Wasserkraft, beste Kombination von Getriebe und Generator

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hallo zusammen

ich habe gerade ein Wasserkraftwerk konstruiert und suche die beste
Getriebe - Generator Kombination.
Das Wasserkraftwerk hat vier senkrechte Turbinen (40 1/min), die mit
Winkelgetrieben mit einer Übersetzung von 1:8, mit einen langsamlaufenden
permanentmagnet Generator gekoppelt sind.

Die Leisung des Prototyen ist bei max 1,5m/s Wassergeschwindigkeit 2KW
Wird sich aber für die nächsten Prototypen, bei höherer Wassergeschwindigkeit vervielfachen.

Jetzt kam die Frage auf ob ich nicht besser ein Planetengetriebe einsetzen könnte,
die eine Übersetzung von ca 1:15 haben und wir einen normalen asynchron
Generator mit 750 1/min benuntzen könnten.

Als andere Frage tauchte auf ob ich nicht auf die Direktantriebstechnik
(http://www.baumueller.de/direktantriebstechnik.htm) nutzen könnten.

Kann mir jemand die beste Kombination erklären.

Grüße Stefan

#2

Hallo Stefan
Wenn ich mich nicht irre, hast du bei Betrieb des Asynchron Generators den besseren Wirkungsgrad, das sollte doch das wichtigste Kriterium sein.

Und was die Produkte der Fa. Baumueller angeht, lass dir doch von denen mal beweisen (vorrechnen), dass sie deutlich bessere Ergebnisse mit dem Direktantrieb haben.

Guten Rutsch
R.

#3

Hallo,
also mit Gneratoren kenne ich mich nicht aus (mein Maschinenbauergefühl würde die Drehzahl am generator möglichst hoch wählen).
Zu den Getrieben: kosten zwar was aber der Wirkungsgrad ist mit bis zu 99% pro Stufe oft ein Vorteil; Kegelrad mit 1:8 ist sicher nicht optimal; Planetengetriebe 1:15 wären m.E. schon 2 Stufen.

Grüße
Fritz

#4

Hallo Stefan,

die vor mir gemachten Antworten sind absolut für dich zu berücksichtigen. Ich kann nur ergänzen, dass du an die Beherrsch-, Skalier- und Bezahlbarkeit denken musst, was die Tendenz zur Asynchrontechnik regelrecht aufzwingt.

Gruß

kryss

#5

Hallo Stefan,

die Auswahl der richtigen Übersetzung und Generators würde ich immer für den konkrten Anwendungsfall auswählen. Bei kleinen Anlagen kommt eventuell ein anderes System zum Einsatz als bei mittleren oder größeren Anlagen. Asynchrongeneratoren haben einen guten Wirkungsgrad und sind einfach in der Handhabung, aber es gilt immer den gesamten Triebstrang zu analysieren. Hersteller helfen auch bei der richtigen Auswahl. Zu Bedenken ist auch eine eventuell variable Wassergeschwindigkeit durch unterschiedlichen Niederschlag bzw. Wasserstand.

Bei kleinen und mittleren Wasserkraftanlagen ist auch immer noch der Flachriemen ein probates Mittel. Dieser hat einen sehr guten Wirkungsgrad bei niedrigen Kosten. Wir betreiben z-B. eine „Durchströmturbine“ mit 7,5kW mit einem Flachriemen. Generatordrehzahl=750 1/min i=ca. 1:3

Haben Sie 4 Achsen an denen 4 Generatoren laufen sollen?
Was für ein Gefälle, und Wassermenge haben Sie?

Wenn die Antwort hilfreich war, wäre schön dies auch zu bestätigen.
MFG
Thomas

#6

Hallo Stefan

Ein Winkelgetriebe hat in der Regel 90° Achswinkelversatz.
Ein Planetengetriebe ist aber achsfluchtend. D.h. die mechanische Lösung sieht eigentlich baulich völlig anders aus. Der Unterschied zwischen i=1:8 und i=1:15 ist fast 100% wenn dann die Wassergeschwindigkeit auch noch höher ist zB doppelt so schnell was bei Fallwasserturbinen schnell der Fall sein kann reden wir von einer 4 fach anderen Übersetzung als die erstgenannte. Das Hauptproblem bei Turbinen ist ja die Drehzahlregelung. Wenn Du da von 4 Fallwasserturbinen sprichst dann ist das für ein kleines Projekt eigentlich unlogisch weil ja der mechanische Regelaufwand einer Francis bzw Kaplanturbine relativ hoch ist, gleiches gilt für das Schluckvolumen, d.h. wenn irgend möglich trachtet man danach den Bauaufwand (Anzahl der Turbinen) nieder zu halten. Wenn die Anlage so gross ist dass Du 4! Fallwasserschächte hast dann stellt sich die Frage ob da nicht was schief gelaufen ist wenn Du beim Prototypen von 2KW sprichst. Jede Autolichtmaschine hat ein mehrfaches an Leistung und hat die Regelung in sich eingebaut. Es stellt sich die Frage wie gross ist die Anlage wirklich? m³/sec?
Grundsätzlich würde ich es aber mit Rentier|BV halten. Den Vorteil des Direktantriebes muss Dir der B. erst vorrechnen und das auf die Lebenszeit. Mechanik einer Francis und Kaplan ca 50 Jahre bis Rep, Elektronik weiss man ja aus leidvoller Erfahrung nach 10 Jahren schmeissen.
Je nach Anlagengrösse würd ich da mal z.B. Voith kontaktieren.

LG Lois

#7

Hallo zusammen, hier ein Bild zur besseren Verständnis

http://u.jimdo.com/www60/o/s883fbaf0d53e844d/img/i74…

#8

Hallo Stefan

Sieht fast aus wie ein Voith-Schneider Propeller. Hast Du das konstruiert oder ist das eine bestehende Anlage?

LG Lois

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#9

Hallo Lois,

wir bauen jetzt den 3. Prototyp. Das Prinzip ist eine Mantelturbine, die verstellbare Flügel für den Einlauf und den Auslauf haben.

Hier eine weitere Erklärung und ein kleiner Film zum letzten Prototyp.
www.flowconverter.eu

Wir setzen den Flowconverter direkt in die Strömung des Kanals oder Gewässers. Die Turbinen haben einen Durchmesser von 500mm und in diesem Fall eine Höhe von 800mm. Leider haben wir an den vorgesehenen Standort nur eine Fließgeschwindigkeit von 1,5 m/s, sodass die Leistung sehr klein ist. Darum koppeln wir die Leistung der 4 Turbinen auf einen Generator.
Bei einem Folgeauftrag haben wir wir eine Wassergeschwindigkeit von bis zu 6m/s, da können wir evtl. auf jede Turbine einen Generator setzen.
Die Geschwindigkeitssteuerung muss bei jeder Umgebung neu angepasst werden, einen Standard werden wir erst nach den Tests machen können.
Eventuell können wir auch ein Variogetriebe einsetzen, das man entsprechend der Geschwindigkeit verstellt.
Es gibt noch viele offene Punkte, aber das ist bei einer Neuentwicklung immer so.

LG Stefan

#10

Hi,

50Hz, Spannung nach Standard. Was sonst?

Gruß vom Raben

P.S. Wie ist die Regelung aufgebaut?