DE19807451A1

DE19807451A1 - Stabilized inexpensive wind wheel for optimized usage of energy of wind

Info

Publication number: DE19807451A1
Application number: DE19807451A
Authority: DE
Inventors: Juergen Spieler; Dieter Muennich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-21
Filing date: 1998-02-21
Publication date: 1999-11-04

Abstract

A stabilized inexpensive wind wheel for optimized usage of the energy of the wind has the following features: wind-repelling and tensioned outer ring designed to be flow- favorable for stabilizing the rotor blades and to reduce induced resistance at the blade tips; truss rod which, running in the blade, stabilizes the blade between hub and outer ring; inexpensively made light blade, built up out of ribbed elements which are assembled in twisted fashion, are stabilized with coatings and are smoothed.

Description

Die bekannten Windräder zeichnen sich aus
The well-known wind turbines stand out

- with a maximum efficiency of 43%,
- limited performance due to heavy manufacturing costs Impellers that are limited due to stability Length dimensions can be used,
- high noise emissions at the wing ends.

Diese bekannten technischen Lösungen weisen damit entscheidende Nachteile auf. So werden die begrenzten Standorte für Windenergieanlagen nicht optimal genutzt. Der Grund liegt zum einen im relativ geringen Wirkungsgrad und zum anderen an der durch die Labilität der Flügel begrenzte Größe der zur Windenergie herangezogenen Fläche. Hinzu kommt die aufwendige und teure Flügelherstellung, die die Wirtschaftlichkeit der Windenergienutzung negativ beeinflußt. Der induzierte Widerstand an den Flügelspitzen verringert den Wirkungsgrad um 20-30% und verursacht einen wesentlichen Teil der Geräuschemissionen. Diese Geräuschemissionen sind neben der landschaftlichen Veränderung der Hauptgrund für die ablehnende Haltung der Windenergiegegner.These known technical solutions therefore have decisive disadvantages. So the limited locations for wind turbines are not used optimally. The reason is partly due to the relatively low efficiency and partly due to the Wing instability limited size of the area used for wind energy. In addition comes the elaborate and expensive wing production, which makes the economy of the Wind energy use negatively affected. The induced drag at the wing tips reduces the efficiency by 20-30% and causes a substantial part of the Noise emissions. These noise emissions are in addition to the landscape Change in the main reason for the negative attitude of wind energy opponents.

Die Aufgabe der Erfindung besteht, unter Vermeidung dieser Nachteile ein neugestaltetes Windrad mit höherer Leistungsfähigkeit, höherem Wirkungsgrad und kostengünstigerer Herstellung zu schaffen.The object of the invention is to avoid these disadvantages, a redesigned Wind turbine with higher performance, higher efficiency and cheaper Creating manufacturing.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des vorliegenden Patentanspruches gelöst. Die wesentliche Neuerung besteht darin, daß durch ein strömungsgünstig gestalteter mitlaufender gespannter Ring sichere wesentlich leistungsfähigere Windräder gebaut werden können, wobei der speziell gestaltete windabweisende Ring den leistungsmindernden induzierten Widerstand und die Geräuschemissionen an den Flügelenden wesentlich reduziert. Die Windradflügel selbst sind aus kostengünstig herzustellenden Rippenelementen aufgebaut.The object is achieved by the features of the present claim. The essential innovation is that by a streamlined designed moving tensioned ring secure much more powerful wind turbines built can be, the specially designed wind-repellent ring the performance-reducing induced resistance and noise emissions at the Wing ends significantly reduced. The wind turbine blades themselves are inexpensive rib elements to be manufactured.

Die Erfindung bezieht sich auf ein neuaufgebautes verspanntes Flügelrad mit einem strömungsgünstig gestalteten ebenfalls gespannten Außenring.The invention relates to a newly constructed braced impeller with a aerodynamically designed also tensioned outer ring.

An den Flügelenden wird der Wirkungsgrad des Windrades bei einem freifliegenden Flügel ohne Außenring durch induzierten Widerstand, der durch Luftwirbel verursacht wird, um 20-30% reduziert. Diese Luftwirbel werden erfindungsgemäß durch den mit den Flügeln festverbundenen und damit mitlaufenden stromlinienförmig ausgebildeten Außenring weitgehend beseitigt. Außerdem werden die Flügel als ganzes je nach herrschenden Windverhältnissen in oder aus der Windrichtung gedreht.The efficiency of the wind turbine with a free-flying wing is at the wing ends without outer ring due to induced drag caused by air swirls reduced by 20-30%. According to the invention, these air vortices are generated by the Wings firmly connected and thus co-moving streamlined Outer ring largely eliminated. In addition, the wings as a whole depend on prevailing wind conditions rotated in or out of the wind direction.

Der Flügel selbst ist aus Kunststoffrippen, die im Spritzgußverfahren oder Aufschäumverfahren aus Kunststoff oder aus gestanzten Wellpapierteilen hergestellt werden können, aufgebaut. Die Einzelelemente werden zur Stabilisierung und Glättung mit Deckschichten, z. B. mit Colgat und glasfaserverstärktem Kunststoff, überzogen und in einer hochpräzisen Form verschränkt verklebt. Damit gelingt es auch Flügel in einer Größenordnung von 50 m und mehr kostengünstig in Leichtbauweise herzustellen. The wing itself is made of plastic ribs, which are injection molded or Foaming process made of plastic or punched corrugated paper parts can, built. The individual elements are used for stabilization and smoothing Top layers, e.g. B. with Colgat and glass fiber reinforced plastic, coated and in glued in a highly precise form. This also makes wings in one The order of 50 m and more can be produced inexpensively in a lightweight construction.

Stabilität gewinnt der Flügel durch die konstruktive Anbringung der Flügel zwischen Nabe und Außenring mittels Zuganker aus hochfestem Material, der sowohl an der Nabe wie auch im Außenring innerhalb des Flügelkörpers verlaufend verankert ist. Die Zuganker werden durch die tangential verstellbar aufgebauten Bogensegmente des Außenrings mittels Spannelementen arretiert und verspannt. Mit diesen Elementen wird auch der Rundlauf des Windrades optimiert.The wing gains stability through the structural attachment of the wings between the hub and outer ring by means of tie rods made of high-strength material, both on the hub and is anchored in the outer ring within the wing body. The tie rods are by means of the tangentially adjustable arc segments of the outer ring Locking elements locked and tensioned. With these elements, the concentricity of the Wind turbine optimized.

Konstruktionsbedingt kommen bei der vorliegenden Erfindung mehr als die heute üblichen 3 Flügel zum Einsatz. Dadurch ist es möglich, mit einem geringeren Einstellwinkel den Propeller zu fahren. Weil damit das Flügelprofil nicht im Bereich des größten Auftriebs, sondern im Bereich des geringsten Widerstandes CW betrieben werden kann, verringert sich der Gesamtwiderstand. Der Effekt ist eine weitere Lärmminderung, eine erhöhte Leistung und eine geringere Blattbeanspruchung.Due to the design, there are more in the present invention than the 3 currently used Wings for use. This makes it possible with a smaller setting angle Drive propeller. Because the wing profile is not in the area of greatest lift, but can be operated in the range of the lowest resistance CW, is reduced the total resistance. The effect is further noise reduction, increased performance and less leaf stress.

Die durch Außenring erreichte Stabilisierung der Flügel und die Herstellung der Flügel aus leichten Rippenelementen erlaubt es, wesentlich größere Flügel in Leichtbauweise zum Einsatz zu bringen.The stabilization of the wings achieved by the outer ring and the manufacture of the wings lightweight rib elements allow for much larger lightweight wings Bring effort.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben werden.The invention will be described below using an exemplary embodiment with reference to the attached drawings are described in more detail.

Es stellen dar:They represent:

Fig. 1 Schematische Darstellung eines Windradflügels und des Nabenkörpers Fig. 1 Schematic representation of a wind turbine blade and the hub body

Fig. 2 Aufbau der Flügel. Fig. 2 structure of the wing.

Fig. 1:
Die in der Zeichnung dargestellten Windradflügel (3) werden verstellbar auf eine Flügelgrundplatte (4) montiert. Die Flügelgrundplatte wird mit Zugankern A (5) mit der Nabe (7) verbunden. Die Flügelgrundplatte ist mit dem daran befestigten Flügel (3) durch den Blattverstellmechanismus (8) verstellbar gestaltet. Der mit den Flügeln über den Zuganker B (2) fest verbundene Windabweiser (1) bewirkt, daß der induzierte Widerstand wesentlich reduziert wird. Der Strömungskörper (6) umschließt den mechanischen Teil des Windrades. Fig. 1:
The wind turbine blades ( 3 ) shown in the drawing are adjustably mounted on a blade base plate ( 4 ). The wing base plate is connected to the hub ( 7 ) with tie rods A ( 5 ). The wing base plate with the wing ( 3 ) attached to it is designed to be adjustable by the blade adjustment mechanism ( 8 ). The wind deflector ( 1 ), which is firmly connected to the wings via the tie rod B ( 2 ), has the effect that the induced drag is significantly reduced. The flow body ( 6 ) encloses the mechanical part of the wind turbine.

Fig. 2:
Der Windradeinzelflügel wird aus Rippenelementen (12) aufgebaut. Dabei können die Rippenelemente z. B. im Spritzgußverfähren aus Kunststoff oder als Stanzteile aus Wellpappier so hergestellt werden, daß durch Hohlraumgestaltung ein leichtes stabiles Rippenelement entsteht. Diese Einzelteile werden in einer Form mit einem Faseraufbau (11) und einer Deckschicht (10) verpreßt. Fig. 2:
The single wind turbine wing is constructed from rib elements ( 12 ). The rib elements z. B. in the injection molding of plastic or as stamped parts made of corrugated paper so that a light stable rib element is created by cavity design. These individual parts are pressed in a mold with a fiber structure ( 11 ) and a cover layer ( 10 ).

Die erwarteten Einsparungen bzw. Verbesserungen gegenüber den bekannten Windrädern sind:
Wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades der heute bekannten Windräder - erreichbar 55% - durch weitgehende Vermeidung des leistungsmindernden induzierten Widerstandes an den Flügelspitzen durch strömungsgünstig gestalteten windabweisenden Außenring.The expected savings or improvements over the known wind turbines are:
Significant improvement in the efficiency of the wind turbines known today - achievable 55% - by largely avoiding the performance-reducing induced resistance at the wing tips due to the aerodynamically designed wind-resistant outer ring.

Aufbau leistungsfähigerer Anlagen mit großen Flügellängen von 50 m und mehr, erreichbar durch den leichten Flügelautbau und der stabilisierenden Wirkung der mittels Zuganker zwischen Nabe und Außenring verspannten leichten Flügels.Construction of more efficient systems with large wing lengths of 50 m and more, achievable due to the light wing construction and the stabilizing effect of the tie rods light wing clamped between hub and outer ring.

Wesentliche Reduzierung der Geräuschemission.Significant reduction in noise emissions.

Kostengünstige Herstellung großer Flügel durch Verwendung von Rippenteilen, siehe Fig. 2, die verschränkt und überzogen in einer hochpräzisen Form gepreßt werden.Inexpensive manufacture of large wings by using rib parts, see Fig. 2, which are pressed folded and covered in a high-precision shape.

Claims

Stabilized inexpensive wind turbine for the optimized use of wind energy following features:

- Streamlined, windproof and tensioned outer ring for Stabilization of the rotor blades and to reduce the induced resistance to the Wing tips,

- tie rod that stabilizes the wing between the hub and the outer ring,

- Light-weight wings that can be produced cost-effectively, constructed from rib elements folded together and stabilized with coatings and smoothed.