DE102006044330B4 - Flügelrotor - Google Patents

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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

Flügel (1) von einem Antriebsrotor mit in Strömungsrichtung weisender Rotorachse (2) und beabstandet von der Rotorachse (2) angeordneten Flügeln (1), die eine kreisscheibenförmige Grundform aufweisen, wobei die Flügel (1) mit einer geneigten Flügelflächenebene (3) in die Strömungsrichtung (4) gerichtet angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügel (1) jeweils eine innenwandig angeströmte nach außen zum Flügelrand hin größer werdende halbkegelförmige Ausbuchtung (5) aufweist, wobei die Ausbuchtung (5) bezogen auf die Drehrichtung des Flügels (1) hinten aus dem Flügel (1) unter einem Winkel (α) austritt, wobei der Winkel (α) gebildet ist zwischen der Tangente (7) des Rotationskreises des Flügelmittelpunktes um die Rotorachse (2) und der Mittellinie (6) der halbkegligen Ausbuchtung (5) in der Flügelflächenebene (3) im Bereich zwischen der Tangente (7) und der Rotationsachse (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft die Flügel eines Rotors, der insbesondere bei Unterwasserkraftwerken Anwendung findet.
  • Ein Unterwasserkraftwerk mit einer Rotorachse in Strömungsrichtung ist aus dem DE 200 11 874 U1 bekannt.
  • Als Rotoren oder Schaufelräder finden dabei dem Schiffspropeller ähnliche Schrauben mit Flügeln Anwendung. Am bekanntesten dürfte dabei die Ericsson-Schraube sein, deren Flügel an der Oberfläche gewölbt ausgebildet sind.
  • Bekannt ist es auch, die Flügel verstellbar anzuordnen und so einen unterschiedlichen Schub bei gleicher Rotordrehzahl zu erzielen.
  • Ein gattungsgemäßer Flügelrotor ist aus der US 5 372 480 A bekannt. Bei diesem Flügelrotor kommen kreisscheibenförmige und beabstandet von der Rotorachse angeordnete Flügel zum Einsatz. Dabei sind die Flügel mit einer geneigten Flügelflächenebene in Strömungsrichtung angeordnet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, bei kreisscheibenförmigen und beabstandet von der Rotorachse angeordneten Flügeln eines Rotors die Flügeloberfläche in ihrer Gestaltung zu optimieren, so dass höhere Drehzahlen der Rotorachse bei gleichen Strömungsbedingungen von Wasser bzw. von Luft erzielbar sind.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß ist bei einem Flügel von einem Antriebsrotor mit in Strömungsrichtung weisender Rotorachse und beabstandet von der Rotorachse angeordneten Flügeln, die eine kreisscheibenförmige Grundform aufweisen, wobei die Flügel mit einer geneigten Flügelflächenebene in die Strömungsrichtung gerichtet angeordnet sind, vorgesehen, dass jeder Flügel jeweils eine innenwandig angeströmte nach außen zum Flügelrand hin größer werdende halbkegelförmige Ausbuchtung aufweist, wobei die Ausbuchtung bezogen auf die Drehrichtung des Flügels hinten aus dem Flügel unter einem Winkel (α) austritt, wobei der Winkel (α) gebildet ist zwischen der Tangente des Rotationskreises des Flügelmittelpunktes um die Rotorachse und der Mittellinie der halbkegligen Ausbuchtung in der Flügelflächenebene im Bereich zwischen der Tangente und der Rotationsachse. Dabei weist der Winkel (α) bevorzugt einen Wert auf von 10° < α < 20°. Versuche haben gezeigt, dass bei gleichen Strömungsbedingungen mit der vorgeschlagenen Flügelform Drehzahlsteigerungen von 10–12% erzielt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt.
  • Es zeigen:
  • 1 Rotor mit Flügeln,
  • 2 und 3 Anstellung der Flügel
  • 4 Strömungszusammenführung und
  • 5 Drehzahlvergleich mit Messtabelle.
  • 1 zeigt einen Rotor mit vier Flügeln 1. Die Flügel 1 sind beabstandet von der Rotorachse 2 angeordnet und besitzen eine kreisscheibenförmige Grundform. Die Flügel 1 weisen eine innen angeströmte nach außen größer werdende halbkegelförmige Ausbuchtung 5 auf. Die Ausbuchtung 5 tritt bezogen auf die Drehrichtung der Flügel 1 jeweils hinten aus dem Flügel 1 aus, wobei die halbkegelförmige Ausbuchtung 5 jeweils innerhalb eines inneren Quadranten zwischen der Tangente 7 und der Rotorachse 2 von innen nach außen verlaufend angeordnet ist. Die Mittellinie 6 der halbkegelförmigen Ausbuchtung 5 in der Flügelfläche schließt mit der Tangente 7 des Rotationskreises des Flügelmittelpunktes um die Rotorachse 2 einen Winkel α (10° < α < 20°) ein.
  • Die weitere vorteilhafte Anordnung der Flügel 1 ist in den 2 und 3 dargestellt. So ist vorgesehen, dass die Flügelflächenebene 3 der kreisscheibenförmigen Grundform des Flügels mit einer senkrecht und quer zur Rotorachse 2 stehenden Ebene einen Winkel γ (15° < γ < 25°) einschließt. Ferner schließen die Flügelebenen 3 mit einer senkrechten Ebene zur Strömungsrichtung 4 einen Winkel β (0° < β < 10°) ein, so dass die Strömung nach außen geführt ist.
  • Als vorteilhaft hat sich weiterhin erwiesen, wenn die kreisscheibenförmige Grundform des Flügels 1 als Schale 8 ausgebildet ist, auf deren Innenfläche die Strömung gerichtet ist.
  • 4 zeigt die Zusammenführung von an sich bekannten Strömungen (Einengung, Kurve) bei dem mit der Ausbuchtung 5 versehenen Flügel 1.
  • In 5 werden Messergebnisse der Tabelle mit den erfindungsgemäß ausgebildeten Flügeln 1 Flügeln ohne halbkegelförmigen Ausbuchtung 5 gegenübergestellt. Es zeigen sich Drehzahlunterschiede von bis zu 12%.
  • Die Anordnung derartiger Rotoren erfolgt bevorzugt auf versenkbaren Pontons mit mehreren Rotoren. Zusätzlich lassen sich so noch Leitbleche zur weiteren Optimierung an den Pontons anordnen. Messtabelle zu Fig. 5
    a 1/min b 1/min
    1 11,7* 12,2* 11,2* 11,5* 15,1* 15,3* 15,0* 14,9*
    Mittelwert 11,6 51,7 15,1 39,7
    2 15,3* 15,0* 15,6* 15,1* 17,4* 17,2* 17,0* 17,6*
    Mittelwert 15,2 39,5 17,3 34,7
    3 13,1* 13,5* 13,0* 13,2* 16,2* 14,3* 16,0* 14,1*
    Mittelwert 13,2 45,4 15,2 39,5
    4 16,7* 17,2* 16,9* 17,0* 18,2* 18,5* 17,9* 18,0*
    Mittelwert 16,9 35,5 16,3 33,0
    5 12,0* 12,5* 12,3* 12,1* 13,2* 12,8* 13,1* 13,3*
    Mittelwert 12,2 49,2 15,4 39,0
    6 14,3* 15,0* 15,7* 15,8* 17,7* 17,6* 17,3* 15,1*
    Mittelwert 15,2 39,5 17,6 34,1
  • Legende
    • (*) gemessenen Zeit für 10 Umdrehungen in sec.
    • Spalte a ohne Belastung
    • Spalte B mit Belastung
    • Zeilen 1, 3, 5 mit Ausbuchtungen
    • Zeilen 2, 4, 6 ohne Ausbuchtung

Claims (6)

  1. Flügel (1) von einem Antriebsrotor mit in Strömungsrichtung weisender Rotorachse (2) und beabstandet von der Rotorachse (2) angeordneten Flügeln (1), die eine kreisscheibenförmige Grundform aufweisen, wobei die Flügel (1) mit einer geneigten Flügelflächenebene (3) in die Strömungsrichtung (4) gerichtet angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügel (1) jeweils eine innenwandig angeströmte nach außen zum Flügelrand hin größer werdende halbkegelförmige Ausbuchtung (5) aufweist, wobei die Ausbuchtung (5) bezogen auf die Drehrichtung des Flügels (1) hinten aus dem Flügel (1) unter einem Winkel (α) austritt, wobei der Winkel (α) gebildet ist zwischen der Tangente (7) des Rotationskreises des Flügelmittelpunktes um die Rotorachse (2) und der Mittellinie (6) der halbkegligen Ausbuchtung (5) in der Flügelflächenebene (3) im Bereich zwischen der Tangente (7) und der Rotationsachse (2).
  2. Flügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkegelförmige Ausbuchtung (5) innerhalb eines inneren Quadranten zwischen Tangente (7) und Rotorachse (2) angeordnet ist.
  3. Flügel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) einen Wert aufweist 10° < α < 20°.
  4. Flügel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelflächenebene (3) der kreisscheibenförmigen Grundform des Flügels mit einer senkrecht und quer zur Rotorachse (2) stehenden Ebene einen Winkel γ (15° < γ < 25°) einschließt.
  5. Flügel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelflächenebene (3) mit einer senkrechten Ebene zu Strömungsrichtung (4) einen Winkel β (0° < β < 10°) einschließt, so dass die Strömung nach außen geführt ist.
  6. Flügel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisscheibenförmige Grundform des Flügels als Schale ausgebildet ist, auf deren Innenfläche die Strömung gerichtet ist.
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