DE102009028820A1 - Wind turbine, has axial surfaces partially covered with flow conducting device, so that axial inflow opening is formed, and turbine blades blowing against flow directed on axial surfaces by axial inflow opening - Google Patents
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Abstract
Description
Die
Erfindung betrifft eine Windturbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.The
The invention relates to a wind turbine according to the preamble of the
Eine
solche Windturbine ist aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Windturbine mit verbesserter Effizienz angegeben werden. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll außerdem eine Windturbinenanordnung mit verbesserter Effizienz bereitgestellt werden.task The invention is to the disadvantages of the prior art remove. It should in particular a wind turbine with improved Efficiency can be specified. For a further object of the invention should also be a wind turbine arrangement with improved Efficiency be provided.
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15
gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche
2 bis 14 und 16 bis 19.These
The object is achieved by the features of
Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine der Axialflächen mit der Strömungsleiteinrichtung lediglich teilweise abgedeckt, so dass eine erste axiale Einströmöffnung gebildet ist, durch welche die Turbinenschaufeln durch eine schräg auf die Axialfläche gerichtete Strömung anströmbar sind.To According to the invention, it is provided that at least one the axial surfaces with the flow guide only partially covered, so that a first axial inflow opening is formed, through which the turbine blades through an oblique Flow directed towards the axial surface can be flowed on are.
Durch das Vorsehen einer ersten axialen Einströmöffnung kann der Vertikalrotor zusätzlich mit Strömungen angeströmt werden, welche axiale Richtungskomponenten aufweisen. Die zum Antreiben des Vertikalrotors nutzbare Anströmfläche wird vergrößert. Damit wird die Energieausbeute erhöht. Eine solche Windturbine kann besonders effizient betrieben werden. Sie eignet sich auch zum Einsatz in Schwachwindgebieten.By the provision of a first axial inflow opening the vertical rotor can additionally with currents be flown, which have axial direction components. The usable for driving the vertical rotor inflow surface is enlarged. This is the energy yield elevated. Such a wind turbine can be particularly efficient operate. It is also suitable for use in low wind areas.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Strömungsleiteinrichtung erste Strömungsleitmittel auf, welche die erste Einstromöffnung in axialer Richtung überlappen und zumindest abschnittsweise schräg zur Axialfläche gerichtet sind, so dass sich ein durch die ersten Strömungsleitmittel gebildeter Einströmquerschnitt in Strömungsrichtung verkleinert. Durch die ersten Strömungsleitmittel können radiale Strömungen und auch Strömungen mit axialen Komponenten durch die erste axiale Einströmöffnung geleitet werden. Dadurch wird die Effizienz der Windturbine weiter verbessert.To An embodiment of the invention, the flow guide first Strömungsleitmittel, which the first inflow opening overlap in the axial direction and at least in sections are directed obliquely to the axial surface, so that a flow area formed by the first flow guide downsized in the flow direction. Through the first flow guide can be radial currents and also currents passed with axial components through the first axial inflow opening become. This further improves the efficiency of the wind turbine.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung biegen die ersten Strömungsleitmittel stromabwärts in eine im Wesentlichen parallel zur Axialfläche gerichtete Richtung um. Eine dadurch erzeugte Düsenwirkung trägt weiter zur Verbesserung der Effizienz der Windturbine bei.To In a further embodiment of the invention, the first flow guiding means bend downstream in a direction substantially parallel to the axial surface Direction around. A nozzle effect generated thereby contributes continue to improve the efficiency of the wind turbine.
Vorteilhafterweise deckt die Strömungleiteinrichtung jede der Axialflächen teilweise ab, so dass in jeder Axialfläche jeweils eine axiale Einströmöffnung gebildet ist, durch welche die Turbinenschaufeln durch eine schräg auf die jeweilige Axialfläche gerichtete Strömung anströmbar sind. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht eine Anströmung beider Axialflächen. Die zum Antreiben des Vertikalrotors nutzbare Anströmfläche kann damit weiter vergrößert werden. Eine der Strömung innewohnende Energie kann damit besser zum Antrieb des Vertikalrotors ausgenutzt werden.advantageously, the flow guide covers each of the axial surfaces partially off, so that in each axial surface one each axial inflow opening is formed, through which the turbine blades through an oblique to the respective Axial surface directed flow can be flowed against are. Such a configuration allows a flow both axial surfaces. The usable for driving the vertical rotor Flow area can thus be further increased. An energy inherent in the flow can thus be better be used to drive the vertical rotor.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Strömungsleiteinrichtung zumindest abschnittsweise schräg auf die Mantelfläche gerichtete zweite Strömungsleitmittel auf. Durch die zweiten Strömungsleitmittel kann eine Windströmung in radialer Richtung auf die Turbinenschaufelblätter des Vertikalrotors umgelenkt werden. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht eine weitere Steigerung der Effizienz.To a further embodiment of the invention, the flow guide at least partially obliquely on the lateral surface directed second Strömungsleitmittel on. By the second Strömungsleitmittel can a wind flow in radial Direction to the turbine blades of the vertical rotor be redirected. Such a design allows a further increase in efficiency.
Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung biegen die zweiten Strömungsleitmittel stromabwärts in eine im Wesentlichen tangential zur Mantelfläche gerichtete Richtung um. Dadurch wird wiederum eine vorteilhafte Düsenwirkung erreicht.To an expedient embodiment bend the second Flow guide downstream in a substantially tangent to the lateral surface direction. Thereby In turn, an advantageous nozzle effect is achieved.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bilden die ersten Strömungsleitmittel und die zweiten Strömungsleitmittel einen in Strömungsrichtung sich verjüngenden Anströmtrichter bzw. ein trichterartiges Gebilde. Durch den Anströmtrichter wird die Strömung auf die Turbinenschaufelblätter des Vertikalrotors geleitet und beschleunigt.To In a further embodiment of the invention, the first flow-guiding means form and the second flow guiding means in the flow direction Tapered inlet funnel or a funnel-like Structure. Through the inlet funnel becomes the flow directed to the turbine blades of the vertical rotor and accelerates.
Zwischen den ersten Strömungsleitmitteln und der Axialfläche kann ein Spalt mit einer Breite von 2 bis 20 cm vorgesehen sein.Between the first flow guiding means and the axial surface a gap with a width of 2 to 20 cm can be provided.
Zweckmäßigerweise weist der Vertikalrotor zumindest einen im Wesentlichen senkrecht zur Achse verlaufenden Rotorboden auf. Von einer Oberseite des Rotorbodens können sich erste Turbinenschaufeln in axialer Richtung erstrecken. Von einer Unterseite des Rotorbodens können sich zweite Turbinenschaufeln in axialer Richtung erstrecken. Durch das Vorsehen eines Rotorbodens erhöht sich die mechanische Stabilität des Vertikalrotors. Es können auch mehrere Rotorböden vorgesehen sein.Conveniently, the vertical rotor has at least one substantially perpendicular to the axis extending rotor bottom. From a top of the rotor bottom can first turbine blades in the axial direction extend. From a bottom of the rotor bottom can extending second turbine blades in the axial direction. By the Providing a rotor bottom increases the mechanical Stability of the vertical rotor. It can too be provided several rotor bottoms.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an zumindest einer der Radialkanten der Turbinenschaufeln eine Ausnehmung vorgesehen. Bei dieser Ausgestaltung ist eine durch die Rotation der Radialkante der Turbinenschaufeln definierte Axialfläche keine ebene Fläche. Die Axialfläche wird hier durch Rotation der die Ausnehmungen aufweisenden Radialkanten der Turbinenschaufeln definiert. Durch das Vorsehen der Ausnehmungen kann die Anströmung auf die zumindest eine axiale Einströmöffnung weiter verbessert werden.To a further advantageous embodiment of the invention is attached at least one of the radial edges of the turbine blades a recess intended. In this embodiment, one through the rotation the radial edge of the turbine blades defined axial surface no flat surface. The axial surface is here by rotation of the recesses having radial edges of the Defined turbine blades. By providing the recesses can the flow to the at least one axial inflow opening be further improved.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Windturbine an einem Mast angebracht und ist bezüglich einer weiteren Achse des Masts mittels einer Schwenkeinrichtung um eine horizontale Achse schwenkbar oder um einen vorgegebenen Winkel schräg gestellt. Die Windturbine kann damit auf die Richtung einer Windströmung eingestellt werden. Die Windströmung kann dann die zumindest eine axiale Einströmöffnung des Vertikalrotors direkt anströmen.To Another embodiment of the invention is the wind turbine attached to a mast and is with respect to another Axis of the mast by means of a pivoting device about a horizontal Axis pivotable or oblique by a predetermined angle posed. The wind turbine can thus control the direction of a wind flow be set. The wind flow can then be the at least one axial flow opening of the vertical rotor flow directly.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Achse des Vertikalrotors antriebsmäßig mit zumindest einem Generator verbunden. Damit kann die mechanische Energie des Vertikalrotors in elektrische Energie umgewandelt werden.To Another embodiment of the invention is the axis of the vertical rotor drivingly connected to at least one generator. Thus, the mechanical energy of the vertical rotor in electrical Energy to be transformed.
Es ist auch möglich, mehrere erfindungsgemäße Windturbinen übereinander anzuordnen, wobei die Windturbinen über eine gemeinsame Welle antriebsmäßig mit einem Generator verbunden sind. Die Anzahl der Windturbinen kann z. B. zwei, vier oder mehr betragen.It is also possible several inventive Wind turbines stacked, the wind turbines over a common shaft drivingly with a Generator are connected. The number of wind turbines can z. B. two, four or more.
Alternativ kann die Bewegungsenergie des Vertikalrotors/der Vertikalrotoren über eine Transmission zum Antrieb einer Maschine, z. B. einer Pumpe, übertragen werden.alternative can the kinetic energy of the vertical rotor / the vertical rotors over a transmission for driving a machine, for. As a pump transferred become.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist eine Turbinenanordnung mit vier erfindungsgemäßen Windturbinen vorgesehen, bei denen um eine im Wesentlichen vertikale Achse rotierbare Vertikalrotoren und eine die Vertikalrotoren abschnittsweise umgebende Strömungsleiteinrichtung vorgesehen sind. Dabei sind zwei erste Vertikalrotoren bezüglich einer durch eine Windrichtung gegebene Hauptstromrichtung stromaufwärts zweier zweiter Vertikalrotoren angeordnet. Erste Achsen der ersten Vertikalrotoren und zweite Achsen der zweiten Vertikalrotoren sind bezüglich der Hauptstromrichtung versetzt zueinander angeordnet. Die Strömungsleiteinrichtung ist so ausgestaltet, dass eine von den ersten Vertikalrotoren abströmende Nebenströmung auf die stromabwärts nachgeordneten zweiten Vertikalrotoren gerichtet ist. Wegen der Nutzung der von den ersten Vertikalrotoren abströmenden Nebenströmung zum Antrieb der zweiten Vertikalrotoren, kann eine der Windströmung innewohnende Energie in besonders hohem Maße ausgebeutet werden. Die vorgeschlagene Windturbinenanordnung ist besonders effizient.To Another requirement of the invention is a turbine arrangement provided with four wind turbines according to the invention, in which about a substantially vertical axis rotatable vertical rotors and a vertical rotors sections surrounding flow guide are provided. There are two first vertical rotors with respect to a mainstream direction given by a wind direction upstream arranged two second vertical rotors. First axles of the first Vertical rotors and second axes of the second vertical rotors are with respect to the main flow direction offset from one another. The flow guide is configured such that one of the first vertical rotors outflowing Sub-flow downstream to the downstream directed to the second vertical rotors. Because of the use of the secondary stream flowing out of the first vertical rotors for driving the second vertical rotors, one of the wind flow inherent energy exploited to a very high degree become. The proposed wind turbine arrangement is particularly efficient.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsleiteinrichtung ferner so ausgebildet, dass die zweiten Vertikalrotoren zusätzlich mit einem in der Hauptstromrichtung strömenden Hauptstrom beaufschlagt werden. Dadurch kann die Energieausbeute der Windturbinenanordnung weiter verbessert werden.To An embodiment of the invention is the flow guide further formed so that the second vertical rotors in addition subjected to a main current flowing in the main flow direction become. As a result, the energy yield of the wind turbine assembly be further improved.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Strömungsleiteinrichtung so ausgebildet, dass eine Richtung der Nebenströmung im Beaufschlagungsbereich der zweiten Vertikalrotoren mit der Hauptstromrichtung einen Winkel von 20 bis 120°, vorzugsweise von 45 bis 100° bildet.To Another embodiment is the flow-guiding device designed so that a direction of the secondary flow in the Beaufschlagungsbereich the second vertical rotors with the main flow direction forms an angle of 20 to 120 °, preferably from 45 to 100 °.
Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die Achsen der zweiten Vertikalrotoren weiter voneinander beabstandet als die Achsen der ersten Vertikalrotoren. Dabei kann eine Lage der Achsen der Vertikalrotoren den Eckpunkten eines gleichschenkligen Trapezes entsprechen.To In another embodiment, the axes of the second vertical rotors spaced farther apart than the axes of the first vertical rotors. In this case, a position of the axes of the vertical rotors the vertices correspond to an isosceles trapezium.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following Embodiments of the invention with reference to the drawings explained in more detail. Show it:
In
Die
Strömungsleiteinrichtung weist erste
Wie
insbesondere in
Wie
aus
Der
Anströmtricher verjüngt sich in Richtung der Hauptströmung
H. Wie aus
Wie
aus
Bei
dem in
Wie
in
Der
in
Der
in
In
In
Der
Strömungsverlauf der zweiten Windturbineneinrichtung ist
in
In
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vertikalrotorvertical rotor
- 2, 2a, 2b, 2c, 2d2, 2a, 2b, 2c, 2d
- vertikale Achsevertical axis
- 33
- Nabehub
- 44
- TurbinenschaufelblätterTurbine blades
- 55
- Mantelflächelateral surface
- 66
- obere Axialflächeupper axial surface
- 77
- erstes Strömungsleitmittelfirst flow guide
- 88th
- zweites Strömungsleitmittelsecond flow guide
- 99
- MantelflächenabschnittLateral surface section
- 1010
- RadialströmungsleitmittelRadialströmungsleitmittel
- 1111
- untere Axialflächelower axial surface
- 1212
- axiale Einströmöffnungaxial inflow
- 1313
- AxialströmungsleitmittelAxialströmungsleitmittel
- 1414
- Generatorgenerator
- 1515
- Rotorbodenrotor base
- 1616
- Ausnehmungrecess
- 1717
- Radialabschnittradial section
- 1818
- erster Neigungsabschnittfirst slope portion
- 1919
- zweiter Neigungsabschnittsecond slope portion
- 2020
- erstes Segmentfirst segment
- 2121
- zweites Segmentsecond segment
- 2222
- drittes Segmentthird segment
- 2323
- viertes Segmentfourth segment
- 2424
- erster Vertikalrotorfirst vertical rotor
- 2525
- zweiter Vertikalrotorsecond vertical rotor
- 2626
- Systemachsesystem axis
- 2727
- drittes Strömungsleitmittelthird flow guide
- 2828
- Mastmast
- 2929
- Schwenkachseswivel axis
- 3030
- Stellmotorservomotor
- 3131
- Wellewave
- AA
- Höhe des Turbinenschaufelblattsheight of turbine blade
- BB
- Breite der Ausnehmungwidth the recess
- D, D1, D2, D3, D4D D1, D2, D3, D4
- Drehrichtungdirection of rotation
- HH
- Hauptströmungmainstream
- H1H1
- erste Höhefirst height
- H2H2
- zweite Höhesecond height
- NN
- Nebenströmungsecondary flow
- L1L1
- Länge des Tangentialabschnittslength of the tangential section
- L2L2
- Länge des zweiten Neigungsabschnittslength of the second slope section
- S1S1
- erster Scheitelpunktfirst vertex
- S2S2
- zweiter Scheitelpunkt erster Winkelsecond Vertex first angle
- ββ
- zweiter Winkel dritter Winkelsecond Angle third angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140301 |