DE102016208709A1

DE102016208709A1 - Turbine für eine Windenergieanlage und Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102016208709A1
Application number: DE102016208709.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2017-11-23

Abstract

Eine Turbine für eine Windenergieanlage umfasst einen ersten Mantel (10), einen zweiten Mantel (20) und einen Rotor. Der erste Mantel (10) und der zweite Mantel (20) erstrecken sich um eine Achse (2). Wenigstens ein Abschnitt des zweiten Mantels (20) ist innerhalb eines durch den ersten Mantel (10) definierten Raumbereichs angeordnet. Der Rotor mit Rotorblättern (3, 4) ist derart gelagert, dass er relativ zu dem ersten Mantel (10) und dem zweiten Mantel (20) um die Achse (2) drehbar ist. Der erste Mantel (10) weist ein erstes Profil (15) auf und der zweite Mantel (20) weist ein zweites Profil (25) auf, wobei ein Ringspalt zwischen einer Innenfläche (13) des ersten Mantels (10) und einer Außenfläche (24) des zweiten Mantels (20) gebildet ist. Die Rotorblätter (3, 4) des Rotors erstrecken sich in dem Ringspalt (6) zwischen dem ersten Mantel (10) und dem zweiten Mantel (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbine für eine Windenergieanlage und eine Windenergieanlage. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Turbine vom so genannten Mantel-Typ, bei dem ein Rotor von einem Mantel umgeben ist, der sich ringförmig um eine Drehachse des Rotors erstreckt.
Windenergieanlagen werden weithin zur Gewinnung von Energie eingesetzt. Neben frei fahrenden Windkraftturbinen gibt es so genannte Mantelturbinen. Bei Mantelturbinen sind Rotorblätter eines Rotors von einem umlaufenden Mantelgehäuse umgeben. Durch geeignete Wahl der Querschnittsform des Mantelgehäuses kann ein höherer Wirkungsgrad als bei frei fahrenden Turbinen, die nicht von einem Mantelgehäuse umgeben sind, erreicht werden.
Beispiele für derartige Mantelturbinen sind in der DE 199 03 846 C2 oder in der DE 296 17 306 U1 beschrieben.
Auch bei derartigen herkömmlichen Mantelturbinen weisen – ähnlich wie bei vielen frei fahrenden Windkraftturbinen – die Rotorblätter häufig eine komplexe Form auf, um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen. Typischerweise variieren die Richtung der Profilsehne und die Profiltiefe des Rotorblatts in einer Radialrichtung des Rotors. Die hochgenaue Herstellung derartiger komplexer Rotorformen wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad aus, führt jedoch dazu, dass die Herstellung des Rotors ein signifikanter Kostenfaktor werden kann. Darüber hinaus weisen bei Rotoren in herkömmlichen Mantelturbinen die Rotorblätter in Abschnitten nahe der Nabe aus Gründen mechanischer Stabilität häufig eine große Flügeltiefe auf, um die entstehenden Drehmomenten zu übertragen. Dies kann zu Gewichtsnachteilen führen.
Es besteht weiterhin ein Bedarf daran, Turbinen für Windenergieanlagen anzugeben, die einen hohen Wirkungsgrad erzielen. Es besteht auch ein Bedarf an Turbinen, die auch in Gebieten mit geringeren durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten einsetzbar sind. Es besteht auch ein Bedarf an Turbinen, bei denen Rotorblätter mit einfacherer Form und/oder mit niedrigerem Gewicht verwendet werden können.
Erfindungsgemäß wird eine Turbine für eine Windenergieanlage und eine Windenergieanlage angegeben, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsbeispiele.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Turbine für eine Windenergieanlage angegeben. Die Turbine umfasst einen ersten Mantel, einen zweiten Mantel und einen Rotor. Der erste Mantel erstreckt sich ringartig um eine Achse. Der zweite Mantel erstreckt sich ebenfalls ringartig um die Achse, wobei wenigstens ein Abschnitt des zweiten Mantels innerhalb eines durch den ersten Mantel definierten Raumbereichs angeordnet ist. Der Rotor ist derart gelagert, dass er relativ zu dem ersten Mantel und dem zweiten Mantel um die Achse drehbar ist. Der erste Mantel weist ein erstes Profil auf und der zweite Mantel weist ein zweites Profil auf, wobei ein Ringspalt zwischen einer Innenfläche des ersten Mantels und einer Außenfläche des zweiten Mantels ausgebildet ist. Die Rotorblätter des Rotors erstrecken sich in dem Ringspalt zwischen dem ersten Mantel und dem zweiten Mantel.
Bei der Turbine ist ein doppelter Mantel vorgesehen, wobei sich die Rotorblätter in dem Ringspalt zwischen dem ersten Mantel und dem zweiten Mantel erstrecken. Durch Verwendung des zweiten Mantels kann die Energieausbeute in dem ringförmigen Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Mantel erhöht werden. Der Einsatz eines Rotors, dessen Rotorblätter sich in dem Ringspalt zwischen erstem und zweitem Mantel erstrecken, erlaubt die Verwendung einfacherer und leichterer Rotorblätter als bei herkömmlichen Rotoren, deren Rotorblätter sich bis zu einer zentralen Nabe auf der Rotationsachse erstrecken.
Der Rotor kann ringförmig sein, so dass die Rotorblätter in einer Draufsicht mit Blickrichtung entlang der Längsachse der Turbine einen Kreisring überstreichen.
Der Rotor kann so ausgestaltet sein, dass für jedes von mehreren Rotorblättern des Rotors ein der Achse zugewandter innerer Endabschnitt des Rotorblatts einen Abstand von der Achse aufweist, der größer als ein Abstand einer Profilvorderkante des zweiten Mantels von der Achse ist. Falls für den zweiten Mantel der Abstand der Profilvorderkante von der Achse variiert, beispielsweise bei Aufbau des zweiten Mantels aus mehreren Segmenten, kann für jedes von mehreren Rotorblättern des Rotors ein der Achse zugewandter innerer Endabschnitt des Rotorblatts einen Abstand von der Achse aufweisen, der größer als ein Maximum des Abstands der Profilvorderkante des zweiten Profils von der Achse ist.
Der Rotor kann so ausgestaltet sein, dass für jedes von mehreren Rotorblättern des Rotors ein der Achse zugewandter innerer Endabschnitt des Rotorblatts einen Abstand von der Achse aufweist, der größer als ein Abstand einer Profilhinterkante des zweiten Mantels von der Achse ist. Falls für den zweiten Mantel der Abstand der Profilhinterkante von der Achse variiert, beispielsweise bei Aufbau des zweiten Mantels aus mehreren Segmenten, kann für jedes von mehreren Rotorblättern des Rotors ein der Achse zugewandter innerer Endabschnitt des Rotorblatts einen Abstand von der Achse aufweisen, der größer als ein Maximum des Abstands der Profilhinterkante des Mantels Profils von der Achse ist.
Die Innenfläche des ersten Mantels kann entlang einer Richtung parallel zu der Achse eine konvexe Form aufweisen, die in Richtung der Außenfläche des zweiten Mantels ausgebaucht ist. In mehreren Schnittebenen, die die Achse enthalten, kann somit eine Schnittlinie der Innenfläche des ersten Mantels mit der Schnittebene eine konvex in Richtung zur Achse hin ausgebauchte Form aufweisen. Auf diese Weise kann eine besonders wirksame Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Ringspalt erreicht werden.
Die Außenfläche des zweiten Mantels kann entlang einer Richtung parallel zu der Achse eine konvexe Form aufweisen, die in Richtung der Innenfläche des ersten Mantels ausgebaucht ist. In mehreren Schnittebenen, die die Achse enthalten, kann somit eine Schnittlinie der Außenfläche des zweiten Mantels mit der Schnittebene eine konvex in Richtung von der Achse weg ausgebauchte Form aufweisen. Auf diese Weise kann eine besonders wirksame Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Ringspalt erreicht werden.
Der Ringspalt kann eine Verjüngung aufweisen, wobei die Rotorblätter an der Verjüngung des Ringspalts angeordnet sind. Die Position der Rotorblätter in Axialrichtung der Turbine kann so gewählt werden, dass sie die Ebene, an der der Ringspalt eine minimale Querschnittsfläche aufweist, überstreichen.
Profilsehnen des zweiten Profils können relativ zu der Achse geneigt sein.
Die Profilsehnen des zweiten Profils können um einen Winkel im Intervall von 8° bis 16° relativ zu der Achse geneigt sein. Die Profilsehnen des zweiten Profils können um einen Winkel im Intervall von 10° bis 14° relativ zu der Achse geneigt sein. Die Profilsehnen des zweiten Profils können um einen Winkel im Intervall von 11° bis 13° relativ zu der Achse geneigt sein. Die Profilsehnen des zweiten Profils können insbesondere um einen Winkel von 12° relativ zu der Achse geneigt sein. Der Winkel kann dabei abhängig von dem zweiten Profil gewählt werden. Der Winkel, um den die Profilsehnen des zweiten Profils relativ zu der Achse geneigt sind, kann abhängig davon gewählt werden, bei welchem Anströmwinkel für das zweite Profil eine maximale Auftriebskraft resultieren würde. Dies ist für charakteristische Tragflügelprofile häufig bei den genannten Winkelbereichen der Fall. Auf diese Weise kann eine besonders wirksame Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Ringspalt erreicht werden.
Ein Lufteinlassquerschnitt des zweiten Mantels kann größer als ein Luftauslassquerschnitt des zweiten Mantels sein. Entsprechend können die Profilsehnen des zweiten Profils so geneigt sein, dass sie in Richtung vom Lufteinlass zum Luftauslass zur Achse hin verlaufen.
Der erste Mantel kann so ausgestaltet sein, dass Profilsehnen des ersten Profils relativ zu der Achse geneigt sind.
Die Profilsehnen des ersten Profils können um einen Winkel im Intervall von 8° bis 16° relativ zu der Achse geneigt sein. Die Profilsehnen des ersten Profils können um einen Winkel im Intervall von 10° bis 14° relativ zu der Achse geneigt sein. Die Profilsehnen des ersten Profils können um einen Winkel im Intervall von 11° bis 13° relativ zu der Achse geneigt sein. Die Profilsehnen des ersten Profils können insbesondere um einen Winkel von 12° relativ zu der Achse geneigt sein. Der Winkel kann dabei abhängig von dem ersten Profil gewählt werden. Der Winkel, um den die Profilsehnen des ersten Profils relativ zu der Achse geneigt sind, kann abhängig davon gewählt werden, bei welchem Anströmwinkel für das erste Profil eine maximale Auftriebskraft resultieren würde. Dies ist für charakteristische Tragflügelprofile häufig bei den genannten Winkelbereichen der Fall. Auf diese Weise kann eine besonders wirksame Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Ringspalt erreicht werden.
Ein Lufteinlassquerschnitt des ersten Mantels kann kleiner als ein Luftauslassquerschnitt des ersten Mantels sein. Entsprechend können die Profilsehnen des ersten Profils so geneigt sein, dass sie in Richtung vom Lufteinlass zum Luftauslass von der Achse weg verlaufen.
Das erste Profil kann ein aerodynamisches Tragflügelprofil sein. Das zweite Profil kann ein weiteres aerodynamisches Tragflügelprofil sein. Durch Verwendung von Profilen, die in Art aerodynamischer Tragflügel geformt, aber als Ringprofile ausgestaltet sind, kann die Strömungsgeschwindigkeit in dem Ringspalt, in dem sich die Rotorblätter erstrecken, wirksam erhöht werden.
Eine Profilvorderkante des ersten Mantels kann einen die Achse umgebenden Kreis mit einem ersten Durchmesser definieren, und eine Profilvorderkante des zweiten Profils kann einen die Achse umgebenden Kreis mit einem zweiten Durchmesser definieren, wobei der zweite Durchmesser mindestens 50 %, insbesondere mindestens 70 % des ersten Durchmessers betragen kann. Auf diese Weise kann selektiv derjenige Bereich der Querschnittsfläche der Turbine zur Energieaberntung genutzt werden, in dem ein besonders hoher Anteil der Energie abgeerntet werden kann.
Der erste Mantel und der zweite Mantel können rotationssymmetrisch unter beliebigen Rotationen um die Achse sein. Der erste Mantel und der zweite Mantel können auch so ausgestaltet sein, dass sie symmetrisch unter Rotationen um einen Winkel von 360°/M um die Achse sind, wobei M eine ganze Zahl, insbesondere M >> 1 ist. Auf diese Weise können der erste Mantel und der zweite Mantel segmentweise aus M Segmenten aufgebaut werden.
Der erste Mantel kann einen ersten Diffusorring an seiner Luftauslassseite aufweisen. Der erste Diffusorring kann so ausgestaltet sein, dass ein Öffnungswinkel des ersten Diffusorrings im Betrieb veränderlich einstellbar ist. Der zweite Mantel kann einen zweiten Diffusorring an seiner Luftauslassseite aufweisen. Der zweite Diffusorring kann so ausgestaltet sein, dass ein Öffnungswinkel des zweiten Diffusorrings im Betrieb veränderlich einstellbar ist.
Jedes der Rotorblätter des Rotors kann sich in Radialrichtung senkrecht zu der Achse von einem inneren Radius bis zu einem äußeren Radius erstrecken. Der innere Radius kann mindestens 50% des äußeren Radius sein. Der innere Radius kann mindestens 70% des äußeren Radius sein. Der innere Radius kann mindestens 80% des äußeren Radius sein.
Jedes Rotorblatt des Rotors kann ein unverwundenes Profil aufweisen, bei dem eine Richtung von Profilsehnen unabhängig vom Abstand von der Rotationsachse ist. Die Ausgestaltung der Turbine, bei der sich die Rotorblätter in dem Ringspalt erstrecken, erlaubt die Verwendung derartiger Rotorblätter mit relativ einfacher Form.
Jedes Rotorblatt des Rotors kann ein Profil mit einer konstanten Flügeltiefe aufweisen, d.h. ein Profil, dessen Flügeltiefe unabhängig vom Abstand von der Rotationsachse ist. Die Ausgestaltung der Turbine, bei der sich die Rotorblätter in dem Ringspalt erstrecken, erlaubt die Verwendung derartiger Rotorblätter mit relativ einfacher Form.
Der Rotor kann an dem ersten Mantel und/oder an dem zweiten Mantel gelagert sein. Der erste Mantel und/oder der zweite Mantel kann ein entsprechendes Ringlager aufweisen, an dem der Rotor gelagert ist. Das Ringlager kann in das erste Profil bzw. das zweite Profil versenkt sein.
Die Rotorblätter können aus mehreren zueinander beweglichen Rotorblattteilen bestehen, die eine Veränderung der Tiefe oder Länge der Rotorblätter abhängig von einer Drehzahl der Turbine ermöglichen. Ein Aktor kann eingerichtet sein, um die Rotorblattteile eines Rotorblatts abhängig von einem Ausgangssignal eines Drehzahlsensors jeweils zueinander zu verschieben, um eine Änderung der Abmessung des Rotorblatts zu bewirken.
Die Turbine kann eingerichtet sein, um eine Länge des ersten Mantels und/oder des zweiten Mantels in einer Richtung entlang der Drehachse abhängig von einer Drehzahl der Turbine zu verändern. Ein Aktor kann vorgesehen sein, der mit einem Drehzahlsensor gekoppelt ist, um ein Mantelteil des ersten Mantels relativ zu einem weiteren Mantelteil des ersten Mantels abhängig von einem Ausgangssignal des Drehzahlsensors zu verschieben. Alternativ oder zusätzlich kann ein Aktor vorgesehen sein, der mit einem Drehzahlsensor gekoppelt ist, um ein Mantelteil des zweiten Mantels relativ zu einem weiteren Mantelteil des zweiten Mantels abhängig von einem Ausgangssignal des Drehzahlsensors zu verschieben. Derselbe Aktor kann verwendet werden, um die Länge sowohl des ersten Mantels als auch des zweiten Mantels einzustellen. Es können auch voneinander verschiedene Aktoren vorgesehen sein, um den ersten Mantel und den zweiten Mantel drehzahlabhängig zu verkürzen oder zu verlängern. Der Aktor oder die Aktoren können stationär vorgesehen, aber auch in den Mantel oder in die Mäntel integriert sein.
Der Aktor oder die Aktoren können so eingerichtet sein, dass die Länge des ersten Mantels und/oder des zweiten Mantels eine monotone Funktion der Drehzahl ist. Die Länge des ersten Mantels und/oder des zweiten Mantels muss nicht notwendig eine streng monotone Funktion der Drehzahl sein.
Eine Anpassung der Turbine derart, dass auch bei unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten besonders gut geeignete oder sogar optimale Strömungsgeometrien erreicht werden, wird dadurch möglich.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Windenergieanlage angegeben, die eine Turbine nach einem Aspekt oder Ausführungsbeispiel und einen Generator umfasst, der mit dem Rotor der Turbine gekoppelt ist.
Die Windenergieanlage kann in einem Windpark eingesetzt werden. Die Windenergieanlage kann auch als Windgenerator ausgestaltet sein, der zur Erzeugung von Energie für ein lokales Niederspannungsnetz eingesetzt wird.
Bei der Windenergieanlage können der erste Mantel und der zweite Mantel ortsfest angeordnet sein. Der erste Mantel kann aufgeständert sein, so dass er von der Bodenebene beabstandet ist.
Bei der Windenergieanlage können der erste Mantel und der zweite Mantel so gestützt werden, dass sie um die Drehachse des Rotors drehfest angeordnet sind. Die Windenergieanlage kann so ausgestaltet sein, dass sich die gesamte Turbine um eine weitere Achse senkrecht zur Längsachse der Turbine drehen kann. Die Ausrichtung der Turbine kann abhängig von einer Windrichtung eingestellt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben.
1 ist eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht einer Turbine nach einem Ausführungsbeispiel.
2 ist eine Ansicht einer Windenergieanlage, wobei die Turbine von 1 in einer Draufsicht mit Blickrichtung entlang der Rotationsachse dargestellt ist.
3 ist eine Schnittansicht der Turbine von 1 entlang der Linie III-III in 1.
4 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Ausgestaltung der Turbine.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorblatts, das bei Turbinen nach Ausführungsbeispielen eingesetzt werden kann.
6 ist eine Schnittansicht einer Turbine nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In den Figuren bezeichnen ähnliche oder identische Bezugszeichen ähnliche oder identische Elemente.
1 ist eine teilweise aufgebrochene Ansicht einer Turbine 1 für eine Windenergieanlage nach einem Ausführungsbeispiel. Die Ansicht ist zur besseren Darstellung des ersten und zweiten Mantels teilweise aufgebrochen. Der erste und zweite Mantel der Turbine laufen vollständig um die Längsachse um und umschließen diese ringartig.
Die Turbine 1 umfasst einen ersten äußeren Mantel 10, der eine Längsachse der Turbine 1 ringförmig umschließt. Die Turbine 1 umfasst einen zweiten inneren Mantel 20, der die Längsachse der Turbine 1 ebenfalls ringförmig umschließt und koaxial zu dem ersten Mantel 10 angeordnet ist. Die Turbine 1 umfasst einen Rotor mit mehreren Rotorblättern 3, 4. Die Rotorblätter 3, 4 erstrecken sich in einem Ringspalt, der zwischen dem ersten Mantel 10 und dem zweiten Mantel 20 gebildet wird. Der Rotor ist so gelagert, dass er um die Längsachse der Turbine 1 drehbar ist, die von dem ersten Mantel 10 und von dem zweiten Mantel 20 ringförmig umschlossen wird. Die Längsachse der Turbine 1 ist somit auch die Rotationsachse des Rotors.
Der erste Mantel 10 weist ein aerodynamisch geformtes erstes Profil 15 auf. Das erste Profil 15 erstreckt sich von einer Profilvorderkante 11, die an einer Lufteinlassseite der Turbine angeordnet ist, zu einer Profilhinterkante 12 an einer Luftauslassseite. Der erste Mantel 10 weist eine Innenfläche 13 und eine Außenfläche 14 auf. Das erste Profil 15 ist so ausgestaltet, dass eine Länge von der Profilvorderkante 11 zur Profilhinterkante 12 an der Innenfläche 13 des ersten Mantels 10 größer ist als eine Länge von der Profilvorderkante 11 zur Profilhinterkante 12 an der Außenfläche 14 des ersten Mantels 10. Dadurch kann eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit an der Innenseite des ersten Mantels erreicht werden.
Der zweite Mantel 20 weist ein aerodynamisch geformtes zweites Profil 25 auf. Das zweite Profil 25 erstreckt sich von einer Profilvorderkante 21, die an der Lufteinlassseite der Turbine angeordnet ist, zu einer Profilhinterkante 22 an der Luftauslassseite. Der zweite Mantel 20 weist eine Innenfläche 23 und eine Außenfläche 24 auf. Das Profil 25 ist so ausgestaltet, dass eine Länge von der Profilvorderkante 21 zur Profilhinterkante 22 an der Außenfläche 24 des zweiten Mantels 20 größer ist als eine Länge von der Profilvorderkante 21 zur Profilhinterkante 22 an der Innenfläche 23 des zweiten Mantels 20. Dadurch kann eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in dem Ringspalt zwischen dem ersten Mantel 10 und dem zweiten Mantel 20 erreicht werden.
Der zweite Mantel 20 ist so angeordnet, dass sich wenigstens ein Teil des zweiten Mantels 20 in dem Raumbereich befindet, der von einer senkrecht zur Längsachse der Turbine 1 verlaufenden Ebene durch die Profilvorderkante 11 des Profils des ersten Mantels 10, von der Innenfläche 13 des ersten Mantels und von einer senkrecht zur Längsachse der Turbine verlaufenden weiteren Ebene durch die Profilhinterkante 12 des ersten Mantels 10 umschlossen wird. Der zweite Mantel 20 kann vollständig in diesem Raumbereich angeordnet sein. Insbesondere kann die Profilvorderkante 21 des zweiten Mantels 20 eine Position entlang der Längsachse der Turbine 1 aufweisen, die zwischen den Positionen der Profilvorderkante 11 und Profilhinterkante 12 des ersten Mantels 10, gemessen entlang der Längsachse der Turbine 1, liegt. Die Profilhinterkante 22 des zweiten Mantels 20 kann eine Position entlang der Längsachse der Turbine 1 aufweisen, die zwischen den Positionen der Profilvorderkante 11 und Profilhinterkante 12 des ersten Mantels 10, gemessen entlang der Längsachse der Turbine 1, liegt.
Der Rotor weist mehrere Rotorblätter 3, 4 auf. Der Rotor kann mindestens zwei, insbesondere mindestens drei Rotorblätter aufweisen. Der Rotor kann eine ungerade Anzahl von Rotorblättern aufweisen. Der Rotor kann an dem ersten Mantel 10 oder an dem zweiten Mantel 20 gelagert sein. Der Rotor kann auch an einer separaten Tragstruktur gelagert sein.
Die Rotorblätter 3, 4 erstrecken sich in dem Ringspalt zwischen der Innenfläche 13 des ersten Mantels 10 und der Außenfläche 24 des zweiten Mantels 20. Der Rotor weist eine ringförmige Ausgestaltung in dem Sinn auf, dass zumindest ein zentraler Innenbereich der Turbine, der sich von der Längsachse der Turbine 1 bis zur Innenfläche 23 des zweiten Mantels 20 erstreckt, von den Rotorblättern nicht überstrichen wird. Die Rotorblätter 3, 4 können außerhalb eines Raumbereichs angeordnet sein, der durch die Innenfläche 23 des zweiten Mantels 20, eine durch die Profilvorderkante 21 des zweiten Mantels 20 senkrecht zur Längsachse der Turbine verlaufende Ebene und eine durch die Profilhinterkante 22 des zweiten Mantels 20 senkrecht zur Längsachse der Turbine verlaufende Ebene definiert wird. Die Rotorblätter 3, 4 können innerhalb eines weiteren Raumbereichs angeordnet sein, der durch die Außenfläche 14 des ersten Mantels 10, eine durch die Profilvorderkante 11 des ersten Mantels 10 senkrecht zur Längsachse der Turbine verlaufende Ebene und eine durch die Profilhinterkante 12 des zweiten Mantels 10 senkrecht zur Längsachse der Turbine verlaufende Ebene definiert wird.
Wie unter Bezugnahme auf 2–4 näher beschrieben werden wird, können das erste Profil 15 des ersten Mantels 10 und das zweite Profil 25 des zweiten Mantels 20 so ausgestaltet sein, dass der zwischen dem ersten Mantel 10 und dem zweiten Mantel 20 definierte Ringspalt sich ausgehend von der Lufteinlassseite zunächst verjüngt und dann erweitert. Die Rotorblätter 3, 4 können in oder an der Verjüngung des Ringspalts angeordnet sein, um eine hohe Energieausbeute zu erzielen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage, wobei die Turbine 1 in Draufsicht mit Blickrichtung entlang der Längsrichtung der Turbine dargestellt ist. Die Windenergieanlage umfasst einen schematisch dargestellten Generator 30. Der Generator 30 ist mit dem Rotor gekoppelt und wird von dem Rotor drehend angetrieben, um elektrische Energie zu erzeugen. Verschiedene Mechanismen zur Drehmoment- und Energieübertragung zwischen Rotor und Generator 30 können verwendet werden. Beispielsweise können Riemen, Ketten oder andere Getriebe eingesetzt werden. Der Generator 30 kann auch im Erdboden versenkt sein, insbesondere wenn die Turbine 1 auf der Bodenebene angebracht oder von einem Träger mit nur geringer Höhe getragen wird.
Wie in 2 schematisch dargestellt, kann ein durch die Profilvorderkante 11 des ersten Mantels 10 definierter Lufteinlassquerschnitt des ersten Mantels 10 kleiner sein als ein durch die Profilhinterkante 12 des ersten Mantels 10 definierter Luftauslassquerschnitt. Ein durch die Profilvorderkante 21 des zweiten Mantels 20 definierter Lufteinlassquerschnitt des zweiten Mantels 20 kann größer sein als ein durch die Profilhinterkante 22 des zweiten Mantels 20 definierter Luftauslassquerschnitt. Der zweite Mantel 20 kann von der Längsachse 2 der Turbine 1 beabstandet sein, so dass ein Durchtritt von die Turbine 1 anströmender Luft in einem zentralen Bereich 31 möglich ist. Die Rotorblätter 3–5 des Rotors erstrecken sich in dem Ringspalt 6 zwischen dem ersten Mantel und dem zweiten Mantel. Die Rotorblätter 3–5 des Rotors setzen sich nicht bis in den zentralen Bereich 31 der Turbine fort.
Der erste Mantel 10 und der zweite Mantel 20 können um die Längsachse 2 rotationssymmetrisch unter beliebigen Drehungen sein. Der erste Mantel 10 und der zweite Mantel 20 können auch eine Ausgestaltung derart aufweisen, dass sie nur unter Drehungen um 360°/M um die Längsachse 2 symmetrisch sind. Dies erleichtert die Herstellung des ersten Mantels 10 und des zweiten Mantels 20 in einer segmentierten Bauweise.
3 ist eine Schnittansicht der Turbine 1 von 1 entlang der Linie III-III in 1, d.h. entlang einer die Längsachse 2 der Turbine enthaltenden Schnittebene. Im Nutzbetrieb wird die Turbine im Idealfall von Luft in einer Luftanströmrichtung 32 angeströmt, die parallel zur Längsrichtung 2 ist. Der Querschnitt des ersten Mantels 10 in der Schnittebene wird durch die ersten Profile 15a und 15b repräsentiert. Der Querschnitt des zweiten Mantels 20 in der Schnittebene wird durch die zweiten Profile 25a und 25b repräsentiert.
Das erste Profil 15a, 15b ist an der Innenseite konvex in Richtung zur Achse 2 und in Richtung zum zweiten Mantel 20 gewölbt. Der konvex ausgebauchte Abschnitt 17 führt zu einer Verjüngung des Ringspalts zwischen dem ersten und dem zweiten Mantel. Das erste Profil 15a, 15b entspricht dem Profil eines aerodynamischen Tragflügels. Eine Profilsehne 16, die als Verbindungslinie zwischen der Profilvorderkante 11 und der Profilhinterkante 12 definiert ist, ist um einen Winkel 18 relativ zu der Längsachse 2 der Turbine geneigt. Der Wert des Winkels 18 kann abhängig von der Form des ersten Profils 15a, 15b gewählt werden. Der Winkel 18 kann in einem Intervall von 8° bis 16°, insbesondere von 10° bis 14°, insbesondere von 11° bis 13° liegen.
Das zweite Profil 25a, 25b ist an der Außenseite konvex in Richtung weg von der Achse 2 und somit in Richtung des ersten Mantels 10 gewölbt. Der konvex ausgebauchte Abschnitt 27 führt zu einer Verjüngung des Ringspalts zwischen dem ersten und dem zweiten Mantel. Das zweite Profil 25a, 25b entspricht dem Profil eines aerodynamischen Tragflügels. Eine Profilsehne 26, die als Verbindungslinie zwischen der Profilvorderkante 21 und der Profilhinterkante 22 definiert ist, ist um einen Winkel 28 relativ zu der Längsachse 2 der Turbine geneigt. Der Wert des Winkels 28 kann abhängig von der Form des zweiten Profils 25a, 25b gewählt werden. Der Winkel 28 kann in einem Intervall von 8° bis 16°, insbesondere von 10° bis 14°, insbesondere von 11° bis 13° liegen. Der Neigungswinkel 28 der Profilsehne 26 des zweiten Profils 25a, 25b kann von dem Neigungswinkel 18 der Profilsehne 16 des ersten Profils verschieden sein, insbesondere wenn das erste Profil und das zweite Profil unterschiedlich geformt sind.
Die Profilsehne 16 des ersten Profils 15a, 15b kann so geneigt sein, dass ein Abstand der Profilsehne 16 von der Längsachse 2 in Richtung von der Lufteinlassseite zur Luftauslassseite zunimmt. Die Profilsehne 26 des zweiten Profils 25a, 25b kann so geneigt sein, dass ein Abstand der Profilsehne 26 von der Längsachse 2 in Richtung von der Lufteinlassseite zur Luftauslassseite abnimmt. Durch die konvexe Ausbauchung 17 des ersten Profils 15a, 15b in Richtung des zweiten Mantels 20, die konvexe Ausbauchung 27 des zweiten Profils 25a, 25b in Richtung des ersten Mantels 10 und die Neigung der Profilsehnen verjüngt sich der Ringspalt ausgehend von der Lufteinlassseite der Turbine zunächst. In Richtung der Luftauslassseite erweitert sich der Ringspalt wieder. Die Rotorblätter des Rotors können eine Position entlang der Längsrichtung der Turbine aufweisen, so dass sie an der Verjüngung 7 vorgesehen sind.
Durch die beschriebene Ausgestaltung des ersten Mantels 10 und des zweiten Mantels 20 kann eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung in dem Ringspalt erreicht werden. Dadurch kann ein sinnvoller Einsatz der Turbine mit gutem Wirkungsgrad auch in Gebieten ermöglicht werden, die weniger hohe durchschnittliche Windgeschwindigkeiten aufweisen.
Der Neigungswinkel 18 für das erste Profil relativ zu der Längsachse kann abhängig von dem ersten Profil 15a, 15b gewählt werden. Der Neigungswinkel 18 kann so gewählt werden, dass für das entsprechende Profil eine Auftriebskraft erreicht wird, die größer als ein Schwellenwert und insbesondere nahe am Maximum der Auftriebskraft als Funktion des Anstellwinkels für das entsprechende Profil ist. Ein großer Wert der auf das Profil wirkenden Auftriebskraft entspricht bei Verwendung als Mantel einer Turbine einer großen Differenz der Quadrate von Strömungsgeschwindigkeiten, die an den gegenüberliegenden Seiten der Mantelfläche erreicht werden. Eine große Auftriebskraft auf das entsprechende Profil führt bei Verwendung als Mantel einer Turbine zu einer entsprechenden Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Ringspalt.
4 zeigt schematisch die auf ein tragflügelartiges Profil wirkende Auftriebskraft als Funktion des Anstellwinkels. Die Auftriebskraft nimmt für kleine Anstellwinkel zunächst zu und erreicht bei einem Winkel 42 ein Maximum 41, bevor sie für größere Anstellwinkel aufgrund des zunehmenden Luftwiderstands wieder abnimmt.
Der Winkel 18, um den die Profilsehne des ersten Profils 15a, 15b relativ zur Längsachse 2 der Turbine 1 geneigt ist, kann so gewählt werden, dass er nahe an dem Winkel 42 liegt, der für das entsprechende Profil zu einer Auftriebskraft führen würde, die maximal wird oder wenigstens einen Schwellenwert übersteigt.
Ähnlich kann der Winkel 28, um den die Profilsehne des zweiten Profils 25a, 25b relativ zur Längsachse 2 der Turbine 1 geneigt ist, so gewählt werden, dass er nahe an dem Winkel 42 liegt, der für das entsprechende Profil zu einer Auftriebskraft führen würde, die maximal wird oder wenigstens einen Schwellenwert übersteigt.
Bei der Konstruktion der Turbine 1 kann nicht nur der Neigungswinkel der Profilsehnen der beiden ringförmigen Mäntel, sondern auch die Wahl des Profils im Hinblick darauf erfolgen, dass eine starke Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Ringspalt erwünscht ist. Entsprechend kann ein Profil ausgewählt werden, für das das Maximum 41 der Auftriebskraft, die auf das Profil wirken würde, einen möglichst großen Wert aufweist. Dazu kann ein Schwellenwertvergleich durchgeführt werden, um ein Profil auszuwählen, für das das Maximum 41 der Auftriebskraft zumindest den Schwellenwert übersteigt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 definiert die Profilvorderkante 11 des ersten Mantels 10 einen Kreis mit einem ersten Durchmesser 33. Falls der erste Mantel 10 segmentweise aus M Segmenten aufgebaut ist, so dass die Profilvorderkante 11 des ersten Mantels ein reguläres Polygon mit M Ecken beschreibt, kann der Kreis als Umkreis oder Inkreis des Polygons definiert werden, der den ersten Durchmesser 33 aufweist.
Die Profilvorderkante 21 des zweiten Mantels 20 definiert einen weiteren Kreis mit einem zweiten Durchmesser 34. Falls der zweite Mantel 20 segmentweise aus M Segmenten aufgebaut ist, so dass die Profilvorderkante 21 des zweiten Mantels ein reguläres Polygon mit M Ecken beschreibt, kann der Kreis als Umkreis oder Inkreis des Polygons definiert werden, der den zweiten Durchmesser 34 aufweist.
Der erste Mantel 10 und der zweite Mantel 20 können so ausgestaltet sein, dass der zweite Durchmesser 34 mindestens 50% des ersten Durchmessers 33 beträgt. Auf diese Weise kann Energie noch über einen ringförmigen Bereich abgeerntet werden, dessen Flächenanteil an der Gesamtfläche des Kreises mit dem ersten Durchmesser 33 mindestens 75% beträgt. Darüber steht in dem ringförmigen Bereich, in dem die Rotorblätter angeordnet sind, ein längerer Hebelarm für den Antrieb des Generators 30 zur Verfügung. Auch wenn kinetische Energie der Luftströmung nur in dem Ringspalt zwischen den Mänteln 10 und 20 in eine Drehbewegung des Rotors umgewandelt wird, kann eine gute Energieausbeute erzielt werden. Darüber hinaus werden Gewichtsvorteile erzielt, da auf Teile des Rotors verzichtet werden kann, die aufgrund mechanischer Anforderungen bei herkömmlichen Mantelturbinen ein großes Gewicht aufweisen, aber in strömungstechnischer Hinsicht nur wenig zur Energieerzeugung beitragen.
Der zweite Mantel 20 kann auch relativ nahe an dem ersten Mantel 10 positioniert sein. Beispielsweise kann der zweite Durchmesser 34 mindestens 70% oder mindestens 80% des ersten Durchmessers 33 betragen.
Die Rotorblätter des Rotors, von denen nur ein Rotorblatt 3 in der Schnittsansicht von 3 sichtbar ist, erstrecken sich von einem radial inneren Abschnitt 8 zu einem radial äußeren Abschnitt 9. Der äußere Abschnitt 9 weist einen ersten Abstand von der Längsachse 2 der Turbine auf, die auch Drehachse des Rotors ist. Der innere Abschnitt 8 weist einen zweiten Abstand von der Längsachse 2 der Turbine auf.
Der zweite Abstand kann mindestens 50%, insbesondere mindestens 70%, insbesondere mindestens 80% des ersten Abstands betragen. Dadurch wird die Aberntung von Energie auf einen ringförmigen Bereich beschränkt, wodurch eine geometrisch einfachere und gewichtsmäßig leichtere Ausgestaltung der Rotorblätter ermöglicht wird.
Die Rotorblätter des Rotors können unverwunden sein. Das heißt, die Profilsehne des Rotorblatts kann eine Richtung aufweisen, die unabhängig vom radialen Abstand von der Längsachse 2 der Turbine 1 ist. Die Rotorblätter des Rotors können über ihre Länge auch eine konstante Flügeltiefe aufweisen.
5 ist eine schematische Perspektivansicht eines Rotorblatts 3. Jedes der Rotorblätter kann eine Ausgestaltung aufweisen, wie sie in 5 dargestellt ist. Das Rotorblatt 3 ist unverwunden. Eine Flügeltiefe 51 bleibt in Radialrichtung 52 über die Länge des Rotorblatts konstant. Schnitte durch das Rotorblatt in unterschiedlichen Ebenen senkrecht zur Radialrichtung 52 weisen somit dasselbe Profil mit derselben Flügeltiefe 51 auf.
Jedes der Rotorblätter des Rotors kann so angeordnet sein, dass die Profilsehne 53 des Profils relativ zu einer Anströmrichtung 54 des Rotorblatts verkippt ist. Das Rotorblatt wird im Betrieb von unten angeströmt. Ein Winkel 55 zwischen der Profilsehne 53 und der Anströmrichtung 54 kann so eingestellt werden, dass er im Intervall von 8° bis 16°, insbesondere von 10° bis 14°, insbesondere von 11° bis 13° liegt. Der Winkel 55 kann abhängig von dem Profil des Rotorblatts so eingestellt werden, dass für den gewählten Winkel 55 die auf das Rotorblatt wirkende Auftriebskraft maximal oder wenigstens größer als ein Schwellenwert wird.
Die Orientierung der Rotorblätter in der Turbine 1 kann fix sein. Dabei kann die Orientierung der Rotorblätter abhängig von einer Laufzahl gewählt werden, für die die Turbine im Nutzbetrieb ausgelegt ist. Die Auslegung der Turbine kann in herkömmlicher Weise abhängig von verschiedenen Parametern, beispielsweise abhängig von der Anzahl der Rotorblätter erfolgen.
Die Rotorblätter können auch so gelagert sein, dass sie um eine senkrecht zur Rotationsachse verlaufende Radialrichtung verkippbar sind, die der Längsrichtung der Rotorblätter entspricht. Es kann eine Steuerung vorgesehen sein, um eine Verkippung der Rotorblätter um die Radialrichtung einzustellen. Die Steuerung kann die Verkippung abhängig von der Umlauffrequenz des Rotors und/oder der Windgeschwindigkeit einstellen.
Die Turbine kann zusätzliche Elemente oder Funktionseinheiten umfassen. Beispielsweise kann an dem ersten Mantel 10 und/oder an dem zweiten Mantel 20 ein Diffusorring vorgesehen sein.
6 ist eine Schnittansicht einer Turbine 61 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Turbine 61 weist einen äußeren ersten Mantel 10, einen inneren zweiten Mantel 20 und einen Rotor mit mehreren Rotorblättern auf, wie unter Bezugnahme auf 1–5 beschrieben. An einem luftauslassseitigen Ende des ersten Mantels 10 ist ein erster Diffusorring 62 vorgesehen. Der erste Diffusorring 62 kann ein Profil aufweisen, das von dem Profil des ersten Mantels 10 verschieden ist. Eine Profilsehne des ersten Diffusorrings 62 kann relativ zu einer Profilsehne des ersten Mantels 10 verkippt sein, wie in 6 dargestellt.
An einem luftauslassseitigen Ende des zweiten Mantels 20 ist ein zweiter Diffusorring 63 vorgesehen. Der zweite Diffusorring 63 kann ein Profil aufweisen, das von dem zweiten Profil des zweiten Mantels 20 verschieden ist. Eine Profilsehne des zweiten Diffusorrings 63 kann relativ zu einer Profilsehne des zweiten Mantels 20 verkippt sein, wie in 6 dargestellt.
Durch die Verwendung von Diffusorringen kann der Wirkungsgrad der Turbine weiter verbessert werden.
Der Diffusorring kann jeweils eine segmentierte Bauweise aufweisen. Der Diffusorring kann jeweils einstellbar sein, um einen Luftauslassquerschnitt zu verändern. Dazu können Segmente des Diffusorrings an dem entsprechenden Mantel gelenkig gelagert sein.
Bei jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele kann die Turbine 1 so ausgestaltet sein, dass die Rotorblätter 3–5 jeweils aus mehreren zueinander beweglichen Rotorblattteilen bestehen, die eine Veränderung der Tiefe oder Länge der Rotorblätter abhängig von einer Drehzahl der Turbine ermöglichen. Ein (nicht dargestellter) Aktor kann eingerichtet sein, um die Rotorblattteile eines Rotorblatts 3–5 abhängig von einem Ausgangssignal eines Drehzahlsensors zueinander zu verschieben, um eine Änderung der Abmessung des Rotorblatts 3–5 zu bewirken.
Bei jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele kann die Turbine 1 so ausgestaltet sein, dass eine Länge des ersten Mantels 10 und/oder des zweiten Mantels 20 in einer Richtung entlang der Drehachse abhängig von einer Drehzahl der Turbine 1 veränderbar ist. Ein (nicht dargestellter) Aktor kann vorgesehen sein, der mit einem Drehzahlsensor gekoppelt ist, um ein Mantelteil des ersten Mantels 10 relativ zu einem weiteren Mantelteil des ersten Mantels 10 abhängig von einem Ausgangssignal des Drehzahlsensors zu verschieben. Der Aktor zum Verstellen der Länge des ersten Mantels 10 kann innerhalb des ersten Mantels 10 oder außerhalb des ersten Mantels 10 angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann ein (nicht dargestellter) Aktor vorgesehen sein, der mit dem Drehzahlsensor gekoppelt ist, um ein Mantelteil des zweiten Mantels 20 relativ zu einem weiteren Mantelteil des zweiten Mantels 20 abhängig von einem Ausgangssignal des Drehzahlsensors zu verschieben. Der Aktor zum Verstellen der Länge des zweiten Mantels 20 kann innerhalb des ersten Mantels 20 oder außerhalb des ersten Mantels 20 angeordnet sein.
Derselbe Aktor kann verwendet werden, um die Länge sowohl des ersten Mantels 10 als auch des zweiten Mantels 20 einzustellen.
Auch die Rotorblätter können aus mehreren beweglich zueinander Teilen bestehen, die eine Veränderung der Tiefe der Rotorblätter ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf die Figuren wurden Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben. Abwandlungen können bei weiteren Ausführungsbeispielen realisiert sein. Beispielsweise können Rotoren mit unterschiedlicher Anzahl von Rotorblättern verwendet werden. Das Profil des ersten Mantels und das Profil des zweiten Mantels kann variiert werden. Das erste Profil des ersten Mantels und das zweite Profil des zweiten Mantels können gleich sein.
Während bei Ausführungsbeispielen der zweite Mantel vollständig in dem vom ersten Mantel ringförmig umgebenen Raumbereich angeordnet ist, kann bei weiteren Ausführungsbeispielen der zweite Mantel auch aus dem vom ersten Mantel ringförmig umgebenen Raumbereich hervorragen. Beispielsweise kann eine Profilvorderkante des zweiten Mantels außerhalb des vom ersten Mantel ringförmig umgebenen Raumbereichs angeordnet sein.
Der Rotor kann an dem ersten Mantel und/oder an dem zweiten Mantel drehbar gelagert sein. Alternativ kann eine separate Struktur zum Lagern des Rotors vorgesehen sein. Diese kann insbesondere zwischen dem Rotor und der Luftauslassseite der Turbine angeordnet sein.
Der zweite Mantel kann mit Verbindungselementen an dem ersten Mantel befestigt sein. Die Verbindungselemente können in Anströmrichtung hinter dem Rotor, also in Längsrichtung der Turbine zwischen dem Rotor und einem Auslassbereich der Turbine angeordnet sein. Es kann ein separater Träger für den zweiten Mantel vorgesehen sein. Diese kann können in Anströmrichtung hinter dem Rotor, also in Längsrichtung der Turbine zwischen dem Rotor und einem Auslassbereich der Turbine angeordnet sein.
Die Turbine kann zur Energiegewinnung in Windkraftanlagen, beispielsweise in Windparks oder in Windgeneratoren eingesetzt werden. Die Turbine kann sowohl in Windenergieanlagen an Land oder auf See eingesetzt werden.
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

DE 19903846 C2 [0003]
DE 29617306 U1 [0003]

Claims

Turbine für eine Windenergieanlage, umfassend: einen ersten Mantel (10), der sich um eine Achse (2) erstreckt; einen zweiten Mantel (20), der sich um die Achse (2) erstreckt, wobei wenigstens ein Abschnitt des zweiten Mantels (20) innerhalb eines durch den ersten Mantel (10) definierten Raumbereichs angeordnet ist; und einen Rotor mit Rotorblättern (3–5), der derart gelagert ist, dass er relativ zu dem ersten Mantel (10) und dem zweiten Mantel (20) um die Achse (2) drehbar ist; wobei der erste Mantel (10) ein erstes Profil (15, 15a, 15b) aufweist und der zweite Mantel (20) ein zweites Profil (25, 25a, 25b) aufweist, wobei ein Ringspalt (6) zwischen einer Innenfläche (13) des ersten Mantels (10) und einer Außenfläche (24) des zweiten Mantels (20) gebildet ist; und wobei sich die Rotorblätter (3–5) des Rotors in dem Ringspalt (6) zwischen dem ersten Mantel (10) und dem zweiten Mantel (20) erstrecken.
Turbine nach Anspruch 1, wobei der Rotor ringförmig ist.
Turbine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Innenfläche (13) des ersten Mantels (10) in einer Richtung parallel zu der Achse (2) eine Krümmung aufweist und die Außenfläche (24) des zweiten Mantels (20) in der Richtung parallel zu der Achse (2) eine Krümmung aufweist.
Turbine nach Anspruch 3, wobei der Ringspalt (6) eine Verjüngung (7) aufweist und die Rotorblätter (3–5) an der Verjüngung (7) des Ringspalts (6) angeordnet sind.
Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Mantel (20) so geformt ist, dass in mehreren die Achse (2) enthaltenden Schnittebenen eine Schnittlinie der Außenfläche (24) des zweiten Mantels (20) mit der Schnittebene jeweils einen in Richtung von der Achse (2) weg ausgebauchten, konvexen Abschnitt (27) aufweist.
Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Profilsehnen (26) des zweiten Profils (25, 25a, 25b) relativ zu der Achse (2) geneigt sind.
Turbine nach Anspruch 6, wobei die Profilsehnen (26) des zweiten Profils (25, 25a, 25b) um einen Winkel (28) im Intervall von 8° bis 16°, insbesondere im Intervall von 10° bis 14°, insbesondere von 12°, relativ zu der Achse (2) geneigt sind.
Turbine nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Profilsehnen (26) des zweiten Profils (25, 25a, 25b) derart geneigt sind, dass ein Lufteinlassquerschnitt des zweiten Mantels (20) größer als ein Luftauslassquerschnitt des zweiten Mantels (20) ist.
Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Mantel (10) so geformt ist, dass in mehreren die Achse (2) enthaltenden Schnittebenen eine Schnittlinie der Innenfläche (13) des ersten Mantels (10) mit der Schnittebene jeweils einen in Richtung der Achse (2) ausgebauchten, konvexen Abschnitt (17) aufweist.
Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Profilsehnen (16) des ersten Profils (15, 15a, 15b) relativ zu der Achse (2) geneigt sind.
Turbine nach Anspruch 10, wobei die Profilsehnen (16) des ersten Profils (15, 15a, 15b) um einen Winkel (18) im Intervall von 8° bis 16°, insbesondere im Intervall von 10° bis 14°, insbesondere von 12°, relativ zu der Achse (2) geneigt sind.
Turbine nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Profilsehnen (16) des ersten Profils (15, 15a, 15b) derart geneigt sind, dass ein Lufteinlassquerschnitt des ersten Mantels (10) kleiner als ein Luftauslassquerschnitt des ersten Mantels (10) ist.
Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Profil (15, 15a, 15b) ein aerodynamisches Tragflügelprofil ist, und wobei das zweite Profil (25, 25a, 25b) ein weiteres aerodynamisches Tragflügelprofil ist.
Turbine nach Anspruch 13, wobei eine Profilvorderkante (11) des ersten Mantels (10) einen die Achse (2) umgebenden Kreis mit einem ersten Durchmesser (33) definiert und eine Profilvorderkante (21) des zweiten Mantels (20) einen die Achse (2) umgebenden Kreis mit einem zweiten Durchmesser (34) definiert, wobei der zweite Durchmesser (34) mindestens 50 %, insbesondere mindestens 70 % des ersten Durchmessers (33) beträgt.
Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Rotorblatt (3–5) des Rotors ein unverwundenes Profil aufweist.
Windenergieanlage, umfassend eine Turbine (1; 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Generator (30), der mit dem Rotor (3–5) der Turbine (1; 61) gekoppelt ist.