DD232959A1

DD232959A1 - WIND POWER ROLLER FOR WIND POWER PLANTS

Info

Publication number: DD232959A1
Application number: DD27170584A
Authority: DD
Inventors: Gerd Otto
Original assignee: Gerd Otto
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1986-02-12

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Windkraftrotor fuer Windkraftanlagen mit vertikaler Achse fuer stationaere oder mobile Stromversorgungseinrichtungen von Einfamilienhaeusern, Melkeinrichtungen, Wasserpumpen, Funk- oder Campingeinrichtungen. Insbesondere ist der erfindungsgemaesse Windkraftmotor fuer mobile Stromversorgungseinrichtungen geeignet, die auf LKW oder PKW-Haenger installiert sind. Es ist Ziel der Erfindung ein hocheffektives aerodynamisches Luftkraftsystem zu realisieren, dass schon auf besonders kleine Windgeschwindigkeiten anspricht und eine aerodynamische-automatische Drehzahlregulierung beinhaltet, die sturmsicher ist. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass aerodynamisch hochwirksame unsymmetrische druckpunktfeste Profile verwandt werden, die untereinander automatisch oder zwangslaeufig in jedem Monat der Rotierung verschiedene Anstellwinkel haben und deren Luftkraefte sich laufend so veraendern, dass eine Drehrichtung eingehalten wird. Der Windkraftrotor ist unabhaengig von der Windanstroemrichtung und kann so dimensioniert werden, dass mit der Vergroesserung der Windgeschwindigkeit eine Verringerung der Drehzahl eintritt und die Luftkraefte gegen Null gehen. Der besondere Vorteil des vertikalen Windrotors besteht darin, dass nur ein aerodynamisch guenstiges Profil im System Verwendung findet, dessen Formwiderstand im Falle des Sturmes kleinste Werte hat. Fig. 1The invention relates to a wind power rotor for wind turbines with vertical axis for stationary or mobile power supplies of family houses, milking equipment, water pumps, radio or camping facilities. In particular, the wind power motor according to the invention is suitable for mobile power supply devices which are installed on trucks or car trailers. It is an object of the invention to realize a highly effective aerodynamic air force system that responds to even very small wind speeds and includes an aerodynamic-automatic speed control, which is storm-proof. This goal is achieved by using aerodynamically highly efficient asymmetrical pressure-point-resistant profiles which automatically or inevitably have different angles of attack in each month of rotation and whose air forces constantly change in such a way that one direction of rotation is maintained. The wind power rotor is independent of the Windanstroemrichtung and can be dimensioned so that with the increase in the wind speed, a reduction in the speed occurs and the air forces go to zero. The particular advantage of the vertical wind rotor is that only an aerodynamically favorable profile is used in the system whose shape resistance in the case of the storm has the lowest values. Fig. 1

Description

beispielsweise so angelegt sein, daß in der dargestellten Stellung die Anstellwinkel zueinander von + nach — wandern. In dieser Anordnung wirkt an P3 die größte Kraft in Drehrichtung; an P1 wirkt ein kleinerer Auftrieb in Drehrichtung; an P2 schließlich hat sich infolge eines negativen Anstellwinkels ein negativer Auftrieb eingestellt, der folglich ebenfalls in Drehrichtung wirkt. Im freien Lauf stellt sich ein dauernd wechselndes Kräftegleichgewicht ein, dessen Summe immer in Drehrichtung wirkt. Werden die Profilflügel im DrehpunktD mit einer Drehfeder F versehen, so werden mitVergrößerung der Windgeschwindigkeit, die Anstellwinkel der Flügel P so verändert, daß sie bei relativ hohen Windgeschwindigkeiten annähernd gleich werden; dadurch werden auch alle Auftriebskräfte an den Flügeln positiv. Hierdurch wird nicht nur wegen der Verkleinerung der angreifenden Windkräfte die Sturmsicherheit automatisch erreicht, sondern es stellt sich auch eine aerodynamische Drehzahlregulierung ein, weil mit einer Verringerung der Anstellwinkel auch eine Verkleinerung der Auftriebskräfte verbunden ist, die schließlich null werden können; d.h. sie können so festgelegt werden, daß ab bestimmten sehr hohen Windgeschwindigkeiten der Rotor zum Stillstand kommt und nur noch die Formwiderstandskomponente des Profilflügels wirksam ist. Dieser Widerstand ist gegenüber Repellerflügelsystemen sehr klein, weil sich der zum Wind kleinste Widerstand des einzigen Profils des Systems einstellt. Beim Repellerflügel hingegen wird die Bruchgefahr mit der Vergrößerung der Windgeschwindigkeit immer größer, weil sich negative Auftriebskräfte einstellen, die ein Verwinden des Flügels zur Folge haben und schließlich zum Zerborsten des Repellersführen. Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Windrotors ist; alle Flügel in gleicher Stellung fest mit seinem Rotorschenkels Rs zu verbinden. Obwohl in dieser Anordnung ein Flügel rückwärtig angeblasen wird, liegt seine Auftriebskraft in Drehrichtung. Diese Ausführung ist nicht sturmsicher, für kleine Anlagen jedoch sehr betriebssicher. Durch Einbringen von Drehfedern im Punkt D oder Auslenkmechanismen können ebenfalls Drehzahländerungen und Sturmsicherheit erzielt werden.For example, be designed so that in the illustrated position, the angle of attack to each other from + to -. In this arrangement, P3 has the greatest force in the direction of rotation; at P1 a smaller buoyancy in the direction of rotation acts; Finally, at P2, due to a negative angle of attack, a negative buoyancy has occurred, which consequently also acts in the direction of rotation. In free running, a constantly changing equilibrium of forces sets in, the sum of which always acts in the direction of rotation. When the tread wings are provided with a torsion spring F at the fulcrum D, as the wind speed increases, the angles of incidence of the wings P are changed so as to become approximately equal at relatively high wind speeds; As a result, all buoyancy forces on the wings also become positive. As a result, not only because of the reduction of the attacking wind forces, the storm safety is automatically achieved, but it turns also an aerodynamic speed regulation, because with a reduction in the angle of attack also a reduction of buoyancy forces is connected, which can eventually be zero; i.e. They can be set so that from certain very high wind speeds, the rotor comes to a standstill and only the shape resistance component of the tread wing is effective. This resistance is very small compared to Repeller wing systems, because the smallest resistance to the wind of the only profile of the system is established. On the other hand, in the case of the repeller wing, the risk of breakage increases as the wind speed increases, because negative buoyancy forces occur, which result in twisting of the wing and ultimately lead to breakage of the repeller. Another feature of the wind rotor according to the invention is; To connect all wings in the same position firmly with its rotor leg Rs. Although in this arrangement, a wing is blown backwards, its buoyancy is in the direction of rotation. This version is not storm-proof, but very safe for small installations. By introducing torsion springs in point D or deflection mechanisms also speed changes and storm safety can be achieved.

embodiments

Anhand von Abbildungen wird die Erfindung erläutert.The invention will be explained with reference to figures.

Fig. 1 Windrotor mit verschiedenen Anstellwinkeln der FlügelFig. 1 wind rotor with different angles of attack of the wings

Fig.2 Windrotor mti fest verbundenen FlügelnFig.2 Wind rotor mti firmly connected wings

Fig. 3 Windrotor mit loser Verbindung der FlügelFig. 3 wind rotor with loose connection of the wings

Der Windkraftrotor hat eine vertikale Achse V mit der 3 oder mehr Rotorschenkel Rs fest verbunden sind. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind an den Enden der Rotorschenkel jeweils im Drehpunkt D die aerodynamischen Profilflügel von vorzugsweisen gleicher Ausführung angebracht; über einen Zahnriemen Z stehen die Profilflügel P1/P2/P3 in abhängiger Verbindung. Die Flügel sind in Ausgangsstellung so angeordnet, daß sie verschiedene Anstellwinkel in Anströmrichtung des Winkels haben.The wind power rotor has a vertical axis V to which 3 or more rotor legs Rs are fixedly connected. In the embodiment of Figure 1 at the ends of the rotor legs in each case at the pivot point D, the aerodynamic profile wings of preferably the same design are attached; Via a toothed belt Z, the profile wings P1 / P2 / P3 are in dependent connection. The wings are arranged in the starting position so that they have different angles of attack in the direction of flow of the angle.

Vorzugsweise sind zwei Winkel positiv und 1 Winkel negativ eingestellt. Dadurch wird erreicht, daß sich die Auftriebkräfte untereinander zwar ausgeglichen, aber ihre resultierenden Kräfte am Windrohrsich als wirksame Kraft positiv summieren.Preferably, two angles are positive and one angle is negative. This ensures that the buoyancy forces are indeed balanced with each other, but summing their resulting forces on Windrohrsich positive as an effective force.

Die beispielsweise eingetragenen Verteilungen der Kräfte anhand von angenommenen Kraftkomponenten zeigen den sich ausgleichenden Lauf der Kräfte am Windrotor. Alle Flügel durchlaufen gleiche Kräfteverteilungen um jeweils 120° am Umlaufradius versetzt. Werden außerdem im Drehpunkt D des einzelnen Profilflügel Drehfedern so eingesetzt, daß sie bei kleiner Windkraft entspannt sind, werden mit steigender Windkraft die Anstellwinkel verkleinert. Dieser Effekt ist für eine automatische Drehzahlregelung nutzbar und kann so ausgeführt werden, daß für sehr hohe Windkräfte die Drehzahl gegen Null geht, weil die Luftkraftkomponenten mit kleinerem Anstellwinkel auch kleiner werden und schließlich nur noch der Formwiderstand des Profils der Windkraft entgegengestellt ist.The distributions, for example, of the forces based on assumed force components show the compensating course of the forces on the wind rotor. All wings undergo equal distribution of forces offset by 120 ° at the radius of rotation. Are also used in the pivot point D of the single tread torsion springs so that they are relaxed at low wind power, the pitch be reduced with increasing wind power. This effect can be used for automatic speed control and can be carried out so that for very high wind forces, the speed goes to zero, because the air force components with a smaller angle of attack and smaller and finally only the shape resistance of the profile of wind power is opposed.

In Fig.2 ist eine Ausführung schematisch dargestellt in der die Flügel P mit den Rohrschenkeln Rs fest verbunden sind. Auch in dieser Ausführung verändern sich die Anstellwinkel und die Luftkräfte während des Rotierens fortlaufend. Durch das unsymmetrische Profil ist auch hier die Drehrichtung vorgegeben.In Figure 2, an embodiment is shown schematically in which the wings P are firmly connected to the tube legs Rs. Also in this embodiment, the angles of attack and the air forces change continuously during rotation. Due to the asymmetrical profile, the direction of rotation is also specified here.

Wegen der während des Umlaufs überwiegend ungünstigen Windkraftkomponenten ist jedoch mit einem bedeutend geringerem Wirkungsgrad zu rechnen. Ähnlich den bisher zum Stand der Technik gehörenden Rotoren mit senkrechter Achse.However, due to the predominantly unfavorable during the cycle wind power components is expected to significantly lower efficiency. Similar to the prior art belonging rotors with a vertical axis.

In Fig. 3 schließlich ist die Grundausführung des erfindungsgemäßen Windrotors mit Profilflügeln dargestellt, in der sich die Flügel ohne Anstellwinkelabhängigkeit in den Wind stellen. Die Drehrichtung ist auch hier durch das Profil festgelegt. Bei theoretisch gleichem Anstellwinkel aller Flügel entsteht deswegen ein Drehmomentan der Achse V, weil die wirksame Luftkraft am jeweils abwindigen Flügel infolge der relativ kleineren Anströmgeschwindigkeit wesentlich geringer ist. Vorzugsweise werden in dieser Ausführung druckpunktfeste Profile verwendet.In Fig. 3, finally, the basic version of the wind rotor according to the invention is shown with profile wings, in which the wings without Anstellwinkelabhängigkeit put in the wind. The direction of rotation is also defined here by the profile. At theoretically the same angle of attack of all wings therefore creates a torque on the axis V, because the effective air force at the respective downwinding wing due to the relatively smaller flow velocity is much lower. Preferably, pressure point resistant profiles are used in this embodiment.

Das Profil der Flügel kann verschiedene Profiltiefen aufweisen und/oder auch verschiedene Profile haben, um ein Kräftegleichgewicht aerodynamisch auszuschließen.The profile of the wings may have different tread depths and / or have different profiles in order to exclude a balance of power aerodynamically.

Claims

Claim:

1. Wind power rotor for wind turbines with a vertical axis, characterized in that at the ends of the rotor arm (Rs) in the pivot point (D) aerodynamic tread (P) are freely rotatably mounted and connected to a respective toothed ring (K1-K4) and so on a toothed belt (Z) are in fixed motion dependence; In addition, between the wing (P) and the ring gear K, a torsion spring can be arranged; the profile of the wings (P1 to P4) is preferably asymmetrical, pressure point-fixed and equal and their angle of attack different to the direction of flow.

2. Wind power rotor according to item 1, characterized in that in the fulcrum (V) a sprocket (K ₀ is arranged to be freely movable, which is in engagement with the sprockets (K1-K4).

3. Wind power rotor according to item 1, characterized in that the profile wing (P) is designed as a curved plate with end and intermediate discs.

4. Wind power rotor according to item 1, characterized in that the tread wings are arranged independently of each other in the axes (D) freely movable and more than 2 or 3 tread wings on an axis (V) act and their legs (RS) with a central axis ( V).

5. Wind power rotor according to item 1, characterized in that the profile wings (P) with the axis of its rotor arm (Rs) are fixedly connected at the same angle or are arranged equiangularly variable and or are not automatically adjusted by spring force depending on the wind.

6. Wind power rotor according to item 1, characterized in that the wings of the rotor have different profiles (P) and / or have different profile depths.

For this 2 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a wind power rotor for wind turbines with a vertical axis for stationary or mobile power supplies of, for example, single-family homes or remote signaling devices or radio devices. In particular, the invention is suitable for mobile power supplies on truck or car trailer, but it can also be used in principle for large-scale stationary systems use.

Characteristic of known technical solutions

Wind turbines are preferably equipped with repellers whose axes are arranged in the wind direction. The repellers of these systems are aerodynamically complicated structures, because the profile and the Austellwinkel theoretically would have to change at any point of the repeller radius. This is practically not feasible, which is why 3 to 5 different profiles are realized with continuously changing Austellwinkel on Repellerflügel. In addition, the sizing is only possible for the average wind speed;

Deviations negate the efficiency. At high wind speeds is to be expected with a destruction or must be forced by appropriate means standstill. The known vertical axis wind power plants have a lower efficiency than the repeller power plants, so they have not been generally introduced; These include the Flettner rotor and the Leschinski rotator. The Savonius rotor is suitable for small outputs. Of particular importance and the invention obvious is the Kippflügelrotor of Just. This Kippflügelrotor is afflicted with a complicated eccentric mechanism, which increases the susceptibility and reduces the efficiency of the continuous tilting. Another significant disadvantage is that the aerodynamics can not be fully utilized, because by tilting a symmetrical profile is conditionally applicable and only 2 of 4 wings are effective.

Object of the invention

The aim of the invention is to realize a wind power rotor, which uses the driving wind aerodynamically with the highest efficiency. This goal is achieved in that all vertically arranged wings of the wind power rotor are provided with only one aerodynamically highly favorable profile and all wings always automatically directed against the wind remain without tilting. By using an example pressure-point-resistant profile and the constant inevitable change in the angle of attack of the wings to each other, the buoyancy of all wings is always effective in the direction of rotation. The particular effectiveness of the invention lies in the high storm safety, which is achieved by an automatic change in the angle of attack of the tread wings.

Explanation of the essence of the invention

The invention is based on the object without complicated control mechanism regardless of the wind direction to realize an always-ready Winkraftrotor whose drive axis is arranged vertically. This objective is achieved in particular with regard to a high aerodynamic efficiency in that all blades of the rotor remain on the wind to break off the torrent. This goal has not yet been achieved by known technical solutions with upright wings. In particular, it could not be found that high performance profiles are used for such wind rotors.

The special features of the wind power rotor according to the invention are that the incoming wind is thereby used to a high degree that preferably unsymmetrical high-performance profiles are used for the blades of the wind power rotor and a rotor is equipped with at least 3 blades of the same profile.

Another feature of the turrets of the rotating wind rotor is that the angles of attack of the tread wings are always different and can be positive or negative and the buoyancy in each rotation angle continuously changes with negative or positive values, but these values for the rotational direction are always positive, while the tread wings can be arranged to be freely movable at the ends of the rotor arm Rs, they can also be firmly connected to these or be interdependent via gears, timing belts or link chains. The wind power rotor has a vertical axis from which the indicated force can be removed and can be converted into electrical energy by means of a generator. At the ends of the rotor legs Rs, the preferably asymmetrical profile wings P are attached. Due to the asymmetrical profile, the direction of rotation is already determined in the case of free movement of the wings by the buoyancy effect. If the wind direction is supplemented by a toothed belt Z, the effectiveness of the buoyancy distribution can be substantially increased. The timing belt can