DD263566A1

DD263566A1 - STROEMUNGSLEITEINSTICHTUNG FOR THE CONVERSION OF WIND ENERGY

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. 1Stroemungsleiteinrichtung for converting wind energy into rotational energy, in particular a Mehrfachwindrades, with connected facilities for further energy conversion. The polygonal cross-section, before the Mehrfachwindrad verjuengende and behind the Mehrfachwindrad expanding Stroemungsleiteinrichtung is wound spiralfoermig on the entire length. It has on the entire length in front of the multiple wind wheel on the circumference arranged spirally running and constricting flow channels, which end in front of the rear wind wheels of the multiple wind turbine. Around the suction pipe a spiral wound ejector is arranged. By the invention, a better utilization of the available wind energy is to be achieved because the translatonische Hauptstroemung before the wind turbine gets an additional rotating component and behind the wind turbine an increased suction effect can be achieved. Fig. 1

Description

Das Mehrfachwindrad besteht aus auf einer Welle angeordneten und in Strömungsrichtung größere Durchmesser und steilere Anstellwinkel der Rotorblätter aufweisenden Windrädern.The multiple wind turbine consists of arranged on a shaft and in the flow direction larger diameter and steeper angles of attack of the rotor blades having wind wheels.

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, indemThe operation of the Strömungsleiteinrichtung invention for a Mehrfachwindrad is such that the penetrating into the Hauptanströmquerschnitt air flow is accelerated by the geometry of the Strömungsleiteinrichtung not only in a straight axial direction, but with an additional rotating component on the Mehrfachwindrad. The centrifugal force of the rotating air flow causes an additional pressure increase of the incoming air masses, which has reached its maximum value at the end of Strömungsleitoinrichtung immediately before the smallest wind turbine. The air flow relaxing behind each wind turbine is taken into account by the wind wheels having larger diameters in the flow direction. The steeper angle of attack of the rotor blades of the individual wind turbines should prevent a deceleration effect and contribute to optimum energy utilization. An amplification of the already largely relaxed before the last wind turbine main air flow is achieved in that this wind turbine is additionally acted upon by the also accelerated, compressed and rotating in the direction of rotation of the rotor emerging from the flow channels air streams. Due to the arranged behind the Mehrfachwindrad Strömungsleiteinrichtungen increased suction is generated by

1. durch die rotierende, beschleunigte den verwundenen Ejektorring verlassende Strömung am Ausvitt des Saugrohres ein stärkerer Unterdruck erzeugt wird und1. by the rotating, accelerated flow leaving the twisted Ejektorring at the outlet of the suction pipe, a stronger negative pressure is generated and

2. durch die spiralförmige verwundere Form des Saugtohres infolge der sich einstellenden Zentrifugalkraft im Zentrum des Saugrohres eine weitere Unterdruckkomponente entsteht.2. Due to the spiraling wounded shape of the suction tube as a result of adjusting centrifugal force in the center of the suction tube, a further negative pressure component is formed.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläute-i. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

Fig. 1: eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Strömungsleiteinrichtung mit einem MehrfachwindradFig. 1: a schematic sectional view of the flow control device according to the invention with a Mehrfachwindrad

und einem Stromgenerator auf einer Grundrahmenkonstruktion Fig. 2: eine mögliche Ausführungsform eines Gesamtanströmquerschnittes Fig. 3: den schematischen Strömungsverlauf vor und hinter dem Mehrfachwindrad.and a current generator on a base frame construction Fig. 2: a possible embodiment of a Gesamtanströmquerschnittes Fig. 3: the schematic flow path in front of and behind the 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.The inventive concept is realized in the present embodiment by a double-square Gesamtanströmquerschnitt, which is composed of the Hauptanströmquerschnitt 2 and the Anstiömquerschnitten 5 of the eight flow channels 4. The spiral distortion of the flow guide before and after the multiple wind 7 results from a rotation of the respective adjacent cross sections by 22.5 °. The flow guide is designed in lightweight construction and with a material least surface roughness z. B.

Plastfolie als Wandungen der Windleiteinrichtung überzogen.Plastic film coated as walls of the wind deflector.

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.The installation of the entire plant shown in Fig. 1 takes place on elevated surfaces (eg on reinforced roofs of buildings). By horizontally mounted on wheels base frame construction 12 and acting as a weather vane Ejektorring 11 a constant orientation of the inflow cross section 2.5 is ensured in the wind direction. The tilting safety of the system is achieved by the arrangement of balancing weights, not shown on the Gi andrahmenkonst action 12.

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.To ensure the storm resistance of the system not shown known controllable flaps are used, which open in the achievement of a certain back pressure in the flow and thus protect the Mehrfachwindrad from overloading.

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.The sectional view in Fig. 1 shows the Hauptströmungsleiteinrichtung 1 with its Windeintrittsöffnung 2 and Windaustritteöffnung 3 and the flow channels 4 with their Windein- 5 and Windaustrittsöffnungen 6, Jas Mehrfachwindrad7 with its coupling 8 to the power generator 9, the suction tube 10, the Ejektorring 11 and the base frame construction 12 with 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.2 shows the Gesamtanströmquerschnitt with its subdivision according to the invention in Hauptanströmquerschnitt 2 and Anströmquerschnitten 5 of the 8 flow channels 4 and their structural design as a combination of two square frame.

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.In Fig. 3, the flow pattern as a rotating accelerated main supply air flow a, rotating accelerated supply air flows b (in the 8 flow channels 4), rotating exhaust air c with the generated in the center Soy d and as a rotating accelerated Ejektorstrom e with the suction generated by it f shown.

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.The function of the arrangement according to the invention is as follows: The air flow entering the main flow cross-section 2 is accelerated in the main flow guiding device 1 and set in rotation. He meets the 1st wind turbine of Mehrfachwindrades 7 and generated by its speed component in the direction of the wind turbine rotation axis eisie torque component and its rotational speed, a further amplifying torque 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:Behind the 1st wind turbine, the compressed air flow is partially relaxed and thus occupies a larger volume. Due to the larger diameter of the 2nd wind turbine a maximum utilization of the kinetic energy still contained in the air flow is achieved at this. The 3rd wind turbine has the largest diameter. As a result, the use of the remaining residual energy of the main supply air is a guaranteed, the 3 wind turbine is additionally acted upon by the 8 accelerated and also rotating supply air flows b from the flow channels 4, whereby a further torque acts on the common shaft of the three wind turbines. An additional reinforcement of the multiple wind turbine impinging air flows is achieved in that a vacuum is generated in the intake manifold behind the Mehrfachwindrad. This happens as follows:

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.By the rotating accelerated ejector air flow e, the speed of which has a greater amount than the exhaust air flow c in the suction pipe 10, a suction f is generated at the end of the suction pipe 10, which sucks the exhaust air flow c from the suction pipe 10. Due to the geometry of the suction tube 10 (octagonal cross-section wound around the central axis), the exhaust air flow is set in rotation, which generates a further suction component d in the center of the suction tube 10 as a result of the centrifugal force effect. In the described embodiment is of dec shaft of the multiple wind 7 via a chain drive 8 of the power generator?), Which is also on the base frame structure 12 ₍ driven.

Claims

Λ Claims:

1. Strömungsleiteinrichtung for converting wind energy into rotational energy, in particular a Mehrfachwindrades, with a front of the Mehrfachwindrad tapered Strömungsleiteinrichtung, behind the Mehrfachwindrad an expanding Strömungsleiteinrichtung (suction) and at the same time acting as a weather vane ejector, characterized in that a polygonal cross-section comprising flow guide (1) over the entire length before and after the multiple wind (7) is spirally wound, that on the circumference of the flow guide (1) over the entire length spirally extending and tapered flow channels (4) are located in front of the rear Windräden the Mehrfachwindrades (7) end that a spiral wound Ejektorring (11) is arranged around the suction pipe (10) and that the Mehrfachwindrad (7) by a round, conical shape of the flow guide (1) is tightly enclosed.

2. Strömungsleiteinrichtung, according to claim 1, characterized in that the front smaller wind turbines by the rotating component having translational main flow and the rear larger wind wheels in addition by the accelerated rotating air currents (υ) from the flow channels (4) are acted upon.

3. Strömungsleiteinrichtung according to claims 1 and 2, characterized in that the Mehrfachwindrad (7) arranged on a shaft and in the flow direction larger diameter and steeper angle of attack of the rotor blades having wind wheels

For this 1 page drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a flow guide for converting the wind energy in Rotationsensrgie a Mehrfachwindrades with connected devices for further energy conversion.

Characteristic of the known technical solutions

Strömungsleiteinrichtungen for wind turbines, which generate a concentration of wind energy in front of the wind turbine or cause behind the wind turbine an additional suction effect, are known in various designs. To reinforce the suction effect behind the wind turbine, an ejector arranged around the suction pipe is also advantageous. An upstream of the wind generator wind deflector, with a tapered in the flow direction polygonal or round cross-section, z. B. from WP 239441 known. With this arrangement, nor a acting in the direction of Windwindachse rectilinear wind power gain can be achieved. Because of improved energy conversion efficiency, an additional rotating wind power component would be desirable. From DE-OS 3323200 a funnel-shaped wind deflector is known in which within the wind deflector immediately before the wind turbine arranged baffles to produce an accelerated rotating air flow. Since these baffles are provided in the range of maximum wind speeds and consequently also cause maximum flow losses, the effectiveness of this device can be doubted.

Object of the invention

The object of the invention is a flow guiding device which ensures an improved utilization of the available wind energy.

Explanation of the essence of the invention

The invention is based on the object of developing a flow guiding device with which a rectilinear wind power amplification and an accelerated rotating air flow can be developed, which are convertible into rotational energy of a multiple wind wheel with connected devices for further energy conversion (ζ B. current generator). According to the invention it is provided that the polygonal cross-section, before the Mehrfachwindrad rejuvenating and behind the Mehrfachwindrad widening Strömungsleiteinrichtung is wound spirally over the entire length, that are on the circumference of the Strömungsleiteinrichtung spirally extending and tapered flow channels located in front of the rear Wind turbines of the multiple wind turbine ends and that is arranged around the Strömungsleiteinrichtung (suction) behind the Mehrfachwindrad a spirally twisted Ejektorring. The multiple wind wheel is enclosed by a unde conical shape of the flow guide. According to a further feature of the invention, the flow guide is designed so that the front smaller wind turbines are acted upon by the rotating component having a translational main flow and the rear larger wind wheels in addition by the accelerated rotating air flow from the flow channels.