DE3822053A1

DE3822053A1 - Wind power station

Info

Publication number: DE3822053A1
Application number: DE3822053A
Authority: DE
Inventors: Heinz Bergmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1990-01-04

Abstract

A wind power station in which a rotating element driven by the wind, such as an air screw, a propeller or the like, drives a unit, such as a pump or the like, preferably a generator for generating electric current, is to be constructed in such a manner that the machine to be driven is set in motion even at very low wind speeds. For this purpose, it is provided according to the invention that the rotating element has a carrier in the form of a spiral which is conically extended in the axial direction and is provided, on its side facing the wind, with freely rotatable propellers which are small relative to the spiral diameter and are arranged adjacent to one another on the carrier.

Description

Die Erfindung betrifft ein Windkraftwerk, bei welchem ein vom Wind angeströmtes Drehelement, wie eine Luftschraube, ein Propeller od. dgl. ein Aggregat, wie eine Pumpe od. dgl., vorzugsweise einen Generator zur Erzeugung elektrischen Stroms, antreibt.The invention relates to a wind power plant, in which one of Wind-blown rotating element, like an air screw Propeller or the like an aggregate, such as a pump or the like, preferably a generator for generating electrical current, drives.

Bekannte Windkraftwerke dieser Art weisen einen oder mehrere auf einer etwa horizontalen Achse angeordnete Flügel auf, wobei die Achse entweder direkt mit der Achse des Generators verbunden ist oder diese unter Zwischenschaltung eines Getriebes antreibt.Known wind power plants of this type have one or more wings arranged on an approximately horizontal axis, the axis is either directly connected to the axis of the generator or drives them with the interposition of a gearbox.

Nachteilig bei den bekannten Anordnungen ist es aber, daß zur Erzeugung größerer Mengen elektrischer Energie relativ große Flügel benötigt werden, die große vom Wind angeströmte Flächen aufweisen. Windkraftwerke dieser Art benötigen deswegen relativ hohe Windgeschwindigkeiten, um an- und weiter laufen zu können. Sie liefern also bei geringen Windstärken keine Energie.A disadvantage of the known arrangements, however, that Generating relatively large amounts of electrical energy Wings are needed, the large wind-blown areas exhibit. This is why wind power plants of this type need relatively high wind speeds to get on and on to be able to walk. So they deliver at low winds no energy.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wind kraftwerk der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die anzutreibende Maschine bereits bei sehr niedrigen Wind geschwindigkeiten in Gang gesetzt wird.The invention is therefore based on the object of a wind Power plant of the type mentioned in such a way that the machine to be driven even in very low winds speeds is started.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das vom Wind angeströmte Drehelement einen Träger in Form einer in Achsrichtung kegelförmig auseinandergezogenen Spirale auf weist, die auf ihrer dem Wind zugewandten Seite mit relativ zum Spiraldurchmesser kleinen, nebeneinander auf dem Träger angeordneten frei drehbaren Propellern versehen ist.This object is achieved in that the a rotating element in the form of a spirally pulled apart in the axial direction points that on their side facing the wind with relative to the spiral diameter small, side by side on the carrier arranged freely rotatable propellers is provided.

Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß die leicht und frei drehbaren Propeller schon bei ganz geringen Windstärken in Rotation versetzt werden, wodurch sich im Drehbereich der Propeller eine Strömungsschicht bildet, die dem anströmenden Wind einen gewissen von der Windstärke abhängigen Widerstand entgegensetzt, der eine in Drehrichtung wirkende Komponente hat und damit über die Lagerung der Propeller den Träger mit einem Drehmoment beaufschlagt. Dieses wird dadurch auf gebracht, daß die aneinander anschließenden Strömungsab schnitte der Propeller eine Neigung gegenüber dem an strömenden Wind haben. Die Propeller selbst können demgemäß gegenüber dem anströmenden Wind geneigt angeordnet sein, d. h. ihre Achsen schließen mit der Tangente an den je weiligen Spiralabschnitten einen Winkel von etwa 90° ein.This arrangement ensures that the light and free rotatable propeller in very low winds Rotation are offset, which is in the range of rotation Propeller forms a flow layer that the inflowing Wind some resistance depending on the wind strength opposed, the one component acting in the direction of rotation has and thus the carrier via the storage of the propeller applied with a torque. This will open up brought that the adjoining flowab cut the propeller at an angle to that have flowing wind. The propellers themselves can accordingly be inclined to the incoming wind, d. H. their axes close with the tangent to each because of spiral sections an angle of about 90 °.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat gegenüber den bekannten Anordnungen den weiteren Vorteil, daß sie relativ geräusch arm arbeitet, weil die kleinen Propeller dem Wind keinen Widerstand oder keinen nennenswerten Widerstand entgegen setzen, so daß Strömungsgeräusche kaum auftreten können.The arrangement according to the invention has compared to the known Arrangements have the further advantage that they are relatively noisy works poorly because the small propellers don't blow the wind Resistance or no appreciable resistance set so that flow noises can hardly occur.

Der Träger ist zweckmäßigerweise durch wenigstens drei am Außenumfang der größten Spiralwindung angreifende, über den Spiralumfang verteilte Streben ausgesteift, so daß er seine auseinandergezogene kegelförmige Form nicht verändert. Das freie Ende der Spirale im Bereich ihrer größten Spiralwindung ist zweckmäßigerweise über ein Anschlußstück mit der nach folgenden Spiralwindung verbunden. Zweckmäßigerweise besteht der Träger aus einem in Spiralform gebrachten Metallrohr. The carrier is advantageously by at least three am Outside circumference of the largest spiral turn attacking, over the Spiral circumferential struts braced so that it is exploded conical shape not changed. The free end of the spiral in the area of its largest spiral turn is conveniently via a connector with the following spiral turn connected. Conveniently there is the support is made of a spiral-shaped metal tube.

Die Propeller haben im Vergleich zum Durchmesser der Spirale einen Durchmesser, der etwa 15% des äußeren Durchmessers der Spirale beträgt.The propellers have compared to the diameter of the spiral a diameter that is about 15% of the outer diameter the spiral is.

Im Inneren der Spirale kann zweckmäßigerweise das anzutrei bende Aggregat, also vorzugsweise ein Generator, angeordnet sein, so daß die Drehbewegung der Spirale sich unmittelbar auf die Achse des Generators übertragen läßt.In the interior of the spiral, this can expediently be dispensed with bende aggregate, so preferably a generator, arranged be so that the rotational movement of the spiral is immediate can be transferred to the axis of the generator.

Da sich der Schwerpunkt der Gesamtanordnung aufgrund des Gewichtes des anzutreibenden Aggregates normalerweise in dessen Bereich befindet, ist es zweckmäßig, eine Anordnung zur Drehung des Trägers in den Wind im Bereich des anzu treibenden Aggregates angreifen zu lassen. Hierzu ist zweck mäßigerweise ein U-förmiger Arm vorgesehen, dessen einer Schenkel an einem Lager angreift, das um einen Mast od. dgl. schwenkbar ist. Sein anderer Schenkel ist mit dem Gehäuse des anzutreibenden Aggregates verbunden.Since the focus of the overall arrangement is due to the Weight of the unit to be driven normally in whose area is located, it is appropriate to arrange to rotate the carrier in the wind in the area of the to let the driving aggregate attack. For this purpose moderately provided a U-shaped arm, one of which Leg attacks a bearing that od or the like around a mast. is pivotable. His other leg is with the case connected to the unit to be driven.

Wenn, wie eingangs dargestellt, sich die Propeller auf der dem Wind zugewandten Seite der Spirale befinden, ist es zweckmäßig, wenn diese Seite diejenige ist, bei welcher die Spirale von großen Windungen auf kleine Windungen sich verjüngt. If, as shown at the beginning, the propellers are on the the windward side of the spiral, it is useful if this page is the one on which the Spiral tapers from large turns to small turns.

Bei dieser Anordnung sind also die kleineren Spiralwindungen dem anströmenden Wind näher als die großen. Dies bedeutet, daß sich die großen Windungen vom Wind abwenden, so daß eine Windfahne zur Einstellung des Trägers nicht erforderlich ist.With this arrangement, the smaller spiral turns are closer to the incoming wind than the big ones. This means, that the large turns turn away from the wind, so that one Wind vane for setting the carrier is not required.

Anders liegen die Verhältnisse, wenn die Propeller auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers angeordnet, d. h. wenn die kleineren Spiralwindungen am weitesten vom Wind entfernt sein sollen. In einem solchen Fall ist eine Windfahne im Bereich der kleineren Windungen, also im Bereich der dem Wind abgewandten Seite erforderlich, um eine Ausrichtung des Trägers in den Wind zu bewirken.The situation is different when the propellers on the arranged opposite side of the carrier, d. H. if the smaller spiral turns farthest from the wind should be. In such a case there is a wind vane in the Area of the smaller turns, i.e. in the area of the Wind-facing side required for alignment of the wearer in the wind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs beispiels in der Zeichnung näher erläutert.The invention is based on an embodiment example explained in more detail in the drawing.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht teilweise im Schnitt eine Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Windkraftwerkes. Fig. 1 shows a side view, partly in section, of an embodiment of the wind power plant according to the invention.

Fig. 2 ist die Ansicht II-II der hier schematisch wiedergegebenen Spirale. Fig. 2 is the view II-II of the spiral shown schematically here.

Gemäß den Figuren ist ein Träger 1 vorgesehen, der als eine Spirale ausgebildet ist, die in Richtung ihrer Achse 2 kegelförmig auseinandergezogen ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die kleineren Spiralwindungen 1 a in dem durch die Pfeile 3 angedeuteten Wind zugewandt, während die größeren Spiralwindungen 1 b auf der dem Wind abgewandten Seite liegen.According to the figures, a carrier 1 is provided which is designed as a spiral which is tapered apart in the direction of its axis 2 . In the embodiment according to FIG. 1, the smaller spiral turns 1 a face in the wind indicated by the arrows 3 , while the larger spiral turns 1 b are on the side facing away from the wind.

Der Träger 1 ist auf seiner dem Wind 3 zugewandten Seite mit relativ kleinen Propellern 4 versehen, die in Fig. 2 schematisch als Kreise wiedergegeben sind. Die Propeller 4 sind aneinander anschließend nebeneinander angeordnet und leicht drehbar. Ihre Achsen 4 a schließen mit der jeweiligen Tangente an die Spirale einen Winkel α von etwa 90° ein, was bedeutet, daß ihre Achsen 4 a gegenüber dem anströmenden Wind 3 geneigt sind.The carrier 1 is provided on its side facing the wind 3 with relatively small propellers 4 , which are shown schematically in FIG. 2 as circles. The propellers 4 are arranged next to one another and are easily rotatable. Their axes 4 a enclose an angle α of approximately 90 ° with the respective tangent to the spiral, which means that their axes 4 a are inclined with respect to the incoming wind 3 .

Der Träger 1 ist durch wenigstens drei am Außenumfang der größten Spiralwindung 1 b angreifende, über den Spiralumfang verteilte Streben 5 ausgesteift, deren der Spirale abgewandte Enden an einem Lagergehäuse 6 angreifen, das sich zusammen mit dem Träger 1 gegenüber einem ortsfest angeordneten Generator 7 dreht. The support 1 is reinforced by at least three b acting on the outer periphery of the largest spiral 1, distributed around the spiral periphery struts 5, whose the spiral engage opposite ends on a bearing housing 6 which rotates together with the carrier 1 with respect to a fixedly arranged generator. 7

Der Generator 7 ist, wie dargestellt, im Inneren der Spirale angeordnet, so daß sich die Drehbewegung der Spirale un mittelbar auf die Achse 8 des Generators 7 übertragen läßt.The generator 7 is, as shown, arranged in the interior of the spiral, so that the rotational movement of the spiral can be transmitted indirectly to the axis 8 of the generator 7 .

Zur Halterung des Generators 7 und damit auch zur Halterung der Gesamtanordnung ist ein U-förmiger Arm 9 vorgesehen, dessen einer Schenkel 9 a an einem Lager 10 angreift, das um einen Mast 11 od. dgl. schwenkbar ist. Sein anderer Schenkel 9 b ist mit dem Gehäuse des Generators 7 verbunden. Auf diese Weise kann sich die Spirale frei drehen, obwohl sich in ihrem Inneren der Generator 7 befindet.To hold the generator 7 and thus also to hold the overall arrangement, a U-shaped arm 9 is provided, one leg 9 a of which engages a bearing 10 which can be pivoted about a mast 11 or the like. Its other leg 9 b is connected to the housing of the generator 7 . In this way, the spiral can rotate freely, even though the generator 7 is located inside.

Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform sind die kleinen Windungen 1 a der Spirale dem anströmenden Wind 3 zuge wandt, während die großen Windungen 1 b vom Wind weiter entfernt sind. Diese Lage wird von der Anordnung selbsttätig eingenommen, sofern die hier beschriebenen Voraussetzungen erfüllt sind, so daß eine Windfahne zur Einstellung des Trägers nicht erforderlich ist. Die Gesamtanordnung richtet sich zum Wind durch Drehung in Richtung des Pfeiles 12 um den Mast 11 od. dgl. selbsttätig aus.In the embodiment shown in Fig. 1, the small turns 1 a of the spiral facing the incoming wind 3 , while the large turns 1 b are further away from the wind. This position is taken up automatically by the arrangement, provided that the conditions described here are met, so that a wind vane is not required to adjust the carrier. The overall arrangement aligns itself with the wind by rotating in the direction of arrow 12 around the mast 11 or the like.

Falls aufgrund besonderer Gegebenheiten die großen Spiral windungen dem Wind zugewandt sein sollen, d. h. daß der Wind die Anordnung entgegen der Richtung der Pfeile 3 in Fig. 1 anströmen soll, ist, wie gestrichelt angedeutet, eine Windfahne 13 im Bereich der kleineren Spiralwindungen erforderlich, um eine Ausrichtung des Trägers in den Wind zu bewirken.If, due to special circumstances, the large spiral turns should face the wind, ie that the wind should flow against the arrangement in the direction of the arrows 3 in FIG. 1, as indicated by dashed lines, a wind vane 13 in the area of the smaller spiral turns is required to to cause the wearer to face the wind.

Damit die Spirale im Bereich ihrer größten Spiral windung 1 b ausgesteift ist, ist gemäß Fig. 2 wenigstens im Bereich ihres Endes ein Anschlußstück 14 vorgesehen, welches das freie Ende der Spirale mit der nächsten Windung verbindet.So that the spiral is stiffened in the area of its largest spiral turn 1 b , a connector 14 is provided at least in the region of its end according to FIG. 2, which connects the free end of the spiral with the next turn.

Claims

1. Windkraftwerk, bei welchem ein vom Wind angeströmtes Drehelement, wie eine Luftschraube, ein Propeller od. dgl. ein Aggregat, wie eine Pumpe od. dgl., vor zugsweise einen Generator zur Erzeugung elektrischen Stroms, antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehelement einen Träger (1) in Form einer in Achs richtung kegelförmig auseinandergezogenen Spirale aufweist, die auf ihrer dem Wind (3) zugewandten Seite mit relativ zum Spiraldurchmesser kleinen, nebeneinander auf dem Träger (1) angeordneten frei drehbaren Propellern (4) versehen ist.1. Wind power plant, in which a rotating element against the wind, such as an air screw, a propeller or the like. An aggregate, such as a pump or the like, before preferably driving a generator for generating electrical current, characterized in that the rotating element a carrier ( 1 ) in the form of an axially tapered spiral which is provided on its side facing the wind ( 3 ) with relatively small to the spiral diameter, side by side on the carrier ( 1 ) arranged freely rotatable propellers ( 4 ).

2. Windkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander anschließenden Strömungsabschnitte der Propeller (4) und die Propeller selbst eine Neigung gegen über dem anströmenden Wind haben. 2. Wind power plant according to claim 1, characterized in that the adjoining flow sections of the propellers ( 4 ) and the propellers themselves have an inclination to the incoming wind.

3. Windkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (4 a) der Propeller (4) mit der Tangente an den jeweiligen Spiralabschnitt einen Winkel von etwa 90° einschließen.3. Wind power plant according to claim 2, characterized in that the axes ( 4 a) of the propeller ( 4 ) enclose an angle of approximately 90 ° with the tangent to the respective spiral section.

4. Windkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) durch wenig stens drei am Außenumfang der größten Spiralwindung (1 b) angreifende, über den Spiralumfang verteilte Streben (5) ausgesteift ist.4. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 1 ) by at least three on the outer circumference of the largest spiral turn ( 1 b) attacking, distributed over the spiral circumference struts ( 5 ) is stiffened.

5. Windkraftwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Spirale im Bereich ihrer größten Spiralwindung (1 b) über ein Anschlußstück (14) mit der nachfolgenden Spiralwindung verbunden ist.5. Wind power plant according to claim 4, characterized in that the free end of the spiral in the region of its largest spiral turn ( 1 b) is connected via a connecting piece ( 14 ) with the subsequent spiral turn.

6. Windkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) aus einem in Spiralform gebrachten Metallrohr besteht.6. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 1 ) consists of a spiral-shaped metal tube.

7. Windkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Propeller (4) etwa 15% des äußeren Durchmessers der Spirale beträgt. 7. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the propeller ( 4 ) is approximately 15% of the outer diameter of the spiral.

8. Windkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Spirale das anzutreibende Aggregat, vorzugsweise ein Generator (7) angeordnet ist.8. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the unit to be driven, preferably a generator ( 7 ), is arranged in the interior of the spiral.

9. Windkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zur Drehung des Trägers (1) in den Wind (3) im Bereich des anzu treibenden Aggregates angreift.9. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that an arrangement for rotating the carrier ( 1 ) in the wind ( 3 ) engages in the region of the unit to be driven.

10. Windkraftwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein U-förmiger Arm (9) vorgesehen ist, dessen einer Schenkel (9 a) an einem Lager (10) angreift, der um einen Mast (11) od. dgl. schwenkbar ist, wobei sein anderer Schenkel (9 b) mit dem Gehäuse des anzutreibenden Aggre gates (7) verbunden ist.10. Wind power plant according to claim 9, characterized in that a U-shaped arm ( 9 ) is provided, one leg ( 9 a ) engages on a bearing ( 10 ) which is pivotable about a mast ( 11 ) or the like , wherein its other leg ( 9 b) is connected to the housing of the gates to be driven ( 7 ).

11. Windkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die kleineren Spiralwindungen am weitesten vom Wind entfernt sein sollen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Windfahne (13) im Bereich der kleineren Windungen (1 a) angeordnet ist.11. Wind power plant according to one of the preceding claims, in which the smaller spiral windings are said to be furthest from the wind, characterized in that a wind vane ( 13 ) is arranged in the region of the smaller windings ( 1 a) .