AT510209B1 - WIND TURBINE - Google Patents

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AT510209B1 ATA1309/2010A AT13092010A AT510209B1 AT 510209 B1 AT510209 B1 AT 510209B1 AT 13092010 A AT13092010 A AT 13092010A AT 510209 B1 AT510209 B1 AT 510209B1
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Abstract

Es wird eine Windkraftanlage mit einem Strömungskanal (1) zwischen zwei Kanalwänden (2), von denen zumindest eine eine Außenwand eines Bauwerks (3) bildet, mit wenigstens einer innerhalb des Strömungskanals (1) gelagerten Windturbine (6), deren Rotorachse vertikal verläuft, und mit einer den Turbinenrotor (7) im Bereich seiner entgegen der Anströmrichtung drehenden Umfangsseite abschirmenden Leiteinrichtung (11) beschrieben. Um vorteilhafte Strömungsverhältnisse zu sichern, wird vorgeschlagen, dass die durch die Außenwand eines Bauwerks (3) gegebene Kanalwand (2) auf der entgegen der Anströmrichtung drehenden Umfangsseite des Turbinenrotors (7) die Leiteinrichtung (11) im Einströmbereich des Strömungskanals (1) bildet und den Turbinenrotor (7) auf der Anströmseite in einem Umfangsbereich (12) umschließt und dass die die Leiteinrichtung (11) bildende Kanalwand (2) auf der Abströmseite der Windturbine (6) eine Leitwand (13) trägt, die an ihrer von der Windturbine (6) abgekehrten Stirnseite um eine zur Rotorachse parallele Achse (14) schwenkverstellbar gelagert ist.It is a wind turbine with a flow channel (1) between two channel walls (2), at least one of which forms an outer wall of a building (3) with at least one within the flow channel (1) mounted wind turbine (6) whose rotor axis is vertical, and with a turbine rotor (7) in the region of its counter to the direction of flow rotating circumferential side shielding guide (11) described. In order to ensure advantageous flow conditions, it is proposed that the duct wall (2) provided by the outer wall of a building (3) forms the guide (11) in the inflow region of the flow duct (1) on the circumferential side of the turbine rotor (7) rotating counter to the direction of flow surrounds the turbine rotor (7) on the upstream side in a peripheral region (12) and that the duct wall (2) forming the guide device (11) carries on the downstream side of the wind turbine (6) a guide wall (13) which is connected to it by the wind turbine ( 6) facing away from the end face about an axis parallel to the rotor axis (14) is pivotally mounted.

Description

österreichisches Patentamt AT510 209 B1 2012-05-15Austrian Patent Office AT510 209 B1 2012-05-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage mit einem Strömungskanal zwischen zwei Kanalwänden, von denen zumindest eine eine Außenwand eines Bauwerks bildet, mit wenigstens einer innerhalb des Strömungskanals gelagerten Windturbine, deren Rotorachse vertikal verläuft, und mit einer den Turbinenrotor im Bereich seiner entgegen der Anström-richtung drehenden Umfangsseite abschirmenden Leiteinrichtung.Description: The invention relates to a wind power plant with a flow channel between two channel walls, at least one of which forms an outer wall of a building, with at least one wind turbine mounted inside the flow duct, whose rotor axis runs vertically, and with a turbine rotor in the region of its against the Anström direction rotating circumferential side shielding guide.

[0002] Um Windenergie vorteilhaft nützen zu können, ist es bekannt, zwei Bauwerke so auszubilden, dass zwischen ihren einander zugekehrten Außenwänden ein Strömungskanal entsteht, in dem wenigstens eine Windturbinen gelagert werden kann. Beim Einsatz von Windturbinen mit einem Turbinenrotor mit vertikaler Rotorachse ergibt sich für den Turbinenrotor eine Umfangsseite, die sich in Anströmrichtung dreht, und eine gegenüberliegende Umfangsseite mit einer Drehrichtung entgegen der Anströmrichtung. Um bei solchen quer zur Rotorwelle angeströmten Windturbinen verbesserte Anströmbedingungen zu schaffen, ist es bekannt, der Windturbine eine Leiteinrichtung vorzulagern, die den Strömungsanteil aus dem Bereich der entgegen der Anströmung bewegten Umfangsseite des Turbinenrotors zur gegenüberliegenden, sich in Anströmrichtung drehenden Umfangsseite umlenkt.In order to benefit from wind energy advantageous, it is known, two structures in such a way that between their facing outer walls, a flow channel is formed in which at least one wind turbine can be stored. When using wind turbines with a turbine rotor with a vertical rotor axis results for the turbine rotor a peripheral side which rotates in the direction of flow, and an opposite peripheral side with a direction of rotation opposite to the direction of flow. In order to provide improved flow conditions in such transverse to the rotor shaft flowed wind turbines, it is known to vorzulagern the wind turbine a guide which deflects the flow component from the region of the counter to the flow moving peripheral side of the turbine rotor to the opposite, rotating in the direction of flow peripheral side.

[0003] Bei einer Windturbine im Bereich eines Außenecks eines Gebäudes ist es bekannt (JP 58-030 485 A), dem eine vertikale Achse aufweisenden Turbinenrotor Leitwände vor- und nachzuordnen. Diese Leitwände sind auf der vom Rotor abgewandten Seite am Gehäuse angelenkt und können innerhalb des sich zwischen dem Gebäude und einer den Turbinenrotor umschließenden Umlenkwand zwischen einer den Turbinenrotor auf der gegen die Strömungsrichtung drehenden Umfangsseite abdeckenden Gebrauchsstellung und einer den Strömungskanal schließenden Sperrsteilung verschwenkt werden. Das Vor- und Nachordnen dieser Leitwände hat den Zweck, die Turbine auch bei einer gegensinnigen Beaufschlagung des Strömungskanals einsetzen zu können, allerdings bei sich ändernder Drehrichtung. Da die entlang einer Gebäudewand verlaufende Windströmung im Bereich des Turbinenrotors durch die äußere Umlenkwand um 90° umgelenkt wird, ergeben sich Strömungsverhältnisse, die nicht mit denen in einem geraden, nur in einer Richtung beaufschlagbaren Strömungskanal verglichen werden können.In a wind turbine in the area of an outside corner of a building, it is known (JP 58-030 485 A), the front and rear end having a vertical axis turbine rotor guide walls. These baffles are articulated on the side facing away from the rotor on the housing and can be pivoted within the enclosing between the building and the turbine rotor deflection between a turbine rotor on the rotating against the flow direction peripheral side use position and a flow channel closing blocking division. The pre and post-order of these baffles has the purpose of being able to use the turbine even with an opposing action on the flow channel, but with changing direction of rotation. Since the wind flow running along a building wall in the region of the turbine rotor is deflected by 90 ° through the outer deflection wall, flow conditions result that can not be compared with those in a straight flow channel which can be acted upon in one direction only.

[0004] Da ein Strömungskanal zwischen zwei Bauwerken lediglich gegenüber einer vorgegebenen Hauptwindrichtung ausgerichtet sein kann, kommt es hinsichtlich der Windbeaufschlagung der radial durchströmten Windturbine vor allem auf die Einströmbedingungen des Strömungskanals an, der je nach der tatsächlichen Windrichtung häufig in einer von der Längsrichtung des Strömungskanals abweichenden Richtung angeströmt werden wird. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass die unterschiedlichen Anströmverhältnisse des Strömungskanals vorteilhaft berücksichtigt werden können.Since a flow channel between two structures can be aligned only with respect to a predetermined main wind direction, it comes with regard to the wind application of the radially flowed wind turbine mainly on the inflow of the flow channel, which often depends on the actual wind direction in one of the longitudinal direction of the flow channel deviating direction will be flowed. The invention is therefore the object of a wind turbine of the type described in such a way that the different flow conditions of the flow channel can be considered advantageous.

[0005] Die Erfindung löst die gestellt Aufgabe dadurch, dass die durch die Außenwand eines Bauwerks gegebene Kanalwand auf der entgegen der Anströmrichtung drehenden Umfangsseite des Turbinenrotors die Leiteinrichtung im Einströmbereich des Strömungskanals bildet und den Turbinenrotor auf der Anströmseite in einem Umfangsbereich umschließt und dass die die Leiteinrichtung bildende Kanalwand auf der Abströmseite der Windturbine eine Leitwand trägt, die an ihrer von der Windturbine abgekehrten Stirnseite um eine zur Rotorachse parallele Achse schwenkverstellbar gelagert ist.The invention solves the problem posed by the fact that the given by the outer wall of a building duct wall on the counter to the direction of flow rotating peripheral side of the turbine rotor forms the guide in the inflow of the flow channel and surrounds the turbine rotor on the upstream side in a peripheral region and that the Guide-forming channel wall on the downstream side of the wind turbine carries a baffle, which is mounted pivotally adjustable on its side facing away from the wind turbine end face about an axis parallel to the rotor axis.

[0006] Mit der Ausbildung der Leiteinrichtung durch die Kanalwand im Einströmbereich des Strömungskanals werden vorteilhafte Voraussetzungen für eine von der jeweiligen Anströmrichtung des Strömungskanals weitgehend unabhängige Windbeaufschlagung der Windturbine geschaffen, weil in diesem Fall die in den Strömungskanal eintretende Windströmung unmittelbar der im Anströmsinn drehenden Umfangsseite des Turbinenrotors zugeführt wird. Die der Leiteinrichtung bezüglich der Windturbine gegenüberliegende Leitwand erlaubt durch ein entsprechendes Einschwenken in den Strömungskanal eine Veränderung des freien Strömungs- 1 /5 österreichisches Patentamt AT510 209B1 2012-05-15 querschnitts und eröffnet damit eine zusätzliche Einflussmöglichkeit auf die Durchströmung des Turbinenrotors, sodass eine vorteilhafte Anpassung an unterschiedliche Windverhältnisse mit vergleichsweise einfachen Konstruktionsmitteln erreicht wird.With the formation of the guide through the channel wall in the inflow of the flow channel advantageous conditions for one of the respective inflow of the flow channel largely independent Windbeaufschlagung the wind turbine are created, because in this case, entering the flow channel wind flow directly rotating in the direction of flow peripheral side of the Turbine rotor is supplied. The baffle with respect to the wind turbine opposite baffle allowed by a corresponding pivoting into the flow channel a change in the free flow cross section and thus opens up an additional influence on the flow through the turbine rotor, so that an advantageous Adaptation to different wind conditions is achieved with relatively simple design means.

[0007] Weist die Leitwand eine Mindestlänge entsprechend der Weite des Strömungskanals in ihrem Bereich auf, so kann der Strömungskanal geschlossen werden. In der Sperrsteilung der Leitwand können somit Montage- und Wartungsarbeiten ungefährdet durch gegebenenfalls sonst auftretende hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Turbinenbereich und im Strömungskanal durchgeführt werden.If the guide wall has a minimum length corresponding to the width of the flow channel in its area, then the flow channel can be closed. In the blocking division of the baffle thus assembly and maintenance can be performed safely by otherwise possibly occurring high flow velocities in the turbine area and in the flow channel.

[0008] Zur Verbesserung der Strömungsbedingungen im Bereich der Leitwand auf der Ab-strömseite der Windturbine kann die Leitwand parallel zu ihrer Schwenkachse gelenkig unterteilt werden, sodass sich durch eine gegenseitige Schwenkverstellung der Leitwandabschnitte zur Unterstützung einer möglichst laminaren Kanalströmung eine verbesserte Diffusorwirkung im Bereich der Leitwand erreichen lässt.To improve the flow conditions in the baffle on the downstream side of the wind turbine, the baffle can be articulated parallel to its pivot axis, so that by mutual pivotal adjustment of the baffle sections to support a most laminar channel flow an improved diffuser effect in the baffle can achieve.

[0009] Besonders vorteilhafte Strömungsverhältnisse ergeben sich, wenn die Kanalwände einen Verlauf nach Art einer Venturi-Düse aufweisen, weil in diesem Fall insbesondere die Einströmverhältnisse in den Strömungskanal unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Windrichtungen im Sinne einer vorteilhaften Anströmung der zum Teil abgedeckten, radial durchströmten Windturbine strömungsgünstig gestaltet werden können.Particularly advantageous flow conditions arise when the channel walls have a course in the manner of a Venturi nozzle, because in this case, in particular the inflow into the flow channel, taking into account the different wind directions in terms of an advantageous flow of the partially covered, radially flowed through wind turbine streamlined design can be designed.

[0010] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0011] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Windkraftanlage in einer schematischen, zum Teil aufge rissenen Draufsicht und [0012] Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie ll-ll der Fig. 1 in einem größeren Maßstab.In the drawing, the subject invention is shown, for example. 1 shows a wind power plant according to the invention in a schematic plan view, partly broken away, and [0012] FIG. 2 shows a section on the line II-II of FIG. 1 on a larger scale.

[0013] Die dargestellte Windkraftanlage weist einen Strömungskanal 1 zwischen zwei Kanalwänden 2 auf, die durch die einander zugekehrten Außenwände zweier Bauwerke 3 gebildet werden. Der Höhe nach ist dieser Strömungskanal 1 durch einen Boden 4 und eine den Abstand zwischen den beiden Bauwerken 3 überbrückende Decke 5 begrenzt. Der durch die beiden Kanalwände 2 bestimmte Strömungskanal 1 weist einen Verlauf nach Art einer Venturi-Düse auf, wie dies der Fig. 1 entnommen werden kann. Im engsten Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 1 ist eine Windturbine 6 vorgesehen, deren Turbinenrotor 7 sich über die Höhe des Strömungskanals 1 erstreckt. Über die Rotorwelle 8 wird ein Generator 9 angetrieben. Der Turbinenrotor 7 ist gemäß der Fig. 2 geteilt ausgeführt, um über einen mittleren Träger 10 eine zusätzliche Lastabtragung über die beiden Bauwerke 3 zu erreichen.The illustrated wind turbine has a flow channel 1 between two channel walls 2, which are formed by the mutually facing outer walls of two structures 3. The height of this flow channel 1 is limited by a bottom 4 and the distance between the two structures 3 bridging ceiling 5. The flow channel 1 defined by the two channel walls 2 has a course in the manner of a Venturi nozzle, as can be seen from FIG. In the narrowest flow cross-section of the flow channel 1, a wind turbine 6 is provided, the turbine rotor 7 extends over the height of the flow channel 1. About the rotor shaft 8, a generator 9 is driven. The turbine rotor 7 is designed divided according to FIG. 2 in order to achieve an additional load transfer via the two structures 3 via a central carrier 10.

[0014] Mit den in der Fig. 1 eingezeichneten Strömungspfeilen ergibt sich, dass der Turbinenrotor 7, der quer zur Rotorwelle 8 durchströmt wird, auf einer Umfangsseite mit der Strömung und auf der gegenüberliegenden Umfangsseite entgegen der Strömung dreht. Um das damit verbundene Gegendrehmoment möglichst klein zu halten, wird für eine Abschirmung der gegen die Strömung drehenden Umfangsseite gesorgt. Die zu diesem Zweck dem Turbinenrotor 7 vorgelagerte Leiteinrichtung 11 wird durch die zugehörige Kanalwand 2 geformt, die die Leiteinrichtung 11 im Einströmbereich des Strömungskanals bildet und den Turbinenrotor 7 auf der An-strömseite in einem Umfangsbereich 12 umschließt, sodass die gegen die Kanalströmung drehende Umfangsseite des Turbinenrotors 7 gegenüber der Kanalströmung abgedeckt wird. Da die durch die Kanalwand 2 gebildete Leiteinrichtung 11 den Einströmbereich des Strömungskanals 1 auf der einen Kanalseite bestimmt, ergeben sich einfache Konstruktionsverhältnisse, die eine gute Anströmung der Windturbine 6 erlaubt, und zwar weitgehend unabhängig von einer Abweichung der Windrichtung von der durch die Ausrichtung des Strömungskanals 1 vorgegebenen Hauptwindrichtung.1 shows that the turbine rotor 7, which is traversed transversely to the rotor shaft 8, rotates on a peripheral side with the flow and on the opposite peripheral side against the flow. In order to keep the associated counter torque as small as possible, a shielding of the rotating against the flow peripheral side is provided. The upstream of the turbine rotor 7 for this purpose guide 11 is formed by the associated channel wall 2, which forms the guide 11 in the inflow region of the flow channel and the turbine rotor 7 on the An-strömseite in a peripheral region 12 surrounds, so that against the channel flow rotating peripheral side of Turbine rotor 7 is covered with respect to the channel flow. Since the guide 11 formed by the channel wall 2 determines the inflow region of the flow channel 1 on the one channel side, simple construction conditions that allow a good flow of the wind turbine 6, largely independent of a deviation of the wind direction of the by the orientation of the flow channel 1 predetermined main wind direction.

[0015] Auf der Abströmseite der Windturbine 7 trägt die die Leiteinrichtung 11 bildende Kanalwand 2 eine Leitwand 13, die an ihrer von der Windturbine 6 abgekehrten Stirnseite um eine zur Rotorwelle 8 parallele Achse 14 schwenkverstellbar gelagert ist. Durch die zum Teil in den Strömungskanal 1 eingeschwenkte Leitwand 13 können die Strömungsverhältnisse auf der Abströmseite des Turbinenrotors 7 im Sinne einer weitgehenden Aufrechterhaltung einer lami- 2/5On the outflow side of the wind turbine 7 carries the guide 11 forming the channel wall 2 a guide wall 13 which is mounted pivotally adjustable at its side facing away from the wind turbine 6 end face about an axis parallel to the rotor shaft 8 axis 14. Due to the partially deflected in the flow channel 1 baffle 13, the flow conditions on the downstream side of the turbine rotor 7 in the sense of a substantial maintenance of a lami- 2/5

Claims (4)

österreichisches Patentamt AT510 209B1 2012-05-15 naren Kanalströmung beeinflusst werden. Weist die Leitwand 13 eine Mindestlänge entsprechend der Weite des Strömungskanals 1 in ihrem Bereich auf, so kann darüber hinaus der Strömungskanal 1 gesperrt werden, sodass Montage- und Wartungsarbeiten im Strömungskanal 1 ohne Windgefährdung vorgenommen werden können. In der Fig. 1 ist die Sperrsteilung der Leitwand 13 strichpunktiert angedeutet. [0016] Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So könnte die Leitwand 13 auf der der Leiteinrichtung 11 gegenüberliegenden Turbinenseite zusätzlich parallel zu ihrer Schwenkachse 14 gelenkig unterteilt sein, um eine noch bessere Anpassung an eine laminare Strömung zu ermöglichen. Patentansprüche 1. Windkraftanlage mit einem Strömungskanal (1) zwischen zwei Kanalwänden (2), von denen zumindest eine eine Außenwand eines Bauwerks (3) bildet, mit wenigstens einer innerhalb des Strömungskanals (1) gelagerten Windturbine (6), deren Rotorachse vertikal verläuft, und mit einer den Turbinenrotor (7) im Bereich seiner entgegen der Anströmrich-tung drehenden Umfangsseite abschirmenden Leiteinrichtung (11), dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Außenwand eines Bauwerks (3) gegebene Kanalwand (2) auf der entgegen der Anströmrichtung drehenden Umfangsseite des Turbinenrotors (7) die Leiteinrichtung (11) im Einströmbereich des Strömungskanals (1) bildet und den Turbinenrotor (7) auf der Anströmseite in einem Umfangsbereich (12) umschließt und dass die die Leiteinrichtung (11) bildende Kanalwand (2) auf der Abströmseite der Windturbine (6) eine Leitwand (13) trägt, die an ihrer von der Windturbine (6) abgekehrten Stirnseite um eine zur Rotorachse parallele Achse (14) schwenkverstellbar gelagert ist.Austrian Patent Office AT510 209B1 2012-05-15 naren channel flow can be influenced. If the baffle 13 has a minimum length corresponding to the width of the flow channel 1 in its area, the flow channel 1 can also be blocked so that assembly and maintenance work in the flow channel 1 can be carried out without endangering the wind. In Fig. 1 the blocking division of the guide wall 13 is indicated by dash-dotted lines. The invention is of course not limited to the illustrated embodiment. Thus, the guide wall 13 could be additionally divided in an articulated manner parallel to its pivot axis 14 on the turbine side opposite the guide 11 in order to allow an even better adaptation to a laminar flow. Wind turbine with a flow channel (1) between two channel walls (2), of which at least one outer wall of a building (3), with at least one within the flow channel (1) mounted wind turbine (6) whose rotor axis is vertical, and with a the turbine rotor (7) in the region of its counter to Anströmrich-direction rotating peripheral side shielding guide (11), characterized in that the through the outer wall of a building (3) given channel wall (2) on the counter to the direction of flow rotating peripheral side of the Turbine rotor (7) forms the guide (11) in the inflow region of the flow channel (1) and surrounds the turbine rotor (7) on the upstream side in a peripheral region (12) and that the channel wall (2) forming the guide (11) on the outflow side of Wind turbine (6) carries a baffle (13) on its side facing away from the wind turbine (6) end face about a parallel to the rotor axis Axis (14) is pivotally mounted. 2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwand (13) eine Mindestlänge entsprechend der Weite des Strömungskanals (1) in ihrem Bereich aufweist.2. Wind power plant according to claim 1, characterized in that the guide wall (13) has a minimum length corresponding to the width of the flow channel (1) in its area. 3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwand (13) parallel zu ihrer Schwenkachse (14) gelenkig unterteilt ist.3. Wind turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the guide wall (13) is divided in parallel to its pivot axis (14) articulated. 4. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwände (2) einen Verlauf nach Art einer Venturi-Düse aufweisen. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 3/54. Wind power plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the channel walls (2) have a course in the manner of a Venturi nozzle. For this 2 sheets of drawings 3/5
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