DE10311025A1

DE10311025A1 - Windkraftanlage mit Nabenturbine

Info

Publication number: DE10311025A1
Application number: DE2003111025
Authority: DE
Inventors: Roland Mahler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-09-23

Abstract

Durch die Drehung des Rotors wird über die hohlen Flügel oder über ein Pumpenrad in der Rotornabe ein Luftstrom erzeugt, der zum Antrieb des Generators oder eines anderen Verbrauchers dient. Dabei wird kein Drehmoment auf den Turm übertragen.

Description

Bei Windkraftanlagen wird die kinetische Energie des Windes über eine Propellerturbine auf ein Getriebe und einen Generator übertragen und dort in Strom umgewandelt. Dabei wird ein Drehmoment auf den Turm übertragen. Damit verbunden ist auch die Übertragung von Körperschall auf den Turm.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht nun darin, die Einleitung des Drehmomentes in den Turm teilweise oder vollständig zu unterbinden und den Körperschall zu minimieren.

Dazu wird die Rotornabe so gestaltet, das in ihr eine zweite Turbine läuft, die den Generator direkt antreibt. Wird der Stator des Generator mit dem Hauptrotor der Windkraftanlage starr verbunden, so entsteht ein zum Turm hin drehmomentenfreier Antrieb. Der Generator läuft im Drehsinn des Hauptrotor mit und die Generatorwelle wird vom Nebenrotor gegenläufig angetrieben. Ein Getriebe entfällt

Die Rotorblätter des Hauptrotor sind offen und wirken als Pumpe und fördern die Luftmasse aus der Nabe nach Außen. Dabei entsteht in der Nabe ein Unterdruck, der über die Nabenturbine vom statischen Luftdruck ausgeglichen wird. Die Strömungsgeschwindigkeit in der Nabe richtet sich dabei nach der Flügelspitzengeschwindigkeit des Hauptrotor und der Gestaltung der einzelnen Querschnitte in der Nabe und in den Flügeln.

Alternativ zu dieser Lösung kann die Förderung der Luft aus der Nabe auch durch ein Pumpenrad übernommen werden, welches mit dem Hauptrotor starr verbunden ist. Durch die bauliche Einheit von Pumpenrad , Nabe und Hauptrotor lassen sich insbesondere die für den Offshore- Einsatz benötigten großen Rotordurchmesser realisieren. Da keine Drehmomente auf den Turm übertragen werden, muß dieser nur noch die Schubkräfte des Windes aufnehmen. Versagen bei Sturm die Sicherheitssysteme, so wirken nur die erhöhten Windschubkräfte auf den Turm.

1 zeigt eine Windkraftanlage aus Windrichtung, dabei bedeuten (1) die Flügel oder Hauptrotor, (2) die in Windrichtung offene Nabe in der die Nabenturbine (5) untergebracht ist. Diese Turbine kann eine Propellerturbine oder eine Axialturbine sein. (5) ist der Turm oder Mast.
2 zeigt die Windkraftanlage mit einem Pumpenrad (4), welches die Luft aus der Nabe (2) radial nach Außen fördert.
3 zeigt die Seitenansicht von 1. Hier ist der Generator (6) fest mit dem Turm (3) verbunden. Das geschieht über einen Drehkranz zur Ausrichtung in den Wind, der hier nicht dargestellt ist. Der Hauptrotor (1) dreht sich mit der Nabe (2) auf der Generatorwelle (8), mit der er nur durch eine Lagerung verbunden ist. Der Generator (6) überträgt die Drehmomente auf den Turm (3).
4 zeigt die Seitenansicht von 2. Hier ist das Pumpenrad (4) mit dem Generator (6) und der Nabe (2) starr verbunden. Die Generatorwelle (8) ist in einem Turmlager (7) gelagert und wird von der Nabenturbine (5) gegenläufig zum Hauptrotor (1) angetrieben.
In 5 ist der Generator (6), die Nabe (2), der Hauptrotor (1) und das Pumpenrad (4) als bauliche Einheit ausgebildet. Durch die Verlagerung des Generator in die Nabe könnte auch eine aufwendige Kühlung des Generator entfallen, da er im Luftstrom in der Nabe liegt.

Claims

Windkraftanlage mit einer einseitig offenen Rotornabe, die von der Luft durchströmt wird, wobei dieser Luftstrom eine in der Rotornabe befindliche Turbine antreibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Luftstrom dadurch erzeugt wird, daß die Luft aus der Nabe in die Rotorflügel gelangen kann und dort an den Flügelspitzen aufgrund der durch die Rotordrehung erfolgten Beschleunigung wieder austritt. Die Rotorflügel sind innen offen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Luftstrom in der Nabe durch ein vom Rotor angetriebenes Pumpenrad erzeugt wird, welches die Luft zentriefugal beschleunigt und aus der Nabe fördert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Generator oder ein anderer Energiewandler so angetrieben werden, daß zum Turm oder dem Mast der Windkraftanlage keine Drehmomente übertragen werden. Dazu ist der Generator oder andere Energiewandler mit seinem Stator oder Gehäuse mit dem Rotor der Windkraftanlage verbunden und die Antriebswelle des Energiewandlers mit der Nabenturbine.