DE102011016141A1 - Wind turbine for converting kinetic energy of wind flow into electrical energy, has wing projection, where flow at projection is divided into unbraked air flow and another airflow so that annular turbulence is produced at rear edge - Google Patents

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Abstract

The turbine (1) has a stator ring (32) received by a stator part (22). A rotor ring (33) is received by a rotor part (23). Rotor blades (30) are arranged on an outer side of a jet body (2). An incident flow (f) at a wing projection (200) of an annular wing profile (20) is divided into unbraked air flow, which crosses the body from inside, and another airflow circulating around the body from outside so that an annular turbulence is produced at a wing rear edge (202). The turbulence is turned away in a direction of the projection and a suction side of the blades about a rotational axis (x).

Description

Die Erfindung betrifft eine zur Anströmung ausrichtbare Windturbine mit horizontaler Rotationsachse zur Umwandlung der in einer Windströmung enthaltenen kinetischen Energie in elektrische Energie mit einem konzentrisch und koaxial zur Rotationsachse der Rotorblätter angeordneten, frei durchströmten Düsenkörper. Der Düsenkörper ist als Ringflügel ausgebildet und dabei so profiliert, dass der Sogbereich des Ringflügelprofils ein Venturi-Rohr umschließt und die Rotorblätter der äußeren Seite des Ringflügelprofils mit Druckbereichen zugeordnet sind. Durch den Venturi-Effekt im Inneren des Düsenkörpers wird der Luftstrom beschleunigt und erhält dabei einen Drall von der Rotationsachse weg. Die Rotorblätter ihrerseits nehmen Energie aus dem den Ringflügel von außen umströmenden Luftstrom auf, wobei sich die Anströmung verlangsamt und auf der Leeseite der Rotorblätter eine Sogzone entsteht. Bei Anströmung der Windturbine treibt das Gefälle zwischen einem Unterdruck innerhalb des Düsenkörpers und einem Überdruck auf der Außenseite des Düsenkörpers eine Zirkulationsströmung um den Düsenkörper an. Diese Zirkulationsströmung schwächt den Sog auf der Saugseite der Rotorblätter ab, sodass eine höhere Drehzahl der Rotorblätter und damit ein verbesserter Wirkungsgrad einer Windturbine ermöglicht werden. An dem Düsenkörper selbst ruft diese Zirkulationsströmung einen Ringwirbel hervor, welcher seinerseits einen sich von der Luvseite her aufbauenden und um die Rotationsachse drehenden Wirbel verursacht. Ausgehend von dem Venturi-Rohr breitet sich dadurch eine Unterdruckzone von Luv nach Lee aus, sodass die anströmende Luft von dem Düsenkörper angesaugt und auf die Rotorblätter gelenkt wird. Dieser aerodynamische Effekt wirkt sich an Windturbinen unterschiedlicher Bauart und Größe vorteilhaft aus.The invention relates to an alignable to the flow wind turbine with a horizontal axis of rotation for converting the kinetic energy contained in a wind flow into electrical energy with a concentric and coaxial with the axis of rotation of the rotor blades arranged, freely flowed nozzle body. The nozzle body is designed as an annular wing and thereby profiled so that the suction region of the annular wing profile encloses a Venturi tube and the rotor blades are assigned to the outer side of the annular wing profile with pressure areas. The Venturi effect inside the nozzle body accelerates the air flow while maintaining a twist away from the axis of rotation. The rotor blades in turn absorb energy from the air flow flowing around the ring wing from the outside, the flow slowing down and creating a suction zone on the leeward side of the rotor blades. When the wind turbine flows, the gradient between a negative pressure within the nozzle body and an overpressure on the outside of the nozzle body drives a circulation flow around the nozzle body. This circulation flow weakens the suction on the suction side of the rotor blades, so that a higher speed of the rotor blades and thus an improved efficiency of a wind turbine are made possible. On the nozzle body itself, this circulation flow causes a ring vortex, which in turn causes a vortex which builds up from the windward side and rotates about the axis of rotation. Starting from the Venturi tube, this creates a vacuum zone from windward to leeward, so that the incoming air is drawn in by the nozzle body and directed onto the rotor blades. This aerodynamic effect has an advantageous effect on wind turbines of different design and size.

Stand der TechnikState of the art

Unter den zahlreichen Möglichkeiten, Energie CO2-frei zu erzeugen, zeichnet sich die Windenergie durch eine besonders hohe Effektivität aus. Im Unterschied zur Sonnenenergie, deren Verfügbarkeit durch den Wechsel von Tag und Nacht eingeschränkt ist und beispielsweise bei der Konzentratortechnik auf eine strahlende Sonne angewiesen ist, was in Deutschland an etwa nur 1000–1500 Stunden im Jahr der Fall ist, zeichnet sich die Windenergie mit einer Betriebsdauer von ca. 8000 Stunden pro Jahr, wovon 2000 Stunden als Volllaststunden angegeben werden, durch eine wesentlich höhere Verfügbarkeit aus. Der Primärenergieumsatz beträgt gegenwärtig in Deutschland etwa 4000 TWh/a. Auf den Strom entfallen dabei 621 TWh/a, was etwa 15% des Gesamtenergieumsatzes ausmacht. Um die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern weiter zu reduzieren, besteht ein gesellschaftlicher Konsens darüber, den Anteil regenerativ erzeugten Stroms zu erhöhen. Heute sind in Deutschland ca. 23.000 Windenergieanlagen mit einem Jahresenergieertrag von ca. 30.000 Megawatt installiert. Damit erreicht die Windenergie einen Anteil von etwa 9% am Bruttostromverbrauch. Die Nutzung der Windenergie stößt dort an ihre Grenzen, wo vergleichsweise wenig Wind weht und wo durch die Nähe zu Siedlungen und Naturschutzgebieten eine weitere Nutzung des Landschaftsraums durch große Anlagen fragwürdig erscheint. Lärmemissionen und optische Beeinträchtigungen sind wesentliche Faktoren, die vielerorts den weiteren Ausbau der Windenergie verhindern. Die Stromerzeugung mit Windkraftanlagen basiert fast ausschließlich auf dreiflügelige Windkraftanlagen mit großem Rotordurchmesser. Durch das Betzsche Gesetz ist der maximale Wirkungsgrad dieser Anlagen auf etwa 59,3% beschränkt. Dies ist auch deshalb der Fall, weil ein großer Teil der auf ein Hindernis treffenden Windströmung um das Hindernis herum gelenkt wird und die Luftströmung großräumig verwirbeln, sodass herkömmliche Windkraftanlagen in einem großen Abstand zueinander angeordnet werden müssen. Eine wesentlich bessere Energieausbeute bezogen auf den zur Verfügung stehenden Rotordurchmesser liefern sog. Mantelturbinen. Hier hat man erkannt, dass der Luftstrom in einer Venturi-Düse gebündelt und mit höherer Geschwindigkeit bzw. Energie auf die Rotorblätter gelenkt werden kann. Um den Luftstrom am Rotorblatt selbst nicht abrupt abzubremsen, ist eine Anordnung von Leit- und Laufrad sinnvoll, wobei der Luftstrom am Leitrad einen Drall erhält, der es ermöglicht, die Rotorblätter steiler zur Anströmung auszurichten, sodass die Luft beim Durchströmen von Leit- und Laufrad nicht wesentlich abgebremst wird. Günstig wirkt sich auch ein hinter dem Laufrad angeordneter Diffusorraum aus, in dem die Luft allmählich zur umgebenden Strömungsgeschwindigkeit zurückkehrt. Im Zusammenhang mit einer ummantelten Turbine sind auch Techniken bekannt, bei denen ein zweiter Ring um den Ausgang der ersten Düse gelegt wird, um Luft von außen in den Diffusorraum zu lenken und den Druck im Abstrombereich der Windturbine weiter abzusenken. Mantelturbinen, deren Mantel sich in Richtung der Anströmung erweitert, oder Turbinen, bei denen zwei und mehr Ringe vorgesehen sind, um die anströmende Luft von der Rotationsachse wegzuleiten, dienen diesem Effekt. Wegen des großen Materialaufwands, den die Ummantelung einer Windturbine erfordert, ist diese Bauart jedoch auf Turbinen kleiner bzw. mittlerer Größe beschränkt. Zur Erklärung des Auftriebs an einer Tragfläche bietet die Wissenschaft drei unterschiedliche Modelle an. Das einfachste Modell erläutert den Auftrieb als eine sich einstellende Änderung des Drucks mit Unterdruck an einer gewölbten Flügeloberseite und Überdruck an einer flacheren Flügelunterseite. Der Auftrieb resultiert in diesem Fall aus der Druckdifferenz. Das zweite Modell beruht auf dem Prinzip von Actio und Reactio bei der Kollision bewegter und ruhender Luftteilchen. Mit diesem Wechselwirkungsgesetz oder auch Impulssatz kann durch eine multiple vektorielle Kraftzerlegung zwischen unendlich vielen Luftteilchen gezeigt werden, dass an der Oberseite der Tragfläche eine nach oben gerichtete Kraft resultiert. Diese beiden Modelle reichen jedoch nicht aus, um die an der gewölbten Oberseite einer Tragfläche beobachtete und nachweisbare, schnellere Strömung der Luft, die sich mit beginnender Anströmung auch in einem zur Flügelunterseite gerichteten Anfahrwirbel zeigt, zu erläutern. Erst die Annahme einer Zirkulationsströmung als drittes Modell, die an der flachen Flügelseite entgegen der Anströmung gerichtet ist, erklärt alle mit dem Auftrieb verbundenen aerokinetischen Effekte. Die Theorie der Zirkulationsströmung geht davon aus, dass ein Flügel laminar umströmt wird. Die Luft in unmittelbarer Nähe zum Flügel wird durch Reibung mit der Flügeloberfläche verzögert und reißt ab einer bestimmten Geschwindigkeit an der Flügelhinterkante ab. Weiter außen liegende Luftschichten werden durch Reibung weniger abgebremst, reißen an der Flügelhinterkante nicht ab und folgen einer Bewegung um die Flügelhinterkante herum. Für die Ausbildung der an einem angeströmten Flügelprofil sich einstellenden Druckverhältnisse ist deshalb eine Flügelprofilierung mit einer Flügelnase, einer Dickenrücklage und einer scharfen Flügelhinterkante von entscheidender Bedeutung.Among the numerous possibilities to generate energy without CO 2 , the wind energy is characterized by a particularly high efficiency. In contrast to solar energy, whose availability is limited by the change of day and night and, for example, in the concentrator technology relies on a bright sun, which is the case in Germany only about 1000-1500 hours a year, the wind energy is characterized by a Operating time of about 8000 hours per year, of which 2000 hours are given as full load hours, by a much higher availability. Primary energy sales currently amount to about 4000 TWh / a in Germany. The electricity accounts for 621 TWh / a, which accounts for about 15% of total energy consumption. To further reduce dependence on fossil fuels, there is a social consensus on increasing the share of renewable electricity. Today approx. 23,000 wind turbines with an annual energy yield of approx. 30,000 megawatts are installed in Germany. Wind energy thus accounts for around 9% of gross electricity consumption. The use of wind energy reaches its limits where comparatively little wind blows and where, due to the proximity to settlements and nature reserves, further use of the landscape space by large facilities seems questionable. Noise emissions and optical impairments are key factors that prevent the further expansion of wind energy in many places. Power generation with wind turbines is based almost exclusively on three-bladed wind turbines with a large rotor diameter. By Betz's law, the maximum efficiency of these systems is limited to about 59.3%. This is also the case because a large part of the wind flow impinging on an obstacle is directed around the obstacle and swirling the air flow over a large area, so that conventional wind turbines must be arranged at a large distance from one another. A much better energy yield relative to the available rotor diameter is provided by so-called shell turbines. Here it has been recognized that the air flow can be bundled in a Venturi nozzle and directed at higher speed or energy to the rotor blades. In order not to decelerate the air flow on the rotor blade itself abruptly, an arrangement of impeller and impeller makes sense, the air flow at the stator receives a twist, which makes it possible to align the rotor blades steeper to the flow, so that the air as it flows through the guide and impeller is not significantly slowed down. Favorably, a diffuser space arranged behind the impeller also acts in which the air gradually returns to the surrounding flow velocity. In the context of a jacketed turbine, techniques are also known in which a second ring is placed around the exit of the first nozzle for directing air from outside into the diffuser space and further lowering the pressure in the downstream area of the wind turbine. Shell turbines, whose shell widens in the direction of the flow, or turbines, in which two and more rings are provided to divert the incoming air from the axis of rotation, serve this purpose. However, due to the large amount of material required by the shell of a wind turbine, this design is limited to small and medium sized turbines. To explain buoyancy on a wing science offers three different models. The simplest model illustrates buoyancy as an adjusting change in pressure with vacuum on a domed wing top and overpressure on a flatter wing bottom. The buoyancy results in this case from the pressure difference. The second model is based on the principle of Actio and Reactio in the Collision of moving and stationary air particles. With this interaction law or set of impulses can be shown by a multiple vectorial force decomposition between infinitely many air particles that at the top of the wing an upward force results. However, these two models are not sufficient to explain the observed on the curved top of a wing and detectable, faster flow of air, which shows up with incipient flow in a directed to the wing bottom starting whirl. Only the assumption of a circulation flow as the third model, which is directed against the flow on the flat wing side, explains all the aerokinetic effects associated with the buoyancy. The theory of circulation flow assumes that a wing flows around laminar. The air in the immediate vicinity of the wing is delayed by friction with the wing surface and breaks off at a certain speed at the wing trailing edge. Further air layers are slowed down by friction less, do not tear at the trailing edge of the wing and follow a movement around the trailing edge of the wing. Therefore, a wing profiling with a wing nose, a thickness backing and a sharp trailing edge of the wing is of crucial importance for the formation of the pressure conditions which arise on a streamlined wing profile.

Mantelturbinencoat turbines

Aus der DE 883 428 ist eine Mantelturbine mit einem dreistufigen Venturi-Rohr mit Konfusor, Düsenverengung und Diffusor, das von einem aerodynamisch profilierten Düsenkörper ummantelt wird, bekannt. Ein Laufrad mit radial angeordneten Rotorblättern ist an der engsten Stelle des Düsenkörpers angeordnet. Anspruch 8 dieser Patentschrift offenbart den Gedanken, das Flügelrad als Läuferring eines Elektrogenerators auszubilden, wobei der Ständerring des Generators mit den Statorwicklungen innerhalb des Düsenkörpers auf der den Flügelspitzen gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Die Venturi-Düse erhöht zwar in diesem Fall die kinetische Energie der Anströmung, das Laufrad an der engsten Stelle entzieht jedoch der Anströmung Energie, sodass die Luft an der Hinterkante des Düsenkörpers eher zur Rotationsachse hin als von der Rotationsachse wegströmt. In der US 4075500 werden die Strömungsverhältnisse an einem sich in Richtung der Anströmung trichterartig erweiternden Mantel erläutert. Lufteinlassdüsen sorgen hier für die Zuleitung von Außenluft in den Diffusorraum der Turbine, um kinetische Energie im Abstrombereich des Rotors für eine Druckabsenkung zu mobilisieren. Die DE 40 34 383 zeigt eine Mantelturbine mit Leit- und Laufrad an der engsten Stelle eines Düsenkörpers und einen mit Abstand zum Düsenkörper angeordneten Konfusorring, der Luft von außen in den Abstrombereich des Laufrads leitet, um die Luftgeschwindigkeit in diesem Bereich zu erhöhen, d. h. den Druck lokal abzusenken. Aus der US 7218011 geht eine eine Mantelturbine mit einem Düsenkörper zur Aufnahme von Stator- und Rotorring eines Generators hervor. Die Rotorblätter kragen hier von der inneren Mantelfläche des Rotorrings ab, sodass eine Unterstützung im Bereich der Rotationsachse nicht mehr erforderlich ist. Aus der WO 2010/065647 geht eine Mantelturbine hervor, bei der ein Leitrad und ein Laufrad zusammenwirken, um der Luftströmung Energie zu entziehen und auf einen elektrischen Generator zu übertragen, dessen Läuferring mit den Rotorblattspitzen des Laufrads verbunden ist und dessen Ständerring in einen segmentierten Ring mit Flügelprofilierung integriert ist. Die einzelnen Segmente des Rings dienen hier dazu, die anströmende Luft in zwei Richtungen aufzuspalten und die in einem spitzen Winkel aufeinander treffenden Luftströme zu mischen. Ein zweiter, nachgeordneter Diffusorring mit Flügelprofilierung leitet die Luft von der Rotationsachse weg oder ist wiederum segmentiert ausgebildet, um als ein zweiter Mischerring zu wirken. Durch diese Anordnung soll im Abstrombereich der Mantelturbine ein Wirbel entstehen. Die Segmentierung des Ringflügels verhindert die Ausbildung einer Zirkulationsströmung um den Flügel herum. Aus der US 6053700 geht eine Windturbine hervor, bei der ein durchströmbarer Düsenkörper dazu ausgebildet ist, die durchströmende Luft zu beschleunigen und von der Rotationsachse weg nach außen zu lenken. Im Anschluss des Düsenkörpers ist ein Lüfterrad vorgesehen, dessen Rotorblätter parallel zur Rotationsachse angeordnet sind. Weitere Rotorblätter sind auf der Außenseite des Düsenkörpers angeordnet. Diese Anordnung besteht ausschließlich aus rotierenden Teilen. Zur Übertragung des Drehmoments der Windturbine zu einer Nutzanwendung ist eine zentrale Welle vorgesehen, die ihrerseits über eine Vielzahl von Speichen mit der Innenseite des Düsenkörpers verbunden ist. Diese Speichen innerhalb der Düse führen zu unerwünschten Verwirbelungen der Luft im Windkanal und schmälern zusammen mit der auf der Rotationsachse angeordneten Welle den gewünschten aerodynamischen Effekt erheblich. Die Profilierung des Düsenkörpers als Ringflügel geht aus dieser Druckschrift nicht hervor. Die EP 1365106 zeigt eine Windturbine mit schlaufenförmigen Rotorblättern, die jeweils mit einem vorderen und einem hinteren Ende an einer konzentrisch und koaxial zur Rotationsachse angeordneten Rotorwelle befestigt sind. Durch diese Rotorblattanordnung entsteht in dem von den Rotorblättern umkreisten Bereich ein Unterdruck, sodass Luft von außen angesaugt wird und diese Turbine einen aerodynamisch höheren Wirkungsgrad erreicht, als durch das Betzsche Gesetz vorgegeben. Die japanische Druckschrift 2002332953 zeigt eine Weiterentwicklung dieser Rotorblattanordnung zu einem Rotationskörper. Dieser Rotationskörper ist an einer zentralen Welle beidseitig gelagert und mit einem zur Anströmung ausgerichteten Generator verbunden. Die WO 2010/037254 zeigt unterschiedliche Formen von Rotationskörpern, die jeweils an ihrem vorderen und hinteren Ende an einer zentralen, mit dem Generator verbundenen Welle gelagert sind. Verbindungselemente, die jeweils am Leeseitigen Ende der Rotationskörper eine Verbindung zur Welle herstellen, sind aerodynamisch ungünstig.From the DE 883 428 is a shell turbine with a three-stage Venturi tube with confuser, nozzle constriction and diffuser, which is covered by an aerodynamically profiled nozzle body, known. An impeller with radially arranged rotor blades is arranged at the narrowest point of the nozzle body. Claim 8 of this patent discloses the idea to form the impeller as a rotor ring of an electric generator, wherein the stator ring of the generator is arranged with the stator windings within the nozzle body on the opposite side of the wing tips. Although the Venturi nozzle increases the kinetic energy of the flow in this case, but the impeller at the narrowest point withdraws energy from the flow, so that the air flows at the trailing edge of the nozzle body to the axis of rotation rather than from the axis of rotation. In the US 4,075,500 The flow conditions are explained on a funnel-like widening in the direction of the flow coat. Air inlet nozzles here provide for the supply of outside air into the diffuser space of the turbine to mobilize kinetic energy in the downstream region of the rotor for a pressure reduction. The DE 40 34 383 shows a shell turbine with idler and impeller at the narrowest point of a nozzle body and a spaced from the nozzle body Konfusorring which passes air from the outside into the Abstrombereich the impeller to increase the air velocity in this area, ie locally lower the pressure. From the US 7218011 a shell turbine with a nozzle body for receiving stator and rotor ring of a generator emerges. The rotor blades protrude from the inner surface of the rotor ring, so that support in the area of the axis of rotation is no longer necessary. From the WO 2010/065647 is a shell turbine in which a stator and an impeller cooperate to extract energy from the air flow and transfer to an electric generator whose rotor ring is connected to the rotor blade tips of the impeller and the stator ring is integrated into a segmented ring with wing profiling. The individual segments of the ring serve to split the incoming air in two directions and to mix the meeting at an acute angle air streams. A second, downstream diffuser ring with wing profiling directs the air away from the axis of rotation or is in turn segmented to act as a second mixer ring. This arrangement is intended to create a vortex in the discharge area of the shell turbine. The segmentation of the annular wing prevents the formation of a circulation flow around the wing. From the US 6053700 is a wind turbine, in which a flow-through nozzle body is adapted to accelerate the air flowing through and to steer away from the axis of rotation to the outside. Following the nozzle body, a fan wheel is provided, the rotor blades are arranged parallel to the axis of rotation. Further rotor blades are arranged on the outside of the nozzle body. This arrangement consists exclusively of rotating parts. To transmit the torque of the wind turbine to a Nutzanwendung a central shaft is provided, which in turn is connected via a plurality of spokes to the inside of the nozzle body. These spokes within the nozzle lead to undesirable turbulence of the air in the wind tunnel and reduce together with the arranged on the axis of rotation shaft the desired aerodynamic effect significantly. The profiling of the nozzle body as a ring wing is not clear from this document. The EP 1365106 shows a wind turbine with loop-shaped rotor blades, which are each attached with a front and a rear end to a concentric and coaxial with the axis of rotation rotor shaft. By means of this rotor blade arrangement, a negative pressure is created in the area surrounded by the rotor blades, so that air is drawn in from the outside and this turbine achieves an aerodynamically higher efficiency than specified by Betz's law. The Japanese publication 2002332953 shows a further development of this rotor blade assembly to a rotating body. This rotary body is mounted on both sides of a central shaft and connected to a generator oriented to the flow. The WO 2010/037254 shows different forms of bodies of revolution, which are each mounted at their front and rear ends to a central, connected to the generator shaft. Connecting elements that connect to the shaft at the leeward end of the rotary body are aerodynamically unfavorable.

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die sich an einem Düsenkörper mit einem Ringflügelprofil unter Anströmung einstellende Druckverteilung mit einem Staudruck an der Flügelnase, Unterdruck an der inneren Mantelfläche und Überdruck an der äußeren Mantelfläche zu nutzen, um einen sich an der Flügelhinterkante zu den Rotorblättern hin eindrehenden Ringwirbel zu erzeugen, der die auf der Außenseite des Düsenkörpers angeordneten Rotorblätter leeseitig beeinflusst. Dabei teilt sich die Anströmung an der Flügelnase in einen Luftstrom, der den Düsenkörper frei durchströmt und einen Luftstrom der den Düsenkörper von außen umströmt. Während dem äußeren Luftstrom seitens der Rotorblätter Energie entzogen wird und er sich dadurch verlangsamt, wird dem Luftstrom innerhalb des Düsenkörpers in einer dreistufigen Abfolge aus Konfusorstufe, Düsenverengung und Diffusorstufe ein Drall von der Rotationsachse weg aufgeprägt. Der Luftstrom wird dabei nicht nur beschleunigt, sondern spreizt sich zur Hinterkante des Düsenkörpers garbenartig auf. Die auf der Saugseite der Rotorblätter entstehende Sogzone verstärkt das Eindrehen der Zirkulationsströmung an der Flügelhinterkante des Düsenkörpers in einer zur Flügelnase gerichteten Rückströmung – der gewünschte Ringwirbel baut sich auf. Da sich der Ringwirbel als Zirkulationsströmung weiträumig um den Düsenkörper herum ausbildet, wird die Saugseite der Rotorblätter so beeinflusst, dass eine höhere Drehzahl ermöglicht wird. Die Zirkulationsströmung kehrt in einem Ringwirbel wieder zur Einströmöffnung des Düsenkörpers zurück, wobei als beschleunigendes Moment der Pirouetteneffekt ins Spiel kommt. Hier spielt die Masse der Luftteilchen eine Rolle, die in einer Ringströmung ins Zentrum gelenkt werden, wobei sich ihre kinetische Energie erhöht. Luvseitig wird die Anströmung weiträumig auf die Rotorblätter gelenkt und weicht diesen, wie bisher gegeben, nicht mehr aus. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad einer Windturbine weit über den von Betz gesetzten Grenzwert gesteigert werden.Based on the illustrated prior art, the present invention seeks to use on a nozzle body with a ring wing profile under flow adjusting pressure distribution with a back pressure on the wing nose, negative pressure on the inner surface and pressure on the outer surface to a To generate at the trailing edge of the blade toward the rotor blades ring vortices, which affects the leeward arranged on the outside of the nozzle body rotor blades. In this case, the flow at the wing nose divides into an air flow which flows freely through the nozzle body and an air flow which flows around the nozzle body from the outside. As energy is withdrawn from the outer air flow by the rotor blades and thereby slows down, the air flow within the nozzle body is imparted with a twist away from the axis of rotation in a three-stage sequence of confusion stage, nozzle constriction and diffuser stage. The air flow is not only accelerated, but spreads to the trailing edge of the nozzle body like a garge. The suction zone formed on the suction side of the rotor blades enhances the screwing in of the circulation flow at the blade trailing edge of the nozzle body in a return flow directed towards the wing nose - the desired ring vortex builds up. Since the ring vortex is formed as a circulation flow around the nozzle body, the suction side of the rotor blades is influenced so that a higher speed is possible. The circulation flow returns in a ring vortex back to the inlet opening of the nozzle body, with the pirouette effect comes into play as the accelerating moment. Here, the mass of air particles plays a role, which are directed in a ring flow into the center, which increases their kinetic energy. On the windward side, the flow is directed to the rotor blades over a wide area and, as previously given, does not deviate from this. In this way, the efficiency of a wind turbine can be increased far beyond the limit set by Betz.

Im Einzelnen werden durch die Erfindung folgende Aufgaben gelöst:

  • – Aerodynamische Nutzung eines Düsenkörpers mit Ringflügelprofil im Zentrum einer Windturbine
  • – Schaffung eines Unterdruckbereichs im Luv- und Leebereich einer Windturbine
  • – Erzeugung eines Ringwirbels an einem Düsenkörper mit Ringflügelprofil
  • – Steigerung des Wirkungsgrads über das von Betz postulierte Limit
  • – Generatorlauf bereits bei Windgeschwindigkeiten unter 4 m/s durch die Düsenwirkung am Ringflügelprofil
  • – Vergleichsweise kleinerer Rotordurchmesser bei einer vorgegebenen elektrischen Leistung
  • – Wegfall schwerer Konstruktionselemente, wie Welle und Getriebe
  • – Sicherer Betrieb, auch bei hohen Windgeschwindigkeiten
  • – Geräuscharmer Lauf bei gekammerten Ausführungsvarianten
  • – Nutzung der hohen Formstabilität eines Düsenkörpers mit zweiachsig gekrümmten Mantelflächen für die Aufnahme und Lagerung von Ständer- und Läuferring eines permanenterregten Synchrongenerators
  • – Leichtbautechniken mit ausgeschäumten Kunststoff-Schalenkörpern
  • – Höheres Drehmoment am Generator aufgrund eines radialen Hebelarms zwischen Rotationsachse und Rotorblattwurzel
  • – Weniger Luftwiderstand am Mast bzw. an der Aufhängekonstruktion der Windturbine durch die Verwendung von Flügelprofilen als Windfahne zur selbsttätigen Ausrichtung der Windturbine zum Wind.
  • – Herstellung einer direkten Verbindung zwischen den Rotorblättern, der Rotornabe und dem Läuferring eines permanenterregten Synchrongenerators
  • – Aerodynamische Formgebung aller Teile einer Windturbine mit geringstmöglichem Widerstandsbeiwert cw
In detail, the following objects are achieved by the invention:
  • - Aerodynamic use of a nozzle body with annular wing profile in the center of a wind turbine
  • - Creation of a vacuum area in the windward and leeward area of a wind turbine
  • - Generation of a ring vortex on a nozzle body with annular wing profile
  • - Increasing the efficiency beyond the limit postulated by Betz
  • - Generator running already at wind speeds below 4 m / s by the nozzle effect on the annular wing profile
  • - Comparatively smaller rotor diameter at a given electrical power
  • - Elimination of heavy construction elements, such as shaft and gearbox
  • - Safe operation, even at high wind speeds
  • - Quiet running in chambered variants
  • - Use of the high dimensional stability of a nozzle body with biaxially curved lateral surfaces for receiving and supporting the stator and rotor ring of a permanent-magnet synchronous generator
  • - Lightweight construction techniques with foam-filled plastic shell bodies
  • - Higher torque on the generator due to a radial lever arm between the axis of rotation and the rotor blade root
  • - Less air resistance on the mast or on the suspension structure of the wind turbine through the use of airfoils as a wind vane for automatic alignment of the wind turbine to the wind.
  • - Establishing a direct connection between the rotor blades, the rotor hub and the rotor ring of a permanent-magnet synchronous generator
  • - Aerodynamic shaping of all parts of a wind turbine with the lowest possible drag coefficient c w

Diese Aufgaben werden mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen einer Windturbine gelöst. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Das neuartige aerodynamische Wirkprinzip für eine Windturbine kann mit Vorteil an Windturbinen unterschiedlicher Bauart und Größe eingesetzt werden. Bisher unterscheidet man bei Windturbinen Luv- und Leeläufer. Im Rahmen der Erfindung wird diese Typologie erweitert.These objects are achieved with the features mentioned in claim 1 of a wind turbine. Further advantageous features of the invention will become apparent from the dependent claims. The novel aerodynamic action principle for a wind turbine can be used with advantage on wind turbines of different design and size. So far one distinguishes wind turbines Luv and Leeläufer. Within the scope of the invention this typology is extended.

– Luvläufer- Luv runner

Bei einem Luvläufer können die Rotorblätter in einer Rotorebene angeordnet sein, wobei über ein Drehgelenk an der Rotorblattwurzel eine Stall-Pitch-Regelung zur Begrenzung der Rotordrehzahl, wie bei herkömmlichen Windkraftanlagen, vorgesehen ist. Sind die Rotorblätter starr mit dem Rotorteil des Düsenkörpers verbunden und luvseitig geneigt und durch Konfusorringe untereinander verbunden, wird eine dynamische Konfusorstufe des Venturi-Rohrs gebildet. Ein erhöhter Staudruck am Düseneinlauf verstärkt den Ringwirbel, der sich um den Düsenkörper herum bildet. Die luvseitigen Konfusorringe haben die Aufgabe, die anströmende Luft in den luvseitigen Rotorkorb hinein zu leiten. Zusammen mit den Rotorblättern bilden sie eine steife und formstabile Gitterschale, die auch höchster Windbeanspruchung standhalten kann.In the case of a windward runner, the rotor blades can be arranged in a rotor plane, with a swivel joint on the rotor blade root providing a stall pitch control for limiting the rotor speed, as in conventional wind power plants. If the rotor blades are rigidly connected to the rotor part of the nozzle body and inclined to the windward side and interconnected by confusion rings, a dynamic confusion stage of the venturi pipe is formed. An increased back pressure at the nozzle inlet reinforces the ring vortex, which forms around the nozzle body. The windward confuser rings have the task of inflowing To guide air into the windward rotor cage. Together with the rotor blades, they form a rigid and dimensionally stable grid shell that can withstand even the highest wind stress.

– Leeläufer- leopard

Analog zu einem Luvläufer ist ein erfindungsgemäßer Leeläufer aufgebaut. Auch hier kann z. B. eine dreiflügelige Anlage über eine Stall-Pitch-Regelung verfügen. Sind die Rotorblätter zur Leeseite geneigt und durch Konfusorringe untereinander verbunden, wird ein leeseitiger Rotorkorb gebildet, in dem der Düsenstrahl mit einem Drall von der Rotationsachse weg auf eine durch die Konfusorringe und die Rotorblätter nach innen geleitete Luftströmung trifft, sodass sich innerhalb des Rotorkorbs ein um die Rotationsachse herum drehender Wirbel bildet. Dieser Wirbel verursacht auf der Leeseite einen großen Unterdruck, sodass die Luft großräumig auf die Windturbine gelenkt und von der Düsenöffnung regelrecht angesaugt wird.Analogous to a windward runner, an inventive runner is constructed. Again, z. B. have a three-wing system on a stall pitch control. If the rotor blades are inclined to the leeward side and interconnected by Konfusorringe, a leeward rotor basket is formed in which the jet with a twist from the axis of rotation away on a guided through the Konfusorringe and the rotor blades inward air flow, so that within the rotor cage to a the rotation axis around rotating vortex forms. This vortex causes a large negative pressure on the leeward side, so that the air is directed over a large area onto the wind turbine and sucked in by the nozzle opening.

– Düsenläufer- Jet rotor

Bei einem Düsenläufer ist ein äußerer Konfusorring vorgesehen, der das gleiche Ringflügelprofil aufweisen kann, wie der innere Düsenkörper. Beide Ringflügelprofile sind durch die Leitschaufeln eines Leitrads starr untereinander verbunden. Unmittelbar hinter diesem Leitrad befindet sich ein Laufrad mit entgegengesetzter Profilierung der Rotorblätter. Am Leitrad erhält die Anströmung einen Drall, der bei der Energieaufnahme am Laufrad wieder abgebaut wird, sodass der Luftströmung Energie entnommen werden kann ohne sie dadurch wesentlich abzubremsen. Der Staudruck an den Flügelnasen der beiden Ringflügelprofile und die Sogzone hinter den Rotorblättern treiben zwei um die Ringflügelprofile drehende Zirkulationsströmungen an. Aus der Wechselwirkung dieser beiden Ringwirbel resultiert ein um die Rotationsachse drehender Wirbel.In a nozzle rotor, an outer Confusor ring is provided, which may have the same annular wing profile, as the inner nozzle body. Both annular wing profiles are rigidly interconnected by the vanes of a stator. Immediately behind this stator is an impeller with opposite profiling of the rotor blades. At the stator, the flow receives a swirl, which is reduced again in the energy intake on the impeller, so that the air flow energy can be removed without significantly slowing them. The back pressure on the wing noses of the two annular wing profiles and the suction zone behind the rotor blades drive two circulating flows rotating about the annular wing profiles. The interaction of these two ring vortices results in a vortex rotating about the axis of rotation.

– Außenläufer- external rotor

Bei einem Außenläufer ist das dreistufige Venturi-Rohr des Düsenkörpers starr ausgebildet. Ein sich im Wesentlichen von der Flügelnase bis zur Flügelhinterkante erstreckender Rotorteil auf der Außenseite eines Ringflügelprofils ist luv- und leeseitig mit schlaufenförmigen Rotorblättern verbunden. Bei Anströmung der Windturbine setzt das Druckgefälle zwischen dem im Inneren des Venturi-Rohrs vorherrschenden Unterdruck und einem Überdruck im Bereich des von den Rotorblättern umfangenen Luftraums eine Zirkulationsströmung in Gang, die einen sich von der Flügelhinterkante des Düsenkörpers in Richtung der Flügelnase eindrehenden Ringwirbel erzeugt. Die Erfindung ist immer dann verwirklicht, wenn das Druckgefälle zwischen einer energiereichen, ein Ringflügelprofil von innen frei durchströmenden Luftströmung und einer durch die Energieentnahme seitens der Rotorblätter energiearmen, das Ringflügelprofil von außen umströmenden Luftströmung eine Zirkulationsströmung um das Ringflügelprofil herum bewirkt.In an external rotor, the three-stage Venturi tube of the nozzle body is rigid. A substantially extending from the wing nose to the wing trailing edge rotor part on the outside of a wing profile is luv- and leeseitig connected with loop-shaped rotor blades. When the wind turbine is approaching, the pressure gradient between the negative pressure prevailing in the interior of the Venturi tube and an overpressure in the area of the air space enclosed by the rotor blades initiates a circulation flow which generates a ring vortex which screws in from the wing trailing edge of the nozzle body in the direction of the wing nose. The invention is always realized when the pressure gradient between a high-energy, an annular wing profile from the inside freely flowing air flow and by the energy extraction on the part of the rotor blades low energy, the annular wing profile from the outside flowing air flow causes a circulation flow around the annular wing profile around.

– Elektrik- Electrics

Bei drehzahlvariablen Windkraftanlagen mit Synchrongenerator schwankt der vom Generator erzeugte Wechselstrom in Frequenz und Betrag ständig. Deshalb ist eine Umwandlung durch einen Gleichrichter in Gleichstrom erforderlich. Für die Einspeisung ins Netz wiederum wird ein Wechselrichter benötigt. Bei kleineren Windturbinen kann der Generator als bürstenloser, permanenterregter Synchrongenerator ausgebildet werden, dessen z. B. dreiphasige Wechselspannung über eine integrierte Diodenbrücke gleichgerichtet wird. Bei einem derartigen Generator trägt der Läuferring Neodymium-Magnete. Bei größeren Windkraftanlagen rotiert der Läuferring in einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung, wie in den 16–18 gezeigt, innerhalb des Ständerrings. Grundsätzlich kann der Läuferring aber auch um den Ständerring herum angeordnet werden, wobei zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten eine sog. Blechung erforderlich wird. Bei einer Transversalflussmaschine (TFM) als Generator kann jedoch ein äußerer Läuferring, wie in 21 gezeigt, besonders vorteilhaft sein, da eine ringförmige Rotornabe einerseits den Läuferring aufnehmen und andererseits unmittelbar mit den Rotorköpfen der Rotorblätter verbunden werden kann. Im Rahmen der Erfindung sind unterschiedliche Varianten für die Anordnung von Läufer- und Ständerring des Generators möglich, wobei der Luftspalt des Generators parallel oder quer zur Rotationsachse angeordnet werden kann. Das Leistungsspektrum erfindungsgemäßer Windkraftanlagen reicht von einigen hundert Watt bis zu mehreren Megawatt.In variable-speed wind turbines with synchronous generator, the alternating current generated by the generator varies in frequency and magnitude constantly. Therefore, a conversion from a rectifier to DC is required. In turn, an inverter is required for feeding into the grid. For smaller wind turbines, the generator can be designed as a brushless, permanent-magnet synchronous generator whose z. B. rectified three-phase AC voltage via an integrated diode bridge. In such a generator, the rotor ring carries neodymium magnets. In larger wind turbines rotates the rotor ring in a preferred embodiment of the invention, as in the 16 - 18 shown within the stator ring. In principle, however, the rotor ring can also be arranged around the stator ring, so-called lamination being required to avoid eddy current losses. However, in a transversal flux machine (TFM) as a generator, an outer rotor ring as in FIG 21 shown to be particularly advantageous because an annular rotor hub on the one hand record the rotor ring and on the other hand can be connected directly to the rotor heads of the rotor blades. In the context of the invention, different variants for the arrangement of rotor and stator ring of the generator are possible, wherein the air gap of the generator can be arranged parallel or transverse to the axis of rotation. The power spectrum of wind turbines according to the invention ranges from a few hundred watts to several megawatts.

– Konstruktion- Construction

Die zweiachsig gekrümmte Mantelfläche eines Düsenkörpers wirkt sich vorteilhaft auf die Stabilität des Generatorgehäuses bzw. der Maschinengondel bei größeren Windkraftanlagen aus. Bei kleineren Windkraftanlagen kann der Düsenkörper aus faserverstärktem Kunststoff mit einem ausgeschäumten Kern hergestellt werden, wobei das Drehlager zwischen Stator- und Rotorteil z. B. aus nichtrostendem Stahl mit dauergeschmierten Rillenkugellagern besteht. Eine derartige Verbundkonstruktion aus Kunststoff und Stahl ist leicht und weitgehend wartungsfrei. Bei einer größeren Windkraftanlage ist die Maschinengondel als Hohlkörper ausgebildet und besitzt aussteifende Rippen bzw. Längs- und Querschotten zur Übertragung der Kräfte auf das Azimutlager des Masts. Öffenbare Klappen in der Mantelfläche des Düsenkörpers ermöglichen in diesem Fall die Zugänglichkeit aller Maschinenteile.The biaxially curved lateral surface of a nozzle body has an advantageous effect on the stability of the generator housing or the nacelle in larger wind turbines. For smaller wind turbines, the nozzle body made of fiber-reinforced plastic with a foam core be prepared, wherein the pivot bearing between the stator and rotor part z. B. made of stainless steel with permanently lubricated deep groove ball bearings. Such a composite construction of plastic and steel is light and largely maintenance-free. In a larger wind turbine, the machine nacelle is designed as a hollow body and has stiffening ribs or longitudinal and transverse bulkheads for transmitting the forces to the azimuth bearing of the mast. Openable flaps in the lateral surface of the nozzle body in this case allow the accessibility of all machine parts.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Figurenbeschreibung hervor.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the description of the figures.

Es zeigen:Show it:

1 eine Windturbine als Außenläufer in der perspektivischen Übersicht 1 a wind turbine as external rotor in the perspective overview

2 eine Windturbine als Außenläufer im schematischen Schnitt entlang der Rotationsachse 2 a wind turbine as external rotor in a schematic section along the axis of rotation

3 eine Windturbine als Außenläufer mit Darstellung der Druckverteilung an einem angeströmten, konkav-konvexen Ringflügelprofil im schematischen Schnitt entlang der Rotationsachse 3 a wind turbine as external rotor with representation of the pressure distribution on a flowed, concave-convex annular wing profile in a schematic section along the axis of rotation

4 eine Windturbine als Düsenläufer in der luvseitigen perspektivischen Übersicht 4 a wind turbine as a nozzle rotor in the windward perspective overview

5 die Windturbine nach 4 in der leeseitigen perspektivischen Übersicht 5 the wind turbine behind 4 in the leeward perspective view

6 die Windturbine nach 4 und 5 im perspektivischen Detailschnitt 6 the wind turbine behind 4 and 5 in perspective detail section

7 eine Windturbine als Leeläufer in der perspektivischen Übersicht 7 a wind turbine as Leeläufer in the perspective overview

8 die Windturbine nach 7 im perspektivischen Detailschnitt 8th the wind turbine behind 7 in perspective detail section

9 die Windturbine nach 7 und 8 im Detailschnitt entlang der Rotationsachse 9 the wind turbine behind 7 and 8th in detail section along the axis of rotation

10 eine Windturbine als Leeläufer in der luvseitigen perspektivischen Übersicht 10 a wind turbine as Leeläufer in the windward perspective overview

11 die Windturbine nach 10 in einer perspektivischen Seitenansicht 11 the wind turbine behind 10 in a perspective side view

12 die Windturbine nach 10 und 11 im perspektivischen Detailschnitt 12 the wind turbine behind 10 and 11 in perspective detail section

13 eine Windturbine als Luvläufer in der luvseitigen perspektivischen Übersicht 13 a wind turbine as Luvläufer in the windward perspective overview

14 die Windturbine nach 13 in der leeseitigen perspektivischen Übersicht 14 the wind turbine behind 13 in the leeward perspective view

15 die Windturbine nach 13 und 14 im perspektivischen Detailschnitt 15 the wind turbine behind 13 and 14 in perspective detail section

16 eine Windturbine als Luvläufer in der luvseitigen perspektivischen Übersicht 16 a wind turbine as Luvläufer in the windward perspective overview

17 die Windturbine nach 16 im perspektivischen Detailschnitt 17 the wind turbine behind 16 in perspective detail section

18 die Windturbine nach 16 und 17 im schematischen Detailschnitt entlang der Rotationsachse 18 the wind turbine behind 16 and 17 in a schematic detail section along the axis of rotation

19 ein Detail der Windturbine nach 18 im schematischen Querschnitt 19 a detail of the wind turbine behind 18 in schematic cross section

20 eine Windturbine als Luvläufer in der luvseitigen perspektivischen Übersicht 20 a wind turbine as Luvläufer in the windward perspective overview

21 die Windturbine nach 20 im schematischen Detailschnitt entlang der Rotationsachse 21 the wind turbine behind 20 in a schematic detail section along the axis of rotation

1 zeigt eine Windturbine 1 als Außenläufer 15 mit einem Düsenkörper 2, der von einem bikonvexen Ringflügelprofil 20 gebildet wird. Der Düsenkörper 2 besteht aus einem Statorteil 22 und einem Rotorteil 23, wobei die einer horizontalen Rotationsachse x zugeordneten Rotorblätter 30 als Rotorschlaufen 302 ausgebildet sind und jeweils luv- und leeseitig fest mit dem Rotorteil 23 verbunden sind. Die fünf Rotorschlaufen 302 sind bzgl. der Rotationsachse x schräg angeordnet und besitzen ein Rotorblattprofil 31 mit einer Profilsehne 312, deren Anstellwinkel von der Rotorblattwurzel 310 bis zum Scheitel der Rotorschlaufen 302 kontinuierlich wechselt und am Scheitelpunkt der Rotorschlaufen 302 tangential zum Rotorkreis verläuft. Der Statorteil 22 ist über einen Bügel 17 und ein Azimutlager 11 drehbar an einen Mast 16 angelenkt, wobei eine Windfahne 102 die selbsttätige Ausrichtung zur Anströmung f bewirkt. 1 shows a wind turbine 1 as an external rotor 15 with a nozzle body 2 , of a biconvex wing profile 20 is formed. The nozzle body 2 consists of a stator part 22 and a rotor part 23 wherein the rotor blades associated with a horizontal axis of rotation x 30 as rotor loops 302 are formed and each luv- and leeseitig firmly with the rotor part 23 are connected. The five rotor loops 302 are arranged obliquely with respect to the axis of rotation x and have a rotor blade profile 31 with a chord 312 whose angle of attack from the rotor blade root 310 to the apex of the rotor loops 302 continuously changes and at the apex of the rotor loops 302 tangent to the rotor circuit. The stator part 22 is over a hanger 17 and an azimuth warehouse 11 rotatable to a mast 16 hinged, with a wind vane 102 the automatic alignment to the flow f causes.

2 zeigt eine Windturbine 1 als Außenläufer 15, die in der Bauart dem in 1 gezeigten Beispiel entspricht in einem schematischen Schnitt entlang der Rotationsachse x. Der Düsenkörper 2 besteht aus einem Ringflügelprofil 20 mit einer Flügelnase 200, einer Dickenrücklage 201 und einer Flügelhinterkante 202 und umschließt ein dreistufiges Venturi-Rohr 21 mit Konfusorstufe 210, Düsenverengung 211 und Diffusorstufe 212. Zur Aufnahme eines permanenterregten Synchrongenerators 3 mit Ständerring 32 und Läuferring 33 ist der Düsenkörper 2 im Wesentlichen zweiteilig ausgebildet und besitzt einen Statorteil 22 und einen Rotorteil 23. Während der Rotorteil 23 die Rotornabe 230 bildet, beinhaltet der Statorteil 22 ein Achsrohr 220. Der Statorteil 22 und der Rotorteil 23 sind durch Drehlager 24 untereinander verbunden, wobei im Bereich des Generators 3 ein horizontaler Luftspalt 34 zwischen einem mit Induktionsspulen 320 bestückten Ständerring 32 und einem mit Dauermagneten 330 bestückten Läuferring 33 vorgesehen ist. Der Düsenkörper 2 ist im Bereich der Flügelnase 200 und der Flügelhinterkante 202 mit einem Tragbügel 17 verbunden, welcher über ein Azimutlager 11 drehbar an einem Mast 16 gelagert ist. Die aerodynamische Wirkung des Düsenkörpers 2 und der Rotorblätter 30 in der Wechselwirkung mit der Anströmung f ist in 3 exemplarisch auch für alle weiteren Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Windturbine 1 dargestellt. 2 shows a wind turbine 1 as an external rotor 15 , which in the construction the in 1 shown example corresponds in a schematic section along the axis of rotation x. The nozzle body 2 consists of a ring wing profile 20 with a wing nose 200 , a thickness reserve 201 and a wing trailing edge 202 and encloses a three-stage Venturi tube 21 with confuser step 210 , Nozzle constriction 211 and diffuser stage 212 , For receiving a permanent-magnet synchronous generator 3 with stand ring 32 and runner's ring 33 is the nozzle body 2 essentially formed in two parts and has a stator 22 and a rotor part 23 , While the rotor part 23 the rotor hub 230 forms, includes the stator 22 an axle tube 220 , The stator part 22 and the rotor part 23 are through pivot bearings 24 interconnected, wherein in the region of the generator 3 a horizontal air gap 34 between one with induction coils 320 equipped stand ring 32 and one with permanent magnets 330 fitted rotor ring 33 is provided. The nozzle body 2 is in the area of the wing nose 200 and the wing trailing edge 202 with a mounting bracket 17 connected, which via an azimuth bearing 11 rotatable on a mast 16 is stored. The aerodynamic effect of the nozzle body 2 and the rotor blades 30 in the interaction with the flow f is in 3 by way of example also for all other variants of a wind turbine according to the invention 1 shown.

3 zeigt den schematischen Schnitt durch eine Windturbine 1, die als Außenläufer 15 in der Bauart den in den 1 und 2 beschriebenen Beispielen entspricht. Das Ringflügelprofil 20 des Düsenkörpers 2 hat hier einen konkav-konvexen Zuschnitt und die schlaufenförmigen Rotorblätter 302 sind hufeisenförmig ausgebildet. Der Schnitt zeigt exemplarisch, auch für alle weiteren, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, die sich unter Anströmung f einstellenden Druckbereiche (+) und Sogbereiche (–) an einem Ringflügelprofil 20 und an den Rotorblättern 30 selbst. An der Flügelnase 200 des Ringflügelprofils 20 teilt sich die Anströmung f in einen das Venturi-Rohr 21 mit Konfusorstufe 210, Düsenverengung 211 und Diffusorstufe 212 ungebremst und frei durchquerenden Luftstrahl und eine den Düsenkörper 2 von außen umströmende Luftströmung, deren Energie teilweise von den Rotorschlaufen 302 aufgenommen wird, wobei sich an den Rotorschlaufen 302 jeweils luvseitige Druckbereiche (+) und leeseitige Sogbereiche (–) ausbilden. Während sich eine Unterdruckzone (–) ausgehend von dem Venturi-Rohr 21 um die Rotationsachse x von Luv nach Lee ausbreitet, entsteht an der äußeren Mantelfläche des Düsenkörpers 2 auch durch die Energieentnahme seitens der Rotorblätter 30 eine Überdruckzone (+). Diese für alle weiteren Ausführungsbeispiele der Erfindung charakteristische Druckverteilung bewirkt an einem Ringflügelprofil 20 einen Ringwirbel V, der mit der Anströmung f interagiert. Die dabei entstehenden aerokinetische Kräfte mindern den Sog (–) an der Saugseite der Rotorblätter 30 ab und ermöglichen dadurch eine höhere Rotordrehzahl. In einer Rückströmung f' rollt sich der Ringwirbel V an der Flügelhinterkante 202 des Ringflügelprofils 20 zur Luvseite ein. Es kommt zu einer Überlagerung der Anströmung f mit der Rückströmung f'. Die Anströmung f selbst wird durch den sich um die Rotationsachse x herum ausbreitenden Unterdruckbereich (–) gezielt auf die Windturbine 1 gelenkt. Das hier dargestellte neuartige aerodynamische Konzept ermöglicht auch bei den nachfolgend dargestellten Luvläufern 12, Düsenläufern 13 und Leeläufern 14 einen höheren Energieertrag bei gegebenem Rotordurchmesser im Vergleich zu herkömmlichen Turbinen. 3 shows the schematic section through a wind turbine 1 as outrunners 15 in the design in the 1 and 2 corresponds to the examples described. The ring wing profile 20 of the nozzle body 2 here has a concave-convex cut and the loop-shaped rotor blades 302 are horseshoe-shaped. The section shows by way of example, also for all other, illustrated in the figures embodiments of the invention, which under flow f adjusting pressure ranges (+) and suction regions (-) on a ring wing profile 20 and on the rotor blades 30 itself. At the wing nose 200 of the annular wing profile 20 the flow f divides into a Venturi tube 21 with confuser step 210 , Nozzle constriction 211 and diffuser stage 212 unbraked and freely traversing air jet and a nozzle body 2 Airflow flowing around from the outside, the energy of which is partly due to the rotor loops 302 is taken, taking on the rotor loops 302 form respective windward pressure areas (+) and leeward suction areas (-). While there is a vacuum zone (-) from the venturi tube 21 spreads around the axis of rotation x from windward to leeward, arises on the outer surface of the nozzle body 2 also by the energy extraction on the part of the rotor blades 30 an overpressure zone (+). This characteristic of all other embodiments of the invention pressure distribution causes an annular wing profile 20 a ring vortex V, which interacts with the flow f. The resulting aerokinetic forces reduce the suction (-) on the suction side of the rotor blades 30 and thereby enable a higher rotor speed. In a return flow f ', the ring vortex V rolls on the trailing edge of the wing 202 of the annular wing profile 20 to the windward side. It comes to a superposition of the flow f with the return flow f '. The flow f itself is targeted to the wind turbine by the negative pressure area (-) extending around the rotation axis x 1 directed. The novel aerodynamic concept presented here also makes it possible for the below-described windward runners 12 , Jet rotors 13 and Leeläufern 14 a higher energy yield at a given rotor diameter compared to conventional turbines.

4 zeigt eine Windturbine 1 bestehend aus einem frei durchströmten Düsenkörper 2 und einem konzentrisch um den Düsenkörper 2 angeordneten Konfusorring 101 mit einem Ringflügelprofil. Ein Leitrad 100 dient als starre Verbindung zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Konfusorring 101. Der luvseitige Teil des Konfusorrings 101 einschließlich des Leitrads und der Flügelnase 200 des Düsenkörpers 2 kann z. B. aus einem Alu-Druckgussteil bestehen, während die leeseitigen Teile des Konfusorrings 101 und des Düsenkörpers 2 als pneumatisch gestützte Konstruktion in der Art eines Reifens über Ringwülste mit dem tragenden Teil der beiden Ringflügelprofile verbunden sind. Bei einem Durchmesser des Konfusorrings von etwa 2 m beträgt die elektrische Leistung 2000-3500 kWh/Jahr. An der engsten Stelle zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Ringflügelprofilen des Düsenkörpers 2 und des Konfusorrings 101 ist das Laufrad 300 der Windturbine 1 angeordnet. Während das innere Venturi-Rohr 21 frei durchlüftet ist, wird der Luftstrom zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Konfusorring 101 durch die Anordnung von Leitrad 100 und Laufrad 300 abgebremst, wobei aerokinetische Energie auf das Laufrad übertragen wird. Die im Uhrzeigersinn R drehende Windturbine läuft als Düsenläufer 13 bereits bei wenig Wind gut an und ist über eine Windfahne 102 in einem Azimutlager 11 drehbar an einen Mast 16 angelenkt. 4 shows a wind turbine 1 consisting of a freely flowed nozzle body 2 and concentric around the nozzle body 2 arranged confuser ring 101 with a ring wing profile. A stator 100 serves as a rigid connection between the nozzle body 2 and the confuser ring 101 , The windward part of the confusion ring 101 including the stator and the wing nose 200 of the nozzle body 2 can z. B. consist of an aluminum die-cast part, while the leeward parts of the confusion ring 101 and the nozzle body 2 are connected as a pneumatic support structure in the manner of a tire via annular beads with the supporting part of the two annular wing profiles. With a confusion ring diameter of about 2 m, the electric power is 2000-3500 kWh / year. At the narrowest point between the two concentrically arranged annular wing profiles of the nozzle body 2 and the confusing ring 101 is the wheel 300 the wind turbine 1 arranged. While the inner venturi tube 21 is freely ventilated, the air flow between the nozzle body 2 and the confuser ring 101 through the arrangement of the stator 100 and impeller 300 braked, whereby aerokinetic energy is transferred to the impeller. The clockwise R rotating wind turbine runs as a nozzle rotor 13 Good at low wind and is over a wind vane 102 in an azimuth warehouse 11 rotatable to a mast 16 hinged.

5 zeigt die Windturbine 1 nach 4 von der Leeseite. Das Laufrad 300 bildet den Rotorteil 23 des Düsenkörpers 2 und ist an der engsten Stelle zwischen dem frei durchlüfteten Düsenkörper 2 und dem umgebenden Konfusorring 101 mit Ringflügelprofilierung angeordnet. Für die Ausbildung der in 3 erläuterten Zirkulationsströmung um den Düsenkörper 2 und den Konfusorring 101 sind die Flügelhinterkanten des Düsenkörpers 2 und des Konfusorrings 101 von entscheidender Bedeutung. Während die laminare Strömung hier abreißt, rollen sich energiereiche Luftströme, die einerseits den Konfusorring 101 von außen umströmen und andererseits den Düsenkörper 2 in einem Venturi-Rohr 21 von innen durchströmen, jeweils zu den Rotorblättern 30 ein, sodass der Sog auf der Saugseite der Rotorblätter abgebaut und dadurch die Drehzahl des Laufrads 300 erhöht wird. Beim Aufeinandertreffen der die Windturbine 1 von außen und von innen umströmenden Luftströme bildet sich eine um die Achse x drehende Wirbelströmung aus. Die Tragkonstruktion der Windturbine 1 besteht aus einem kreisrunden Stahlmast 16, der von einem symmetrischen Flügelprofil als Windfahne 102 umgeben ist, wobei zwischen dem Stahlmast 16 und der Windfahne 102 ein Azimutlager 11 in Form voneinander beabstandeter Drehlager vorgesehen ist. Durch die aerodynamische Ausbildung aller Teile der Windturbine 1 wird die Anströmung f so wenig wie möglich abgebremst. 5 shows the wind turbine 1 to 4 from the lee side. The impeller 300 forms the rotor part 23 of the nozzle body 2 and is at the narrowest point between the freely ventilated nozzle body 2 and the surrounding confuser ring 101 arranged with annular wing profiling. For the training of in 3 explained circulation flow around the nozzle body 2 and the confuser ring 101 are the wing trailing edges of the nozzle body 2 and the confusing ring 101 crucial. While the laminar flow breaks off here, high-energy air currents roll, on the one hand, the Confusorring 101 flow around the outside and on the other hand, the nozzle body 2 in a venturi tube 21 flow from the inside, each to the rotor blades 30 a, so that the suction on the suction side of the rotor blades degraded and thereby the speed of the impeller 300 is increased. At the meeting of the wind turbine 1 From the outside and from the inside flowing around air flows around the axis x rotating vortex flow. The supporting structure of the wind turbine 1 consists of a circular steel mast 16 , of a symmetrical wing profile as a wind vane 102 is surrounded, being between the steel mast 16 and the wind vane 102 an azimuth warehouse 11 is provided in the form of spaced-apart pivot bearing. Due to the aerodynamic design of all parts of the wind turbine 1 the flow f is slowed down as little as possible.

6 zeigt die Windturbine nach den 4 und 5 in der Schnittperspektive. Der Düsenkörper 2 und der Konfusorring 101 weisen jeweils ein Ringflügelprofil 20 mit symmetrischem Zuschnitt auf. Der Ständerring 32 und der Läuferring 33 eines permanenterregten Generators 3 werden von dem Düsenkörper 2 aufgenommen, wobei der Ständerring 32 dem Statorteil 22 zugeordnet ist und der Läuferring 33 den Rotorteil 23 des Düsenkörpers 2 bildet. Durch die Schaufeln des Leitrads 100 erhält die Anströmung f einen Drall, welcher durch eine komplementäre Profilierung der Rotorblätter 30 des Laufrads 300 abgebaut wird, sodass der gebremste Luftstrom stromab des Laufrads 300 wieder parallel zur Rotationsachse x verläuft. Um beide Ringflügelprofile bildet sich eine Zirkulationsströmung aus, deren Interaktion einen um die Rotationsachse x drehenden Wirbel verursacht. 6 shows the wind turbine after the 4 and 5 in the cut-away perspective. The nozzle body 2 and the confuser ring 101 each have a ring wing profile 20 with symmetrical cut to. The stator ring 32 and the runner's ring 33 a permanent-magnet generator 3 be from the nozzle body 2 taken, with the stator ring 32 the stator part 22 is assigned and the rotor ring 33 the rotor part 23 of the nozzle body 2 forms. Through the blades of the stator 100 receives the flow f a twist, which by a complementary profiling of the rotor blades 30 of the impeller 300 is degraded, so that the braked air flow downstream of the impeller 300 again parallel to the axis of rotation x runs. A circular flow forms around both annular wing profiles, the interaction of which causes a vortex rotating about the axis of rotation x.

7 zeigt eine Windturbine als Leeläufer 14. An den Düsenkörper 2 mit einem Ringflügelprofil 20, einem Statorteil 22 und einem Rotorteil 23 ist ein Rotorkorb 301 angeschlossen. Eine Mehrzahl von Rotorblättern 30 ist durch Verbindungsringe 303 zu einer Gitterschale verbunden. Die Verbindungsringe 303 wirken als Konfusorringe 101 und leiten Luft von außen in den Rotorkorb ein. Auf diese Weise erhält der äußere Luftstrom einen Drall zur Rotationsachse x hin, während der frei durch das Venturi-Rohr 21 strömende Luftstrom einen Drall von der Rotationsachse x weg erhält. Innerhalb des Rotorkorbs 301 treffen beide Luftströme in einem spitzen Winkel aufeinander und verursachen einen um die Rotationsachse x sich entwickelnden Wirbel. Die Windturbine 1 dreht im Uhrzeigersinn R, wobei die Rotorblätter 30 aufgrund ihrer Flügelprofilierung innerhalb des Rotorkorbs 301 einen Unterdruck bewirken. Der Statorteil 22 des Düsenkörpers 2 ist fest mit einer Windfahne 102 verbunden, die ihrerseits über ein Azimutlager 11 an einen eingespannten Mast 16 angelenkt ist. Unter Anströmung f dreht sich die Windturbine 1 um die Achse y mit der Flügelnase des Ringflügelprofils 20 in den Wind. Der Rotorkorb 301 kann bei einer kleinen Windturbine 1 in einem Stück als Kunststoff-Spritzgussteil hergestellt werden 7 shows a wind turbine as Leeläufer 14 , To the nozzle body 2 with a ring wing profile 20 , a stator part 22 and a rotor part 23 is a rotor basket 301 connected. A plurality of rotor blades 30 is through connecting rings 303 connected to a grid shell. The connecting rings 303 act as confuser rings 101 and introduce air from outside into the rotor cage. In this way, the outer air flow is given a twist towards the axis of rotation x, while freely through the Venturi tube 21 flowing air stream receives a twist away from the axis of rotation x. Inside the rotor basket 301 Both air streams meet at an acute angle to one another and cause a vortex developing around the axis of rotation x. The wind turbine 1 turns clockwise R, with the rotor blades 30 due to their wing profiling within the rotor cage 301 cause a negative pressure. The stator part 22 of the nozzle body 2 is fixed with a wind vane 102 connected, in turn, via an azimuth bearing 11 to a clamped mast 16 is articulated. Under flow f, the wind turbine turns 1 about the axis y with the wing nose of the annular wing profile 20 in the wind. The rotor basket 301 can at a small wind turbine 1 be made in one piece as a plastic injection molded part

8 zeigt die Windturbine 1 nach 8 im perspektivischen Detailschnitt. Der Düsenkörper 2 weist ein konkav-konvexes Ringflügelprofil 20 auf und nimmt in seinem Statorteil 22 den Ständerring 32 eines permanenterregten Synchrongenerators 3 auf, wobei der Läuferring 33 des Generators dem Rotorteil 23 des Düsenkörpers 2 zugeordnet ist. Eine Vielzahl von Rotorblättern 30 ist jeweils an der Blattwurzel 310 starr mit dem Rotorteil 23 des Düsenkörpers 2 verbunden. Konfusorringe 101 verbinden die Rotorblätter 30 untereinander zu einer steifen Gitterschale. Die Tragkonstruktion mit einem Mast 16 ist durch ein den Mast umgebendes symmetrisches Flügelprofil als Windfahne 102 aerodynamisch gestaltet, sodass die Anströmung f so wenig wie möglich abgebremst wird. Die hohe Formstabilität des Düsenkörpers 2 ermöglicht eine präzise Lagerung von Ständerring 32 und Läuferring 33 des Generators 3, auch unter Biege-, Schub- und Torsionsbeanspruchung. 8th shows the wind turbine 1 to 8th in perspective detail section. The nozzle body 2 has a concave-convex annular wing profile 20 and takes in his stator part 22 the stator ring 32 a permanent-magnet synchronous generator 3 on, with the rotor ring 33 of the generator to the rotor part 23 of the nozzle body 2 assigned. A variety of rotor blades 30 is at the leaf root 310 rigid with the rotor part 23 of the nozzle body 2 connected. Konfusorringe 101 connect the rotor blades 30 with each other to a stiff grid shell. The supporting structure with a mast 16 is by a surrounding the mast symmetrical wing profile as a wind vane 102 designed aerodynamically, so that the flow f is braked as little as possible. The high dimensional stability of the nozzle body 2 allows a precise storage of stud ring 32 and runner's ring 33 of the generator 3 , also under bending, shear and torsional stress.

9 zeigt die Windturbine 1 nach den 7 und 8 in einem Teilschnitt entlang der Rotationsachse x. Der Düsenkörper 2 weist ein Ringflügelprofil mit Flügelnase 200, Dickenrücklage 201, Flügelhinterkante 202 und Profilsehne 203 auf und ist an einem vertikalen Mast 16 über ein Azimutlager 11 und eine Windfahne 102 in Form eines symmetrischen Flügelprofils drehbar gelagert. Der Düsenkörper 2 umschließt ein Venturi-Rohr 21 mit Konfusorstufe 210, Düsenverengung 211 und Diffusorstufe 212. Eine Mehrzahl von Rotorblättern 30 ist durch Verbindungsringe 303 untereinander zu einem Rotorkorb 301 verbunden. Die Rotorblätter 30 sind in einem Neigungswinkel β von etwa 25 Grad gegenüber der Rotationsachse x zur Leeseite geneigt. Die Konfusorringe 101 zeigen im Querschnitt ein asymmetrisches Flügelprofil und sind dazu ausgebildet, die Anströmung f in den Rotorkorb 301 zur Rotationsachse x hinzulenken. Der das Venturi-Rohr 21 frei durchströmende energiereiche Luftstrahl erhält durch das Ringflügelprofil 20 mit einer ebenfalls geneigten Profilsehne 203 einen Drall von der Rotationsachse x weg. Beide Luftströme bilden einen sich um die Rotationsachse x ausbildenden Wirbel. 9 shows the wind turbine 1 after the 7 and 8th in a partial section along the axis of rotation x. The nozzle body 2 has a wing profile with wing nose 200 , Thickness reserve 201 , Wing trailing edge 202 and chord 203 on and is on a vertical mast 16 via an azimuth warehouse 11 and a wind vane 102 rotatably mounted in the form of a symmetrical wing profile. The nozzle body 2 encloses a Venturi tube 21 with confuser step 210 , Nozzle constriction 211 and diffuser stage 212 , A plurality of rotor blades 30 is through connecting rings 303 with each other to a rotor basket 301 connected. The rotor blades 30 are inclined at an inclination angle β of about 25 degrees with respect to the rotation axis x to the leeward side. The confuser rings 101 show in cross section an asymmetric wing profile and are designed to the flow f in the rotor cage 301 to the axis of rotation x hinzulenken. The venturi tube 21 freely flowing high-energy air jet receives through the ring wing profile 20 with a likewise inclined chord 203 a twist away from the axis of rotation x. Both air streams form a vortex forming around the rotation axis x.

10 zeigt eine Windturbine 1 als Leeläufer 14 von der Luvseite her. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel bildet der Düsenkörper 2 mit einem Statorteil 22 und einem Rotorteil 23 ein frei durchlüftetes Venturi-Rohr 21. Unter Anströmung f richtet sich die Windturbine 1 selbsttätig mit der Flügelnase 200 des Ringflügelprofils 20 zum Wind aus, wobei die zur Leeseite geneigten, bogenförmig geschwungenen Rotorblätter 30 Energie aus der Anströmung f aufnehmen und Luft zur Rotationsachse x hinlenken. Ein den Düsenkörper 2 frei durchströmender, energiereicher Luftstrahl wird dagegen durch die Düsenwirkung von der Rotationsachse x weg nach außen gelenkt. Treffen beide Luftströme aufeinander, entsteht ein sich um die Rotationsachse x entwickelnder Wirbel, dessen Unterdruck die anströmende Luft auf die Windturbine 1 lenkt. 10 shows a wind turbine 1 as a leopard 14 from the windward side. Also in this embodiment forms the nozzle body 2 with a stator part 22 and a rotor part 23 a freely ventilated Venturi tube 21 , Under flow f, the wind turbine is directed 1 automatically with the wing nose 200 of the annular wing profile 20 to the wind, with the leeward inclined, curved curved rotor blades 30 Take up energy from the flow f and direct air towards the axis of rotation x. A the nozzle body 2 free-flowing, high-energy air jet, however, is directed by the nozzle action of the axis of rotation x away to the outside. If both air streams meet, a vortex develops around the axis of rotation x whose negative pressure causes the incoming air to flow to the wind turbine 1 directs.

11 zeigt die Windturbine 1 nach 10 in der perspektivischen Seitenansicht. Acht bogenförmig geschwungene Rotorblätter 30 mit einer Flügelprofilierung 31 setzen mit einer Rotorblattwurzel 310 am Rotorteil 23 des Düsenkörpers 2 an und sind an ihren Blattspitzen 311 durch einen Verbindungsring 303 in Form eines Konfusorrings 101 untereinander verbunden. Die Windturbine 1 richtet sich über einen Leitapparat 10, bestehend aus einem Konfusorring 101 und einer Windfahne 102 durch ein Azimutlager 11 als Verbindung zu einem feststehenden Mast 16 selbsttätig zur Anströmung f aus. Wie in 10 gezeigt, weisen die Rotorblätter 30 ein Rotorblattprofil 31 mit einem wechselnden Anstellwinkel zur Anströmung f auf. Die Rotorblätter 30 entnehmen der Anströmung f Energie und lenken den Luftstrom zur Rotationsachse x hin, während ein energiereicher, den Düsenkörper 2 ungebremst durchquerender Luftstrom von der Rotationsachse x weggelenkt wird. Am Ringflügelprofil 20 bildet sich eine Zirkulationsströmung aus, sodass sich von der Luvseite her eine um die Rotationsachse x drehende Wirbelwalze bildet. 11 shows the wind turbine 1 to 10 in the perspective side view. Eight curved rotor blades 30 with a wing profiling 31 put with a rotor blade root 310 on the rotor part 23 of the nozzle body 2 on and are at their leaf tips 311 through a connecting ring 303 in the form of a confetti ring 101 interconnected. The wind turbine 1 is directed via a diffuser 10 , consisting of a Confusorring 101 and a wind vane 102 through an azimuth warehouse 11 as a connection to a fixed mast 16 automatically to the flow f out. As in 10 shown have the rotor blades 30 a rotor blade profile 31 with a changing angle of attack f. The rotor blades 30 take the flow f energy and direct the flow of air to the axis of rotation x out, while a high-energy, the nozzle body 2 unbraked traversing air flow is deflected away from the axis of rotation x. At the wing profile 20 A circulation flow forms, so that a swirling roller rotating about the rotation axis x forms from the windward side.

12 zeigt einen perspektivischen Detailschnitt der in den 10 und 11 dargestellten Windturbine 1. Der Düsenkörper 2 umschließt mit einem Ringflügelprofil 20 ein Venturi-Rohr 21 und nimmt in seinem Statorteil 22 den Ständerring 32 und in seinem Rotorteil 23 den Läuferring 33 eines permanenterregten Synchrongenerators 3 auf. Insgesamt acht Rotorblätter 30 mit einer Flügelprofilierung sind an ihrer Blattwurzel 310 starr mit dem Rotorteil 23 des Düsenkörpers 2 und an ihrer Blattspitze 311 mit einem Konfusorring 101 verbunden. 12 shows a perspective detail section of the in the 10 and 11 illustrated wind turbine 1 , The nozzle body 2 encloses with a ring wing profile 20 a venturi tube 21 and takes in his stator part 22 the stator ring 32 and in its rotor part 23 the runner's ring 33 a permanent-magnet synchronous generator 3 on. A total of eight rotor blades 30 with a wing profiling are at their blade root 310 rigid with the rotor part 23 of the nozzle body 2 and at its tip 311 with a confuser ring 101 connected.

13 zeigt eine Windturbine 1 als Luvläufer 12. Das Venturi-Rohr 21 besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel eine dynamische Konfusorstufe. Insgesamt sechs Rotorblätter 30 sind starr mit dem Rotorteil 23 des Düsenkörpers 2 verbunden und an der Blattwurzel 310 so erweitert, dass unter Anströmung f mehr Luft in das Venturi-Rohr 21 hineingeleitet wird. Zur Erhöhung der Formstabilität sind die Rotorblätter 30 durch einen luvseitigen Verbindungsring 303 als Konfusorring 101 untereinander verbunden. Dieser Leitapparat 10 lenkt die anströmende Luft auf den Düsenkörper 2. 13 shows a wind turbine 1 as a windward runner 12 , The venturi tube 21 has in this embodiment a dynamic Confusorstufe. A total of six rotor blades 30 are rigid with the rotor part 23 of the nozzle body 2 connected and at the leaf root 310 so expanded that under flow f more air into the venturi tube 21 is ushered in. To increase the dimensional stability of the rotor blades 30 through a windward connecting ring 303 as confuser ring 101 interconnected. This diffuser 10 directs the inflowing air onto the nozzle body 2 ,

14 zeigt die in 13 dargestellte Windturbine 1 in einer perspektivischen Ansicht von der Leeseite. Die Flügelhinterkante 202 des Ringflügelprofils 20 ist bei dieser Ausführungsvariante gewellt ausgebildet, um das Herausbilden einer Zirkulationsströmung um das Ringflügelprofil 20 herum zu begünstigen. Der Statorteil 22 des Düsenkörpers 2 ist starr mit einem symmetrischen Flügelprofil, das die Windfahne 102 bildet und über ein nicht näher dargestelltes Azimutlager 11 mit einem feststehenden Stahlrohrmast 16 verbunden. 14 shows the in 13 illustrated wind turbine 1 in a perspective view from the lee side. The wing trailing edge 202 of the annular wing profile 20 is in this embodiment wavy formed to the formation of a circulation flow around the annular wing profile 20 to favor around. The stator part 22 of the nozzle body 2 is rigid with a symmetrical wing profile, which is the wind vane 102 forms and an unspecified azimuth bearing 11 with a fixed tubular steel mast 16 connected.

15 zeigt die in den 13 und 14 dargestellte Windturbine 1 in einer Schnittperspektive. An der Flügelhinterkante 202 des Düsenkörpers 2 bildet sich ein Ringwirbel, der die Luft zu den luvseitigen Rotorblättern 30 lenkt. Der perspektivische Schnitt zeigt die Anordnung eines permanenterregten Synchrongenerators 3 innerhalb des Düsenkörpers 2 mit Ständerring 32 und Läuferring 33. 15 shows the in the 13 and 14 illustrated wind turbine 1 in a cutaway perspective. At the wing trailing edge 202 of the nozzle body 2 a ring vortex forms, which moves the air to the windward rotor blades 30 directs. The perspective section shows the arrangement of a permanent magnet synchronous generator 3 inside the nozzle body 2 with stand ring 32 and runner's ring 33 ,

16 zeigt eine Windturbine 1 als Luvläufer 12 mit drei Rotorblättern 30, die an den Rotorteil 23 eines Düsenkörpers 2 angeschlossen sind. An der Blattwurzel 310 der Rotorblätter 30 ist ein Drehgelenk vorgesehen, mit dem der Anstellwinkel der Rotorblätter 30 für eine Stall-Pitch-Regelung variiert werden kann. Der Mast 16 dieser Windturbine 1 wird von einem Flügelprofil als Windfahne 102 umfangen. Der Düsenkörper 2 ist starr mit der Windfahne 102 verbunden und richtet sich gemeinsam mit ihr zur Anströmung f aus. 16 shows a wind turbine 1 as a windward runner 12 with three rotor blades 30 attached to the rotor part 23 a nozzle body 2 are connected. At the leaf root 310 the rotor blades 30 a swivel joint is provided with which the angle of attack of the rotor blades 30 can be varied for a stall pitch control. The mast 16 this wind turbine 1 is from a sash profile as a wind vane 102 embrace. The nozzle body 2 is rigid with the wind vane 102 connected and aligns with her to the flow f.

17 zeigt die in 16 dargestellte Windturbine 1 im perspektivischen Detailschnitt. Der Düsenkörper 2 bildet bei dieser Windturbine 1 eine Maschinengondel zur Aufnahme eines permanenterregten Synchrongenerators 3 einschließlich aller Steuer- und Leiteinrichtungen einer Windkraftanlage. An der Flügelhinterkante 202 des Ringflügelprofils 20 ist als Leitapparat 10 ein peripherer Konfusorring 101 vorgesehen, der die den Düsenkörper 2 laminar umströmende Luft in einem spitzen Winkel zur Rotationsachse x hinlenkt. Dieser Luftstrom trifft auf einen energiereichen Luftstrahl, der das Venturi-Rohr 21 frei durchströmt und an der Flügelhinterkante 202 von der Rotationsachse x weggelenkt wird. Das Aufeinandertreffen beider Luftströme erzeugt einen sich um die Rotationsachse x entwickelnden Wirbel. Der Läuferring 33 des permanenterregten Synchrongenerators 3 ist mit einer ringförmigen Nabe 230 verbunden. An der Rotornabe 230 schließen auch die Rotorköpfe der Rotorblätter 30 an. Ein Drehgelenk zwischen dem Rotorkopf und der Blattwurzel 310 ermöglicht über einen variablen Anstellwinkel α gegenüber der Rotationsebene z eine aerodynamisch wirksame Stall-Pitch-Regelung der Rotordrehzahl. Der Statorteil 22 des Düsenkörpers 2 ist starr mit einem symmetrischen Flügelprofil als Windfahne 102 verbunden. Der Widerstandsbeiwert cw dieses Flügelprofils beträgt ca. 0,04 im Unterschied zu einem angeströmten Rundhohlprofil mit einem cw-Wert von 0,6–1,0. Dadurch wird die Anströmung f wesentlich weniger abgebremst als durch einen zylindrischen bzw. konischen Mast. Über ein nicht näher dargestelltes Azimutlager 11 ist die Windfahne 102 drehbar an einen tragenden Mast 16 angelenkt. 17 shows the in 16 illustrated wind turbine 1 in perspective detail section. The nozzle body 2 forms at this wind turbine 1 a nacelle for receiving a permanent magnet synchronous generator 3 including all control and guidance equipment of a wind turbine. At the wing trailing edge 202 of the annular wing profile 20 is as a distributor 10 a peripheral Confusorring 101 provided that the the nozzle body 2 laminar air flowing around at an acute angle to the axis of rotation x deflects. This airflow hits a high-energy jet of air, which is the venturi tube 21 flows freely and at the trailing edge of the wing 202 is deflected away from the axis of rotation x. The meeting of the two air streams creates a vortex that develops around the axis of rotation x. The runner's ring 33 of the permanently energized synchronous generator 3 is with an annular hub 230 connected. At the rotor hub 230 also close the rotor heads of the rotor blades 30 at. A swivel joint between the rotor head and the blade root 310 allows via a variable angle of attack α relative to the plane of rotation z an aerodynamically effective stall pitch control of the rotor speed. The stator part 22 of the nozzle body 2 is rigid with a symmetrical wing profile as wind vane 102 connected. The drag coefficient c w of this blade profile is about 0.04, in contrast to a flowed round hollow profile with a c w value of 0.6-1.0. As a result, the flow f is braked much less than by a cylindrical or conical mast. About an unspecified azimuth bearing 11 is the wind vane 102 rotatable to a supporting mast 16 hinged.

18 zeigt den schematischen Schnitt durch einen Düsenkörper 2, der die Maschinengondel einer großen Windturbine 1 bildet, deren aerodynamisches Konzept dem in den 16 und 17 beschriebenen Beispiel entspricht. Drei Rotorblätter 30 sind über ein Drehgelenk an der Rotorblattwurzel 310 an eine ringförmige Rotornabe 230 angelenkt. Die Rotornabe 230 ist als geschweißtes Stahlkastenprofil ausgebildet. Leeseitig ist ein mit Polschuhen bestückter Läuferring 33 direkt an die Rotornabe 230 angeflanscht. Der Läuferring 33 läuft innerhalb des über Induktionsspulen 320 erregten Ständerrings 32. Der Ständerring 32 seinerseits ist mit einem Achsrohr 220 verbunden, das die Rotornabe 230 aufnimmt. Voneinander beabstandete Drehlager 24 ermöglichen eine biege-, schub- und torsionssteife Verbindung von Statorteil 22 und Rotorteil 23 des Düsenkörpers 2. Das Ringflügelprofil 20 ist als bikonvexes Profil ausgebildet und umschließt mit seiner stärker gewölbten Seite ein dreistufiges Venturi-Rohr 21 mit Konfusorstufe 210, Düsenverengung 211 und Diffusorstufe 212. Zur Erzeugung eines um die Rotationsachse x rotierenden Wirbels weist der Leitapparat 10 Querluftleitungen auf, die im Bereich der Düsenverengung 211 über Querluftdüsen 103 Außenluft tangential in das Venturi-Rohr 21 einleiten. Neben den Querluftdüsen 103 kann der Leitapparat 10 auch einen Konfusorring 101 umfassen. Diese optionalen Zusatzelemente dienen der Unterstützung des aerodynamischen Grundprinzips eines Ringwirbels an einem Ringflügelprofil. 18 shows the schematic section through a nozzle body 2 that is the engine nacelle of a big wind turbine 1 forms whose aerodynamic concept in the 16 and 17 corresponds to the example described. Three rotor blades 30 are via a swivel joint on the rotor blade root 310 to an annular rotor hub 230 hinged. The rotor hub 230 is designed as a welded steel box profile. Lee side is a pole ring stocked with pole pieces 33 directly to the rotor hub 230 flanged. The runner's ring 33 runs inside the over induction coils 320 excited stator ring 32 , The stator ring 32 in turn is with an axle tube 220 connected to the rotor hub 230 receives. Spaced bearings 24 allow a bending, thrust and torsion stiff connection of stator 22 and rotor part 23 of the nozzle body 2 , The ring wing profile 20 is designed as a biconvex profile and surrounds with its more curved side a three-stage Venturi tube 21 with confuser step 210 , Nozzle constriction 211 and diffuser stage 212 , To generate a rotating about the axis of rotation x vortex, the nozzle 10 Transverse air lines, which in the area of the nozzle constriction 211 over cross air nozzles 103 Outside air tangential into the Venturi tube 21 initiate. Next to the cross air nozzles 103 can the diffuser 10 also a confuser ring 101 include. These optional additional elements serve to support the basic aerodynamic principle of a ring vortex on a ring wing profile.

19 zeigt eine mögliche schematische Anordnung eines Leitapparats 10 nach 18 mit acht Querluftdüsen 103 im Bereich des Venturi-Rohrs 21 zur Erzeugung eines um die Achse x rotierenden Wirbels. 19 shows a possible schematic arrangement of a nozzle 10 to 18 with eight cross air nozzles 103 in the area of the Venturi tube 21 for generating a vortex rotating about the axis x.

20 zeigt eine dreiflügelige Windturbine 1 als große Windkraftanlage, bei der die Maschinengondel von einem Düsenkörper 2 gebildet wird, der ein Venturi-Rohr 21 umschließt. An der Flügelnase 200 des Ringflügelprofils 20 staut sich die Anströmung f in einer Druckzone, wobei ein energiereicher, beschleunigter Luftstrahl das Venturi-Rohr 21 ungebremst durchströmt und an der Flügelhinterkante 202 des Ringflügelprofils 20 von der Rotationsachse x weg nach außen getrieben wird, sich dabei einrollt, und den Sog auf der Saugseite der Rotorblätter 30 abbaut, um sich in einer großräumig ausgebildeten Zirkulationsströmung mit der Anströmung f zu vereinigen. Der Düsenkörper 2 ist über ein Azimutlager 11 drehbar mit einem Mast 16 verbunden. Drehgelenke an der Rotorblattwurzel 310 ermöglichen das Verstellen der Rotorblätter 30 im Sinne einer Stall-Pitch-Regelung. Das aerodynamische Konzept des Düsenkörpers 2 erleichtert das Anlaufen der Windturbine 1 bereits bei schwachem Wind, erhöht das Drehmoment des Rotors und ermöglicht beispielsweise auch ein „Downsizing” einer Windkraftanlage bei vorgegebener Leistung im Vergleich zu einer herkömmlichen Windturbine. 20 shows a three-bladed wind turbine 1 as a large wind turbine, where the nacelle from a nozzle body 2 which is a venturi tube 21 encloses. At the wing nose 200 of the annular wing profile 20 the flow f accumulates in a pressure zone, with a high-energy, accelerated jet of air venturi 21 flows through unbraked and at the trailing edge of the wing 202 of the annular wing profile 20 is driven away from the axis of rotation x, curling up, and the suction on the suction side of the rotor blades 30 degrades to unite in a large-scale circulation flow with the flow f. The nozzle body 2 is about an azimuth bearing 11 rotatable with a mast 16 connected. Swivel joints on the rotor blade root 310 allow the adjustment of the rotor blades 30 in the sense of a stable pitch control. The aerodynamic concept of the nozzle body 2 makes it easier to start the wind turbine 1 even in low wind, increases the torque of the rotor and allows, for example, a "downsizing" of a wind turbine at a given power compared to a conventional wind turbine.

21 zeigt einen schematischen Schnitt entlang der Rotationsachse x der in 20 dargestellten Windturbine 1. Die Rotorblätter 30 sind über ein nicht näher dargestelltes Drehgelenk in der Rotationsebene z mit einer ringförmigen Rotornabe 230 verbunden, welche ihrerseits über voneinander beabstandete Drehlager 24 mit einem Achsrohr 220 des Statorteils 22 des Düsenkörpers 2 verbunden ist. Im Falle einer Transversalflussmaschine (TFM) bietet die Anordnung eines äußeren Läuferrings 33 besondere Vorteile, da zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten eine außenseitige Blechung unmittelbar in eine ringförmige Rotornabe 230 integriert werden kann, wobei die Rotornabe 230 in der Rotorebene z über Rotorköpfe direkt mit den Rotorblättern 30 verbunden ist. Bei einer größeren Windkraftanlage bildet das Ringflügelprofil 20 die Maschinengondel und nimmt als aerodynamisch geformtes Gehäuse neben dem Generator 3 alle Steuerungs- und Leiteinrichtungen einer Windkraftanlage auf. Die Profilsehne 203 des bikonvexen Ringflügelprofils 20 ist leicht gegenüber der Rotationsachse x zur Luvseite geneigt. Das Ringflügelprofil 20 zeigt eine Dickenrücklage 201 und umschließt ein dreistufiges Venturi-Rohr 21 mit Konfusorstufe 210, Düsenverengung 211 und Diffusorstufe 212. Die Anströmung f wird in dem Venturi-Rohr 21 beschleunigt und von der Rotationsachse x weggelenkt. An der Flügelhinterkante 202 bildet sich durch die in 3 näher erläuterten Druck- und Sogverhältnisse an einem Ringflügelprofil ein Ringwirbel aus. Bezugszeichenübersicht Windturbine 1 Düsenkörper 2 Generator 3 Leitapparat 10 Ringflügelprofil 20 Rotorblatt 30 Leitrad 100 Flügelnase 200 Laufrad 300 Konfusorring 101 Dickenrücklage 201 Rotorkorb 301 Windfahne 102 Flügelhinterkante 202 Rotorschlaufe 302 Querluftdüse 103 Profilsehne 203 Verbindungsring 303 Azimutlager 11 Venturi-Rohr 21 Rotorblattprofil 31 Luvläufer 12 Konfusorstufe 210 Blattwurzel 310 Düsenläufer 13 Düsenverengung 211 Blattspitze 311 Leeläufer 14 Diffusorstufe 212 Profilsehne 312 Außenläufer 15 Statorteil 22 Ständerring 32 Mast 16 Achsrohr 220 Induktionsspule 320 Bügel 17 Rotorteil 23 Läuferring 33 Rotationsache x Rotornabe 230 Dauermagnet 330 Drehachse y Drehlager 24 Luftspalt 34 Rotationsebene z Sogbereich (–) Anstellwinkel α Anströmung f Druckbereich (+) Neigungswinkel β Rückströmung f' Ringwirbel V Rotationsrichtung R 21 shows a schematic section along the axis of rotation x of in 20 illustrated wind turbine 1 , The rotor blades 30 are about a non-illustrated rotary joint in the plane of rotation z with an annular rotor hub 230 connected, which in turn via spaced pivot bearings 24 with an axle tube 220 of the stator part 22 of the nozzle body 2 connected is. In the case of a transverse flux machine (TFM), the arrangement provides an outer rotor ring 33 special advantages, since to avoid eddy current losses an outside plate directly into an annular rotor hub 230 can be integrated, with the rotor hub 230 in the rotor plane z via rotor heads directly with the rotor blades 30 connected is. In a larger wind turbine forms the ring wing profile 20 the engine nacelle and takes as an aerodynamically shaped housing next to the generator 3 all control and Leiteinrichtungen a wind turbine on. The chord 203 the biconvex ring wing profile 20 is slightly inclined relative to the axis of rotation x to windward side. The ring wing profile 20 shows a thickness reserve 201 and encloses a three-stage Venturi tube 21 with confuser step 210 , Nozzle constriction 211 and diffuser stage 212 , The flow f is in the Venturi tube 21 accelerated and deflected away from the axis of rotation x. At the wing trailing edge 202 is formed by the in 3 explained in more detail pressure and suction conditions on a ring wing profile a ring vortex. Reference numeral Overview wind turbine 1 nozzle body 2 generator 3 diffuser 10 Ring airfoil 20 rotor blade 30 stator 100 wing leading edge 200 Wheel 300 Konfusorring 101 Dick reserve 201 rotor basket 301 windvane 102 Trailing edge 202 rotor loop 302 Querluftdüse 103 chord 203 connecting ring 303 yaw bearings 11 Venturi 21 Airfoil 31 Upwind 12 Konfusorstufe 210 blade root 310 nozzle runners 13 nozzle throat 211 blade tip 311 downwind 14 diffuser stage 212 chord 312 external rotor 15 stator 22 stand ring 32 mast 16 axle tube 220 induction coil 320 hanger 17 rotor part 23 rotor ring 33 rotation thing x rotor hub 230 permanent magnet 330 axis of rotation y pivot bearing 24 air gap 34 plane of rotation z wake region (-) angle of attack α inflow f pressure range (+) tilt angle β backwash f ' ring vortices V direction of rotation R

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 4075500 [0003] US 4075500 [0003]
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  • WO 2010/037254 [0003] WO 2010/037254 [0003]

Claims (22)

Windturbine (1) zur Umwandlung der in einer Anströmung (f) enthaltenen kinetischen Energie in elektrische Energie, die mit einer vertikalen Drehachse (y) zur Anströmung (f) ausrichtbar ist und mindestens ein, einer horizontalen Rotationsachse (x) zugeordnetes Rotorblatt (30) aufweist, bei der ein konzentrisch und koaxial zur Rotationsachse (x) angeordneter Düsenkörper (2) vorgesehen ist, der ein frei durchströmtes Venturi-Rohr (21) umschließt und ein Ringflügelprofil (20) mit einer Flügelnase (200), einer Dickenrücklage (201), einer Flügelhinterkante (202) und einer Profilsehne (203) aufweist und dabei mit einem Statorteil (22) und einem Rotorteil (23) ein Gehäuse für den Ständerring (32) und den Läuferring (33) eines permanenterregten Synchrongenerators (3) bildet, wobei der Ständerring (32) von dem Statorteil (22) und der Läuferring (33) von dem Rotorteil (23) aufgenommen werden und beide Teile (22, 23) über mindestens ein Drehlager (24) untereinander verbunden sind und die Rotorblätter (30) im Wesentlichen auf der Außenseite des Düsenkörpers (2) angeordnet und an den Rotorteil (23) des Düsenkörpers (2) angeschlossen sind, wobei sich die Anströmung (f) an der Flügelnase (200) des Ringflügelprofils (20) in einen ungebremsten, den Düsenkörper (2) von innen durchquerenden Luftstrom und einen von den Rotorblättern (30) verlangsamten, den Düsenkörper (2) von außen umströmenden Luftstrom teilt, sodass an der Flügelhinterkante (202) ein sich von der Rotationsachse (x) weg in Richtung der Flügelnase (200) des Ringflügelprofils (20) und der Saugseite der Rotorblätter (30) eindrehender Ringwirbel (V) bildet.Wind turbine ( 1 ) for converting the kinetic energy contained in an incident flow (f) into electrical energy which is alignable with a vertical axis of rotation (y) to the flow (f) and at least one rotor blade (x) associated with a horizontal axis of rotation (x) ( 30 ), in which a nozzle body arranged concentrically and coaxially to the axis of rotation (x) ( 2 ), which is a free-flow Venturi tube ( 21 ) and a ring wing profile ( 20 ) with a wing nose ( 200 ), a thickness reserve ( 201 ), a wing trailing edge ( 202 ) and a chord ( 203 ) and thereby with a stator ( 22 ) and a rotor part ( 23 ) a housing for the stator ring ( 32 ) and the rotor ring ( 33 ) of a permanent-magnet synchronous generator ( 3 ), wherein the stator ring ( 32 ) of the stator part ( 22 ) and the rotor ring ( 33 ) of the rotor part ( 23 ) and both parts ( 22 . 23 ) via at least one pivot bearing ( 24 ) are interconnected and the rotor blades ( 30 ) substantially on the outside of the nozzle body ( 2 ) and to the rotor part ( 23 ) of the nozzle body ( 2 ) are connected, wherein the flow (f) at the wing nose ( 200 ) of the annular wing profile ( 20 ) in an unbraked, the nozzle body ( 2 ) from the inside passing air flow and one of the rotor blades ( 30 ) slowed down the nozzle body ( 2 ) flows around the outside air flow, so that at the trailing edge of the wing ( 202 ) moves away from the axis of rotation (x) in the direction of the wing nose ( 200 ) of the annular wing profile ( 20 ) and the suction side of the rotor blades ( 30 ) einrehender ring vortices (V) forms. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Venturi-Rohr (21) dreistufig ausgebildet ist und unter Anströmung (f) von Luv nach Lee eine Konfusorstufe (210), eine Düsenverengung (211) und eine Diffusorstufe (212) aufweist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the Venturi tube ( 21 ) is formed in three stages and under flow (f) from windward to leeward a Konfusorstufe ( 210 ), a nozzle constriction ( 211 ) and a diffuser stage ( 212 ) having. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Ringflügelprofils (20) als Sogbereich (–) ausgebildet ist und die Mantelfläche des Venturi-Rohrs (21) bildet, während die Außenseite des Ringflügelprofils (20) überwiegend Druckbereiche (+) aufweist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the inside of the annular wing profile ( 20 ) is designed as a suction region (-) and the lateral surface of the Venturi tube ( 21 ), while the outside of the annular wing profile ( 20 ) predominantly has pressure ranges (+). Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Venturi-Rohr (21) eine dynamische Konfusorstufe (210) aufweist, wobei ein luvseitiger Rotorteil (23) des Düsenkörpers (2) mit den Rotorblättern (30) verbunden ist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the Venturi tube ( 21 ) a dynamic confusion stage ( 210 ), wherein a windward rotor part ( 23 ) of the nozzle body ( 2 ) with the rotor blades ( 30 ) connected is. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Venturi-Rohr (21) eine dynamische Diffusorstufe (212) aufweist, wobei ein leeseitiger Rotorteil (23) des Düsenkörpers (2) mit den Rotorblättern (30) verbunden ist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the Venturi tube ( 21 ) a dynamic diffuser stage ( 212 ), wherein a leeward rotor part ( 23 ) of the nozzle body ( 2 ) with the rotor blades ( 30 ) connected is. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringflügelprofil (20) im Querschnitt ein symmetrisches, ein asymmetrisches, ein plankonvexes, ein bikonvexes oder ein konkav-konvexes Ringflügelprofil (20) aufweist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that an annular wing profile ( 20 ) in cross-section a symmetrical, an asymmetric, a plano-convex, a biconvex or a concave-convex annular wing profile ( 20 ) having. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilsehne (203) des Ringflügelprofils (20) bezüglich der Rotationsachse (x) parallel oder geneigt angeordnet ist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the chord ( 203 ) of the annular wing profile ( 20 ) is arranged parallel or inclined with respect to the axis of rotation (x). Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotorblatt (30) bzgl. der Rotationsachse (x) bei einem Luvläufer (12) in einem spitzen Winkel (β) zur Luvseite und bei einem Leeläufer (14) in einem spitzen Winkel (β) zur Leeseite geneigt ist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a rotor blade ( 30 ) with respect to the axis of rotation (x) in a windward runner ( 12 ) at an acute angle (β) to the windward side and a leech runner ( 14 ) is inclined at an acute angle (β) to the leeward side. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Luvläufer (10) und bei einem Leeläufer (12) die Rotorblätter (30) gegenüber der Rotationsachse (x) geneigt angeordnet und untereinander zu einem Rotorkorb (301) verbunden. sind, wobei Verbindungsringe (303) als Konfusorringe (101) mit einem Flügelprofil die einzelnen Rotorblätter (30) zu einer Gitterschale verbinden.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that at a windward runner ( 10 ) and a leopard ( 12 ) the rotor blades ( 30 ) arranged inclined with respect to the axis of rotation (x) and with each other to a rotor cage ( 301 ) connected. where connecting rings ( 303 ) as confusion rings ( 101 ) with a wing profile, the individual rotor blades ( 30 ) to a grid shell. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Luvläufer (12) und bei einem Leeläufer (14) die Rotorblätter (30) im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse (x) in einer Rotationsebene (z) angeordnet und mit einer luv- bzw. leeseitigen Rotornabe (230) verbunden sind, wobei ein Drehgelenk an der Rotorblattwurzel (310) eine Stall- und Pitchregelung der Rotorblätter (30) ermöglicht.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that at a windward runner ( 12 ) and a leopard ( 14 ) the rotor blades ( 30 ) arranged substantially perpendicular to the axis of rotation (x) in a plane of rotation (z) and with a luv- or leeward rotor hub ( 230 ), wherein a rotary joint on the rotor blade root ( 310 ) a stall and pitch control of the rotor blades ( 30 ). Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotorblatt (30) fest mit einer Rotornabe (230) verbunden ist und im Querschnitt ein Flügelprofil (31) mit einer sich zwischen seiner Flügelnase und seiner Flügelhinterkante erstreckenden Profilsehne (312) aufweist, wobei an der Druckseite (+) ein Anstellwinkel (α) gegenüber der Rotorebene (z) vorgesehen ist, dessen Betrag mit zunehmender radialer Entfernung von der Rotationsachse (x) abnimmt.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a rotor blade ( 30 ) fixed to a rotor hub ( 230 ) is connected and in cross section a wing profile ( 31 ) with a chord extending between its wing nose and its trailing edge ( 312 ), wherein on the pressure side (+) a Incident angle (α) relative to the rotor plane (z) is provided, whose amount decreases with increasing radial distance from the axis of rotation (x). Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Außenseite des Düsenkörpers (2) verbundenen Rotorblätter (30) Energie aus der Anströmung (f) aufnehmen und mit einer luv- oder leeseitigen Neigung die Anströmung (f) zur Rotationsachse (x) hinlenken, während ein energiereicher, innerhalb des Venturi-Rohrs beschleunigter Luftstrom von der Rotationsachse (x) weggelenkt wird.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that with the outside of the nozzle body ( 2 ) associated rotor blades ( 30 ) Pick up energy from the flow (f) and with a luv- or leeward tilt the flow (f) to the rotation axis (x) back, while a high-energy, within the Venturi tube accelerated air flow from the rotation axis (x) is directed away. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Düsenläufer (13) ein Leitrad (100) mit einem Laufrad (300) zusammenwirkt und das Leitrad (100) eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Düsenkörper (2) und einem äußeren Konfusorring (101) herstellt.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that in a nozzle rotor ( 13 ) a stator ( 100 ) with an impeller ( 300 ) and the stator ( 100 ) a frictional connection between the nozzle body ( 2 ) and an outer Confusorring ( 101 ). Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Außenläufer (15) ein Rotorblatt (30) eine Rotorschlaufe (302) aufweist, die jeweils an ihrem luvseitigen und leeseitigen Ende mit dem Rotorteil (23) des Düsenkörpers (2) verbunden ist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that in an external rotor ( 15 ) a rotor blade ( 30 ) a rotor loop ( 302 ), which in each case at its windward and leeward end with the rotor part ( 23 ) of the nozzle body ( 2 ) connected is. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausrichtung zur Anströmung (f) eine starr mit dem Statorteil (22) des Düsenkörpers (2) verbundene Windfahne (102) mit einem symmetrischen Flügelprofilquerschnitt vorgesehen ist, die über ein Azimutlager (11) an einen Mast (16) angelenkt ist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that for the alignment to the flow (f) a rigid with the stator ( 22 ) of the nozzle body ( 2 ) connected wind vane ( 102 ) is provided with a symmetrical wing profile cross section, which via an azimuth bearing ( 11 ) to a mast ( 16 ) is articulated. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorteil (22) ein Achsrohr (220) und der Rotorteil (23) eine Rotornabe (230) aufweist und beide Teile in sich jeweils mehrteilig ausgebildet sind.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the stator part ( 22 ) an axle tube ( 220 ) and the rotor part ( 23 ) a rotor hub ( 230 ) and both parts are each formed in several parts. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehlager (24) als Verbindung zwischen Stator- und Rotorteil (22, 23) des Düsenkörpers (2) als Kugel-, Kegel- oder Rollenlager ausgebildet ist und zur Aufnahme von Biege-, Schub- und Torsionskräften vertikal oder horizontal voneinander beabstandete Lagerschalen aufweist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a pivot bearing ( 24 ) as a connection between stator and rotor part ( 22 . 23 ) of the nozzle body ( 2 ) is designed as a ball, cone or roller bearings and has vertically or horizontally spaced bearing shells for receiving bending, pushing and torsional forces. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein permanenterregter Synchrongenerator (3) am Ständerring (32) Induktionsspulen (320) und am Läuferring (33) Polschuhe oder Dauermagnete (330) aufweist und auch als Transversalflussmaschine TFM ausgebildet sein kann, wobei der Luftspalt (34) zwischen dem Ständerring (32) und dem Läuferring (33) quer oder parallel zur Rotationsachse (x) angeordnet werden kann.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a permanent-magnet synchronous generator ( 3 ) on the stator ring ( 32 ) Induction coils ( 320 ) and on the rotor ring ( 33 ) Pole shoes or permanent magnets ( 330 ) and can also be designed as a transverse flux machine TFM, wherein the air gap ( 34 ) between the stator ring ( 32 ) and the rotor ring ( 33 ) can be arranged transversely or parallel to the axis of rotation (x). Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Querluftleitungen Luft über Öffnungen an der äußeren Mantelfläche des Düsenkörpers (2) an die Düsenverengung (211) des Düsenkörpers (2) lenken, wobei Querluftdüsen (103) Luft radial oder tangential in das Venturi-Rohr (21) einleiten, um eine Rotation des Luftstroms um die Rotationsachse (x) zu bewirken.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that transverse air ducts air via openings on the outer circumferential surface of the nozzle body ( 2 ) to the nozzle throat ( 211 ) of the nozzle body ( 2 ), with transverse air nozzles ( 103 ) Air radially or tangentially into the Venturi tube ( 21 ) to cause a rotation of the air flow about the axis of rotation (x). Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konfusorring (101) ein ringförmiges Flügelprofil aufweist, dessen Flügelnase zur Anströmung (f) ausgerichtet ist und dessen Flügelwölbung auf der der Rotationsachse (x) abgewandten Seite des Düsenkörpers (2) angeordnet ist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a confuser ring ( 101 ) has an annular wing profile, whose vane nose is aligned with the flow (f) and its vane on the side facing away from the axis of rotation (x) of the nozzle body ( 2 ) is arranged. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein bikonvexes Ringflügelprofil (20) vorgesehen ist, wobei dem das Venturi-Rohr (21) laminar durchströmenden Luftstrom ein Drall von der Rotationsachse (x) weg und dem das Ringflügelprofil (20) von außen laminar umströmenden Luftstrom ein Drall zur Rotationsachse (x) hin aufgeprägt werden und beide laminaren Luftströme an der Flügelhinterkante (202) abreißen und in einem spitzen Winkel aufeinander treffen.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a biconvex annular wing profile ( 20 ), wherein the Venturi tube ( 21 ) laminar air flow through a swirl away from the axis of rotation (x) and the annular wing profile ( 20 ) from the outside laminar air flow around a swirl to the axis of rotation (x) are impressed and both laminar air flows at the trailing edge of the wing ( 202 ) and hit each other at an acute angle. Windturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Flügelhinterkante (202) eines Ringflügelprofils (20) ein Leitapparat (10) aus einem auf der Außenseite des Ringflügelprofils (20) angeordneten Konfusorring (101) vorgesehen ist.Wind turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that at the wing trailing edge ( 202 ) of a ring wing profile ( 20 ) a distributor ( 10 ) from one on the outside of the annular wing profile ( 20 ) arranged Konfusorring ( 101 ) is provided.
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