DD263566A1

DD263566A1 - Stroemungsleiteinrichtung zur umwandlung von windenergie

Info

Publication number: DD263566A1
Application number: DD30631087A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Holtz
Original assignee: Warnowwerft Warnemuende Veb
Priority date: 1987-08-25
Filing date: 1987-08-25
Publication date: 1989-01-04

Abstract

Stroemungsleiteinrichtung zur Umwandlung von Windenergie in Rotationsenergie, insbesondere eines Mehrfachwindrades, mit angeschlossenen Einrichtungen zur weiteren Energieumformung. Die einen polygonalen Querschnitt aufweisende, vor dem Mehrfachwindrad sich verjuengende und hinter dem Mehrfachwindrad sich erweiternde Stroemungsleiteinrichtung ist auf der gesamten Laenge spiralfoermig verwunden. Sie besitzt auf der gesamten Laenge vor dem Mehrfachwindrad auf dem Umfang angeordnete spiralfoermig verlaufende und sich verjuengende Stroemungskanaele, die vor den hinteren Windraedern des Mehrfachwindrades enden. Um das Saugrohr ist ein spiralfoermig verwundener Ejektor angeordnet. Durch die Erfindung soll eine bessere Ausnutzung der verfuegbaren Windenergie erreicht werden, weil die translatonische Hauptstroemung vor dem Windrad eine zusaetzliche rotierende Komponente erhaelt und hinter dem Windrad eine erhoehte Saugwirkung erzielbar ist. Fig. 1

Description

Das Mehrfachwindrad besteht aus auf einer Welle angeordneten und in Strömungsrichtung größere Durchmesser und steilere Anstellwinkel der Rotorblätter aufweisenden Windrädern.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Strömungsleiteinrichtung für ein Mehrfachwindrad ist so, daß der in den Hauptanströmquerschnitt eindringende Luftstrom durch die Geometrie der Strömungsleiteinrichtung nicht nur in geradliniger axialer Richtung, sondern mit einer zusätzlichen rotierenden Komponente auf das Mehrfachwindrad beschleunigt wird. Die Zentrifugalkraft der rotierenden Luftströmung bewirkt eine zusätzliche Druckerhöhung der anströmenden Luftmassen, die ihren Maximalwert am Ende der Strömungsleitoinrichtung unmittelbar vor dem kleinsten Windrad erreicht hat. Dem sich hinter jedem Windrad entspannenden Luftstrom wird durch die in Strömungsrichtung größere Durchmesser aufweisenden Windrädern Rechnung getragen. Die steileren Anstellwinkel der Rotorblätter der einzelnen Windräder sollen eine Abbremswirkung verhindern und zu einer optimalen Energieausnutzung beitragen. Eine Verstärkung des vor dem letzten Windrad schon weitgehend entspannten Hauptluftstromes wird dadurch erreicht, daß dieses Windrad zusätzlich durch die ebenfalls beschleunigten, verdichteten und in Drehrichtung des Rotors rotierenden aus den Strömungskanälen austretenden Luftströme beaufschlagt wird. Durch die hinter dem Mehrfachwindrad angeordneten Strömungsleiteinrichtungen wird ein verstärkter Sog erzeugt, indem

1. durch die rotierende, beschleunigte den verwundenen Ejektorring verlassende Strömung am Ausvitt des Saugrohres ein stärkerer Unterdruck erzeugt wird und

2. durch die spiralförmige verwundere Form des Saugtohres infolge der sich einstellenden Zentrifugalkraft im Zentrum des Saugrohres eine weitere Unterdruckkomponente entsteht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläute-i. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Strömungsleiteinrichtung mit einem Mehrfachwindrad

und einem Stromgenerator auf einer Grundrahmenkonstruktion Fig. 2: eine mögliche Ausführungsform eines Gesamtanströmquerschnittes Fig. 3: den schematischen Strömungsverlauf vor und hinter dem Mehrfachwindrad.

Der Erfindungsgedanke wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen doppelt-quadratischen Gesamtanströmquerschnitt, der sich aus dem Hauptanströmquerschnitt 2 und den Anstiömquerschnitten 5 der acht Strömungskanälen 4 zusammensetzt, realisiert. Die spiralförmige Verwindung der Strömungsleiteinrichtung vor und nach dem Mehrfachwindrad 7 ergibt sich durch eine Verdrehung der jeweils benachbarten Querschnitte um 22,5°. Die Strömungsleiteinrichtung ist in Leichtbaukonstruktion ausgeführt und mit einem Material geringster Oberflächenrauhigkeit z. B.

Plastfolie als Wandungen der Windleiteinrichtung überzogen.

Die Aufstellung der gesamten in Fig. 1 gezeigten Anlage erfolgt auf erhöhten Flächen (z. B. auf verstärkten Dächern von Gebäuden). Durch die horizontal auf Rädern drehbargelagerte Grundrahmenkonstruktion 12 und den als Wetterfahne wirkenden Ejektorring 11 wird eine ständige Ausrichtung des Anströmquerschnittes 2,5 in Windrichtung gewährleistet. Die Kippsicherheit der Anlage wird durch die Anordnung von nicht dargestellten Ausgleichsgewichten auf der Gi undrahmenkonst uktion 12 erreicht.

Zur Gewährleistung der Sturmsicherheit der Anlage sind nicht dargestellte bekannte regelbare Klappen einsetzbar, die sich bei der Erreichung eines bestimmten Staudruckes in der Strömungsleiteinrichtung öffnen und somit auch das Mehrfachwindrad vor Überlastung schützen.

Die Schnittdarstellung in Fig. 1 zeigt die Hauptströmungsleiteinrichtung 1 mit ihrer Windeintrittsöffnung 2 und Windaustritteöffnung 3 sowie die Strömungskanäle 4 mit ihren Windein- 5 und Windaustrittsöffnungen 6, Jas Mehrfachwindrad7 mit seiner Kopplung 8 zum Stromgenerator 9, das Saugrohr 10, den Ejektorring 11 sowie die Grundrahmenkonstruktion 12 mit Radom 13.

Fig.2 zeigt den Gesamtanströmquerschnitt mit seiner erfindungsgemäßen Unterteilung in Hauptanströmquerschnitt 2 und Anströmquerschnitten 5 der 8 Strömungskanäle 4 sowie deren konstruktive Gestaltung als Kombination zweier quadratischer Rahmen.

In Fig. 3 ist der Strömungsverlauf als rotierender beschleunigter Haupt-Zuluftstrom a, rotierende beschleunigte Zuluftströme b (in den 8 Strömungskanälen 4), rotierender Abluftstrom c mit dem im Zentrum erzeugten Soy d und als rotierender beschleunigter Ejektorstrom e mit dem von ihm erzeugten Sog f dargestellt.

Die Funktion der erfindungsgernäßen Anordnung ist folgende: Der in den Hauptanströmquerschnitt 2 eintretende Luftstrom wird in der Hauptströmungsleiteinrichtung 1 beschleunigt und in Rotation versetzt. Er trifft auf das 1. Windrad des Mehrfachwindrades 7 und erzeugt durch seine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Windrad-Drehachse eisie Drehmoment-Komponente und durch seine Rotationsgeschwindigkeit eine weitere verstärkende Drehmoment-Kompente.

Hinter dem 1. Windrad ist der verdichtete Luftstrom zum Teil entspannt und nimmt somit ein größeres Volumen ein. Durch den größeren Durchmesser des 2. Windrades wird an diesem eine größtmögliche Ausnutzung der noch im Luftstrom enthaltenen Bewegungsenergie erreicht. Das 3. Windrad hat den größten Durchmesser. Dadurch ist die Nutzung der verbleibenden Restenergie des Hauptzuluftstromes a gewährleistet, wobei das 3 Windrad zusätzlich von den 8 beschleunigten und ebenfalls rotierenden Zuluftströmen b aus den Strömungskanälen 4 beaufschlagt wird, wodurch ein weiteres Drehmoment auf die gemeinsame Welle der drei Windräder wirkt. Eine zusätzliche Verstärkung der als Mehrfach windrad beaufschlagenden Luftströme wird dadurch erreicht, daß im Saugrohr hinter dem Mehrfachwindrad ein Unterdruck erzeugt wird. Dies geschieht folgendermaßen:

Durch den rotierenden beschleunigten Ejektor-Luftstrom e, dessen Geschwindigkeit einen größeren Betrag hat als der Abluftstrom c im Saugrohr 10, wird am Endo des Saugrohres 10 ein Sog f erzeugt, der den Abluftstrom c aus dem Saugrohr 10 absaugt. Durch die Geometrie des Saugrohres 10 (achteckiger Querschnitt, um die Mittelachse verwunden) wird der Abluftstrom in Rotation versetzt, was infolge der Fliehkraftwirkung eine weitere Sogkomponente d im Zentrum des Saugrohres 10 erzeugt. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird von dec Welle des Mehrfachwindrades 7 über ein Kettengetriebe 8 der Stromgenerator?), der sich ebenfalls auf der Grundrahmenkonstruktion 12 befindet₍angetrieben.

Claims

Λ Patentansprüche:

1. Strömungsleiteinrichtung zur Umwandlung von Windenergie in Rotationsenergie, insbesondere eines Mehr fachwindrades, mit einer vor dem Mehrfachwindrad sich verjüngenden Strömungsleiteinrichtung, hinter dem Mehrfachwindrad eine sich erweiternde Strömungsleiteinrichtung (Saugrohr) und einem zugleich als Wetterfahne wirkenden Ejektor, dadurch gekennzeichnet, daß die einen polygonalen Querschnitt aufweisende Strömungsleiteinrichtung (1) auf der gesamten Länge vor und nach dem Mehrfachwindrad (7) spiralförmig verwunden ist, daß sich auf dem Umfang der Strömungsleiteinrichtung (1) auf der gesamten Länge spiralförmig verlaufende und sich verjüngende Strömungskanäle (4) befinden, die vor den hinteren Windräden des Mehrfachwindrades (7) enden, daß um das Saugrohr (10) ein spiralförmig verwundener Ejektorring (11) angeordnet ist und daß das Mehrfachwindrad (7) durch eine runde, konische Form der Strömungsleiteinrichtung (1) eng umschlossen ist.
2. Strömungsleiteinrichtung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen kleineren Windräder durch die eine rotierende Komponente aufweisende translatorische Hauptströmung und die hinteren größeren Windräder zusätzlich durch die beschleunigten rotierenden Luftströme (υ) aus den Strömungskanälen (4) beaufschlagbar sind.
3. Strömungsleiteinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrfachwindrad (7) aus auf einer Welle angeordneten und in Strömungsrichtung größere Durchmesser und steilere Anstellwinkel der Rotorblätter aufweisenden Windrädern besteht

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Strömungsleiteinrichtung zur Umwandlung der Windenergie in Rotationsensrgie eines Mehrfachwindrades mit angeschlossenen Einrichtungen zur weiteren Energieumwandlung.

Charakteristik der bekannten tecnnischen Lösungen

Strömungsleiteinrichtungen für Windräder, die eine Konzentration der Windenergie vor dem Windrad erzeugen bzw. hinter dem Windrad einen zusätzlichen Saugeffekt bewirken, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt gewerden. Zur Verstärkung des Saugeffektes hinter dßm Windrad ist auch ein um das Saugrohr angeordneter Ejektor vorteilhaft. Eine dem Windgenerator vorgeschaltete Windleiteinrichtung, mit einem sich in Strömungsrichtung verjüngenden polygonalen oder auch runden Querschnitt, ist z. B. aus dem WP 239441 bekannt. Mit dieser Anordnung ist nor eine in Richtung der Windradachse wirkende geradlinige Windkraftverstärkung erzielbar. Wegen eines verbesserten Wirkungsgrades bei der Energieumformung wäre eine zusätzliche rotierende Windkraftkomponente wünschenswert. Aus der DE-OS 3323200 ist eine trichterförmige Windleiteinrichtung bekannt, bei der innerhalb der Windleiteinrichtung unmittelbar vor dem Windrad angeordnete Leitbleche einen beschleunigten rotierenden Luftstrom erzeugen sollen. Da diese Leitbleche im Bereich maximaler Windgeschwindigkeiten vorgesehen sind und demzufolge auch maximale Strömungsverluste hervorrufen, kann die Wirksamkeit dieser Einrichtung angezweifelt werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in einer Strömungsleiteinrichtung, die eine verbesserte Ausnutzung der verfügbaren Windenergie gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsleiteinrichtung, mit der eine geradlinige Windkraftverstärkung und ein beschleunigter rotierender Luftstrom erreicht werden, die in Rotationsenergie eines Mehrfachwindrades mit angeschlossenen Einrichtungen zur weiteren Energieumwandlung (ζ. B. Stromgsnerator) umformbar sind, zu entwickeln. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die einen polygonalen Querschnitt aufweisende, vor dem Mehrfachwindrad rieh verjüngende und hinter dem Mehrfachwindrad sich erweiternde Strömungsleiteinrichtung auf der gesamten Länge spiralförmig verwunden ist, daß sich auf dem Umfang der Strömungsleiteinrichtung spiralförmig verlaufende und sich verjüngende Strömungskanäle befinden, die vor den hinteren Windrädern des Mehrfachwindrades enden und daß um die Strömungsleiteinrichtung (Saugrohr) hinter dem Mehrfachwindrad ein spiralförmig verwundener Ejektorring angeordnet ist. Das Mehrfachwindrad ist durch eine unde, konische Form der Strömungsleiteinrichtung umschlossen. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Strömungsleiteinrichtung so ausgeführt, daß die vorderen kleineren Windräder durch die eine rotierende Komponente aufweisende translatorische Hauptströmung und die hinteren größeren Windräder zusätzlich durch den beschleunigten rotierenden Luftstrom aus den Strömungskanälen beaufschlagbar sind.