DE1036780B

DE1036780B - Einrichtung zum selbsttaetigen Verringern der Fluegelstellung bei schnell laufenden Windraedern

Info

Publication number: DE1036780B
Application number: DEP12848A
Authority: DE
Inventors: Hugo Hanusch
Original assignee: PINTSCH ELECTRO GmbH
Current assignee: PINTSCH ELECTRO GmbH
Priority date: 1954-10-12
Filing date: 1954-10-12
Publication date: 1958-08-14

Description

Einrichtung zum selbsttätigen Verringern der Flügelstellung bei schnell laufenden Windrädern Schnell laufende Windräder werden bekanntlich am leistungsfähigsten bei verhältnismäßig geringer Steigung ihrer Flügel, d. h. bei einem Anstellwinkel von etwa 12° dar mittleren Flügelnormalen zur Anblasrichtung, betrieben. Dieser flache Anstellwinkel ist jedoch für den Anlauf der Windräder recht ungünstig, da. das beste Anlaufdrehmoment bei einem Anstellwinkel von etwa 45° erreicht wird. Ferner besteht bei einer derartig flachen Einstellung der Flügelsteigung bei hohen Windgeschwindigkeiten die Gefahr einer Überhöhung der Drehzahl und eine damfit verbundene unzulässig hohe Beanspruchung der Anlage. Dies läßt sich nun wiederum durch eine Erhöhung der Flügelsteigung, notfalls bis 90°, verhindern. Um nun allen Erfordernissen gerecht zu werden, ist also eine Veränd'eru'ng der Flügelsteigung während des Betriebes von schnell laufenden Windrädern erforderlich, und zwar in dem Sinne, daß zunächst die Flügelsteigung beim Anlaufen den hierfür günstigsten Wert von etwa 45° erhält. sich dann beim normalen Schnellaufbetriel-, verringert und schließlich oberhalb der höchstzulässigen Grenzdrehzahl wieder anwächst. Diese. Einstellung erfolgt dabei zweckmäßig selbsttätig In Abhängigkeit von der Drehzahl.
Es sind bereits Windräder bekanntgeworden, die neben feststehenden auch noch über verstellbare Flügel verfügen bzw. deren sämtliche Flügel verstellbar eingerichtet sind und deren Verstellflügel sich unter Fliehkrafteinwirkung entgegen der Wirkung von Federn verstellen. Die Verstellflügel sind dabei um ihre Längsachse drehbar gelagert. Die Einstellung erfolgt vorzugsweise selbsttätig, wobei die Stehkräfte von der Fliehkraft der Flügel selbst oder von besonderen Fliehmassen erzeugt werden. Bei derartigen Einrichtungen erfolgt die Verstellung der Flügel jedoch nur in einer Drehrichtung entweder zu kleineren oder zu größeren Anstellwinkeln hin.
Ferner ist eine Steuereinrichtung für schnell laufende Windräder bekanntgeworden, bei der zwei gekuppelte Fliehkraftregler unterschiedlicher Empfindlichkeit über Gestänge derart auf die Flügel einwirken. daß beide für den Betrieb von schnell laufenden Windrädern erforderlichen Verstellrichtungen, @7erringerung der Flügelsteigung beim Lebergang vom Ablauf zur Schnellaufstellung und Vergrößerung derselben oberhalb einer kritischen Drehzahl, erzielt werden. Die Lagerstellen und Hebelgelenke einer derartigen Steuereinrichtung sind jedoch einem hohen Verschleiß unterworfen und erfordern daher eine sorgfältige Wartung. Mit einer solchen ist aber, besonders in Übersee, dem Haupteinsatzgebiet solcher Windräder, fast nie zu rechnen. Die vielen Lager und Gelenke bedingen außerdem einen erheblichen Totgang der Flügel, der Schlag- und Stoßbelastungen auslöst, oft auch zu Flatterbewegungen führt und den ohnehin hohen Verschleiß der beweglichen Regelorgane beschleunigt.
Erfindungsgemäß wird eine besonders vorteilhafte und betriebssichere Einrichtung zum selbsttätigen Verringern der Flügelsteigung während des Anlaufs schnell laufender Windräder beim Übergang aus eine günstigen Anlaufstellung in die günstigste Betriebsstellung und zur selbsttätigen Erhöhung der Flügelsteigung beim Überschreiten einer bestimmten Grenzdrehzahl, unter Verwendung von Verstellflügeln, die sich unter Fliehkrafteinwirkung entgegen der Wirkung von Federn verstellen, dadurch erzielt, daß der Flügel mit seiner Flügelwurzel in an sich bekannter Weise um eine radiale Achse verstellbar in einer Halterung gelagert ist und daß die Halterung ihrerseits um eine parallel zur Flügelverstellachse angeordnete Achse in der Windradnabe schwenkbar ist.
Die Drehbewegung um die Flügelachse wird vorzugsweise durch Anschläge in der günstigsten Anlaufstellung und in der günstigsten Betriebsstellung begrenzt, doch ist es zweckmäßig, da.ß diese Anschläge h--i sehr großen Verstellkräften überschritten werden können. Ein Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt; Fig.3 zeigt die verschiedenen Stellungen, die das Flügelblatt infolge der Einstellbewegung einnehmen kann; Fig. 4 stellt eine besondere Ausführung des Flügels

dar; L xA.W

Fig. 5 zeiglfrt usführungsbeispielh, bei dene-'

verschiedene, symmetrisch zueinander angeordnete

Flügelpaare teilweise fest sind oder verschiedenartige Einstellbewegungen ausführen.
Die Anströmrichtung ist in den Zeichnungen mit L' bezeichnet, In Fig. 1 ist das Flügelblatt 1 mit seinem Schaft 2 (Flügelachse) in der Halterung 3 drehbar gelagert. Der Schaft 2 wird von der vorgespannten und auf Verdrehung abgestellten Feder 4 in der Anlaufstellung, also beim Stillstand des Windmotors, so von Anschlägen gehalten, daß der Anstellwinkel des Flügelblattes dem des besten Anlaufdrehmomentes, etwa 45°, entspricht. Der Feder 4 wirkt das Fliehgewicht 5 entgegen, welches den Flügel unmittelbar nach dem Anlauf des Windrades so weit verdreht, daß er den größtmöglichen Auftriebsbeiwert erhält, entsprechend einem Anstellwinkel von etwa 12°. Die Halterung 3 ist fest mit der Nabenachse 6 verbunden, die in der Nabe 7 drehbar ist. Die Flügelachse ist also gegen die Achse der Nabenwelle versetzt. so daß sich ein kraftschlüssiges Kurbelsystem ergibt.
Wie Fig.2 veranschaulicht, sitzt fest auf der Nabenwelle 6 der Hebelarm 8, der über den Gelenkhebel 9 gegen die Feder 11 auf den Federteller 10 einwirkt. Der Flügel ist beim Umlauf, der Fliehkraft folgend, bestrebt, sich so weit zu verdrehen, daß sich die Achse X der Halterung 3 mit der in der Drehebene liegenden Achse Y der Nabenwelle 6 deckt. Die Vorspannung der Feder 11 ist so bemessen, daß die Verstellkräfte des Kurbelsystems erst nach dem Erreichen der zulässigen Höchstdrehzahl und Nennleistung des Windmotors wirksam werden. Die Flügelblätter drehen sich dann, entgegen dem Drehsinn des vom Fliehgewicht 5 ausgeübten Drehsinnes und des ersten Einstellvorganges regelnd und so weit aus dem Wind, daß Überdrehzahlen mit Sicherheit verhindert werden. Durch die hohle Welle 12 (Hauptachse) wird das mit einem Drucklager versehene und am Federteller 10 sitzende Anschlußteil 13 mit dem Zugseil 14 verbunden, das zu einem am Mast der Anlage angebrachten Hebel geführt wird und die beliebige Abstellung des Windmotors ermöglicht.
Fig. 3 zeigt die von den Flügelblättern vom Anlauf des Windmotors bis zum vollen Ausschwenken bei Sturm oder Abstellung durchlaufenen Drehbewegungen. In Stellung A, der Anlaufstellung, haben die Flügelblätter das beste Anlaufdrehmoment, entsprechend einem Anstellwinkel von etwa 45°. Unmittelbar nach dem Anlauf des Windrades wird das Fliehgewicht 5 bzw. die dem Flügel auf Grund besonderer Ausbildung desselben eigene Fliehkraft wirksam, und das Flügelblatt dreht sich in der Pfeilrichtung a so weit, bis die dem höchsten Auftriebsbeiwert entsprechende Stellung B und ein Anstellwinkel von etwa 12° erreicht ist. Übersteigt die Drehzahl des Windmotors den optimal zulässigen Wert, so werden die Verstellkräfte des Kurbelsystems wirksam und drehen den Flügel in Pfeilrichtung b aus dem Wind, um bei Sturm oder bei Abstellung der Anlage die Stellung C einzunehmen.
Durch entsprechende Ausbildung der Flügelblätter können diese bekanntlich selbst die für den ersten Schaltvorgang erforderlichen Verstellkräfte liefern, so daß das Fliehgewicht 5 (s. Fig. 1) in Fortfall kommen kann. Wie ein solches Flügelblatt beispielsweise ausgeführt werden kann, veranschaulicht Fig.4.
Man kann den Aufbau von Windrädern auch so vornehmen, daß nur ein Teil der symmetrisch liegenden Flügelpaare beide Verstellbewegungen ausführt, während der andere Teil fest in der Nabe angeordnet ist oder nur eine Verstellbewegung ausführt.
Eine solche besonders für größere Windkraftanlagen zweckmäßige Regeleinrichtung zeigt Fig.5. Hier sind den in den Halterungen 3 drehbaren Flügelblättern 1 symmetrisch fest in der Flügelnabe sitzende Flügelblätter 1 a zugeordnet. Die Flügelblätter 1 sind so eingefugt, daß sie bei zu hohen Windgeschwindigkeiten und daraus resultierenden zu hohen Drehzahlen des Windrades über den der Stellung C in Fig. 3 entsprechenden Nullauftriebswert hinweggedreht werden und dadurch einen den festen Flügeln 1 a gegenläufigen Drehsinn erlangen und den Windmotor ab bremsen. Auf diese Weise ist ein »Durchgehen« des Windmotors unmöglich, sei es bei orkanartigen Stürmen oder bei plötzlicher Lastunterbrechung in Generatoranlagen.

Claims

PATFNTAN$PR(1(:iIE: 1. Einrichtung zum selbsttätigen Verringern der Flügelsteigung während des Anlaufs schnell laufender Windräder beim Übergang aus einer günstigen Anlaufstellung in die günstigste Betriebsstellung und zur selbsttätigen Erhöhung der Flügelsteigung beim Überschreiten einer bestimmten Grenzdrehzahl, unter Verwendung von Verstellflügeln, die sich unter Fliehkrafteinwirkung entgegen der Wirkung von Federn verstellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (1) mit seiner Flügelwurzel (2) in an sich bekannter Weise um Eine radiale Achse verstellbar in einer Halterung (3) gelagert ist und daß die Halterung (3) ihrerseits um eine parallel zur Flügelverstellachse angeordnete Achse (6) in der Windradnabe (7) schwenkbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der der Flügel durch eine Fliehmasse entgegen einer Feder verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelschafthalterung (3) durch die Fliehkräfte ihrer eigenen und der von ihr getragenen Massen entgegen einer Feder (11) verstellt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (11), welche mit der Fiügelschafthalberung (3) verbunden ist, so vorgespannt ist, daß sie erst bei weit höherer Drehzahl betätigt wird als die Feder (4).
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Flügelblattes (1) in der günstigsten Anlaufstellung und/ oder der günstigsten Betriebsstellung, bezogen auf die Grundstellung der Flügelschafthalterung (3). durch Anschläge begrenzt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d@aß das Windrad aus spiegelbildlich zur Windradwelle angeordneten Flügelgruppen jeweils gleicher Ausführung besteht und daß die Flügel einer Gruppe mit der Nabe fest verbunden oder nur im Bereiche einer der beiden Verstellbewegungen (günstigste Anlaufstellung bis günstigste Betriebsstellung bzw. günstigste Betriebsstellung bis Überdrehzahlstellung) verstellbar sind, während die Flügel der anderen Gruppe im Bereiche beider Verstellbewegungen verstellbar sind. 6. 4j7indrad nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daB die Flügel der einen Gruppe über die Nullauftriebsstellung hinaus bis in die Stellungen. verschwenkbar sind, in denen ein Bremsmoment bezüglich der Windradwelle erzeugt wird. In Betracht gezogene Druckschrifteri: Deutsche Patentschriften Nr. 908 840, 860 030, 862 280, 906 440, 584 505, 895 128; USA.-Patentschrift Nr. 2 215 456.