CH707241A2

CH707241A2 - Wind energy generator for small and medium sized wind-power plant, has covering made of flexible textile material, and frame formed from rings, which are arranged in series in planes and connected by struts, so that basket ring is formed

Info

Publication number: CH707241A2
Application number: CH02558/12A
Authority: CH
Inventors: Klaus Walkhoff; Horst Dürr; Dirk Süss
Original assignee: Isg Holding Ag
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-05-30

Abstract

The generator (11) has a covering made of flexible textile material. A frame is formed from rings, which are arranged in series in parallel planes and connected by struts (15), so that a bending-resistant basket ring is formed. The covering is placed over the basket ring. The ring comprises an airplane wing profile at an upstream side of wind. The airplane wing profile has a suction side at an inner side of the covering. A support ring position corresponds to a rotation plane of a propeller (20) so that gap dimension between a rotor blade tip and inner jacket is constant and held low.

Description

[0001] Es wird ein insbesondere für Klein- und mittelgrosse Windkraftanlagen geeigneter Konstruktionsaufbau vorgeschlagen, der die Vorteile einer flexiblen, zusammenlegbaren Ummantelung zur Verringerung des Transportvolumens und des Gewichtes nützt. Dies ist aus Sicht der in vielen Fällen auftretenden Schwierigkeiten der Aufstellung im Gelände bei Not- und Katastrophensituationen eine wesentliche Vereinfachung. Die im Gegensatz zu Grosswindanlagen auf hohen Masten verlangt bodennahe Platzierung durch die dadurch entstehenden ungünstigeren Anstromverhältnisse eine aerodynamisch effizientere optimierte Gestaltung in Form einer Ummantelung. Ummantelungen einer Luftschraube aus Hartkunststoffen mit Faserverstärkungen sind transportspezifisch schwierig, da sehr voluminös, zu handhaben und zudem empfindlich gegen Beschädigungen. Die lange Lebensdauer eines Windkraftgenerators wird durch Verwendung von Aluminium, Polyamiden, GFK und im vorliegenden Erfindungsfall auch von z.B. Kunststoff beschichtetem Polyestergewebe erreicht. Die Gewebehülle des Diffusormantels, ein doppelwandig aus computergestützten Zuschnitten zusammengefügtes einteiliges, «ringsackähnliches» Konstrukt ist ein Hightech Produkt, welches über einen exakt der Zuschnittsform entsprechenden Ringkorb gestülpt wird – und zwar von der Anströmseite her und im Abströmbereich durch geeignete Halterungen gespannt und fixiert wird. It is proposed in particular for small and medium-sized wind turbines suitable construction structure, which takes advantage of a flexible, collapsible sheath to reduce the transport volume and weight. This is a significant simplification from the point of view of the difficulties encountered in many cases setting up in the field in emergency and disaster situations. In contrast to large wind turbines on tall masts, placement near the ground due to the resulting less favorable start-up conditions requires an aerodynamically more efficient optimized design in the form of a sheathing. Jackets of an air propeller made of hard plastics with fiber reinforcements are transport-specific difficult because very voluminous, to handle and also sensitive to damage. The long life of a wind power generator is achieved by using aluminum, polyamides, GRP and in the present invention also of e.g. Plastic coated polyester fabric achieved. The fabric cover of the diffuser shell, a one-piece, "ringsack-like" construction assembled from computer-aided blanks, is a high-tech product that is slipped over a ring basket that corresponds exactly to the shape of the blank - tensioned and fixed from the inflow side and in the outflow area by suitable brackets.

[0002] Der Ringkorb, bestehend aus Anströmprofilring, aus Mitteltragring und Abströmring, ist in Hybridleichtbauweise ausgelegt und erhält seine Form durch eine Anzahl von Streben achsparallel zum Diffusor angeordnet und jeweils mit den drei Ringen so verbunden, dass diese zusammen ein druck- und zugstabiles Gerüst im Innern bilden. The ring cage, consisting of Anströmprofilring from Mitteltragring and Abströmring is designed in hybrid lightweight construction and maintains its shape by a number of struts axially parallel to the diffuser arranged and connected to the three rings so that these together a pressure and tensile stable framework to form inside.

[0003] Die Montage von Generator und Luftschraube, der Tragstreben als Verbindung zur Ummantelung und der Stativfuss werden durch entsprechende Öffnungen des textilen Doppelmantels geführt, mit dem Tragring verschraubt und verbunden. Die Rotationsebene der Luftschraube kommt nach Montageende so innerhalb des Tragringes zu liegen, dass das gewünschte «Spaltmass» mit enger Toleranz erreicht wird. Dies ist eine nicht unbedeutende Voraussetzung zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades des aerodynamischen Prinzips der ummantelten Generatorkonstruktion. Ebenso dazu gehört die an der Hinterkante des Diffusors angebrachte Nachflügelkonstruktion, genannt «Fowler», die den laminar abströmenden Wind nützt und die Wirkung der Energieausbeute verbessert. The assembly of the generator and propeller, the support struts as a connection to the casing and the stand base are guided through corresponding openings of the textile double mantle, bolted to the support ring and connected. The plane of rotation of the propeller comes to rest within the support ring after assembly so that the desired «gap» is achieved with close tolerance. This is a not inconsiderable prerequisite for achieving a high efficiency of the aerodynamic principle of the sheathed generator design. Also included is the trailing wing construction, called the "Fowler", attached to the trailing edge of the diffuser, which uses the laminar outgoing wind and improves the effect of the energy yield.

[0004] Alle Windkraftanlagen, die keine Ummantelungen tragen, sind hinsichtlich Vogel- und Fledermausschlag, Schattenfrequenz, Geräuschbelastung und ästhetischer Gestaltform der vorbeschriebenen Anlage zumindest teilweise unterlegen. All wind turbines that do not wear sheathing, at least partially inferior in terms of bird and bat shot, shadow frequency, noise level and aesthetic design of the above system.

[0005] Die hohe Akzeptanz der vorbeschriebenen Lösung ist also eine Herausforderung, die Konstruktionsform weiter zu vereinfachen und an erster Stelle die Transportprobleme und -kosten zu verringern. The high acceptance of the above-described solution is therefore a challenge to further simplify the design form and to reduce transport problems and costs in the first place.

[0006] Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemässen Windkraftgenerators mit flexibler Ummantelung sind nachfolgend in näher beschriebenen Zeichnungen dargestellt. <tb>Fig. 1<SEP>zeigt eine Schrägansicht von vorn eines ummantelten Windkraftgenerators mit teilweise aufgeschnittenem textilen Doppelmantel des Diffusors und den ebenfalls angeschnittenen 3 Ringen: Anström-, Trag- und Abströmring, sowie in gleicher Winkelschnittebene den sogenannten Fowler-Ring. <tb>Fig. 2<SEP>zeigt einen achsparallelen Halbschnitt durch den Diffusor mit angeschnittenen 3 Ringen und die sie verbindenden Spannstreben, sowie den angeschnittenen Fowler. Es ist die Volumenersparnis dargestellt, wenn der Skelettkorb nach Wegnahme der Streben und der flexiblen textilen Doppelhülle teleskopartig von hinten nach vorne gegen den Anströmring zusammengeschoben wird. Die Volumeneinsparung beträgt ca. 60%. <tb>Fig. 3<SEP>zeigt die textile flexible Doppelsackhülle, die, über das Korbskelett gestülpt, den Diffusor ergibt. Die Zuschnitte sind durch am Aussen- und Innenmantel sichtbare Nähte in Form von z.T. gestrichelten Linien dargestellt. <tb>Fig. 4<SEP>veranschaulicht das Korbskelett mit beispielsweise neun Spannstreben, die den Anström-, den Trag- und den Abströmring kraftschlüssig miteinander verbinden und für den Transport entfernt werden. Haltestreben für den zentral angeordneten Generator, der Stativfuss sowie der Fowler sind der besseren Übersicht wegen weggelassen.Details and advantages of the inventive wind power generator with flexible sheath are shown below in more detail drawings. <Tb> FIG. 1 <SEP> shows an oblique view from the front of a jacketed wind power generator with partially cut textile double jacket of the diffuser and the also trimmed 3 rings: inflow, support and Abströmring, and in the same angle section plane the so-called Fowler ring. <Tb> FIG. 2 <SEP> shows an axis-parallel half-section through the diffuser with trimmed 3 rings and the connecting struts connecting them, as well as the cut Fowler. It is the volume savings shown when the skeleton basket is pushed together after removal of the struts and the flexible textile double envelope telescopically from back to front against the Anströmring. The volume saving is about 60%. <Tb> FIG. 3 <SEP> shows the textile flexible double-bag cover, which, placed over the wicker skeleton, gives the diffuser. The blanks are visible through visible on the outer and inner sheath seams in the form of z.T. shown dashed lines. <Tb> FIG. 4 <SEP> illustrates the basket skeleton with, for example, nine tensioning struts, which frictionally connect the inflow, the support and the outflow ring and are removed for transport. Braces for the centrally located generator, the tripod foot and the Fowler are omitted for the sake of clarity.

[0007] Der Aufbau eines erfindungsgemässen Windkraftgenerators aus flexiblem, textilem Material sieht vor, dass der Diffusor (1) einen äusseren (2) und einen inneren flexiblen Mantel (3) aufweist, der durch ein inneres Skelett (4) getragen bzw. gespannt wird, um seine aerodynamische Form zu erhalten. Hierzu ist der Anströmring (5) an der Frontseite des Diffusors (1) mit einem Flügelnasenprofil (6) versehen. The construction of a wind power generator according to the invention made of flexible, textile material provides that the diffuser (1) has an outer (2) and an inner flexible jacket (3) which is supported or tensioned by an inner skeleton (4) to get its aerodynamic shape. For this purpose, the inflow ring (5) on the front side of the diffuser (1) is provided with a wing nose profile (6).

[0008] Der mittlere Ring, als Tragring (7) ausgelegt, ist für das konstante Spaltmass (8) zwischen Luftschraubenspitze (9) und dem inneren Mantel (3) ausgelegt. Er trägt gleichfalls die Stativstrebe (10), die den Generator (11) im Zentrum fixiert, sowie die Verbindungsstreben (12) zwischen Generator (11) und Tragring. Der selbststeuernde gekröpfte, die Windrichtung immer frontal anströmend lassende Stativtragfuss (13) ist von unten als Fortsetzung der Stativstrebe (10) an den Tragring (7) angesetzt. The middle ring, designed as a support ring (7) is designed for the constant gap size (8) between propeller tip (9) and the inner shell (3). He also carries the tripod brace (10) which fixes the generator (11) in the center, and the connecting struts (12) between the generator (11) and the support ring. The self-steering cranked, the wind direction always frontally streaming letting Stativtragfuss (13) is attached from below as a continuation of the tripod brace (10) to the support ring (7).

[0009] Der den hinteren Abschluss des Diffusors (1) bildende Abströmring (14) ist mit Streben (15), die parallel zur Mittelachse des Diffusors (1) verlaufen und die den Tragring (7) durchstossen, mit dem vorderen Anströmring (5) verbunden. Sie bilden die korbartige Skelettstruktur (4), quasi den inneren statischen Aufbau des Diffusors (1). Der Fowler (16) wird seinerseits mittels Verbindungsstegen (17) mit dem Abströmring verbunden. Er ist aufgrund seiner schmalen Ringform aus GFK gestaltet und dient der Intensivierung der fliessenden Windströmung und damit zur Sicherung der hohen Energieausbeute des Windkraftgenerators. The rear end of the diffuser (1) forming Abströmring (14) with struts (15) which are parallel to the central axis of the diffuser (1) and which pierce the support ring (7), with the front Anströmring (5) connected. They form the basket-like skeleton structure (4), quasi the internal static structure of the diffuser (1). The Fowler (16) is in turn connected by means of connecting webs (17) with the outflow ring. Due to its narrow ring shape it is made of GFK and serves to intensify the flowing wind flow and thus to secure the high energy yield of the wind power generator.

[0010] In Fig. 3 ist die fertig konfektionierte, flexible textile Mantelhülle, bestehend aus einer äusseren (2) und einer inneren (3) Oberfläche, mit den zum Erreichen der aerodynamischen Form notwendigen Nahtlinien (18) und der Frontnahtlinie (19) dargestellt. Das Abströmende weist geeignete Verstärkungen (20) zum spannen der Hülle auf den Skelettrahmen (4) auf. In Fig. 3, the ready-made, flexible textile jacket, consisting of an outer (2) and an inner (3) surface, with the necessary to achieve the aerodynamic shape seam lines (18) and the front seam line (19) , The discharge end has suitable reinforcements (20) for tensioning the casing on the skeleton frame (4).

[0011] In Fig. 4 wird der aus 3 Ringen (5, 7, 14) bestehende Skelettkorb (4) in fertig montiertem Zustand dargestellt, wobei, beispielsweise neun Streben (15), die parallel zur Mantelmittelachse laufen, die Struktur in Längsachse versteifen. In Fig. 4 of the 3 rings (5, 7, 14) existing skeleton basket (4) is shown in the fully assembled state, wherein, for example, nine struts (15) which run parallel to the jacket central axis, stiffen the structure in the longitudinal axis ,

[0012] Fig. 2 schliesslich soll die Möglichkeit der gewünschten Volumenverringerung dokumentieren, indem die linke Halbschnittansicht a den fertigen Diffusor (1) mit seiner inneren Skelettstruktur (4), den Streben (15), dem Generator (11), die ihn tragende Stativstrebe (10), die Luftschraube (20) und den Fowler (16) zeigt. Fig. 2 finally, the possibility of the desired reduction in volume to document by the left half-section view of the finished diffuser (1) with its inner skeleton structure (4), the struts (15), the generator (11), the tripod strut carrying it (10), showing the propeller (20) and the fowler (16).

[0013] Die Halbschnittansicht b dagegen zeigt die teleskopartigen zusammengeschobenen Ringe (5, 7, 14) und den Fowler (16) als «Paketanordnung», die gegenüber der Ansicht a nur noch ca. ein Drittel des in Axialrichtung ursprünglichen Volumens aufweist. Die flexible Mantelhülle (2, 3) ist entfernt und wird für den Transport separat zusammengefaltet mit Luftschraube (20) und Generator (11) im Innenraum der Paketanordnung transportiert. Damit ist das gewünschte reduzierte Transportvolumen auf ca. ein Drittel reduziert. The half-sectional view b, however, shows the telescoped collapsed rings (5, 7, 14) and the Fowler (16) as a "package assembly", which has only about a third of the original volume in the axial direction relative to the view a. The flexible jacket (2, 3) is removed and is folded separately for transport transported with propeller (20) and generator (11) in the interior of the package assembly. Thus, the desired reduced transport volume is reduced to about one third.

Claims

1. Wind power generator, characterized in that its sheath consists of flexible textile material.

2. Wind power generator according to claim 1, characterized in that a skeleton of rings is formed, which are arranged in parallel planes one behind the other and are connected by struts, so that a more rigid basket ring is formed, over which the sheath can be slipped.

3. Wind power generator according to claim 1 and 2, characterized in that the skeleton ring of the upstream side of the wind has an aircraft wing profile, the suction side is inside the casing.

4. Wind power generator according to claim 1 to 3, characterized in that the supporting ring position corresponds to the plane of rotation of the propeller and thus the gap between the rotor blade tip and inner shell can be kept constantly low.

5. Wind power generator according to claim 1, characterized in that a double-walled, flexible, well-defined blank shape can be slipped over the skeleton and thereby forms an aerodynamic shape.

6. Wind power generator according to claim 1, characterized in that one of Anströmring, support ring and Abströmring zusammengedücktes «package» forms only about one third of the original volume, wherein the flexible sheath is housed separately in the center of the pack.