des in 5 dargestellten Diagramms erläutert wird.The basis of the 3 and 4 explained axial and radial impeller turbines have a very similar performance, based on the in 5 illustrated diagram is explained.

Eine für die Turbine beziehungsweise ein Wellenkraftwerk wichtige Kenngröße ist neben dem Wirkungsgrad die Dämpfung. Die Dämpfung ist wichtig, um das schwingungsfähige Gesamtsystem „Wellenkraftwerk“ optimal an den herrschenden Wellengang anzupassen und auf diesem Wege die Energieausbeute zu erhöhen. An important parameter for the turbine or a wave power plant is in addition to the efficiency of the damping. The damping is important in order to optimally adapt the oscillating overall system "wave power plant" to the prevailing swell and in this way to increase the energy yield.

In 5 ist der normierter Druckkoeffizient γtt über dem normierten Durchflusskoeffizient θ für ein herkömmliches Laufrad bzw. eine herkömmliche Turbine in Diagrammform dargestellt. Der normierte Druckkoeffizient Ytt wird hierbei gebildet mit der Totaldruckdifferenz Δptt vor und nach dem Laufrad, dem Laufraddurchmesser D, der Drehzahl n und der Fluiddichte ρ mit folgender Formel:

Figure DE102014203786A1_0002
In 5 For example, the normalized pressure coefficient γtt versus the normalized flow coefficient θ for a conventional impeller or a conventional turbine is diagrammatically shown. The normalized pressure coefficient Y tt is formed here with the total pressure difference Δp tt before and after the impeller, the impeller diameter D, the rotational speed n and the fluid density ρ with the following formula:
Figure DE102014203786A1_0002

Der Durchflusskoeffizient θ wird berechnet mit dem Volumenstrom V 0 , dem Durchmesser D und der Drehzahl n des Laufrads wie folgt:

Figure DE102014203786A1_0003
The flow coefficient θ is calculated with the volume flow V  0 , the diameter D and the speed n of the impeller as follows:
Figure DE102014203786A1_0003

Hierbei ist der lineare Verlauf charakteristisch für alle Turbinenarten mit axialem Laufrad, radialem Laufrad oder den oben erwähnten weiteren Bauformen.Here, the linear course is characteristic of all turbine types with axial impeller, radial impeller or the above-mentioned other designs.

Die Steigung m der Geraden berechnet sich gemäß folgender Gleichung:

Figure DE102014203786A1_0004
The slope m of the straight line is calculated according to the following equation:
Figure DE102014203786A1_0004

Die Größe der Steigung m ist ein Maß für die Dämpfung einer Turbine. Große Werte bedeuten eine große Dämpfung, kleine Werte bedeuten eine kleine Dämpfung.The magnitude of the slope m is a measure of the damping of a turbine. Large values mean a large damping, small values mean a small damping.

Will man mittels Drehzahlanpassungen der Turbine die Strömung beeinflussen, verschiebt sich der Betriebspunkt der Turbine auf der in 5 dargestellten Geraden. Die Dämpfung bleibt jedoch konstant; d. h. die Betriebscharakteristik der Turbine ändert sich nicht. Eine Drehzahlanpassung zur Veränderung der Dämpfung ist somit ungeeignet.If you want to influence the flow by means of speed adjustments of the turbine, the operating point of the turbine shifts to the in 5 shown straight lines. The damping remains constant, however; ie the operating characteristics of the turbine does not change. A speed adjustment for changing the damping is therefore unsuitable.

Wenn man den Anstellwinkel αp(Pitch) der Laufschaufeln ändert, verschiebt sich die in 5 dargestellte Gerade nach rechts oder links, was in der 6 dargestellt ist. Wie sich aus 6 ergibt, bleibt die Steigung der Geraden gleich. Das bedeutet, dass sich das Dämpfungsverhalten durch das „Pitchen“ von axialen und radialen Laufrädern nicht ändert. If you change the angle of attack α p (pitch) of the blades, shifts the in 5 shown straight line to the left or right, which is in the 6 is shown. As it turned out 6 results, the slope of the line remains the same. This means that the damping behavior does not change due to the "pitching" of axial and radial wheels.

Eine variable Ausgestaltung der Kanalhöhe bzw. der Höhe H der Laufschaufeln hat ebenfalls keine Änderung der Dämpfung zur Folge, da das Verhältnis der von den Laufschaufeln überstrichenen Fläche Aü zur projizierten Fläche der Laufschaufeln Ap konstant bleibt.A variable configuration of the channel height or the height H of the blades also does not result in a change in the damping since the ratio of the area A ü swept by the rotor blades to the projected area of the rotor blades A p remains constant.

Auch die Anbringung von Leiträdern, vor und/oder nach dem Turbinenblatt und/oder die Verwendung von Leitblechen in der Strömungspassage vor und/oder nach dem Laufrad wurden vorgeschlagen. Auch hier kann das Dämpfungsverhalten im Betrieb der Turbine nicht verändern werden.Also, the attachment of guide wheels, before and / or after the turbine blade and / or the use of baffles in the flow passage before and / or after the impeller have been proposed. Again, the damping behavior during operation of the turbine can not be changed.

Um das Dämpfungsverhalten von Turbinen mit axialen und radialen Laufrädern verändern zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die überstrichene Fläche Aü zu verändern und/oder die Länge L der Laufschaufeln zu verändern. In order to change the damping behavior of turbines with axial and radial wheels, the invention proposes to change the swept area A ü and / or to change the length L of the blades.

Dadurch ändert sich die Dämpfung der Turbine, was sich in einer geänderten Steigung der Linie 41 in 5 ausdrückt. Dadurch ist es möglich, das Dämpfungsverhalten so zu steuern, dass es für den momentan herrschenden Wellengang (Frequenz f und Amplitude) ideal ist und somit die Leistungsabgabe der Turbine immer optimal ist. Die Turbine kann dadurch die periodische Wellenbewegung optimal in ein nutzbares Drehmoment umsetzen. This changes the damping of the turbine, resulting in a changed slope of the line 41 in 5 expresses. This makes it possible to control the damping behavior so that it is ideal for the currently prevailing swell (frequency f and amplitude) and thus the power output of the turbine is always optimal. The turbine can thereby optimally convert the periodic wave motion into a usable torque.

Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich sowohl bei Turbinen mit radialem Laufrad als auch bei Turbinen mit axialem Laufrad die Dämpfung zu verändern. Dadurch kann die Dämpfung an den aktuellen Wellengang angepasst werden. Überschlägige erste Berechnungen versprechen eine um etwa 10 % oder mehr erhöhte Jahresstromerzeugung. With the aid of the invention, it is possible to change the damping both in turbines with a radial impeller and in turbines with an axial impeller. This allows the damping to be adapted to the current waves. Rough first calculations promise about 10% or more increased annual electricity production.

In 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines radialen Laufrads 31 einer erfindungsgemäßen Turbine schematisch dargestellt. Dabei können die Laufschaufeln 37, anders als bei dem in 4 dargestellten Laufrad 31, in radialer Richtung verschoben werden. In 7 is an embodiment of a radial impeller 31 a turbine according to the invention shown schematically. This can be the blades 37 , unlike the one in 4 illustrated impeller 31 , be moved in the radial direction.

In der 7 ist exemplarisch eine Laufschaufel 31 in drei verschiedenen radialen Positionen dargestellt. Die anderen Laufschaufeln (ohne Bezugszeichen) können ebenfalls in radialer Richtung verschoben werden, obwohl dies nicht dargestellt ist. In the 7 is an example of a blade 31 shown in three different radial positions. The other blades (not numbered) may also be displaced in the radial direction, although not shown.

Durch die radiale Verschiebung ändert sich die überstrichene Fläche Aü und das Verhältnis Ap/Aü, obwohl die Länge L der Laufschaufeln 37 konstant bleibt. In Folge dessen ändert sich auch die Dämpfung der Turbine (siehe 10). The radial displacement changes the swept area A u and the ratio Ap / Aü, although the length L of the blades 37 remains constant. As a result, the damping of the turbine changes (see 10 ).

Die Verstellung der Laufschaufeln zu einem kleineren Bauradius hat zur Folge, dass das Verhältnis Ap/AÜ und die Dämpfung des Turbinenlaufrades 31 zunimmt. Dies ist exemplarisch in mit der Linie 41.1 angedeutet. The adjustment of the blades to a smaller Bauradius has the consequence that the ratio A p / A Ü and the damping of the turbine runner 31 increases. This is exemplary in with the line 41.1 indicated.

Die radiale Verstellung der Laufschaufeln 37 zu einem größeren Radius R hat zur Folge, dass das Verhältnis Ap/AÜ und die Dämpfung des Turbinenlaufrades 31 abnimmt. Dies ist exemplarisch in mit der Linie 41.2 angedeutet. The radial adjustment of the blades 37 to a larger radius R has the consequence that the ratio A p / A Ü and the damping of the turbine runner 31 decreases. This is exemplary in with the line 41.2 indicated.

Die variable Ausgestaltung der Laufschaufeln zu größeren oder kleineren Radien R hat ähnlich wie eine einstellbare Blende eine Änderung der Dämpfungseigenschaften der Turbine zur Folge.The variable design of the blades to larger or smaller radii R has similar to an adjustable aperture a change in the damping properties of the turbine result.

Selbstverständlich ist die 7 nur als schematische Darstellung aufzufassen. Die Art und Weise, wie die Laufschaufeln in radialer Richtung verschoben werden, sind vielfältig. Die erfindungsgemäße Turbine kann mittels eines geeigneten Verstell-Mechanismus im Betrieb in ihrer Charakteristik verändert werden. Dabei kommen als Verstell-Mechanismen alle aus dem Stand der Technik bekannten und geeigneten Einrichtungen und Antriebe in Frage, die eine Verschiebung der Laufschaufeln 37 in radialer Richtung im Betrieb oder während eines kurzen Stillstands der Turbine bewirken.Of course that is 7 only as a schematic representation. The way in which the blades are moved in the radial direction, are many. The turbine according to the invention can be changed by means of a suitable adjustment mechanism in operation in their characteristic. Here come as adjustment mechanisms all known and suitable from the prior art devices and drives in question, the displacement of the blades 37 effect in the radial direction during operation or during a short stoppage of the turbine.

Wenn man zurück zur 4b geht, wird deutlich, dass oberhalb der Deckplatte 33 ausreichend Platz ist, um geeignete Verschiebemechanismen, seien sie hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder rein mechanisch, unterzubringen. When you go back to 4b goes, it becomes clear that above the cover plate 33 there is sufficient space to accommodate suitable displacement mechanisms, whether hydraulic, pneumatic, electrical or purely mechanical.

In den 8 und 9 ist ein Ausführungsbeispiel einer in ihrer Länge L veränderbaren Laufschaufel 23 bzw. 37 schematisch dargestellt. Die Laufschaufel 23 bzw. 37 besteht im Wesentlichen aus zwei Schalen 43 und einem Endstück 45. Die Schalen 43 sind symmetrisch ausgebildet und beispielsweise im Bereich der Vorderkante in einem Gelenk 47 drehbar gelagert. Die Schalen 43 werden zum Beispiel durch eine Zugfeder 48 in Anlage an dem Endstück 45 gehalten. In the 8th and 9 is an embodiment of a variable in length L blade 23 respectively. 37 shown schematically. The blade 23 respectively. 37 consists essentially of two bowls 43 and a tail 45 , The bowls 43 are symmetrical and, for example, in the region of the leading edge in a joint 47 rotatably mounted. The bowls 43 for example, by a tension spring 48 in contact with the tail 45 held.

Das Endstück 45 hat einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt und ist in axialer Richtung, d.h. in 9 nach rechts, relativ zu den Schalen 43 verschiebbar. The tail 45 has a substantially triangular cross-section and is in the axial direction, ie in 9 to the right, relative to the bowls 43 displaceable.

In der in 8 dargestellten Position ist das Endstück 45 so weit wie möglich nach links, d.h. in Richtung der Profilvorderkante mit dem Gelenk 47 verschoben, so dass sich eine minimale Länge Lmin der Laufschaufel 23 bzw. 37 einstellt. In the in 8th shown position is the tail 45 as far as possible to the left, ie in the direction of the profile leading edge with the joint 47 shifted so that there is a minimum length Lmin of the blade 23 respectively. 37 established.

Wenn nun, wie in 9 dargestellt, das Endstück 45 von der Profilvorderkante weg verschoben wird (in 9 nach rechts), dann ändert sich die Länge L der Laufschaufel 23 bzw. 37. In der 9 ist die maximale Länge Lmax dargestellt. If now, as in 9 shown, the tail 45 is moved away from the leading edge of the profile (in 9 to the right), then the length L of the blade changes 23 respectively. 37 , In the 9 the maximum length Lmax is shown.

Obwohl sich die Schalen 43 dabei etwas öffnen, bleibt die Symmetrie der Laufschaufel 23, 37 erhalten. Although the shells 43 while opening something, the symmetry of the blade remains 23 . 37 receive.

Zwischen den beiden Extrempositionen in den 8 und 9 ist die Länge L der Laufschaufeln 23, 31 stufenlos verstellbar. Infolgedessen ist es möglich, die projizierte Fläche Ap der Laufschaufeln 23, 31 und das Verhältnis AP/AÜ zu verändern und damit auch auf diese Weise das Dämpfungsverhalten der Turbine zu steuern. Between the two extreme positions in the 8th and 9 is the length L of the blades 23 . 31 infinitely adjustable. As a result, it is possible to have the projected area A p of the blades 23 . 31 and to change the ratio A P / A Ü and thus also to control the damping behavior of the turbine in this way.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die beiden anhand der 7 bis 9 beschriebenen Maßnahmen miteinander zu kombinieren. Dies geht besonders gut bei einer Turbine mit radialem Laufrad. Es versteht sich von selbst, dass beide Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiel anzusehen ist. Es sind auch durchaus andere Möglichkeiten, die Länge L einer Laufschaufel zu verändern, möglich und vom Erfindungsgedanken umfasst. It is of course also possible, the two on the basis of 7 to 9 measures to be combined. This is especially good for a turbine with a radial impeller. It goes without saying that both embodiments should be considered as an example only. There are also other ways to change the length L of a blade, possible and included in the inventive concept.

Der Einfluss der erfindungsgemäßen Maßnahmen (Ändern der überstrichenen Fläche AÜ und Verlängern der Länge L der Laufschaufeln 23, 31) lässt sich anhand der 10, die auf der 5 basiert, gut darstellen. The influence of the measures according to the invention (changing the swept area A U and extending the length L of the blades 23 . 31 ) can be determined by the 10 on the 5 based, well represent.

In der 10 sind drei Linien 41 dargestellt. Die Linie 41 entspricht der Linie 41 der 5. Wenn man nun bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 den Radius, auf dem sich die Laufschaufeln 23 bewegen, reduziert, dann wird die Linie 41 steiler (was durch die Linie 41.1 in der 10 angedeutet ist). Wenn man gegenüber dem Ursprungszustand die Laufschaufeln radial nach außen verschiebt, dann wird die Linie 41 flacher, was in der 10 durch die dritte Linie 41.2 angedeutet ist. In the 10 are three lines 41 shown. The line 41 corresponds to the line 41 of the 5 , If one now in the embodiment according to 7 the radius on which the blades 23 Move, reduce, then the line 41 steeper (what through the line 41.1 in the 10 is indicated). If you move the blades radially outward compared to the original state, then becomes the line 41 flatter, something in the 10 through the third line 41.2 is indicated.

In entsprechender Weise lässt sich der gleiche Effekt auch dadurch erreichen, dass die Länge L der Laufschaufel verändert wird. Dabei entspricht die Linie 41.1 dem Dämpfungsverhalten einer Turbine mit Laufschaufeln mit maximaler Länge Lmax, während die Linie 41.2 dem Betriebsverhalten einer Turbine entspricht, deren Laufschaufeln ihre minimale Länge Lmin haben. Similarly, the same effect can also be achieved by changing the length L of the blade. This corresponds to the line 41.1 the damping behavior of a turbine with blades of maximum length L max , while the line 41.2 corresponds to the performance of a turbine whose blades have their minimum length L min .

Zwischen den Linien 41.1 und 41.2 ergibt sich somit ein Betriebsbereich, der als schraffierte Fläche dargestellt ist. Innerhalb dieses Betriebsbereichs kann die erfindungsgemäße Turbine hinsichtlich ihres Dämpfungsverhaltens optimal an den herrschenden Wellengang bzw. das Wellenklima angepasst werden und somit die Energieausbeute bei sonst gleichen Randbedingungen signifikant mehr erhöht werden.Between the lines 41.1 and 41.2 thus results in an operating area, which is shown as a hatched area. Within this operating range, the turbine according to the invention can be optimally adapted to the prevailing swell or the wave climate with regard to its damping behavior, and thus the energy yield can be increased significantly more, given otherwise identical boundary conditions.

Die erfindungsgemäße Steuerung des Dämpfungsverhaltens muss nicht dem zyklischen „Auf und Ab“ der Wellenbewegung nachgeführt werden. Üblicherweise reicht auch schon die Regelung an die vorherrschenden Wellenperioden, die sich meist nur im Minuten- oder Stundenbereich verändern. The control of the damping behavior according to the invention need not be tracked to the cyclic "up and down" of the wave motion. Normally, even the control of the prevailing wave periods, which usually change only in the minute or hour range.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • GB 1574379 A [0009] GB 1574379 A [0009]
  • GB 2125113 A [0009] GB 2125113 A [0009]

Claims (8)

Turbine umfassend ein Laufrad (21, 31) mit mindestens einer Laufschaufel (23, 37), wobei ein Verhältnis (AP/AÜ) der von der mindestens einen Laufschaufel (23, 37) bei einer Umdrehung des Laufrads (21, 31) überstrichene Fläche (AÜ) zu der in Anströmrichtung eines Fluides auf die überstrichene Fläche (AÜ) projizierte Fläche (AP) dadurch veränderbar ist, dass die überstrichene Fläche (AÜ) und/oder einer Länge (L) der mindestens einen Laufschaufel (23, 37) verändert wird.Turbine comprising an impeller ( 21 . 31 ) with at least one blade ( 23 . 37 ), wherein a ratio (A P / A Ü ) that of the at least one blade ( 23 . 37 ) with one revolution of the impeller ( 21 . 31 ) swept surface (A Ü ) to the in the direction of flow of a fluid on the swept surface (A Ü ) projected area (A P ) is variable in that the swept area (A Ü ) and / or a length (L) of the at least one Blade ( 23 . 37 ) is changed. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad ein radiales Laufrad (31) ist, und dass die mindestens eine Laufschaufel (37) in radialer Richtung verschiebbar ist.Turbine according to claim 1, characterized in that the impeller is a radial impeller ( 31 ), and that the at least one blade ( 37 ) is displaceable in the radial direction. Turbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der mindestens einen Laufschaufel (23, 37) veränderbar ist.Turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the length (L) of the at least one blade ( 23 . 37 ) is changeable. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad ein axiales Laufrad (21) oder ein halbaxiales Laufrad ist.Turbine according to claim 3, characterized in that the impeller is an axial impeller ( 21 ) or a semi-axial impeller. Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen mechanischen, hydraulischen, elektrischen und/oder pneumatischen Antrieb zur Veränderung der überstrichenen Fläche (AÜ) und/oder der Veränderung der Länge (L) der mindestens einen Laufschaufel (23, 37) aufweist.Turbine according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one mechanical, hydraulic, electric and / or pneumatic drive for changing the swept area (A U ) and / or changing the length (L) of the at least one moving blade ( 23 . 37 ) having. Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der überstrichenen Fläche (AÜ) und/oder die Veränderung einer Länge (L) der mindestens einen Laufschaufel (23, 37) während des Betriebs der Turbine erfolgt.Turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the change of the swept area (A Ü ) and / or the change of a length (L) of the at least one blade ( 23 . 37 ) takes place during operation of the turbine. Verfahren zum Betreiben einer Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (AP/AÜ) der von der mindestens einer Laufschaufel (23, 37) bei einer Umdrehung des Laufrads (21, 31) überstrichene Fläche (AÜ) zu der in Anströmrichtung eines Fluides auf die überstrichene Fläche (AÜ) projizierte Fläche (AP) in Abhängigkeit einer Frequenz (FW) und/oder Wellenhöhe (5) des Wellengangs verändert oder gesteuert wird. Method for operating a turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio (A P / A Ü ) that of the at least one moving blade (A 23 . 37 ) with one revolution of the impeller ( 21 . 31 ) swept surface (A Ü ) to the in the direction of flow of a fluid on the swept surface (A Ü ) projected area (A P ) in dependence of a frequency (F W ) and / or wave height ( 5 ) of the waves is changed or controlled. Wellenkraftwerk umfassend eine Kammer (3) und eine Turbine, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (13) eine Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist. Wave power plant comprising a chamber ( 3 ) and a turbine, characterized in that the turbine ( 13 ) is a turbine according to one of claims 1 to 6.
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