DE19701628A1

DE19701628A1 - Windführungssystem für Rotoren von Windkraftanlagen

Info

Publication number: DE19701628A1
Application number: DE19701628A
Authority: DE
Inventors: Gernot Kloss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-01-18
Filing date: 1997-01-18
Publication date: 1998-07-23

Description

Die Erfindung betrifft ein Windführungssystem für Rotoren von Windkraftanlagen, ins besondere für Rotoren mit vertikal ausgerichteter Drehachse.

Bei derartigen Rotoren ist es erforderlich, die lineare Bewegung des Windes in eine Drehbewegung des Rotors umzuwandeln. Dies geschieht bekanntermaßen über Ro torflügel, die die Kraft des Windes aufnehmen und an die Rotorachse weitergeben. Da diese Flügel bei ihrer Wanderung um die Rotorachse mit ihrer Rückseite vor dem Wind und mit ihrer Vorderseite gegen den Wind laufen und von diesem gebremst wer den (u. a. Savoniusrotor steht nur ein Teil der Windenergie für die Drehbewegung des Rotors zur Verfügung. Der Wirkungsgrad dieser Anlagen ist somit gering. Ein wei terer Nachteil liegt darin, daß sich der Strömungsquerschnitt der Flügel innerhalb der Drehebene ständig ändert. Die hierdurch entstehenden oszillierende Schwingungen werden auf die Rotorachse übertragen und lassen diese unrund laufen. Dieser Nega tiveffekt, der proportional mit der Größe der Anlage zunimmt, kann zum Bruch der Ro torachse führen. Dieser Umstand verhinderte es bisher, größere und effektivere Anla gen zu bauen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, durch Einsatz eines speziellen Windfüh rungssystemes Wirkungsgrad und Achsenrundlauf besonders von vertikal ausgerichte ten Windkraftrotoren zu optimieren und somit den Bau von Windkraftanlagen mit einer für diese Gattung extrem hohen Leistung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß an Stelle von mehreren ein zelnen Windleitblechen das Windführungssystem in der Regel nur noch aus zwei mit der Drehachse eines Rotors fest verbundenen und um diese kreisförmig in mehreren Wendeln mit einer Steigung von vorzugsweise 30 bis 60 Winkelgraden geführten durchgehenden Windführungsblechen besteht, deren Querschnitte rinnenartig ausge bildet und mit Querblechen versehen sind und deren Längsausrichtungen um 180° zu einander versetzt in gleicher Drehrichtung beginnen und bei gleichen Wendellängen so enden, dergestalt, daß sich bei jedem Anströmwinkel gleich große Beaufschlagungs flächen ergeben, bei denen die geschlossenen Rinnenlängsseiten der beiden Wind führungsbleche als Umlenkflächen gegen den Wind- bzw. gegen den Luftstrom und die mit Querblechen versehenen offenen Rinnenlängsseiten als Aktiv- bzw. Arbeitsflächen vor dem Windstrom laufen.

Damit das Querblech unterschiedlichen Windstärken- und -geschwindigkeiten besser angepaßt werden kann, ist es mit einer Drehachse versehen, deren Enden innerhalb der beiden Längswände des Windführungsbleches in Lagern geführt sind.

Um den Windstrom in den Außenbereich des Windführungsbleches zu leiten und damit die Hebelwirkung der Windkraft zu erhöhen, ist das Querblech innerhalb des Windfüh rungsbleches so gedreht, daß das äußere Lager seiner Drehachse in Laufrichtung vor dem innerem Lager liegt.

Damit das Querblech arretiert ist und erst ab einer bestimmten Windstärke, durch die Überwindung seines Eigengewichtes, in den Wind dreht, liegt es zur Laufrichtung hin fallend auf dem Boden des Windführungsbleches auf.

Um auch bei seitlicher Beaufschlagung durch den Wind einen Vortrieb zu erreichen, überragt das obere Ende des Querbleches die Oberkante der inneren und äußeren Längswand des Luftleitbleches.

Damit bei seitlicher Beaufschlagung durch den Wind dieser Vortrieb noch verbessert wird, ist das Querblech quer zu seiner Längsachse gebogen, wobei die konvexe Seite in Laufrichtung zeigt.

Um das Schwebeverhalten des Querbleches im Luftstrom zu stabilisieren und ein Flat tern zu verhindern, ist sein unteres Ende leicht in Laufrichtung gebogen.

Damit die Querbleche bei Turbulenzen nicht unkontrolliert einzeln in den Wind drehen, sind sie untereinander mit einem Steuerungsseil bzw. -gestänge verbunden. Hierdurch wird den Querblechen im gesamten Verband ein gleichmäßiges, wellenartiges in den Wind Drehen vorgegeben.

Um das Windführungssystem bei sehr starken und böigen Winden vor Zerstörungen zu schützen, erfolgt eine über ein Steuerungsseil bzw. -gestänge geführte zusätzliche Steuerung der Querbleche mittels Motor- oder Fliehkraftregler.

Damit das Ansprechverhalten der Querbleche auf unterschiedliche Winddruck-Zonen eingestellt werden kann, sind an den Querblechen Gewichte variierbar befestigt.

Um die Luftmassen möglichst lange für den Vortrieb nutzen zu können und ein Ausbre chen aus dem Windführungsblech nach außen zu erschweren, ist die Querachse des Windführungsbleches zur Drehachse des Rotors hin geneigt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß gegenüber her kömmlichen Verdrängungssystemen der Wind-/Luftstrom nicht mehr verdrängt, son dern umgelenkt wird. Hierdurch wird ein Großteil an Energieverlusten durch bremsen de Wind-/Luftströme vermieden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Beaufschla gung durch den Wind sehr gleichmäßig erfolgt, wodurch der Rundlauf der Rotorachse optimal verbessert wird. Ein zusätzlicher Vorteil gegenüber mehreren einzelnen Luft leitblechen liegt in der durchgehenden Wendelform der beiden Windführungsbleche, wodurch eine Optimierung der Arbeitsflächen sowie eine starke Abnahme bremsender Luftverwirbelungen erreicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wir im Folgenden nä her beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 Vorder- und Draufsicht von Windführungssystemen (Schema).

Fig. 2 Schnitt und Draufsicht eines Windführungssystemes mit Rotorachse.

Fig. 3 Schnitte und Draufsicht eines Windführungssystemes bei starkem und mäßigem Wind (Form gestreckt gezeichnet).

Fig. 4 Leerseite.

Gemäß Ausführungsbeispiel besteht das Windführungssystem für Rotoren von Wind kraftanlagen aus zwei, um eine Rotorachse 9 wendelartig geführte Windführungsble che 1 und den hierin befindlichen Querblechen 2, welche über Drehachsen 3 be wegt, in den Längswänden 4 der Windführungsbleche in Lagern 5 geführt sind. Um die vom Wind gesteuerten Querbleche 2 zusätzlich steuern zu können, sind diese un tereinander mit einem Steuerungsseil bzw. -gestänge 6 verbunden, die über einen Motor- oder Fliehkraftregler 7 bewegt werden. Mit den an den Querblechen 2 be findlichen, variierbaren Gewichten 8 kann das Trägheitsverhalten der Querbleche für den Einsatz in unterschiedlichen Windzonen eingestellt werden.

Claims

1. Windführungssystem für Rotoren von Windkraftanlagen, insbesondere für Rotoren mit vertikal ausgerichteter Drehachse, dadurch gekennzeichnet, daß das Windfüh rungssystem in der Regel aus zwei mit der Drehachse (9) eines Rotors fest verbunde nen und um diese kreisförmig in mehreren Wendeln mit einer Steigung von vorzugs weise 30 bis 60 Winkelgraden geführten durchgehenden Windführungsblechen (1) be steht, deren Querschnitte rinnenartig ausgebildet und mit Querblechen (2) versehen sind und deren Längsausrichtungen um 180° zueinander versetzt in gleicher Drehrich tung beginnen und bei gleichen Wendellängen so enden, dergestalt, daß sich bei je dem Anströmwinkel gleich große Beaufschlagungsflächen ergeben, bei denen die ge schlossenen Rinnenlängsseiten der beiden Windführungsbleche als Umlenkflächen gegen den Wind- bzw. gegen den Luftstrom und die mit Querblechen versehenen offenen Rinnenlängsseiten als Aktiv- bzw. Arbeitsflächen vor dem Windstrom laufen.

2. Windführungssystem für Rotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Querblech (2) eine Drehachse (3) aufweist, deren beide Enden innerhalb der bei den Längswände (4) des Windführungsbleches (1) in Lagern (5) geführt sind.

3. Windführungssystem für Rotoren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß das Querblech (2) innerhalb des Windführungsbleches (1) so gedreht ist, daß das äußere Lager (5) seiner Drehachse (3) in Laufrichtung vor dem inneren Lager (5) liegt.

4. Windführungssystem für Rotoren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Querblech (2) schräg zur Laufrichtung hin fallend eingebaut ist und auf dem Boden des Windführungsbleches (1) aufliegt.

5. Windführungssystem für Rotoren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Querbleches (2) die Oberkante der inneren und äußeren Längswand (4) des Luftleitbleches (1) überragt.

6. Windführungssystem für Rotoren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Querblech (2) quer zu seiner Längsachse gebogen ist, wobei die konvexe Seite in Laufrichtung zeigt.

7. Windführungssystem für Rotoren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Querbleches (2) leicht in Laufrichtung gebogen ist.

8. Windführungssystem für Rotoren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbleche (2) untereinander mit einem Steuerungsseil bzw. -gestänge (6) verbunden sind.

9. Windführungssystem für Rotoren nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß eine über das Steuerungsseil bzw. -gestänge (6) geführte zusätzliche Steuerung der Querbleche (2) mittels Motor- oder Fliehkraftregler (7) erfolgt.

10. Windführungssystem für Rotoren nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Querblechen (2) Gewichte (8) variierbar befestigt sind.

11. Windführungssystem für Rotoren nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querachse des Windführungsbleches zur Drehachse (9) des Rotors hin ge neigt ist.