DE3107394A1 - Wind turbine - Google Patents
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Abstract
Description
klindturbine klindturbine
Die Erfindung betrifft eine Windturbine gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a wind turbine according to the preamble of the claim 1.
Windturbinen der genannten Art sind bspw. bekannt nach der DE-PS 518 733 und nach der FR-PS 921 518. Mit derartigen Sindturbinen können die Windfangblätter über Gestänge vom Zentrum des Rotors aus während ihres Umlaufes optimal auf die Windströmung eingestellt werden, wobei jedoch die ganze Verstellmechanik relativ aufwendig und gewichtsbelastend für den ganzen Rotor ist.Wind turbines of the type mentioned are known, for example, from DE-PS 518 733 and according to FR-PS 921 518. With such Sindturbinen the windscreen leaves via rods from the center of the rotor during their rotation optimally on the Wind flow can be adjusted, but the entire adjustment mechanism is relative is expensive and weight-consuming for the entire rotor.
Ähnlich funktioniert auch eine lilindturbine nach der US-PS 1139 103, bei der die Verstellung mittels Doppelseilzügen erfolgt, von denen jeweils einer federbelastet ist und der andere längs einer entsprechend ausgebildeten Kurvenfflhrung geführt werden muB. Funktionsfähigkeit dieser älindturbine Uberhaupt vorausgesetzt, verlangt auch diese einen beträchtlichen Bauaufwand, um die Selbsteinstellung der Idindfangblättar zu gewährleisten.A lilind turbine according to US-PS 1139 103 works similarly, in which the adjustment takes place by means of double cables, one of which each is spring-loaded and the other along a correspondingly designed curve guide must be guided. Functionality of this old turbine is generally assumed, this also requires a considerable construction effort, about self-attitude to ensure the Idindfangblättar.
Bei der Konstruktion solcher Windturbinen ist ferner folgendes zu herückaichtigen: Windfangblätter mit weniger schlanken, symmetrischen Tropfenquerschnitt (der Schlankheitagrad ist durch das Verhältnis der beiden Hauptachsen des Querschnittes definiert) sind zwar selbst anlaufend (d.h. der ganze Rotor), haben aber einen entsprechend großen Luftwiderstand, der einer möglichst hohen Umlaufgeschwindigkeit entgegensteht. Sehr schlanke Windfangblattprofile bieten demgegenüber zwar weniger Widerstand, und ein damit auagerüsteter Rotor erreicht sehr hohe Umfangsgeschwindigkeiten, die Uber einem Mehrfachen der eigentlichen Windgeschwindigkeit liegen können, aber solche Rotoren können nicht selbst anlaufen, so daß man zu geeigneten Maßnahmen und Zusatzeinrichtungen für solche Rotore greifen muß (Fremdantrieb oder Kombination von Windfanghlättern an einem Rotor mit unterschiedlichen Querschnittsprofilen).In the construction of such wind turbines, the following also applies Please consider: Windscreen leaves with a less slender, symmetrical teardrop cross-section (The degree of slenderness is determined by the ratio of the two main axes of the cross-section defined) are self-starting (i.e. the entire rotor), but have one accordingly large air resistance, which opposes the highest possible speed of rotation. In contrast, very slim windscreen profiles offer less resistance, and a rotor equipped with it reaches very high peripheral speeds, the Can be over a multiple of the actual wind speed, but such Rotors cannot start up by themselves, so that one has to take appropriate measures and additional equipment must take hold for such rotors (external drive or a combination of windscreen blades on a rotor with different cross-sectional profiles).
Abgesehen davon stellt die Verwendung von einen Selbstanlauf gewährleistenden Profilen natürlich eine größere Gewichtsbelastung dar.Apart from that, the use of a self-start is a guarantee Profiles naturally represent a greater weight load.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Windturbine der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Windturbine trotz Verwendung schlanker, wenig Luftwiderstand bietender, leichter und hohe Umlaufgeschwindigkeiten -gewährleistender Windfangblätter selbst anläuft, bzw. selbst bei geringen Windgeschwindigkeiten und gewichtsbelastenden Steuerung aus dem Zentrum des Rotore heraus bedarf.The invention is accordingly based on the object of a wind turbine to improve the type mentioned to the effect that the wind turbine despite Use of slim, lighter and high circulation speeds that offer little air resistance - ensuring that the windscreen leaves start up itself, or even at low wind speeds and weight-loading control from the center of the rotor.
Diese Aufgabe ist mit einer Windturbine der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch das im Kennzeichen des Anspruches 1 Erfaßte gelöst, Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.This task is with a wind turbine of the type mentioned solved according to the invention by what is covered in the characterizing part of claim 1, advantageous Further developments result from the subclaims.
Diese erfindungsgemäße Lösung führt zu einem außerordentlich leichten Windfangblatt und damit auch zu einer insgesamt sehr leichten und einfachen Konstruktion der ganzen Windturbine, die dadurch ohne weiteres sowohl an Masten oder auch auf hohen Gebäuden, wie Hochhäusern, Kühltürmen von Kraftwerken oder dgl. installiert werden kann.This solution according to the invention leads to an extremely easy one Windscreen sheet and thus an overall very light and simple construction of the whole wind turbine, which is easily attached to both masts and high buildings such as high-rise buildings, cooling towers of power plants or the like. Installed can be.
Selbst der einfachtsne Ausführungaform gemäß Ansprüchen 1 und 2 ist die Turbine, obgleich sie ohne alle Einstellelemente auskommt, selbatanlaufend, da der frei verspannte Hinterrand der Windfangfläche gegenüber der Restfläche immer eine gewisse Schlaffheit hat, so daß dieser Bereich auch schon bei leichter Windbeaufschlagung einen für den Anlauf günstigen Anstellwinkel einnimmt, ohne daß es dabei zwingend erforderlich ist, das Windfangblatt insgesamt bis zu einem gewissen Grade schwenkbar am Rotorarm zu befestigen, was, wenn vorgesehen, jedoch zu weiteren verbessertem Anlauf und Laufverhalten führt.Even the simplest embodiment according to claims 1 and 2 is the turbine, although it is devoid of all Adjustment elements, self-starting, because the freely tensioned rear edge of the vestibule area is always opposite to the remaining area has a certain slackness, so that this area even with light exposure to wind assumes a favorable angle of attack for the start-up without it being necessary it is necessary that the porch sheet can be pivoted to a certain extent as a whole to attach to the rotor arm, which, if provided, however, for further improved Start-up and running behavior leads.
Auch hierbei sind nur denkbar einfache und selbsttätig wirkende, insbesondere aber leichte Steuerelemente erforderlich, was-noch näher erläutert wird.Here, too, are only conceivably simple and automatically acting, in particular but light controls required, which-will be explained in more detail.
Durch den billigen Leichtbau der ganzen Turbine, für die man in der Regel einen dreiblättrigen Rotor vorsehen wird, der bspw. bei Drehung einen Zylinderraum mit 6 - 8 m Durchmesser und 3 m Hdhe einnimmt, wird die Turbine auch ohne weiteres in Bereichen einsetzbar, wo nur geringe Investitionamittel zur Verfügung stehen. Die angegebene Grdßenordnung stellt nur einen vernünftigen Richtwert dar und kann ohne weiteres über- oder unterschritten werden nach Maßgabe des wirtschaftlich und technisch Vertretbaren.Due to the cheap lightweight construction of the whole turbine, for which one in the As a rule, a three-bladed rotor will be provided which, for example, has a cylinder space when it rotates with a diameter of 6 - 8 m and a height of 3 m, the turbine is also easily Can be used in areas where only little investment is available. The specified order of magnitude represents and can only be a reasonable guideline are easily exceeded or fallen short of in accordance with the economic and technically feasible.
Die erfindungsgemEße 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 zeigen schematisch Fig. 1 das Windfangblatt in Seitenansißht; Fig. 2 den Haltebügel in Seitenansicht ohne Windfengfläche; Fig. 3 in Draufsicht das Windfangblatt in besonderer Ausführungsform mit Rotor, Fig. 4 das Windfangblatt gemäß Fig. 3 in Seitenansicht; Fig. 5 in Vorderansicht eine besondere Ausführungsform; Fig, 6 die Windturbine mit Rotor in Anordnung auf einer Dachfläche; Fig. 7 in Ansicht eine besondere Ausführungsform der Turbine und Fig. 8 eine weitere Ausführungsform.There are schematically shown in Fig. 1 the windscreen in a side view; Fig. 2 the retaining bracket in side view without Windfeng surface; Fig. 3 in plan view that Windscreen leaf in a special embodiment with rotor, FIG. 4 the windscreen leaf according to FIG. 3 in side view; 5 shows a particular embodiment in a front view; 6 shows the wind turbine with rotor arranged on a roof surface; Fig. 7 in view a particular embodiment of the turbine and FIG. 8 a further embodiment.
Gemäß Fig. 1,2 besteht das Windfangblatt 1 aus einem u-förmigen Haltebügel 3, dessen Vertikalholme 4 fest am Ende eines Rotorarmes 2 angeordnet ist. Oben und unten schließen sich die Schenkel 5 an den Vertikalholm 4 an, und in der Freifläche zwischen dem Vertikalholm 4 und den Schenkeln 5 ist die Windfangfläche 6, bspw. in Form eines Segeltuches od. dgl. verspannt, bei freiem Hinterrand 6'.According to FIG. 1, 2, the vestibule sheet 1 consists of a U-shaped retaining bracket 3, the vertical spars 4 of which are fixedly arranged at the end of a rotor arm 2. Above and at the bottom, the legs 5 adjoin the vertical spar 4, and in the open area between the vertical spar 4 and the legs 5 is the vestibule surface 6, e.g. in the form of a sailcloth or the like braced, with a free rear edge 6 '.
Gemäß Fig. 2 sind die Schenkel 5 gegenüber den beiden Horizontalen 15,15' etwas winklig angestellt angeordnet und als Federspannelemente ausgebildet, wodurch der ganze hintere Randbereich des Segeltuches elastischer wird und damit die Anlauferfordernisse erfüllen kann. Andere Spannmöglichkeiten, die in Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit wirken, sind ohne weiteres vorsehbar.According to FIG. 2, the legs 5 are opposite the two horizontals 15.15 'arranged at an angle and designed as spring tensioning elements, whereby the entire rear edge area of the canvas becomes more elastic and thus can meet the start-up requirements. Other clamping options that depend on have an effect on the rotational speed, can easily be foreseen.
Gemäß Fig. 3,4 ist es aber ohne großen Aufwand und ohne komplizierte und gewichtobelastende Maßnahmen möglich, gezielt in den Selbststeuervorgang einzugreifen.According to FIG. 3, 4, however, it is easy and complicated and weight-bearing measures possible to intervene in the self-steering process in a targeted manner.
Zu diesem Zweck ist das Windfangblatt 1 um eine Vertikale schwenkbar am Rotorarm 2 gelagert und das Ganze mit einem Anschlagstück 7 und einem sich selbst steuernden (in Abhängigkeit von der Zentrifugalkraft) Schwenkbegrenzer 8 versehen.For this purpose, the vestibule sheet 1 can be pivoted about a vertical mounted on the rotor arm 2 and the whole thing with a stop piece 7 and one itself controlling (depending on the centrifugal force) pivot limiter 8 is provided.
In der praktischen Verwirklichung sieht dies gemäß Fig. 4 so aus, daß man in Drehrichtung vor dem Vertikalholm 4 am Haltebügel 3 einen Bügel 7' als Anschlagstück 7 anordnet. Auf einer kleinen Horizontalachse 17 sitzt drehbar, wie dargestellt, ein blattfßrmiger Schwenkbegrenzer 8 mit zwei Anschlägen 9 und einem Fliehgewicht lo. Das Fliehgewicht lo ist so angeordnet (Fig. 5), daß der Schwenkbegrenzer 8' in Ruhestellung horizontal steht, d.h. der Bügel 7' und damit das Windfangblatt 1 ist über den Bereich zwischen den beiden Anschlägen 9 schwenkbar. Je nach Umlaufgeschwindigkeit nimmt da. Blatt des Schwenkbegrenzers eine Lage zwischen der Horizontalen und Vertikalen ein, wodurch die Beweglichkeit des Windfangblattes mehr oder weniger begrenzt wird. Im Falle der Stellung gemäß Fig. 4 steht der Schwenkbegrenzer 8 praktisch senkrecht und das Windfangblatt 1 kann sich nicht mehr bewegen.In the practical implementation, this looks like this according to FIG. 4, that in the direction of rotation in front of the vertical spar 4 on the bracket 3 a bracket 7 'as Stop piece 7 arranges. On a small horizontal axis 17 sits rotatably, as shown, a leaf-shaped pivot limiter 8 with two stops 9 and a flyweight lo. The flyweight lo is arranged (Fig. 5) that the pivot limiter 8 ' is horizontal in the rest position, i.e. the bracket 7 'and thus the vestibule 1 can be pivoted over the area between the two stops 9. Depending on the speed of rotation takes there. Sheet of the swivel limiter a position between the horizontal and vertical a, whereby the mobility of the vestibule is more or less limited. In the case of the position according to FIG. 4, the swivel limiter 8 is practically vertical and the vestibule sheet 1 can no longer move.
Bei nachlassender Umlaufgeschwindigkeit wird dem Bügel 7' wieder mehr Bewegungsfreiheit gegeben, und das Windfangblatt 1 kann sich selbstregelnd günstiger und optimaler nur die geringere Windgeschwindigkeit einstellen.When the rotational speed decreases, the bracket 7 'becomes more again Given freedom of movement, and the vestibule sheet 1 can be self-regulating cheaper and only set the lower wind speed more optimally.
Gemäß Fig. 3,5 kann am Rotorarm 2 nur ein Windfangblatt 1 vorgesehen werden, wobei man gegenüberliegend ein entsprechendes Ausgisichagewicht 16 anordnet.According to FIG. 3, only one vestibule sheet 1 can be provided on the rotor arm 2 being arranged opposite a corresponding balance weight 16.
Zweckmäßig wird man jedoch den Rotor mit zwei oder mehr Windfangblättern der beschriebenen Art ausrüsten.However, the rotor with two or more windscreen blades will be expedient equip the described type.
Gemäß Fig. 5 kann man den Rotor auch ohne aufwendige Mastkonstruktion, und da das Ganze in einer extremen Leichtbaukonstruktion zu verwirklichen ist, unmittelbar aufeinemFlachdach, insbesondere eines Hochauses, anordnen, wobei die Möglichkeit besteht, wie dargestellt, unmittelbar unten am Haltebügel 3 einen Dynamo 13 mit Laufrolle 14 anzuordnen.According to FIG. 5, the rotor can also be used without a complex mast construction, and since the whole thing can be realized in an extremely lightweight construction, immediately on a flat roof, in particular a high-rise building, with the possibility consists, as shown, directly below the bracket 3 with a dynamo 13 To arrange roller 14.
Bei Vorherrschen einer bestimmten Windrichtung, was ja meistens der Fall ist, kann man, wie dargestellt, der Turbine auch ohne weiteres Strömungsleitflächen 18 zuordnet, so daß auch Aufwinde am Gebäude erfaßt und ausgenutzt werden können.When a certain wind direction prevails, which is usually the If so, you can, as shown, the turbine without any further flow guide surfaces 18, so that updrafts on the building can also be recorded and exploited.
Mastanordnungen im Sinne der Fig. 6, wobei die Windfangblätter Teile von Parallelogrammführungen 11 sind, sind ebenfalls möglich, entweder in Rücksicht auf eine notwendige Stillsetzung des Rotors oder eine Selbstregulierung des Umlaufdurchmessers in Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit.Mast arrangements in the sense of FIG. 6, with the porch leaves parts of parallelogram guides 11 are also possible, either in consideration a necessary shutdown of the rotor or a self-regulation of the swing diameter depending on the speed of rotation.
Im Sinne der Fig. 7 ist es auch möglich, die Windfangblätter 1 zusätzlich in radialer Richtung kippbar am Rotorarm 2 anzulenken und zwar in Verbindung mit sich selbst oder zwangaregelbaren Kippatellelementen 12.In the sense of FIG. 7, it is also possible to additionally use the vestibule sheets 1 tiltable in the radial direction to articulate on the rotor arm 2 and that in connection with itself or force-controllable tilting satellite elements 12.
Diese Ausführungsform kommt insbesondere dann in Frage, wenn man eine solche Turbine bspw. über der oberen Öffnung eines Kühlturmes anordnet, wo sich starke und ausnutzbare Steigströmungen ergeben. Diese Ausführungsform kann aber auch als Ruhigstellungsmdglichkeit vorgesehen werden, wenn zu starke Windbelastungen auftreten sollten.This embodiment is particularly suitable if you have a such a turbine, for example. Arranged over the upper opening of a cooling tower, where result in strong and exploitable rising currents. However, this embodiment can can also be provided as a means of immobilization if the wind is too strong should occur.
Was die vorerwähnten anderen Spannmöglichkeiten betrifft, so ist nach Fig, 5 vorgesehen, bspw. am Schwenkbegrenzer 8' Schnurzüge 19, wie dargestellt, anzuordnen, die zu den im Sinne der Fig. 4 dann zweiarmig ausgebildeten Schenkeln 5,5 (5' gestrichelt angedeutet) geführt sind.As far as the aforementioned other clamping options are concerned, it is after 5 provided, for example on the swivel limiter 8 'cords 19, as shown, to arrange the legs, which are then two-armed in the sense of FIG. 4 5.5 (5 'indicated by dashed lines) are out.
Bei hoher Umfangsgeschwindigkeit werden die Schnurzüge 19 im Sinne der Pfeile gespannt, wobei die Schenkel 5,5', die natürlich schwenkbar am Vertikalholm 4 gelagert sind, angespannt werden und eine zusätzliche Spannkraft auf die Windfangfläche ausüben.At high peripheral speed, the cords 19 are in the sense of the arrows stretched, the legs 5.5 ', which of course pivot on the vertical spar 4 are stored, are tensioned and an additional tension force on the vestibule surface exercise.
Insbesondere in Verbindung mit der radial kippbaren Anordnung der Windfangblättsr an den Rotorarmen 2, ergibt sich noch eine weitere vorteilhafte Ausführungeform dahingehend, daß der Haltebügel 3 mittig am Ende des Rotorarmes 2 in radialer Richtung kippbar gelagert ist und der unter dem Kippgelenk befindliche Teil des Windfangblattes 1 länger ausgebildet ist als der obere oder bei gleicher Länge mit einer Zuastzmaase versehen ist und daß das Windfangblatt 1 mit einer fliehkraftabhängigen Ausstellbremseinrichtung versehen ist.In particular in connection with the radially tiltable arrangement of Windscreen leaves on the rotor arms 2, there is another one advantageous embodiment in that the retaining bracket 3 is centered at the end of the Rotor arm 2 is tiltable in the radial direction and is mounted under the tilting joint located part of the vestibule sheet 1 is longer than the upper or with the same length is provided with a Zuastzmaase and that the vestibule sheet 1 is provided with a centrifugal force-dependent deployment brake device.
Damit ist eine ebenfalls sich selbatateuernde Sturmsicherung gegeben, da sich bei sehr hohen Geschwindigkeiten dann die Windfangblätter schräg stellen (ggf.This also provides a self-regulating storm protection, because at very high speeds the windscreen leaves are inclined (possibly.
bis zur nahezu erreichbaren Horizontallage), was aber letztlich bedeutet, daß die Turbine selbst bei sehr hohen Geschwindigkeiten weiterlaufen kann, je nach Schrägstellung, jedoch mit entsprechend reduzierter Umlaufgeschwindigksit.up to the almost achievable horizontal position), which ultimately means that the turbine can continue to run even at very high speeds, depending on Inclination, but with a correspondingly reduced speed of rotation.
Unter fliehkraftabhängige Ausstellbremseinrichtung ist dabei zu verstehen, daß die Schrägverstellung der Windfangblätter erst beginnt, wenn eine entsprechend hohe Umlaufgeschwindigkeit erreicht wird.The term “centrifugal force-dependent release brake device” is to be understood as that the inclination of the porch leaves only begins when a corresponding high speed of circulation is achieved.
Dies ist ohne weiteres bspw. mittels einer Schnurverspannung erreichbar, die über eine entsprechend ausgelegte Bremarolle am Rotorarm 2 geführt ist, wie gestrichelt im rechten Teil der Fig. 8 angedeutet.This can easily be achieved, for example, by means of tensioning a cord, which is guided by a suitably designed Bremar roller on the rotor arm 2, how indicated by dashed lines in the right part of FIG.
Zum Betrieb einer solchen Windturbinesund dies gilt für alle möglichen und dargestellten Ausführungsformen, sind also keinerlei äußere Steuer- und Regelelemente (wie bspw. anspruchsvolle und teure elektronische Steuerungen) erforderlich und zwar sowohl für die optimale Einstellung der Windfangblätter, als auch für die Weiterbildungsformen hinsichtlich einer Sturmsicherung.To operate such a wind turbineand this applies to all possible and illustrated embodiments, are therefore no external control and regulating elements (such as sophisticated and expensive electronic controls) required and both for the optimal setting of the porch leaves and for the forms of further training with regard to storm protection.
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