Innovative Wasserkraftmaschinen
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- Hetty Färber
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1 Innovative Wasserkraftmaschinen Hydrokinetische Turbinen Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech M. Sc. Stephan Trautsch Tilo Steiner Formstaal GmbH & Co.KG Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 1
2 Verbundprojekt 3: Technologieentwicklung für kleine Wasserkraftmaschinen Teilprojekt 3.5 Strömungs- und Maschinentechnik der hydrokinetischen Turbinen Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 2
3 Projektidee / Ziele spezifische Strömungsenergie von Flüssen nutzen wirtschaftliche Lösungen für besondere Standorte dezentrale Flusswasserenergieanlagen ohne umfassende bauliche Maßnahmen (keine Staustufen / kein Gefälle) ökologisch geringer Einfluss auf die Umwelt Potential: z.b. in Deutschland allein die wichtigsten 20 deutschen Flüsse: Gesamtlänge von km Gesamtwasservolumenstrom bei einem mittleren Normalpegelstand von m 3 /s mittleren Strömungsgeschwindigkeit von cm = 1,8 m/s (Bereich von cm = 1,1 m/s bis 3,5 m/s) Leistung des Wassers von ca. 40,64 MW Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 3
4 Projektidee innovative Wasserkraftanlagen entwickeln Schlüsselcharakteristik geringe Fließgeschwindigkeiten Für jeden Standort die richtige Lösung! Frage: Können hydrokinetische Turbinen hier einen Beitrag leisten? seit 2008 konkrete Untersuchungen von Prof. Surek an der 2010 Forschungsprojekt Entwicklung einer mobilen Wasserturbine für die Flussenergienutzung in Kooperation mit den Firmen KSB, WILO und Sibau Genthin Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 4
5 Prof. Dr.-Ing. habil. Dominik Surek (* 22. Mai 1933 in Schleise; 12. August 2016 in Halle (Saale)) Ingenieurstudium Technischen Lehranstalt Dresden Studium an der Technischen Hochschule Dresden, Studienrichtung Strömungstechnik und Strömungsmaschinen Tätigkeit als wissenschaftlicher Assistent am Institut für Pumpen und Verdichter der TH Dresden 1965 Dissertation zum Thema Untersuchung der Radreibungs- und Undichtheitsverluste in Radialpumpen an der TU Dresden Mitarbeiter und Abteilungs- /Bereichsleiter für Forschung im Wissenschaftlich- Technischen Zentrum Pumpen und Verdichter in Halle/Saale 1991 Verteidigung der Habilitationsschrift mit dem Thema Anwendung der Drehstromantriebstechnik zur Drehzahlstellung von Pumpen und Verdichtern Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 5
6 Wirken von Prof. Dr.-Ing. habil. Surek an der 1993 Professor für Strömungsmechanik und Strömungsmaschinen an die Fachhochschule Merseburg 1998 Gründung des An-Instituts für Fluid- und Pumpentechnik der Hochschule Merseburg / Institutsdirektor Initiator und Ausrichter der aller zwei Jahre stattfindenden Tagung Technische Diagnostik Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 6
7 Wirken von Prof. Dr.-Ing. habil. Surek an der Er war auch nach Erreichen des Rentenalters weiterhin in der Lehre aktiv tätig. Er verfasste über 250 Fachartikel und 12 Fachbücher Auszeichnung mit dem Transferpreis des Kuratoriums der Hochschule Merseburg 2013 Verleihung der Ehrensenatorwürde ca. 3 Mio. Drittmittel eingeworben Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 7
8 Projektkonzept Hydrokinetische Turbine Historische Basis Theoretische Grundlagen Praktische Erfahrungen Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 8
9 Projektkonzept Hydrokinetische Turbine Entwicklungen anderer Projekte / Firmen: Turbine der Hydro Green Energy in den USA Twinturbine der Firma öko twin Stromboje I und II der Firma Smart Hydro Power Potential der Energiequelle anerkannt Prototypenentwicklung sehr aufwendiger Entwicklungsprozess / viele Randbedingungen heute Produkte in einer Standardgröße angeboten Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 9
10 Projektkonzept Hydrokinetische Turbine Grundidee: Baureihe axialer Flusswasserturbinen Für jeden Standort die richtige Lösung! Theoretische Basis: Typenkennfeld Standort 2 Strömungssimulation zur Verifizierung und Validierung Standort 1 Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 10
11 Projektkonzept Hydrokinetische Turbine Entwicklungsarbeit: Entwicklung, Simulation, Bau und Praxistests von zwei Prototypen unterschiedlicher Größe und Ausführung Prüfung der theoretischen Typenkennfeldes durch Simulation und Praxistests Prototyp 1: HKT-PT1 Durchmesser: 780 mm Rotorzahl z: 3 Prototyp 2: HKT-PT2 Durchmesser: 900 mm Rotorzahl z: 2 Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 11
12 Projektkonzept Hydrokinetische Turbine Entwicklungsarbeit: Zu optimierende Baugruppen Mantel / Düse / Diffusor Fischrechen Rotor Generator Schutzrechen für Treibgut Rahmen Befestigungskonzept Anforderungen: - fertigungsgerecht - kostengünstig - wartungsarm - optimale Leistung - ökologisch Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 12
13 Projektkonzept Hydrokinetische Turbine Kooperationspartner Formstaal GmbH & Co.KG Otto von Guericke Universität Magdeburg Institut für elektrische Energiesysteme Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 13
14 Projekt Hydrokinetische Turbine Stand der Bearbeitung Prototyp I: Bau und Messungen auf dem Vektor sind abgeschlossen Auswertungen / Dokumentation laufen Prototyp II: Entwicklung und Simulation abgeschlossen Bau sowie Vorbereitung der Messungen auf dem Vektor und des Dauertests auf der Bode (Standort: Neugattersleben) laufen Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 14
15 1. Entwicklungsprozess der Hydrokinetische Turbinen 2. Digitalisiert. Automatisiert. Kostenminimiert. 1.Auslegung 2.Konstruktion 3.Simulation 4.Optimierung Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 15
16 Hydrokinetische Turbine Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 16
17 Hydrokinetische Turbine HKT PT1 Durchmesser: 780 mm Rotorzahl z: 3 Drehzahl n: 120 U/min Anströmgeschw. c: 1,1 2,5 m/s Leistung P: W Gewicht m: 358 kg Material: Gehäuse (Stahl) Rotor (GFK) Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 17
18 Hydrokinetische Turbine HKT PT2 Durchmesser: 900 mm Rotorzahl z: 2 Drehzahl n: 120 U/min Anströmgeschw. c: 1,1 2,5 m/s Leistung P: W Gewicht m: 179 kg Material: Gehäuse (Stahl) Rotor (GFK) Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 18
19 Hydrokinetische Turbine b d c Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 19
20 Digitalisiert.Automatisiert.Kostenminimiert. Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 20
21 Hydrokinetische Turbine Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 21
22 Auslegung Eingabemaske Anströmgeschwindigkeit, Drehzahl, Durchmesser, Rotorblattanzahl Automatischer Export der Profilkoordinaten und Konstruktionswinkel in das CAD- Programm (Solidworks) Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 22
23 Konstruktion Automatischer Import aller Konstruktionsdaten mit aktiver Datenverbindung Skalierung der Rahmenkonstruktion entsprechend der Rotorgröße Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 23
24 Simulation Leistung und Drehzahl resultierend aus Anströmgeschwindigkeit und Geometrie Axialbelastung Verankerung Schwimmfähigkeit Betriebsverhalten Materialbelastung Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 24
25 Optimierung Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 25
26 Fazit Theoretische Grundlagen konnten durch das Anlagenkonzept bestätigt werden Kontinuierliche Energieentnahme möglich Strömungstechnische Optimierung durch nummerische Simulationen in die Praxis übertragbar Digitaler teilautomatisierter Auslegungsprozess reduziert Zeit- und Kostenaufwand Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 26
27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Magdeburg, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Heike Mrech; M. Sc. Stephan Trautsch Seite 27
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