DE202007010872U1 - Wind turbine - Google Patents

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Abstract

Windkraftanlage, deren Windrad in einem, als Diffusor ausgebildeten Mantel läuft und die auf einem Mast oder dergleichen angeordnet und mit Mitteln zur Windausrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem als äußere Düse (1) ausgebildeten Mantel ein Düseneinsatz (2) angeordnet ist, in welchem mindestens zwei Windräder (3) angeordnet sind, die mit mindestens einem Generator (4) verbunden sind.Wind Turbine whose wind turbine runs in a, formed as a diffuser mantle and arranged on a mast or the like and with means for wind alignment is provided, characterized in that in the outer nozzle (1) formed Coat a nozzle insert (2) is arranged, in which at least two wind wheels (3) are arranged, which are connected to at least one generator (4) are.

Figure 00000001
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Description

Die Erfindung betrifft eine auf einem Mast oder dergleichen angeordnete Windkraftanlage mit mindestens zwei Mantelturbinen, deren Laufräder in einem lang gestreckten als Diffusor ausgebildeten Mantel laufen und mit Mitteln zur Windausrichtung versehen ist.The The invention relates to a arranged on a mast or the like Wind turbine with at least two shell turbines whose impellers are in one run long stretched designed as a diffuser coat and with Means is provided for wind alignment.

Die Windkraft wird bekanntlich bereits seit langen Zeiten zur Erzeugung elektrischer oder mechanischer Energie ausgenutzt.The Wind power is known to have been used for a long time exploited electrical or mechanical energy.

Jedoch benötigen Windkraftwerke der bekannten Bauarten im Verhältnis zu ihrer Leistung relativ große Flügelräder, da die Windenergie je Quadratmeter Wirkungsfläche sehr gering ist. Bei derartig großen Flügelrädern sind jedoch hohe Zentrifugalkräfte sowie große Drehmomente zu verzeichnen. Um diese zu beherrschen, müssen die Drehzahlen der Flügelräder begrenzt und schwere Getriebe eingesetzt werden.however need Wind power plants of the known types relative to their performance relative size Wheels, there the wind energy per square meter of effective area is very low. With such large impellers are however, high centrifugal forces as well as big ones Torques recorded. To master these, the Speed of the impellers limited and heavy transmissions are used.

Der Nachteil derartiger Ausführungen von Windkraftanlagen wird darin gesehen, daß die Größenordnung der gewonnenen Energie in Bezug auf die Größe der Anlage relativ klein ist.Of the Disadvantage of such designs of wind turbines is seen in that the magnitude of the energy obtained in terms of the size of the plant is relatively small.

In der DE 38 12 912 A1 wird eine Windkraftanlage, die durch eine Luftdüse, in der der Treibwind auf eine hohe Geschwindigkeit gebracht wird und in deren engstem Querschnitt sich das Flügelrad befindet, wobei der Abwind hinter dem Flügelrad durch einen Diffusor abgeleitet wird, wobei die Lagerung des Flügelrades und das Getriebe in Gondeln angebracht sind, die sich auf die Luftdüse und den Diffusor abstützen, beschrieben.In the DE 38 12 912 A1 is a wind turbine, by an air nozzle, in which the driving wind is brought to a high speed and in the narrowest cross-section of the impeller, the downdraft behind the impeller is derived by a diffuser, wherein the bearing of the impeller and the transmission in Gondolas are mounted, which are supported on the air nozzle and the diffuser described.

Derartige Anlagen sind auch unter dem Begriff Mantelturbinen bekannt.such Installations are also known as shell turbines.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Windkraftanlage der eingangs beschriebenen Bauart derart weiterzubilden, daß diese bei Einsatz von mindestens zwei derartigen Turbinenaggregaten eine wesentliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und des Massestroms einhergehend mit einer Konzentration des Energieflusses und eine Minimierung des Rotordurchmessers bei hoher Energieausbeute aufweist. Gleichzeitig sollen mechanische Verluste und die Geräuschentwicklung minimiert werden.task The invention is a wind turbine of the type described above Further develop type such that these at least when using two such turbine units a substantial increase in Flow velocity and the mass flow associated with a concentration of energy flow and a minimization of the rotor diameter with high energy yield. At the same time, mechanical losses and noise development be minimized.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem als äußere Düse ausgebildeten Mantel ein Düseneinsatz angeordnet ist, in welchem mindestens zwei Windräder vorgesehen sind, die mit mindestens einem Generator verbunden sind.According to the invention this Task solved by that in designed as an outer nozzle Coat a nozzle insert is arranged, in which at least two wind wheels are provided with the connected to at least one generator.

Am Ende des sich verjüngenden Abschnittes des Düseneinsatzes können im Einströmbereich je ein Generator mit direkt auf der Generatorwelle angebrachtem Windrad angeordnet sein, wobei die Wellen miteinander gekoppelt sind.At the End of the rejuvenating Section of the nozzle insert can in the inflow area one generator each with directly mounted on the generator shaft Wind turbine be arranged, with the waves coupled together are.

Um Drehzahlunterschiede zwischen den einzelnen Generatorwellen auszugleichen, kann die Kopplung der Generatorwellen über entsprechende Ausgleichsgetriebe erfolgen.Around Compensate for differences in speed between the individual generator shafts, can the coupling of the generator shafts via corresponding differential gear respectively.

Alternativ dazu kann auch nur ein Generator vorgesehen sein, wobei die weiteren Windräder mit ihren Wellen über beispielsweise einen Zahnriementrieb mit der Generatorwelle verbunden sind.alternative For this purpose, only one generator can be provided, with the others wind turbines with their waves over For example, a toothed belt drive connected to the generator shaft are.

Als einer der wesentlichen Vorteile dieser erfindungsgemäßen Lösung ist die wesentlich höhere energetische Effizienz zu nennen.When one of the main advantages of this solution according to the invention the much higher energetic To call efficiency.

Von Vorteil ist weiterhin, daß mit dem Einsatz der Zahnriementriebe eine symmetrische Lastverteilung und eine mechanische Synchronisation der Generatoren ermöglicht werden.From Another advantage is that with the use of the timing belt drives a symmetrical load distribution and enable mechanical synchronization of the generators.

Mit der vorgesehenen Ausbildung der äußeren Düse und/oder des Düseneinsatzes als Photovoltaik- und/oder Solarkörpermodul kann zusätzlich ein bestimmtes Potential an Elektroenergie und/oder Wärmeenergie realisiert werden.With the intended design of the outer nozzle and / or of the nozzle insert as a photovoltaic and / or solar body module can additionally a specific Potential of electric energy and / or heat energy can be realized.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den übrigen Unteransprüchen und aus dem nachfolgend an Hand der Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel ersichtlich.advantageous Further developments and refinements of the invention are evident from the remaining subclaims and from the principle described below with reference to the drawings embodiment seen.

Es zeigenIt demonstrate

1: eine Prinzipdarstellung der Windkraftanlage in der Seitenansicht, 1 : a schematic representation of the wind turbine in the side view,

2: eine Darstellung der Windkraftanlage in einer Frontalansicht, 2 : a representation of the wind turbine in a frontal view,

3: eine Darstellung der Windkraftanlage in einer Ansicht von oben. 3 : a representation of the wind turbine in a view from above.

In 1 soll in einer Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Windkraftanlage gezeigt werden.In 1 will be shown in a schematic diagram of the wind turbine according to the invention.

Die Windkraftanlage ist drehbeweglich auf einem nicht näher dargestellten Mast 7 montiert. Die Windkraftanlage besteht aus einer äußeren Düse 1 und einem darin angeordneten Düseneinsatz 2. Die äußere Düse 1 ist als Mantel ausgebildet. Der Düseneinsatz 2 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und mit einer konkaven Oberfläche versehen.The wind turbine is rotatably mounted on a mast not shown 7 assembled. The wind turbine consists of an outer nozzle 1 and a nozzle insert disposed therein 2 , The outer nozzle 1 is designed as a coat. The nozzle insert 2 is frusto-conical and provided with a concave surface.

In diesem Düseneinsatz 2 sind mindestens zwei Turbinenaggregate, hier als Beispiel drei Turbinenaggregate, jeweils bestehend aus dem Generator 4 und dem Windrad 3 installiert. Dabei ist das Windrad 3 direkt auf der Welle des Generators 4 montiert und zwar ohne Zwischenschaltung eines Getriebes.In this nozzle insert 2 are at least two turbine units, here as an example three Turbi Numaggregate, each consisting of the generator 4 and the windmill 3 Installed. Here is the wind turbine 3 directly on the shaft of the generator 4 mounted and without the interposition of a transmission.

Die Turbinenaggregate sind hier horizontal untereinander angeordnet, können jedoch auch vertikal nebeneinander angeordnet sein.The Turbine units are arranged horizontally below each other, can However, also be arranged vertically next to each other.

Als eine andere Ausführung können auch beispielsweise vier derartige Turbinenaggregate in je zwei Zweiergruppen montiert werden.When another version can for example, four such turbine units in two Be mounted in pairs.

Die äußere Düse 1 weist eine strömungsgünstige konkave Außenkontur 5 auf, so daß die vom Einströmbereich 9 nicht erfaßte Luft auf dieser entlang strömt und auf die am Ende der äußeren Düse 1 aus dem Ringraum 8 austretende Abluft saugend wirkt, dabei ist dieser Ringraum als ein, sich mindestens über die von den Durchmessern der Blätter der Windräder 3 und den zwischen diesen vorgesehenen optimierten Abständen erstreckender, Längsraum ausgebildet.The outer nozzle 1 has a streamlined concave outer contour 5 on, so that from the inflow 9 unperceived air flows along it and onto the end of the outer nozzle 1 from the annulus 8th Exiting exhaust air acts suction, while this annulus is considered to be at least above that of the diameters of the blades of the windmills 3 and formed between these provided optimized distances extending longitudinal space.

Die Innenkontur 6 der äußeren Düse 1 weist eine von der Außenkontur 5 abweichende Form auf, wobei diese an die äußere Form des Düseneinsatzes 2 angepaßt ist. Der sich zwischen Düseneinsatz 2 und äußerer Düse 1 ergebende lang gestreckte Ringraum 8 ist konkav und sich stetig erweiternd ausgehend vom Einströmbereich 9 bis zum Ausströmbereich 10 ausgebildet.The inner contour 6 the outer nozzle 1 has one of the outer contour 5 deviating shape, wherein this to the outer shape of the nozzle insert 2 is adapted. Which is between nozzle insert 2 and outer nozzle 1 resulting long stretched annulus 8th is concave and steadily widening starting from the inflow area 9 to the outflow area 10 educated.

Der Düseneinsatz 2 wird zum einen in seiner Lage durch Verstrebungen in der äußeren Düse 1 und zum anderen über die Generatoren 4 mit der Mastspitze gehalten.The nozzle insert 2 on the one hand in its position by struts in the outer nozzle 1 and on the other hand about the generators 4 held with the mast top.

Der Einströmbereich 9 zu den Blättern der Windräder 3 kann trichterförmig ausgebildet sein. Dadurch wird der Wind aufgefangen und in dem Einströmbereich 9 auf eine hohe Geschwindigkeit gebracht. Gleichzeitig wird dadurch die Gleichmäßigkeit des Luftstromes vor dem Windrad 3 gesichert.The inflow area 9 to the leaves of the windmills 3 may be funnel-shaped. Thereby the wind is caught and in the inflow area 9 brought to a high speed. At the same time thereby the uniformity of the air flow in front of the wind turbine 3 secured.

An den engsten Stellen der äußeren Düse 1 sind die Windräder 3 angeordnet. Jedes Windrad 3 ist ohne Zwischenschaltung eines Getriebes direkt auf der Welle des Generators 4 montiert, wodurch die Drehbewegung der Windräder 3 direkt auf den jeweiligen Generator 4 übertragen wird.At the narrowest points of the outer nozzle 1 are the windmills 3 arranged. Every windmill 3 is directly on the shaft of the generator without the interposition of a gearbox 4 mounted, reducing the rotational movement of the windmills 3 directly to the respective generator 4 is transmitted.

Die Blätter der Windräder 3 bestreichen dabei den engsten Querschnitt der äußeren Düse 1, wobei die Generatorenwellen über einen Zahnriementrieb 11 miteinander verbunden sind. Mit dem Einsatz der Zahnriementriebe 11 wird eine symmetrische Lastverteilung und eine mechanische Synchronisation der Generatoren 4 ermöglicht.The leaves of the windmills 3 brush the narrowest cross-section of the outer nozzle 1 wherein the generator shafts via a toothed belt drive 11 connected to each other. With the use of the timing belt drives 11 becomes a symmetrical load distribution and a mechanical synchronization of the generators 4 allows.

Die Windräder 3 können entsprechend der erzielten hohen Windgeschwindigkeit mit großer Drehzahl laufen.The wind wheels 3 can run at high speed according to the achieved high wind speed.

Hinter den Windrädern 3 schließt sich der durch die Innenkontur 6 und die Kontur des Düseneinsatzes 2 gebildeten Ringraum 8 an, durch den die Abluft abgeleitet wird. Die Abluft der Windräder 3 gelangt in den lang gestreckten Ringraum 8, in dem die Luftgeschwindigkeit verringert und damit der Luftdruck auf den der Atmosphäre eingestellt wird, so daß kein Luftstrom im Einströmbereich 9 eintreten kann.Behind the wind wheels 3 closes by the inner contour 6 and the contour of the nozzle insert 2 formed annulus 8th on, through which the exhaust air is discharged. The exhaust air of the wind turbines 3 gets into the elongated annulus 8th in that the air velocity is reduced and thus the air pressure is adjusted to that of the atmosphere, so that no air flow in the inflow region 9 can occur.

Zur Lenkung der Zu- und Abströmluft können vor und hinter den Windrädern 3 fest oder verstellbar ausgeführte Luftleitschaufeln angeordnet werden. Neben starr angeordneten Flügeln der Windräder 3 können auch von der Generatorwelle aus verstellbare Flügel vorgesehen werden und zwar derart, daß diese in den Flügelachsen drehbar gelagert sind, wodurch sich Zu- und Abströmwinkel der Flügel den jeweiligen Bedingungen anpassen können.To control the inflow and outflow air before and behind the wind turbines 3 fixed or adjustable executed air guide vanes are arranged. In addition to rigidly arranged wings of the wind turbines 3 can also be provided by the generator shaft adjustable wings in such a way that they are rotatably mounted in the wing axes, whereby the inlet and outlet angles of the wings can adapt to the respective conditions.

Der als äußere Düse 1 ausgebildeten Mantel und/oder auch der Düseneinsatz 2 können in vorteilhafter Weise als Photovoltaik- und/oder Solarkörpermodul ausgebildet sein, wodurch ein zusätzliches Energie- und/oder Wärmepotential geschaffen werden kann.The as an outer nozzle 1 trained coat and / or the nozzle insert 2 can be advantageously designed as a photovoltaic and / or solar body module, whereby an additional energy and / or heat potential can be created.

Die Einstellung der Windkraftanlage in die Windrichtung kann durch eine separate Windfahne erfolgen. Die äußere Kontur 5 der äußeren Düse 1 kann dabei auch als Windfahne fungieren. Die Einstellung der Windkraftanlage erfolgt hier selbsttätig, wobei diese auf dem Mast 7 frei drehbar gelagert ist.The setting of the wind turbine in the wind direction can be done by a separate wind vane. The outer contour 5 the outer nozzle 1 can also act as a wind vane. The setting of the wind turbine is done here automatically, this on the mast 7 is freely rotatably mounted.

Andererseits ist es auch möglich, eine Dreheinrichtung zwischen Mast 7 und Windkraftanlage vorzusehen, mit der die Windkraftanlage in Windrichtung gedreht bzw. in dieser gehalten werden kann. Dies kann in Abhängigkeit von der Windrichtung elektronisch gesteuert werden, wobei mittels eines Elektromotors über einen Drehkranz die optimale Einstellung zur Windrichtung erfolgen kann.On the other hand, it is also possible to have a turning device between the mast 7 and to provide wind turbine with which the wind turbine can be rotated or held in the wind direction. This can be electronically controlled as a function of the wind direction, whereby the optimum adjustment to the wind direction can take place by means of an electric motor via a turntable.

Die Windkraftanlage ist mittels eines Drehzapfens in der vorgesehenen Lagerung im Mast 7 gelagert, der beispielsweise durch zeichnerisch nicht dargestellte Seile verspannt ist.The wind turbine is by means of a pivot in the intended storage in the mast 7 stored, which is braced for example by drawing not shown ropes.

Die 2 und 3 zeigen die zuvor beschriebene Windkraftanlage in einer Frontal- bzw. Draufsicht.The 2 and 3 show the wind turbine described above in a frontal or top view.

11
Düsejet
22
Düseneinsatznozzle insert
33
Windradwindmill
44
Generatorgenerator
55
äußere Konturouter contour
66
Innenkonturinner contour
77
Mastmast
88th
Ringraumannulus
99
Einströmbereichinflow
1010
Ausströmbereichoutflow
1111
Zahnriementriebtoothed belt drive

Claims (9)

Windkraftanlage, deren Windrad in einem, als Diffusor ausgebildeten Mantel läuft und die auf einem Mast oder dergleichen angeordnet und mit Mitteln zur Windausrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem als äußere Düse (1) ausgebildeten Mantel ein Düseneinsatz (2) angeordnet ist, in welchem mindestens zwei Windräder (3) angeordnet sind, die mit mindestens einem Generator (4) verbunden sind.Wind turbine whose windmill runs in a jacket formed as a diffuser and which is arranged on a mast or the like and provided with means for wind alignment, characterized in that in the outer nozzle ( 1 ) formed jacket a nozzle insert ( 2 ) is arranged, in which at least two windmills ( 3 ) arranged with at least one generator ( 4 ) are connected. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des sich verjüngenden Abschnittes des Düseneinsatzes (2) im Einströmbereich (9) je ein Generator (4) mit einem direkt auf der Generatorwelle angebrachten Windrad (3) angeordnet ist, wobei die Wellen miteinander gekoppelt sind.Wind turbine according to claim 1, characterized in that at the end of the tapered portion of the nozzle insert ( 2 ) in the inflow area ( 9 ) one generator each ( 4 ) with a directly attached to the generator shaft wind turbine ( 3 ), wherein the shafts are coupled together. Windkraftanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Wellen durch einen Zahnriementrieb (11) erfolgt.Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the coupling of the shafts by a toothed belt drive ( 11 ) he follows. Windkraftanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Wellen durch ein Ausgleichsgetriebe erfolgt.Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized that the Coupling of the waves takes place by a differential gear. Windkraftanlage nach Anspruch 1 und wenigstens nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Windräder (3) horizontal untereinander und/oder vertikal nebeneinander angeordnet sind.Wind turbine according to claim 1 and at least one of claims 2 to 4, characterized in that the windmills ( 3 ) are arranged horizontally with each other and / or vertically side by side. Windkraftanlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der äußeren Düse (1) und dem Düseneinsatz (2) ein Ringraum (8) gebildet wird, der als ein, sich mindestens über die von den Durchmessern der Blätter der Windräder (3) und den zwischen diesen vorgesehenen optimierten Abständen erstreckender, Längsraum ausgebildet ist.Wind turbine according to claims 1 to 5, characterized in that between the outer nozzle ( 1 ) and the nozzle insert ( 2 ) an annulus ( 8th ), which is considered to be at least above that of the diameters of the blades of the windmills ( 3 ) and the space between them provided optimized distances extending longitudinal space is formed. Windkraftanlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der äußeren Düse (1) und dem Düseneinsatz (2) gebildete Ringraum (8) konkav geformt istWind turbine according to claim 1 to 6, characterized in that the between the outer nozzle ( 1 ) and the nozzle insert ( 2 ) formed annular space ( 8th ) is concave Windkraftanlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der als äußere Düse (1) ausgebildete Mantel als eine konkave Oberfläche ausgebildet ist.Wind turbine according to claim 1 to 7, characterized in that the outer nozzle ( 1 ) formed sheath is formed as a concave surface. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als äußere Düse (1) ausgebildeten Mantel und/oder der Düseneinsatz (2) als Photovoltaik- und/oder Solarkörpermodul ausgebildet sind.Wind turbine according to claim 1, characterized in that the outer nozzle ( 1 ) formed jacket and / or the nozzle insert ( 2 ) are formed as a photovoltaic and / or solar body module.
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