DE19730211A1 - Windmotor mit einem oder mehreren Rotoren - Google Patents

Description

Windmotor mit einem oder mehreren Rotoren.

Windmotoren (auch Windgeneratoren oder Windkraftanlagen genannt) sollen die Bewegungsenergie des Windes mittels der aerodynamischen Wirkung der Rotorflügel in nutzbare Energie umwandeln.

Um günstige Wirkungsgrade zu erzielen, muß bei den dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Windmotoren der die Rotorfläche durchströmende Wind möglichst gleich­ mäßige Geschwindigkeit haben, da Steigung und Schränkung der Rotorflügel nur jeweils für eine Windgeschwindigkeit und Drehzahl berechnet werden können.

Um möglichst gleichförmige Windbewegung ausnutzen zu kön­ nen, werden Windmotoren deshalb auf relativ hohen Türmen befestigt, wodurch die Kosten einer solchen Windkraftan­ lage höher werden, als die Energieausbeute rechtfertigt. Ein kostendeckender Betrieb solcher Windenergieanlagen ist deshalb nur bei entsprechender Subventionierung mög­ lich.

Für kleinere Windmotoren sind zudem aus Kostengründen die bei großen Windmotoren zur Anpassung an verschiedene Windgeschwindigkeiten gebräuchlichen Flügelverstellvor­ richtungen unrentabel.

Die selbsttätige Einstellung der Rotorflügel bzw. der Flügelabschnitte gemäß der beschriebenen Erfindung ermög­ licht es nun, daß Windmotoren auch auf niedrigeren Masten trotz ungleichmäßiger oder böiger Luftbewegung und bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten nahezu verlust­ frei betrieben werden können.

Bei der beschriebenen Erfindung werden die radial ange­ ordneten Rotorflügel bzw. Flügelabschnitte unabhängig von­ einander um ihre Längsachse drehbar gelagert, so daß sie sich entsprechend der Bewegung der sie umströmenden Luft wie Windfahnen in den Wind drehen, wenn der Drehpunkt des Flügelprofils im aerodynamischen Druckpunkt, d. h. im er­ sten Viertel der Flügeltiefe liegt (Abb. 1).

Das verwendete druckpunktfeste Profil (ein z. B. bei Nur­ flügelflugzeugen verwendetes sog. S-Profil) erzeugt nun bei Luftbewegung einen Auftrieb in Drehrichtung, wodurch sich der Rotor zu drehen beginnt, was nun eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und des Auftriebs und somit eine weitere Drehzahlerhöhung bewirkt, bis die Last und der Luftwiderstand der Flügel die Drehzahl begrenzen.

Da durch die selbsttätige Verstellung der Rotorflügel in­ folge deren Windfahnenwirkung ungleichmäßige Windgeschwin­ digkeiten, z. B. Windböen, nahezu ausgeglichen werden, ist nunmehr auch ein wirtschaftlicher Betrieb, auch von klei­ neren Windmotoren, bei unterschiedlichen Windgeschwindig­ keiten in Bodennähe oder anderen ungünstigen topographi­ schen Verhältnissen möglich.

Um den bei Drehzahl- bzw. Windgeschwindigkeitsänderungen entstehenden Schränkungsfehler weiter zu verringern, kön­ nen die Flügel in voneinander unabhängig drehbare Abschnit­ te aufgeteilt werden (Abb. 2-4).

Die selbsttätige Verstellung der Rotorflügel bzw. der Flü­ gelabschnitte kann auch durch Windfahnen ähnlich der Höhen­ flosse eines Flugzeuges bewirkt werden (Abb. 5).

Eine weitere Möglichkeit zur Flügeleinstellung ist die An­ ordnung von Windfahnen vor den Rotorflügeln bzw. Flügelab­ schnitten, wenn diese Windfahnen Getriebe zur Drehung der zugehörigen Rotorflügel bzw. Flügelabschnitte steuern, oder die Ermittlung des Unter- bzw. Überdrucks an den Profilober­ bzw. Unterseiten durch Drucksensoren und daraus resultieren­ der Werte zur Steuerung von Getrieben zur Flügel- bzw. Flü­ gelabschnittverstellung (Abb. 6 u. 7).

Wenn die Profilhinterkanten, ähnlich wie mit Fowlerflügeln, bzw. die ähnlich einer Höhenflosse angebrachten Windfahnen, manuell oder durch Servosteuerungen verstellbar angeordnet werden, kann durch entsprechende Verstellung der Auftrieb verändert bzw. bis Null verringert werden, wodurch sich die Möglichkeit einer Belastungs- bzw. Drehzahlveränderung, z. B. durch Drehzahlregelung, ergibt (Abb. 8 u. 9).

Dieselben Wirkungen werden auch erzielt, wenn die Verstel­ lung durch Drucksensoren oder durch Windfahnen vor den Pro­ filen gesteuert wird.

Wenn so der Auftrieb manuell bzw. durch Alarmschalter bis Null verringert wird, bewirkt dies zudem den Stillstand des Rotors.

Um die Anlaufeigenschaften der Windmotoren mit selbsttätig einstellenden Rotorflügeln zu verbessern, können die Drehbe­ reiche der Rotorflügel bzw. der Flügelabschnitte begrenzt werden.

Claims (8)

1. Windmotor mit einem oder mehreren Rotoren, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dessen radial angeordnete Rotorflügel unabhängig voneinander um ihre Längsachse drehbar gelagert sind.

2. Windmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rotorflügel durch die Windfahnenwirkung der im Druckpunkt der Flügelprofile drehbar gelagerten Flügel vonein­ ander unabhängig selbsttätig in die Richtung der die Flügel um­ strömenden Luft einstellen.

3. Windmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selbsttätige Einstellen der Rotorflügel in die Richtung der die Flügel umströmenden Luft durch Windfahnen ähnlich der Höhenflosse eines Flugzeugs erfolgt.

4. Windmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellungen der Rotorflügel in die Richtung der die Flü­ gel umströmenden Luft durch mechanische Verstellvorrichtungen erfolgen, die von vor den Profilen der Rotorflügel angeordne­ ten Windfahnen oder von auf den Ober- und Unterseiten der Flü­ gelprofile angebrachten Drucksensoren gesteuert werden.

5. Windmotor nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Verringerung von Schränkungsfehlern die vonein­ ander unabhängig drehbaren Flügel in voneinander unabhängige drehbare Abschnitte aufgeteilt werden.

6. Windmotor nach den Patentansprüchen 1, 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkanten der Rotorflügel bzw. Flü­ gelabschnitte bzw. die angebrachten Windfahnen manuell bzw. mittels einer Regelanlage so verstellt werden, daß sich die Anstellwinkel der Rotorflügel bzw. der Flügelabschnitte ändern und dadurch eine Last- und/oder Drehzahländerung des Rotors bewirkt wird.

7. Windmotor nach Patentanspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Verstellung gemäß Patentanspruch 4 oder 6 durch manuelle Betätigung oder Alarmschaltung der Auftrieb nach Null geregelt werden kann, und so der Stillstand des Rotors bewirkt wird.

8. Windmotor nach Patentanspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß, z. B. zur Verbesserung der Anlaufeigenschaften, die Dreh­ bereiche der Rotorflügel bzw. der Flügelabschnitte begrenzt werden können.