DE102015102461A1

DE102015102461A1 - Windkraftanlage mit Vorstage an den Rotorblättern

Info

Publication number: DE102015102461A1
Application number: DE102015102461.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2015-09-03
Also published as: DE202015100837U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem vertikal orientierten, langgestreckt ausgebildeten Turm, einer endseitig an einem freien oberen Ende des Turms horizontal drehbar gehaltenen Gondel und einer Mehrzahl von schwenkbar an der Gondel festgelegten Flügeln, wobei als Teil der Gondel ein die schwenkbar festgelegten Flügel tragender Gondelrotor vorgesehen ist, welcher zusammen mit den Flügeln drehbar in Bezug zu einer Drehebene gehalten ist, und mit einem senkrecht zur Drehebene des Gondelrotors von ebendiesem abragenden Klüver, wobei Vorstage zwischen dem Klüver und den Flügeln vorgesehen sind, wobei die Vorstage jedenfalls abschnittsweise ein tropfenförmigen und/oder flügelprofilförmigen Querschnitt aufweisen

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem im Wesentlichen vertikal orientierten, langgestreckt ausgebildeten Turm, einer endseitig an einem freien oberen Ende des Turms horizontal drehbar gehaltenen Gondel und einer Mehrzahl von verschwenkbar an der Gondel festgelegten Flügeln. Die Flügel sind an einem drehbaren Teil der Gondel, dem Gondelrotor, gehalten. Im Zentrum des Rotors befindet sich in horizontaler Richtung der Klüver. An einem dem Gondelrotor abgewandten freien Ende des Klüvers sind Streben nach Art von Vorstagen vorgesehen, über welche der Klüver mit den einzelnen Rotorflügeln verbunden ist.
Windkraftanlagen mit Vorstagen sind beispielsweise aus der EP 2 112 372 A1 , der DE 196 06 359 A1 , der DE 10 2008 052 473 B4 , der JP 2005/0291185 A , der US 4 403 916 A sowie der US 4 316 699 A bekannt. Die Vorstage dieser vorwiegend kleinen Windräder haben jedoch zwei entscheidende Mängel für die Anwendung an großen Windkraftanlagen. Erstens fehlt an der Anbindung (vom Flügel zum Vorstag) das Verbindungsgelenk, das eine Flügelverstellung ermöglicht. Zweitens haben diese Vorstage keinen aerodynamischen Profilquerschnitt, sodass Vorstage mit rundem Profilquerschnitt an großen Windkraftanlagen mit hoher Drehgeschwindigkeit des Rotors heulende Geräusche verursachen können. Das Ziel der effizientesten Nutzung des Windes zur Erzeugung von elektrischer Energie hängt vom leistungsfähigen Rotor ab. Die Verwendung von breiteren Flügeln oder einer größeren Anzahl von Flügeln hätte zur Folge, dass mehr Wind dem Rotor ausweichen würde. Schmalere, längere Flügel haben wegen des größeren Rotordurchmessers eine Leistungssteigerung. Das Problem ist jedoch der Stabilitätsverlust der Rotorflügel durch die dynamischen Kräfte auf die Flügel.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wirkungsgrad einer Windkraftanlage mit Vorstagen weiter zu verbessern.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Vorstagen aerodynamisch vorteilhaft profiliert ausgebildet werden. Insbesondere ist ein Profilquerschnitt tropfen- beziehungsweise flügelförmig ausgebildet. Hierdurch wird der Windwiderstand reduziert. Zugleich werden Luftverwirbelungen vermieden, welche auf den Wirkungsgrad der Energiewandlung negativen Einfluss nehmen. Darüber hinaus können die Flügel der Windkraftanlage durch die Verwendung von Vorstagen länger ausgebildet sein, da die dynamischen Kräfte, welche auf die Flügel wirken, durch die Vorstagen abgestützt werden. Zudem begünstigt die erfindungsgemäße Profilform die Laufruhe und reduziert eine Geräuschentwicklung.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind zwischen den Vorstagen und den Rotorflügeln Verbindungsgelenke vorgesehen, welche dazu dienen, eine Drehzahlregulierung des Rotors sowie des Generators durch das Verstellen des Flügelanstellwinkels hin bis zur Windfahnenstellung – etwa bei Sturm – zu ermöglichen. Man spricht hier vom sogenannten Pitchen beziehungsweise einer Pitchregulierung. Eine Verstellung der Flügel kann demzufolge trotz des Vorsehens der profilierten Vorstage realisiert werden. Das Vorsehen der Vorstage beeinflusst insofern nicht die individuelle Adaptionsmöglichkeit der Flügel. Sie sind entsprechend der aerodynamischen Gegebenheiten verstellbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Windkraftanlage,
2 eine Aufsicht auf einen Gondelrotor der Windkraftanlage nach 1 mit an dem Gondelrotor festgelegten Flügeln,
3 Schnittdarstellungen durch die Flügel nach den Schnitten A-A, B-B, C-C und D-D gemäß 2,
4 eine Detailansicht eines zwischen dem Vorstag und dem Flügel vorgesehenen Verbindungsgelenks und
5 einen Schnitt E-E durch das Vorstag nach 4.
Eine erfindungsgemäße Windkraftanlage nach 1 umfasst einen Turm 1 mit einer drehbar an dem Turm 1 gehaltenen Gondel 2 und einer Mehrzahl von Flügeln 4, welche an einem Gondelrotor 3 der Gondel 2 in ihrer Längsrichtung verschwenkbar gehalten sind. Die Gondel 2 mit dem Gondelrotor 3 kann in Bezug auf eine Horizontalebene relativ zum Turm 1 gedreht werden. Der Gondelrotor 3 rotiert in einer durch die Flügel 4 aufgespannten, vertikalen Drehebene der Windkraftanlage. Insbesondere ist die Drehebene der Windkraftanlage senkrecht zur Horizontalen orientiert.
Senkrecht zur Drehebene erstreckt sich ein an dem Gondelrotor 3 festgelegter Klüver 5. Der Klüver 5 ist Teil des rotierenden Teils der Gondel 3 und horizontal orientiert. Endseitig sind an dem Klüver Vorstage 6 vorgesehen, über die die Flügel 4 mit dem Klüver 5 verbunden sind. Die Vorstage 6 dienen insofern als Zugentlastung für die Flügel 4.
Eine Verschwenkbarkeit der Flügel 4 erfolgt abhängig von den Windverhältnissen. Die Verschwenkbarkeit der Flügel 4 wird beim Vorsehen der Vorstage 6 dadurch verbessert, dass zwischen den Vorstagen 6 und den Flügeln 4 Verbindungsgelenke 7 vorgesehen sind. Die Verbindungsgelenke 7 sind so gebildet, dass die Flügel 4 relativ zu den Vorstagen 6 um einen abhängig von den Windverhältnissen gewählten Anstellwinkel α verschwenkt werden können. 4 zeigt insofern die Flügel 4 in einer ersten Arbeitsstellung. Zusätzlich ist schraffiert der Flügel 4‘ in einer zweiten, maximalen Schwenkposition dargestellt.
Die aerodynamische Form der Flügel 4 wird durch die Darstellung nach den 2 und 3 verdeutlicht. Die Querschnittsgeometrie des Flügels 4 ist insofern individuell gewählt und leistungsoptimiert.
Eine weitere Optimierung der Windkraftanlage wird durch die aerodynamisch vorteilhaft profilierte Form der Vorstage 6 erreicht. 5 zeigt einen Querschnitt durch das Vorstag 6. Im Querschnitt ist das Vorstag 6 tropfenförmig beziehungsweise flügelförmig geformt.
Eine Drehrichtung 9 ist quer zur Windrichtung 8 orientiert. Insofern wird durch das Verschwenken der Gondel 2 (durch die Azimutmechanik) der Gondelrotor 3 mit den Flügeln 4 in den Wind gedreht.
Bezugszeichenliste

1: Turm
2: Gondel
3: Gondelrotor
4: Flügel
4‘: Flügel
5: Klüver
6: Vorstag
7: Verbindungsgelenk
8: Windrichtung
9: Drehrichtung
α: Anstellwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2112372 A1 [0002]
DE 19606359 A1 [0002]
DE 102008052473 B4 [0002]
JP 2005/0291185 A [0002]
US 4403916 [0002]
US 4316699 A [0002]

Claims

Windkraftanlage mit einem vertikal orientierten, langgestreckt ausgebildeten Turm (1), einer endseitig an einem freien oberen Ende des Turms (1) horizontal drehbar gehaltenen Gondel (2) und einer Mehrzahl von schwenkbar an der Gondel (2) festgelegten Flügeln (4), wobei als Teil der Gondel (2) ein die schwenkbar festgelegten Flügel (4) tragender Gondelrotor (3) vorgesehen ist, welcher zusammen mit den Flügeln (4) drehbar in Bezug zu einer Drehebene gehalten ist, und mit einem senkrecht zur Drehebene des Gondelrotors (3) von ebendiesem abragenden Klüver (5), wobei Vorstage (6) zwischen dem Klüver (5) und den Flügeln (4) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorstage (6) jedenfalls abschnittsweise einen tropfenförmigen und/oder flügelprofilförmigen Querschnitt aufweisen.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flügeln (4) und den Vorstagen (6) Verbindungsgelenke (7) vorgesehen sind, welche derart gebildet sind, dass die Flügel (4) um ihre Längsrichtung verschwenkbar an der Gondel (2) festgelegt sind.