DE19604476A1 - Wind-powered generator e.g. for high output power - Google Patents

Wind-powered generator e.g. for high output power

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Abstract

The wind-driven electrical generator is constructed within the space formed by an electricity distribution pylon and comprises an electro-mechanical generating unit from which a shaft extends upwards along the axis of the pylon and has concave-shaped blades to cause a single direction rotation of the shaft when exposed to an air flow. An electricity distribution pylon (10) has electro-mechanical generation equipment housed (11) at its base and at its axial centre. A vertical shaft (1) extends along the axis of the pylon and is able to freely rotate on a bearing (12) on the generator housing. A number of pairs of concave wind vanes (2,3) are attached to the shaft to form a conical assembly. The generated power may be fed directly into the grid system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung elek­ trischer Energie durch Windkraft mit einer Windkraftmaschine mit vertikal ausgerichteter Rotationsachse.The invention relates to a device for generating elek energy from wind power with a wind turbine with a vertically aligned axis of rotation.

Für die Umwandlung der kinetischen Energie des Windes in elek­ trische Energie werden hauptsächlich Windräder verwendet, die als freidrehende Axialturbinen auf eigens dafür errichteten Türmen angeordnet sind. Die besten Wirkungsgrade werden von Propellerrädern mit horizontaler Welle erreicht, sofern sie genau gegen den Wind gestellt werden. Die Anstellwinkel der Propellerblätter werden automatisch der Windgeschwindigkeit an­ gepaßt. Aufgrund der guten Wirkungsgrade wurden Großanlagen für 2000 bis 3000 Kilowatt entwickelt. Damit verbunden ist jedoch eine Turmhöhe von mehr als 100 Meter mit einem Rotordurchmesser von ebenfalls 100 Meter. Eine 1984 in Betrieb genommene 3 MW-Großanlage wurde wegen Dauerfestigkeitsproblemen wieder abge­ baut und durch mehrere Einheiten mittlerer Größe ersetzt.For the conversion of the kinetic energy of the wind into electrical Wind energy is mainly used for wind energy as freely rotating axial turbines on purpose-built ones Towers are arranged. The best efficiencies are from Propeller wheels with horizontal shaft reached, provided they be placed exactly against the wind. The angle of attack of the Propeller blades are automatically adjusted to the wind speed fit. Due to the good efficiency, large systems for Developed 2000 to 3000 kilowatts. However, this is connected a tower height of more than 100 meters with a rotor diameter of also 100 meters. A commissioned in 1984 Large 3 MW plant was abandoned due to fatigue problems builds and replaced by several units of medium size.

Neben mehrblättrigen Windrädern sind asymmetrische einblättrige Rotoren bekannt. Als Vorteil eines derartigen Rotors können größere Toleranzbereiche für die Fertigung wegen fehlender Symmetrieanforderungen, die geringere Kosten erfordern, ge­ nannt werden. Auch bei einer derartigen Anlage werden bei höheren als zulässigen Windgeschwindigkeiten die Leistungen durch Rücknahme des Blattverstellwinkels konstant gehalten.In addition to multi-bladed wind turbines are asymmetrical single-bladed Known rotors. As an advantage of such a rotor can larger tolerance ranges for the production because of missing Symmetry requirements that require lower costs ge be called. Even with such a system  higher than permissible wind speeds kept constant by reducing the blade adjustment angle.

Die Türme zum Tragen der Windräder werden als abgespannte oder freistehende, sehr steife Rohr- oder Gittermasten ausgeführt. Freistehende Türme werden vor allem durch Massenkräfte und -momente, z. B. Kreiselmomente der Räder, neben anderen in Hochbauten üblichen Lasten beansprucht. Der Gesamtaufbau einer Windkraftanlage mit horizontaler Rotationsachse ist insbe­ sondere durch den erforderlichen hohen Turmaufbau sehr kosten­ aufwendig. Das gleiche gilt für die aerodynamische Ausbildung der Propellerflügel.The towers for carrying the wind turbines are called guyed or free-standing, very rigid tubular or lattice masts. Freestanding towers are mainly due to mass forces and moments, e.g. B. Gyroscopic moments of the wheels, among others in Buildings usual loads claimed. The overall structure of a Wind turbine with a horizontal axis of rotation is in particular very expensive due to the high tower structure required complex. The same applies to aerodynamic training the propeller wing.

Weitere noch nicht sehr verbreitete Bauarten sind Windkraft­ maschinen der einleitend genannten Gattung mit vertikaler Rotationsachse. Hierzu gehört der Darrieus-Rotor mit zwei oder drei senkrechten Rotorblättern, die als Mantellinien einer Rotationsfigur ausgebildet sind. Ahnlich konzipiert ist der Savonius-Rotor aus zwei vertikal stehenden, schaufelförmigen Blättern. Eine jüngere Entwicklung ist eine dem Darrieus-Rotor ähnliche, konstruktiv einfache Vertikalmaschine mit zwei oder drei geraden Blättern, die als H-Rotor bezeichnet wird. Allen Vertikalmaschinen gemeinsam ist der Vorteil der Unabhängigkeit von der Windrichtung, die konstruktive Einfachheit und die Unterbringung der mechanischen und elektrischen Baugruppen am Boden. Nachteile sind der geringere Wirkungsgrad und die feh­ lende Selbstanlauffähigkeit des Darrieus-Rotors und des H-Rotors.Other types that are not yet very common are wind power machines of the type mentioned in the introduction with vertical Axis of rotation. This includes the Darrieus rotor with two or three vertical rotor blades, one as the surface lines Rotational figure are formed. The is similarly designed Savonius rotor made of two vertical, blade-shaped Scroll. A more recent development is the Darrieus rotor Similar, structurally simple vertical machine with two or three straight blades, called the H-rotor. Everyone Vertical machines together is the advantage of independence of the wind direction, the constructive simplicity and the Housing the mechanical and electrical assemblies on Ground. Disadvantages are the lower efficiency and the lack The self-starting ability of the Darrieus rotor and the H-rotors.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die eine weitere Vereinfachung zeigt und eine kostengünstigere Herstellung gestattet. Die Er­ findung als Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich durch die An­ ordnung einer Windkraftmaschine in einem Gittermast aus, in dessen vom Gitterwerk umschlossenen Raum die vertikale Welle angeordnet ist, an welcher paarweise vertikal ausgerichtete und in Drehrichtung konkav gewölbte Widerstandsflächen sym­ metrisch befestigt sind.The object of the invention is to provide a device of the beginning to create the aforementioned genre, which further simplifies shows and allows a cheaper production. The he Finding a solution to this problem is characterized by the arrangement of a wind turbine in a lattice mast, in  the space enclosed by the latticework is the vertical wave is arranged on which vertically aligned in pairs and in the direction of rotation concave curved resistance surfaces sym are attached metrically.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Nutzung der für das Tragen elektrischer Freileitungen vor­ handenen Gittermasten auf die Aufstellung zusätzlicher, nur für die Windkraftanlagen nutzbarer Gittermasten verzichtet werden kann, so daß neben der Kosteneinsparung eine Schonung des landschaftlichen Erscheinungsbildes erreicht wird. Die statische Belastung eines Gittermastes ist durch die zen­ trale Aufhängung eines Rotors gemäß Erfindung gering. Die Widerstandsflächen können aus preiswerten Blechen bestehen. Zusätzliche Fundamente sind nicht erforderlich.The particular advantage of the invention is that the use of the for carrying electrical overhead lines existing lattice masts on the installation of additional, only lattice masts usable for the wind turbines are dispensed with can be, so that in addition to saving costs, a protection of the landscape appearance is achieved. The Static load on a lattice tower is due to the zen central suspension of a rotor according to the invention low. The Resistance surfaces can consist of inexpensive sheets. Additional foundations are not required.

In Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten können das oder die Widerstandsflächenpaare über die ganze Rotorlänge ein­ teilig ausgeführt sein oder aus Montagegründen auch Unter­ teilungen in mehrere Abschnitte zeigen.Depending on the local conditions, that or the pairs of resistance surfaces over the entire rotor length be made in part or for assembly reasons also sub Show divisions in several sections.

Weitere den Erfindungsgegenstand vorteilhaft gestaltende Merkmale sind in den Ansprüchen enthalten.Further advantageously shaping the subject of the invention Features are included in the claims.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung ledig­ lich schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.In the drawing, embodiments of the invention are single Lich shown schematically and explained below.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die Seitenansicht eines Rotors, Fig. 1 is a side view of a rotor,

Fig. 2 die Stirnansicht des Rotors gemäß Fig. 1, Fig. 2 shows the end view of the rotor according to Fig. 1,

Fig. 3 die schaubildliche Darstellung eines Rotors, Fig. 3 shows the perspective view of a rotor,

Fig. 4 die Stirnansicht eines Rotors mit zwei um 90° gegen­ einander versetzt angeordneten Widerstandsflächen­ paaren, Fig. 4 shows the end view of a rotor with two 90 ° offset from each other arranged pairs resistance surfaces,

Fig. 5 die Seitenansicht des Rotors gemäß Fig. 3 und Fig. 5 is a side view of the rotor shown in FIG. 3 and

Fig. 6 den unteren Teil eines Rotors innerhalb eines Gitter­ mastes für Freilandleitungen. Fig. 6 shows the lower part of a rotor within a lattice mast for outdoor lines.

Der Rotor der Windkraftmaschine besteht aus einer vertikalen Welle 1 mit daran befestigten Widerstandsflächen 2 und 3. Sie sind paarweise und symmetrisch angeordnet, wobei ihre Wöl­ bungen in Drehrichtung konkav sind. Paarweise zusammengenommen ergibt sich ein sinusförmiger Gesamtquerschnitt.The rotor of the wind turbine consists of a vertical shaft 1 with resistance surfaces 2 and 3 attached to it. They are arranged in pairs and symmetrically, their bulges are concave in the direction of rotation. Taken together in pairs, the overall cross-section is sinusoidal.

Die Ausführung nach den Fig. 4 und 5 unterscheidet sich von der der Fig. 1 bis 3 lediglich dadurch, daß ein zweites Widerstandsflächenpaar 2a, 3a an dem Rotor 1 befestigt ist. Das zweite Flächenpaar ist um etwa 90° gegen das Flächenpaar 2, 3 versetzt angeordnet.The embodiment according to FIGS. 4 and 5 differs from that of FIGS. 1 to 3 only in that a second pair of resistance surfaces 2 a, 3 a is attached to the rotor 1 . The second surface pair is offset by approximately 90 ° from the surface pair 2 , 3 .

Die schematische Darstellung der Fig. 6 zeigt die Anordnung eines Rotors aus einzelnen Abschnitten. Bei dem gezeigten Bei­ spiel sind sieben sich nach unten konisch erweiternde Wider­ standsflächenpaare erkennbar. Die mechanischen und elektrischen Baugruppen sind in einem Gehäuse 11 am Boden untergebracht. Das Rotorgewicht wird von einem Drucklager 12 aufgefangen. Die Konizität, und damit nach unten zunehmende Größe der einzelnen Widerstandsflächen, wird durch den konischen Aufbau des Gitter­ mastes ermöglicht. Die von oben nach unten abnehmende Windge­ schwindigkeit und der Energieinhalt des Windes können somit teilweise ausgeglichen werden.The schematic representation of FIG. 6 shows the arrangement of a rotor from individual sections. In the example shown, seven conically widening resistance surface pairs can be seen. The mechanical and electrical assemblies are housed in a housing 11 on the floor. The rotor weight is absorbed by a thrust bearing 12 . The conicity, and thus the increasing size of the individual resistance surfaces, is made possible by the conical structure of the lattice mast. The decreasing wind speed from top to bottom and the energy content of the wind can thus be partially offset.

Sofern keine direkte Abnahme der erzeugten elektrischen Ener­ gie zu Verbrauchszwecken vorgesehen ist, kann der gewonnene Strom nach entsprechender Umtransformierung auch in bekannter Weise in das Netz eingespeist werden.Unless there is a direct acceptance of the electrical energy generated gie is intended for consumption purposes, the won Current after corresponding transformation also in known Be fed into the network in a way.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie durch Wind­ kraft mit einer Windkraftmaschine mit vertikaler Welle, ge­ kennzeichnet durch die Anordnung der Windkraftmaschine in einem Gittermast für elektrische Freileitungen, in dessen vom Gitter­ werk umschlossenen Raum die vertikale Welle angeordnet ist, an welcher paarweise vertikal ausgerichtete und in Drehrichtung konkav gewölbte Widerstandsflächen symmetrisch befestigt sind.1. Device for generating electrical energy by wind power with a wind turbine with a vertical shaft, characterized by the arrangement of the wind turbine in a lattice mast for electrical overhead lines, in the space enclosed by the lattice plant, the vertical shaft is arranged, on which in pairs vertically aligned and resistance surfaces concavely curved in the direction of rotation are attached symmetrically. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbungen eines Widerstandsflächenpaares im wesentlichen sinus­ förmig sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the Curvatures of a pair of resistive surfaces are essentially sine are shaped. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rotorwelle mehrere um vorbestimmte Drehwinkel ver­ setzt angeordnete Widerstandsflächenpaare angeordnet sind.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that on the rotor shaft several ver by predetermined angles of rotation sets arranged pairs of resistance surfaces are arranged. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Widerstandsflächen durchgehend über die gesamte Länge der Welle geführt sind. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized ge indicates that the resistance surfaces are continuous over the entire length of the shaft are guided.   5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Widerstandsflächen in mehrere vertikal übereinander angeordnete Abschnitte unterteilt sind.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized ge indicates that the resistance surfaces in several vertical sections arranged one above the other are divided. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Widerstandsflächen aus Metallblechen be­ stehen.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that the resistance surfaces made of sheet metal be stand. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Widerstandsflächenpaare als einteilige Integralbauteile ausgebildet sind.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized ge indicates that the pairs of resistive surfaces are in one piece Integral components are formed. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Widerstandsflächen von oben nach unten konisch erweitern.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized ge indicates that the resistance areas from top to bottom expand conically below. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gewicht des gesamten aus Welle und Wider­ standsflächen bestehenden Rotors am unteren Ende durch ein Drucklager aufgenommen und zur seitlichen Abstützung über die Länge des Rotors verteilt, mehrere Führungslager vorgesehen sind.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized ge indicates that the weight of the entire wave and contra base of the existing rotor at the lower end by Thrust bearing added and for lateral support on the Distributed length of the rotor, several guide bearings provided are.
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