DE3425313A1 - Wind turbine - Google Patents
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Abstract
Description
Windturbine Wind turbine
Die Erfindung betrifft eine Windturbine gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a wind turbine according to the preamble of the main claim.
Windturbinen der genannten Art sind allgemein bekannt, und es sind viele Bemühungen angestellt worde, solche Turbinen mit Horizontalrotoren zu optimieren, um in bezug auf die Windgeschwindigkeit ein Vielfaches der Umlaufgeschwindigkeit, d.h. hohe Drehzahlen, zu erreichen. Ansatzpunkte hierfür waren bspw. besondere Gestaltungen der Profile der Windfangblätter, deren Einstellbarkeit während des Umlaufes und schließlich Anordnungen und Ausbildungen des Rotors mit Windfangblättern derart, daß sich die Windfangblätter beim Umlauf nicht gegenseitig stören.Wind turbines of the type mentioned are well known, and there are many efforts have been made to optimize such turbines with horizontal rotors, by a multiple of the rotational speed in relation to the wind speed, i.e. high speeds. Starting points for this were, for example, special designs the profiles of the vestibule sheets, their adjustability during circulation and Finally, arrangements and designs of the rotor with windscreen blades in such a way that that the windscreen leaves do not interfere with each other when they circulate.
Insbesondere die Beweglichkeit der Windfangblätter zu den Anlenkenden an den Rotorarmen ist mit einem relativ hohen Aufwand verbunden, der nicht nur wegen der optimalen Einstellung der Windfangblätter während ihres Umlaufes in Kauf genommen wurde, sondern auch um derartige Turbinen selbst Anlaufeigenschaften zu vermitteln.In particular, the mobility of the porch leaves to the hinged ends on the rotor arms is associated with a relatively high effort, not only because of the optimal setting of the windscreen leaves during their rotation accepted but also to impart start-up properties to such turbines themselves.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Windturbinen der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern1 daß auf eine bewegliche Anordnung der Windfangblätter am Rotor verzichtet werden kann, wobei aber die Windfangblätter bzw. der Rotor auch schon bei geringen Windgeschwindigkeiten durch einfache Mittel selbst Anlaufeigenschaften haben soll und die dafür benutzten Mittel auch nach dem Anlauf des Rotors zur optimalen Energieumsetzung zusätzlich beitragen sollen.The invention is based on the object of developing wind turbines of the initially introduced to improve the type mentioned 1 that on a movable Arrangement of the windscreen leaves on the rotor can be dispensed with, but the windscreen leaves or the rotor even at low wind speeds by simple means itself should have start-up properties and the means used for this also after Start-up of the rotor should also contribute to optimal energy conversion.
Diese Aufgabe ist mit einer Windturbine der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst.This task is with a wind turbine of the type mentioned according to the invention by the features listed in the characterizing part of the main claim solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.Advantageous further developments result from the subclaims.
Derartige kleine Hilfsflügel sind an sich bekannt und zwar an den Enden von Flugzeugtragflügeln, stehen dabei senkrecht zur Tragfläche und haben dort jedoch eine andere Aufgabe als im vorliegenden Fall.Such small auxiliary wings are known per se, namely to the Ends of aircraft wings are perpendicular to the wing and have there however, a different task than in the present case.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Windturbine ergibt sich nämlich überraschend, daß man durch solch eine einfache Maßnahme den Rotor selbst schon bei geringen Windgeschwindigkeiten zum Anlaufen bringen kann, wofür allerdings wesentlich ist, daß die flügelseitige Profilfläche des Hilfsflügels in der Weise entgegen der Drehrichtung ansteigt, denn nur mit einer solchen Profilierung erzeugt die längs des Flügels zum Hilfsflügel hin abfließende Strömung in Drehrichtung eine Schubkomponente am Hilfsflügel, die den Rotor ohne weiteres in Gang setzt.The inventive design of the wind turbine results namely surprising that by such a simple measure the rotor itself can start up even at low wind speeds, but for what It is essential that the wing-side profile surface of the auxiliary wing in the way increases against the direction of rotation, because only generated with such a profile along the wing to the Auxiliary wing outflowing flow in Direction of rotation a thrust component on the auxiliary vane, which the rotor easily in Sets gear.
Obgleich man bei Horizontalrotoren in der Regel immer davon ausgehen kann, daß das mindestens eine Windfangblatt meistens eine Stellung bei Stillstand hat, bei der dieser Anschubeffekt wirksam wird, wird der Hilfsflügel vorteilhaft derart am Ende des Windfangblattes angesetzt, daß dieser das Blattende nach beiden Seiten überragt, wodurch gewährleistet ist, daß dieser Effekt bei jeder Ruhestellung an jeder Stelle des Umlaufkreises wirksam werden kann.Although this is usually always assumed for horizontal rotors can that the at least one vestibule sheet mostly a position at standstill has, in which this push effect is effective, the auxiliary wing is advantageous so set at the end of the porch sheet that this the sheet end after both Sides protrudes, which ensures that this effect at every rest position can take effect at any point in the circuit.
Als vorteilhaft hat sich in diesem Zusammenhang auch erwiesen, die Blatthälfte, vom Hilfsflügel aus gesehen, zum Rotorarmansatz hin schwach konvergierend anzuordnen, wodurch eine Strömungsorientierung längs der Blattflächen zum Hilfsflügel hin unterstützt wird.It has also proven advantageous in this context that the Blade half, seen from the auxiliary wing, slightly converging towards the rotor arm attachment to be arranged, creating a flow orientation along the blade surfaces to the auxiliary wing is supported.
Wie sich gezeigt hat, bleibt die Schubkomponente, die sich durch den kleinen Hilfsflügel bildet, auch während des Schnellaufes erhalten, denn es konnten noch höhere Drehzahlen als bei Windfangblättern ohne solche Hilfsflügel festgestellt werden. Je nach tatsächlicher Länge der Windfangblätter können natürlich weitere Hilfsflügel an den Flächen der Windfangblätter vorgesehen werden, was noch näher erläutert wird.As has been shown, the thrust component that is caused by the small auxiliary wing forms, received even during high speed, because it could even higher speeds than with porch leaves without such auxiliary wings were found will. Depending on the actual length of the windscreen leaves, more can of course Auxiliary wings on the surfaces of the porch leaves be provided which will be explained in more detail.
Da durch die kleinen Hilfsflügel der Selbstanlauf des Rotors auch schon bei kleinen Windgeschwindigkeiten gewährleistet ist, kann infolge davon auf sonstige, relativ aufwendige Maßnahmen verzichtet werden, d.h., die mit schlanktragflügelprofilartigem Querschnitt versehenen Windfangblätter können starr am Ende der Rotorarme befestigt werden und alle diesbezüglichen Steuer- und/oder Fixierungselemente zur Festlegung der günstigsten Einstellung beim tatsächlichen Umlauf können entfallen, was aber nichts anderes bedeutet, als einfache und kostengünstige Herstellbarkeit und schließlich geringeres Gewicht.Because of the small auxiliary wings, the self-start of the rotor as well is guaranteed even at low wind speeds, can as a result other, relatively complex measures can be dispensed with, i.e. those with a slimline wing profile-like Cross-section windscreens can be rigidly attached to the end of the rotor arms and all related control and / or fixing elements to determine the most favorable setting in actual circulation can be omitted, but what means nothing else than simple and inexpensive manufacturability and finally lower weight.
Die erfindungsgemäße Windturbine wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The wind turbine according to the invention is illustrated below with reference to the drawings Representation of exemplary embodiments explained in more detail.
Es zeigt schematisch Fig. 1 perspektivisch die Windturbine mit nur einem Windfangblatt; Fig. 2-4 Draufsichten auf das Windfangblatt von oben; Fig. 5 eine Seitenansicht eines Windfangblattendes mit Hilfsflügel und Fig. 6 perspektivisch eine besondere Ausführungsform des Windfangblattes.It shows schematically Fig. 1 in perspective, the wind turbine with only a vestibule; 2-4 plan views of the vestibule sheet from above; Fig. 5 shows a side view of a vestibule leaf end with auxiliary wing, and FIG. 6 shows a perspective a special embodiment of the vestibule sheet.
Die in Fig. 1 dargestellte Windturbine weist am Rotorarm 10 nur ein Windfangblatt 2 auf, wobei an anderen Rotorarm 10' lediglich ein strömungsgünstig geformtes Gegengewicht angeordnet ist. Dies soll nicht ausschließen, daß die Windturbine selbstverständlich auch mit mehreren Rotorarmen 10 ausgestattet sein kann, an deren Enden dann ebenfalls jeweils ein Windfangblatt 1 sitzt. Der Rotorarm 10' mit Ausgleichsgewicht ist dann entbehrlich. Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist an jedem Ende 1 des Windfangblattes 2 quer zu dessen Fläche 3 ein kleiner Hilfsflügel 4 angeordnet, dessen flügelseitige Profilfläche 5 mit der horizontalen anderen Begrenzungsfläche 6 des Hilfsflügels einen spitzen Winkel 7 bildet.The wind turbine shown in FIG. 1 has only one rotor arm 10 Windscreen leaf 2, with only one aerodynamically favorable on the other rotor arm 10 ' shaped counterweight is arranged. This is not intended to rule out the possibility of the wind turbine can of course also be equipped with several rotor arms 10, on whose A vestibule sheet 1 then also ends in each case. The rotor arm 10 'with counterweight is then dispensable. As can be seen from Fig. 1, 1 of the vestibule sheet is at each end 2 arranged transversely to its surface 3, a small auxiliary wing 4, the wing-side Profile surface 5 with the other horizontal boundary surface 6 of the auxiliary wing forms an acute angle 7.
Ob nun der Wind von der einen oder anderen Seite anströmt und auf die Windfangfläche 3 trifft, so wird auf jeden Fall, und nur so findet der Schubeffekt seine Erklärung, zumindest ein Teil des auftreffenden Windes längs der Fläche 3 nach oben und unten abströmen und dabei auf die flügelseitige Profilfläche 5 des Hilfsflügels 4 treffen, wodurch sich aufgrund der Winkelanstellung des Hilfsflügels 4 eine Schubkomponente in Drehrichtung ergibt und den Rotor zum Anlaufen bringt.Whether the wind is flowing in from one side or the other and up the vestibule surface 3 hits, so will in any case, and only in this way will the thrust effect his explanation, at least part of the incident wind along surface 3 Flow up and down and at the same time on the wing-side profile surface 5 of the Auxiliary wing 4 meet, which is due to the angular position of the auxiliary wing 4 results in a thrust component in the direction of rotation and starts the rotor.
Wie aus Fig. 2 erkennbar, ist dabei das ganze Windfangblatt einfach starr am Ende des Rotorarmes 10 befestigt und das schlanktragflügelprofilartig ausgebildete Windfangblatt ist insgesamt mit einer Krümmung versehen, die der Krümmung des Umlaufkreises 12 entspricht. Auch der Hilfsflügel 4 ist dabei auf das obere Ende 1 der Profilfläche 3 sinngemäß orientiert und steht nach beiden Seiten mit gleicher Länge bzw.As can be seen from Fig. 2, the entire vestibule sheet is simple rigidly attached to the end of the rotor arm 10 and the slim airfoil-like formed vestibule sheet is provided with a curvature as a whole, that of the curvature of the circulation circuit 12 corresponds. The auxiliary wing 4 is also on the upper one End 1 of the profile surface 3 oriented accordingly and stands with on both sides same length or
Breite über die neutrale Längsachse 11 des Windfangblattes hinaus. Aus den genannten Gründen wird die mittige Zuordnung des ganzen Hilfsflügels 4 zur neutralen Längsachse 11 bevorzugt und zwar insbesondere dann, wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, tatsächlich am ganzen Rotor nur ein Windfangblatt 2 angeordnet ist. Wenn unter Bezug auf die in Fig. 1 gezeigte Stellung des Windfangblattes bei Stillstand des Rotors aufkommender Wind von der rechten Seite kommen würde, kann nämlich cer beschriebene Effekt auch von der Innenseite der Windfangblattfläche 3 aus in bezug auf den Hilfsflügel wirksam werden.Width beyond the neutral longitudinal axis 11 of the vestibule sheet. For the reasons mentioned, the central assignment of the entire auxiliary wing 4 to neutral longitudinal axis 11 is preferred, in particular when, as in Fig. 1 shown, actually only one vestibule sheet 2 is arranged on the entire rotor. If with reference to the position of the vestibule shown in Fig. 1 at a standstill the wind coming from the right side of the rotor can be cer described effect also from the inside of the windscreen sheet surface 3 in relation take effect on the auxiliary wing.
Wie gestrichelt in Fig. 1 angedeutet, können je nach Länge des gesamten Windfangblattes zwischen den Hilfsflügeln 4 an den Enden 1 und dem Rotorarmansatz 7 zusätzliche Hilfsflügel 4' vorgesehen werden. Wie ebenfalls aus Fig. 1 erkennbar, ist das Windfangblatt 2 in bezug auf die Vertikale leicht geknickt ausgebildet und zwar derart, daß die beiden Hälften des Windfangblattes 2 zum Rotorarm 10 hin konvergierend zueinander verlaufen. Außerdem kann das Windfangblatt in Drehrichtung gepfeilt ausgebildet werden, wie dies insbesondere aus Fig. 6 erkennbar ist. Möglich wäre auch, den bzw. die kleinen Hilfsflügel an den Enden 1 der Windfangblätter 2 gemäß Fig. 5 verschwenk- und einstellbar auszubilden, um den Hilfsflügel bezüglich eines optimalen Anschubes einstellen zu können.As indicated by dashed lines in Fig. 1, depending on the length of the entire Windscreen between the auxiliary wings 4 at the ends 1 and the rotor arm approach 7 additional auxiliary wings 4 'are provided. As can also be seen from Fig. 1, the vestibule sheet 2 is formed slightly kinked with respect to the vertical and in such a way that the two halves of the vestibule 2 converge towards the rotor arm 10 to each other get lost. In addition, the vestibule can rotate in the direction of rotation be formed with arrows, as can be seen in particular from FIG. 6. Possible would also be the small auxiliary wing or wings at the ends 1 of the windscreen sheets 2 according to FIG. 5 pivotable and adjustable to form the auxiliary wing with respect to to be able to set an optimal push.
Der Einbau einer einfachen Verstellmechanik ist insoweit problemlos, da das Windfangblatt starr am Rotorarm 10 befestigt ist. Zusätzlich zum durch den kleinen Hilfsflügel erzeugten Schubeffekt kann dieser noch dadurch intensiviert werden, daß man im Sinne der Fig. 3, 4 mindestens ein Anströmflächenteil 3' des Windfangblattes 2 in bezug auf den "Normalflügelflächenverlauf" hinter den vorderen Anströrand 8 unter Ausbildung einer Schubfläche 9 zurückversetzt anordnet und diese im Sinne der Fig. 6 verlaufen läßt, wobei diese Schubfläche in den Hilfsflügel 9 bzw. dessen Profilfläche 5 übergehen kann. Derartig zurückversetzte Flächen 3' können in bezug auf das Gesamtprofil des Windfangblattes ggf. auch auf beiden Seiten des Windfangblattes angeordnet werden, wobei es durchaus möglich sein kann, daß die Schubflächen 9 allein, d.h., ohne Anordnung eines Hilfsflügels 4, wie beschrieben, für den Anlauf des Rotors ausreichen. In diesem Falle wäre der vordere Profilrand 8 mit den Schub flächen 9 in seiner Wirkung als Hilfsflügel 4 aufzufassen.The installation of a simple adjustment mechanism is problem-free, since the vestibule is rigidly attached to the rotor arm 10. In addition to the This can be intensified by the small auxiliary wing generated be that in the sense of Fig. 3, 4 at least one inflow surface part 3 'of the Windscreen sheet 2 in relation to the "normal wing surface course" behind the front Oncoming edge 8 is arranged set back with the formation of a thrust surface 9 and this can run in the sense of FIG. 6, this thrust surface in the auxiliary wing 9 or whose profile surface 5 can pass. Such recessed surfaces 3 'can in relation to the overall profile of the vestibule sheet, possibly also on both sides of the Windscreen sheet are arranged, it may well be possible that the Thrust surfaces 9 alone, i.e. without the arrangement of an auxiliary wing 4, as described, sufficient for the rotor to start up. In this case the front profile edge would be 8 with the thrust surfaces 9 in its effect as an auxiliary wing 4 to be understood.
Unter Bezug auf Fig.3,4 u. 6 sei noch ergänzt, daß der Hilfsflügel bzw. die Schubflächen 9 durch eine entsprechende Ansatzgestaltung des Rotorarmendes an das Windfangblatt 2 in Ergänzung zum Hilfsflügel 4 am Ende des Windfangblattes dargestellt bzw. verwirklicht werden kann.With reference to Fig. 3, 4 and 6 it should be added that the auxiliary wing or the thrust surfaces 9 by a corresponding extension design of the rotor arm end to the vestibule sheet 2 in addition to the auxiliary wing 4 at the end of the vestibule sheet can be represented or realized.
Anstelle des Gegengewichtes in Fig.i kann, wie erwähnt, am Ende des Rotorarmes 10'natürlich auch ein entsprechendes Windfangblatt 2 angeordnet sein, wobei die Enden 1 der Windfangblätter 2, wie in Fig.1 gestrichelt angedeutet, zur Rotormitte hin verspannt sein können, in der auch unmittelbar der bzw. die Generatoren angeordnet und direkt mit dem Rotor gekoppelt sind.Instead of the counterweight in Fig.i, as mentioned, at the end of the A corresponding vestibule sheet 2 can of course also be arranged on the rotor arm 10 ′, wherein the ends 1 of the windscreen sheets 2, as indicated by dashed lines in Figure 1, for Can be braced towards the center of the rotor, in which the generator or generators are arranged and coupled directly to the rotor.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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