AT397839B

AT397839B - Device for the conversion of wind energy

Info

Publication number: AT397839B
Application number: AT116292A
Authority: AT
Inventors: Franz Weichenberger
Original assignee: Schweighofer Franz; Berger Franz; Essl Ferdinand; Franz Weichenberger
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 1994-07-25
Also published as: ATA116292A

Abstract

A device is described for the conversion of wind energy, having a rotor 1 which the flow strikes at right angles to its rotation axis and is fitted with a plurality of guide profiles 7 which are arranged such that they can rotate on the frame 6 of the rotor 1, with the angle which each guide profile 7 includes with the wind direction 9 being capable of being fixed by a control device, so that the guide profiles 7 always point with the same edge 15 towards the wind. <IMAGE>

Description

AT 397 839 BAT 397 839 B

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umwandlung von Windenergie, mit einem normal zu seiner Drehachse angeströmten Rotor, der mehrere Leitprofile trägt, wobei die Leitprofile am Rahmen des Rotors drehbar angeordnet sind und der Winkel, den jedes Leitprofii mit der Windrichtung einschließt, durch eine Steuereinrichtung festlegbar ist, wobei durch die Steuereinrichtung jedem Punkt der von den Leitprofilen bei der Drehung des Rotors beschriebenen Bahn ein bestimmter, vorzugsweise voreinstellbarer Winkel (a) zwischen Leitprofil und Windrichtung zugeordnet wird.The invention relates to a device for converting wind energy, with a rotor which has a normal flow to its axis of rotation and which carries a plurality of guide profiles, the guide profiles being rotatably arranged on the frame of the rotor and the angle which each guide profile forms with the wind direction can be determined by a control device is, with the control device assigning to each point of the path described by the guide profiles during the rotation of the rotor a certain, preferably presettable angle (a) between guide profile and wind direction.

Bekannte derartige Einrichtungen, welche in großer Zahl bekannt geworden sind (vgl. US-PS 3 786 583) haben den Nachteil, daß die Leitprofile mit dem Rotor einen vorgegebenen Winkel einschließen. Dies hat zur Folge, daß das Leitprofil nur während eines kleinen Teiles seiner Umlaufbahn optimal zum Antrieb des Rotors beiträgt, wogegen es im windabgewandten Bereich schon als Vorteil anzusehen ist, wenn der auf das Leitprofil einwirkende Wind den Rotor nicht überhaupt abbremst.Known devices of this type which have become known in large numbers (cf. US Pat. No. 3,786,583) have the disadvantage that the guide profiles enclose a predetermined angle with the rotor. This has the consequence that the guide profile contributes optimally to the drive of the rotor only during a small part of its orbit, whereas in the area facing away from the wind it is to be regarded as an advantage if the wind acting on the guide profile does not brake the rotor at all.

Die FR-A 2 659 391 beschreibt bereits einen Rotor mit Leitprofilen (Segeln), die während der Umdrehung laufend ihren Winkel zum Wind verändern. Auf der einen Rotorseite stehen die Segel immer senkrecht zum Wind, während sie auf der anderen Seite in Windrichtung stehen. Damit ergibt sich auf beiden Seiten des Rotors eine unterschiedliche Angriffsfläche für den Wind, die letztlich zur Drehbewegung des Rotors führt. Nachteilig an dieser Einrichtung ist neben der strömungstechnisch ungünstigen Form der Segel vor allem die Tatsache, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors nie die Windgeschwindigkeit übersteigen kann, da die Segel auf der einen Seite des Rotors voll senkrecht zum Wind stehen.FR-A 2 659 391 already describes a rotor with guide profiles (sailing) that continuously change their angle to the wind during the rotation. On one side of the rotor the sails are always perpendicular to the wind, while on the other side they are facing the wind. This results in a different surface for the wind on both sides of the rotor, which ultimately leads to the rotary movement of the rotor. A disadvantage of this device, in addition to the aerodynamically unfavorable shape of the sails, is above all the fact that the peripheral speed of the rotor can never exceed the wind speed, since the sails on one side of the rotor are fully perpendicular to the wind.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades von Windgeneratoren zu erwarten ist, wenn die am Rotor angeordneten Leitprofile in jeder Position, welche sie während der Drehung des Rotors einnehmen, optimal zur Windrichtung angestellt werden. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, daß der Punkt, in dem sich die Normalen auf die Leitprofile schneiden, in Abhängigkeit von der Windstärke bzw. der Rotordrehzahl verstellbar ist.The invention is based on the consideration that a significant improvement in the efficiency of wind generators can be expected if the guide profiles arranged on the rotor are optimally adjusted to the wind direction in every position which they assume during the rotation of the rotor. It is thus provided according to the invention that the point at which the normals intersect on the guide profiles can be adjusted as a function of the wind strength or the rotor speed.

Auf die Frage, welche Einstellung der Leitprofile zu den günstigsten Ergebnissen führt, findet sich eine erste Lösung im Schiffbau, wo Voith-Schneider-Propeller Anwendung finden, deren Aufbau prinzipiell jenem der erfindungsgemäßen Einrichtung entspricht. Bei dieser Art von Propellern ist vorgesehen, daß die Normalen auf die Leitprofile sich in einem Punkt schneiden. Dieser Punkt liegt in einer Ebene, welche durch die Rotorachse geht und normal zur Windrichtung verläuft. Um die bekannte Steuerung der Voith-Schneider-Propeller auf die Erfindung übertragen zu können, ist es allerdings notwendig, die Steuerung dauernd am Wind auszurichten, was beispielsweise dadurch erfolgen kann, daß die Steuereinrichtung drehfest mit einer Windfahne verbunden wird. Es ist jedoch auch möglich, jedes einzelne Leitprofil einzeln anzusteuern, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn die Ausrichtung der Normalen der Leitprofile auf einen Punkt nur als Basis für ein Optimierungsprogramm verwendet wird.When asked which setting of the guide profiles leads to the best results, there is a first solution in shipbuilding where Voith-Schneider propellers are used, the structure of which corresponds in principle to that of the device according to the invention. With this type of propeller it is provided that the normals intersect at one point on the guide profiles. This point lies in a plane that goes through the rotor axis and runs normal to the wind direction. In order to be able to transfer the known control of the Voith-Schneider propellers to the invention, however, it is necessary to continuously align the control with the wind, which can be done, for example, by connecting the control device to a wind vane in a rotationally fixed manner. However, it is also possible to control each individual guide profile individually, which is particularly advantageous if the alignment of the normals of the guide profiles at one point is only used as the basis for an optimization program.

Einzelheiten der Erfindung werden anschließend anhand der Zeichnung erläutert.Details of the invention are subsequently explained with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Weglassung des vorderen Rotorteiles, Fig. 2 eine Draufsicht auf die gesamte Einrichtung.Fig. 1 shows a side view of the device according to the invention with the front rotor part omitted, Fig. 2 shows a plan view of the entire device.

Fig. 1 zeigt einen Rotor 1, welcher um eine normal zur Windrichtung (üblicherweise lotrecht) verlaufende Achse 12 drehbar ist. Der Rotor weist einen Rahmen 6 auf, der vertikale Achsen 14 umfaßt, um welche Leitprofile 7 drehbar sind. Diese weisen wenigstens angenähert Stromlinienform auf.1 shows a rotor 1 which can be rotated about an axis 12 which runs normally to the wind direction (usually perpendicular). The rotor has a frame 6, which comprises vertical axes 14, around which guide profiles 7 can be rotated. These are at least approximately streamlined.

Bei Drehung des Rotors 1 auf dem Stator 2 wird über eine Lagerung 3 und eine Kupplung 4 ein Generator 5 angetrieben, welcher elektrische Energie liefert. Auf dem Stator 2 ist eine Hauptsteuerung 10 angeordnet, welche durch eine Windfahne 13 dauernd parallel zur Windrichtung 9 ausgerichtet wird, da sich der Leitflügel 8 der Windfahne 13 wie in Fig. 2 ersichtlich orientiert.When the rotor 1 rotates on the stator 2, a generator 5, which supplies electrical energy, is driven via a bearing 3 and a clutch 4. A main control 10 is arranged on the stator 2, which is continuously aligned parallel to the wind direction 9 by a wind vane 13, since the guide vane 8 of the wind vane 13 is oriented as shown in FIG. 2.

Wie besonders aus Fig. 2 ersichtlich, dient die Hauptsteuerung 10 dazu, alle Leitprofile 7 dauernd normal zu einem Punkt F auszurichten, welcher sich in einer Ebene befindet, welche normal zur Windrichtung 9 durch die Rotorachse 12 geht. Jedes Leitprofil 7 ändert somit während einer Umdrehung des Rotors dauernd den Winkel a, den es mit der Windrichtung 9 einschließt, wobei es in den seitlichen Stellungen jeweils parallel zum Wind verläuft. Zwischen diesen beiden seitlichen Stellungen, also vorne und hinten, schließen die Leitprofile 7 einen von Null verschiedenen Winkel <* mit der Windrichtung ein. Erfindungsgemäß weisen in jeder Stellung die Kanten 15 (vordere Anströmkanten) der Leitprofile 7 gegen den Wind.As can be seen particularly from FIG. 2, the main control 10 serves to continuously align all guide profiles 7 normally to a point F, which is located in a plane that goes through the rotor axis 12 normal to the wind direction 9. Each guide profile 7 thus constantly changes the angle a, which it includes with the wind direction 9, during one revolution of the rotor, wherein it runs parallel to the wind in the lateral positions. Between these two lateral positions, that is to say front and rear, the guide profiles 7 enclose an angle <* different from zero with the wind direction. According to the invention, the edges 15 (front leading edges) of the guide profiles 7 point against the wind in every position.

Die aus Fig. 2 ersichtliche Steuerung läßt sich weiter verbessern, wenn zusätzlich oder alternativ zur gemeinsamen Hauptsteuerung 10 jedem Leitprofil 7 eine Feinsteuerung 11 zugeordnet wird. Insbesondere kann in diesem Fall vorgesehen werden, daß der Winkel a, den die Leitprofile in ihrer iuvseitigen Position einnehmen, nicht nur dem Vorzeichen, sondern auch dem Betrag nach von dem Winkel abweicht, den die Leitprofile in der leeseitigen Position einschließen. 2The control shown in FIG. 2 can be further improved if, in addition or as an alternative to the common main control 10, each control profile 7 is assigned a fine control 11. In particular, it can be provided in this case that the angle a, which the guide profiles assume in their windward position, deviates not only in terms of the algebraic sign, but also in amount from the angle which the guide profiles include in the leeward position. 2nd

Claims

AT 397 839 B Claims 1. Device for converting wind energy, with a rotor which has a normal flow to its axis of rotation and which carries several guide profiles, the guide profiles being rotatably arranged on the frame of the rotor and the angle which each guide profile includes with the wind direction, through A control device can be determined, with the control device assigning to each point of the path described by the guide profiles during the rotation of the rotor a certain, preferably presettable angle (a) between guide profile and wind direction, characterized in that the control device controls the guide profiles (7) in this way controls that they always point with the same edge (15) against the wind when the rotor (6) rotates.

2. Device according to claim 1, characterized in that the normals on the guide profiles (7) intersect at a point (F).

3. Device according to claim 2, characterized in that the point (F), in which the normals intersect on the guide profiles (7), is adjustable depending on the wind strength or the rotor speed.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a common master control (10) is provided for all leading professionals (7).

5. Device according to claim 4, characterized in that the main control (10) as known per se by a wind vane (13) can be aligned with the wind.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that each individual guide profile (7) is assigned a separate control device (11). Including 2 sheets of drawings 3