DE202004014105U1

DE202004014105U1 - Flow engine

Info

Publication number: DE202004014105U1
Application number: DE202004014105U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2014-09-09
Also published as: WO2005026536A1; DE10342113A1; EP1678420A1; DE10342113B4

Abstract

Strömungskraftmaschine mit einem ein-, zwei- oder mehrblättrigen Rotor (2), dessen Drehachse (3) im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Rotorblatt als bogenförmig gestalteter Flächenflügel (12, 13) vorgesehen ist, wobei die beiden Bogenenden (14, 15) des Rotorblattes an der Drehachse (3) des Rotors (2) befestigt sind.Flow engine with a rotor with one, two or more blades (2), the axis of rotation of which (3) arranged essentially parallel to the direction of flow (4) is characterized in that at least one rotor blade as arc designed wing (12, 13) is provided, the two bow ends (14, 15) of the rotor blade are attached to the axis of rotation (3) of the rotor (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungskraftmaschine mit einem ein-, zwei- oder mehrblättrigen Rotor, dessen Drehachse im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Kraftmaschine kann beliebige Arten von Strömungsenergie umsetzen, insbesondere gasförmige Strömungsenergie (Windenergie) oder fluide Strömungsenergie (Wasserströmungsenergie). Neben dem Einsatz zur Energiegewinnung kann die Kraftmaschine auch für einen Antrieb von Fahrzeugen verwendet werden, beispielsweise bei Wasserfahrzeugen.The Invention relates to a fluid flow machine with a one-, two- or multi-bladed rotor, the axis of rotation essentially parallel to the direction of flow is arranged. The engine of the invention can be any Types of flow energy implement, especially gaseous flow energy (Wind energy) or fluid flow energy (Water flow energy). In addition to the use for energy generation, the engine can also for one Drive of vehicles are used, for example in water vehicles.

Bekannt sind Strömungskraftmaschinen mit aus Tragflügelprofilen geformten Rotorblättern. Bei diesen erfolgt die Umsetzung der Strömungsenergie in Rotationsenergie nach dem Bernoullischen Gesetz aufgrund einer unterschiedlichen Druckverteilung auf der Unterseite gegenüber der Oberseite des Flügels der unter Strömung angeströmten Tragfläche, die zu einer Querkraft für den Flügel und damit zu einem Drehantrieb des Rotors führt. Die vom Strömungsflügel extrahierbare Leistung ist dabei unter anderem proportional zu der von den Flügeln überstrichenen Fläche.Known are fluid power machines with from wing profiles shaped rotor blades. These convert the flow energy into rotational energy according to the Bernoulli law due to a different Pressure distribution on the bottom opposite the top of the wing under current be streamed Wing, which become a shear force for the wing and thus leads to a rotary drive of the rotor. The extractable from the flow wing Among other things, power is proportional to the area covered by the wings.

Die derzeitigen technologischen Verbesserungen und Weiterentwicklungen von Strömungskraftanlagen zielen im Wesentlichen dahin, einerseits die Wirtschaftlichkeit zu verbessern, andererseits die Umweltbeeinflussung und dabei insbesondere die Geräuschemission zu minimieren. Die Wirtschaftlichkeit einer Strömungskraftanlage hängt in großem Maße von der spezifischen Turmkopfmasse ab. Langsamlaufende Strömungsrotoren erzeugen hohe Drehmomente und benötigen entsprechend schwere Bauteile, insbesondere Getriebe mit hohem Übersetzungsverhältnis und/oder entsprechend aufwändige langsam laufende Generatoren. Von daher liegt es auf der Hand, die Auslegungsdrehzahlen bzw. die Umfangsgeschwindigkeiten von Strömungskraftrotoren so hoch wie möglich anzusetzen. Dem steht jedoch entgegen, dass mit steigender Umfangsgeschwin digkeit die aerodynamische Geräuschentwicklung an den Rotorblättern zunimmt. Während beim Stand der Technik alle übrigen Maschinengeräusche durch Maßnahmen wie Präzisionsverzahnung, Körperschallentkopplung und Kapselung usw. verhältnismäßig gut beherrschbar geworden sind, bilden die aerodynamisch bedingten Geräusche am Rotor ein nach wie vor schwer beherrschbares Problem.The current technological improvements and advancements of fluid power plants essentially aim at, on the one hand, economy to improve, on the other hand, the environmental impact and in particular the noise emission to minimize. The economic viability of a flow power plant largely depends on the specific tower head mass. Slow-speed flow rotors generate high torques and require correspondingly heavy components, especially gearboxes with a high gear ratio and / or correspondingly elaborate slow running generators. It is therefore obvious that the design speeds or the circumferential speeds of fluid power rotors as high as possible to be set. This is opposed to the fact that with increasing circumferential speed the aerodynamic noise development on the rotor blades increases. While all others in the prior art Machine noise through activities like precision gearing, Sound attenuation and encapsulation etc. relatively well have become controllable, the aerodynamically induced noises form Rotor is still a difficult problem to control.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungskraftmaschine zur Verfügung zu stellen, dessen Rotor schnell laufen kann, und damit hohe Drehmomente erzeugen kann, und bei der die Umweltbeeinflussung und dabei insbesondere die Geräuschemission minimiert ist.The The invention has for its object to provide a fluid flow machine whose rotor can run quickly and therefore high torques can generate, and in which the environmental impact and in particular the noise emission is minimized.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 1.The solution this object results from the features of claim 1.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens ein Rotorblatt als bogenförmig gestalteter Flächenflügel vorgesehen ist, und die beiden Bogenenden des Rotorblattes an der Drehachse des Rotors befestigt sind. Durch diese besondere geometrische Gestaltung jedes Rotorblattes und seine Anordnung an der Drehachse des Rotors wird einerseits eine erhebliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Strömungskraftmaschine und andererseits eine deutliche Minimierung der Geräuschemission erreicht. Die erfindungsgemäße Strömungskraftmaschine hat einen schnelllaufenden Rotor, der auch bei geringeren Strömungsgeschwindigkeiten ein hohes Drehmoment erzeugt. Da die vom erfindungsgemäßen Strömungsflügel extrahierbare Leistung nicht von der von den Flügeln überstrichenen Fläche wie bei den vorbekannten Flügeln abhängt, sondern im Wesentlichen proportional ist zu den von den Flügeln umschlossenen Volumen, können bereits bei geringeren Strömungsgeschwindigkeiten hohe Energieumsetzungen erreicht werden. Die Geräuschemission ist bei der erfindungsgemäßen Strömungskraftmaschine u. a. deshalb wesentlich geringer als bei vorbekannten Strömungs anlagen, da die auf den Flügeln durch die Strömung beaufschlagte Stauwirkung wesentlich geringer ist als bei vorbekannten Flügeln. Dennoch ist der Leistungsbeiwert und damit der Wirkungsgrad im Hinblick auf das Verhältnis der umgesetzten Energie zur Strömungsenergie ausreichend groß.According to the invention Task solved by that at least one rotor blade is provided as an arcuate surface wing and the two bow ends of the rotor blade on the axis of rotation of the rotor are attached. This special geometric design each rotor blade and its arrangement on the axis of rotation of the rotor on the one hand a significant improvement in the economy of the Fluid power machine according to the invention and on the other hand a significant minimization of noise emissions reached. The fluid flow engine according to the invention has a high-speed rotor, even at lower flow speeds generates a high torque. Since the extractable from the flow wing according to the invention Performance not from the area swept by the wings like with the known wings depends but is essentially proportional to those enclosed by the wings Volume, can even at lower flow speeds high energy conversions can be achieved. The noise emission is in the flow engine according to the invention u. a. therefore much less than in known flow systems, because the ones on the wings the flow acted upon congestion effect is significantly less than that of previously known Wings. Yet is the performance coefficient and thus the efficiency with regard on the relationship the converted energy to flow energy big enough.

Dem Prinzip der Erfindung folgend ist die geometrische Gestaltung des erfindungsgemäßen Rotors dergestalt, dass der Flächenflügel in seiner Projektion auf eine Ebene wenigstens annähernd als zweieckiger Grundkörper eines Toroidalflächenausschnittes bzw. eines Kugeloberflächenausschnittes ausgebildet ist.the Following the principle of the invention is the geometric design of the rotor according to the invention in such a way that the wing in its Projection onto a plane at least approximately as a triangular base body Toroidalflächenausschnittes or a spherical surface cutout is.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Flächenflügel sattelförmig gekrümmt mit einem konvex gebogenen Flügelprofil sein.To In an advantageous development of the invention, the surface wing can be curved with a saddle shape be a convex wing profile.

Anders als bei den vorbekannten Tragflügelformen ist es nach der Erfindung weiterhin von Vorteil, wenn der Flächenflügel des Rotors dünnwandig ausgebildet ist.Different than with the previously known wing shapes it is also advantageous according to the invention if the surface wing of the Rotors thin-walled is.

Vorzugsweise ist das Rotorblatt der erfindungsgemäßen Strömungskraftmaschine aus einem biegesteifen Material gefertigt, insbesondere aus einem Fibermaterial, beispielsweise Glasfaser- oder Kunststofffasermaterial, oder einem Karbonmaterial.Preferably is the rotor blade of the fluid flow engine according to the invention from a rigid Material made, in particular from a fiber material, for example Glass fiber or plastic fiber material, or a carbon material.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous features of the invention result from the subclaims.

Die Erfindung ist nachstehend an den Ausführungsbeispielen erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigt:The Invention is explained below using the exemplary embodiments which are shown in the drawings. It shows:

1 eine schematische Seitenansicht einer Strömungskraftmaschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 is a schematic side view of a fluid flow engine according to a first embodiment of the invention;

2 eine schematische Vorderansicht des ersten Ausführungsbeispieles; und 2 is a schematic front view of the first embodiment; and

3 eine schematische Seitenansicht einer Strömungskraftmaschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 is a schematic side view of a fluid flow engine according to a second embodiment of the invention.

Das in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine Strömungskraftmaschine 1 mit einem zweiblättrigen Rotor 2, dessen Drehachse 3 im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung gemäß Pfeil 4 angeordnet ist. Der gemäß Pfeil 5 drehende Rotor 2 ist mit seinen von der Strömung beaufschlagten Teilen und der diese tragenden Teilen gemäß Pfeil 6 schwenkbar an einer Halte- und Stützeinrichtung 7 gelagert, dessen Schwenkachse 8 im wesentlichen senkrecht zur Drehachse 3 des Rotors 2 angeordnet ist. Die Drehachse 3 treibt einen in den Figuren nicht näher dargestellten Generator an, der die von der Strömung umgesetzte Drehleistung in elektrische Energie wandelt. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die den Rotor 2 tragenden Teile einen mit der Halte- und Stützeinrichtung 7 befestigten Bügel 9 auf, auf dessen Bügelenden 10, 11 die Drehachse 3 des Rotors 2 schwenkbar gelagert ist.That in the 1 and 2 The illustrated embodiment of the invention includes a fluid flow machine 1 with a two-bladed rotor 2 whose axis of rotation 3 is essentially parallel to the direction of flow according to the arrow 4 is arranged. The one according to arrow 5 rotating rotor 2 is with its parts acted upon by the flow and the parts carrying them according to the arrow 6 swiveling on a holding and supporting device 7 stored, its pivot axis 8th essentially perpendicular to the axis of rotation 3 of the rotor 2 is arranged. The axis of rotation 3 drives a generator, not shown in the figures, which converts the rotational power converted by the flow into electrical energy. In the preferred embodiment of the invention shown, they have the rotor 2 load-bearing parts one with the holding and supporting device 7 attached bracket 9 on, on the temple ends 10 . 11 the axis of rotation 3 of the rotor 2 is pivotally mounted.

Erfindungsgemäß ist jedes Rotorblatt 12 und 13 als bogenförmig gestalteter Flächenflügel aus einem biegesteifen Material gefertigt, wobei die beiden Bogenenden 14, 15 jedes Rotorblattes 12, 13 an der Drehachse 3 des Rotors 2 befestigt sind. Ferner ist jeder Flächenflügel 12, 13 in seiner Projektion auf eine (gedachte) Ebene wenigstens annähernd als zweieckiger Grundkörper eines Toroidalflächenausschnittes bzw, eines Kugeloberflächenausschnittes ausgebildet. Beide unter einem Winkel von 180° versetzt an der Drehachse 3 des Rotors 2 angeordnete bzw, befestigte Flächenflügel 12, 13 sind dünnwandig ausgebildet und haben eine möglichst geringe Masse. Jedes Rotorblatt 12, 13 ist vorzugsweise aus einem Fibermaterial gefertigt.According to the invention, each rotor blade is 12 and 13 made as an arched wing from a rigid material, the two ends of the arch 14 . 15 each rotor blade 12 . 13 on the axis of rotation 3 of the rotor 2 are attached. Furthermore, each wing is 12 . 13 projected onto an (imaginary) plane at least approximately as a triangular base body of a toroidal surface section or a spherical surface section. Both offset at an angle of 180 ° on the axis of rotation 3 of the rotor 2 arranged or, fixed wing 12 . 13 are thin-walled and have the lowest possible mass. Every rotor blade 12 . 13 is preferably made of a fiber material.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann jeder Flächenflügel 12, 13 sattelförmig gekrümmt mit einem konvex gebogenen Flügelprofil sein, wie dies in 2 mit einer strichlierten Randlinie 15 dargestellt ist.According to an advantageous development of the invention, each wing can 12 . 13 be saddle-shaped with a convex curved wing profile, as shown in 2 with a dashed border 15 is shown.

Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine Strömungskraftmaschine 1, bei dem ein Stabgenerator 14 auf bzw. in der Drehachse 3 des Rotors 2 integriert ausgebildet ist. Im Übrigen unterscheidet sich diese Ausführung nicht von dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, so dass sich dieselben Bezugsziffern auf analoge Bestandteile und Merkmale beziehen.This in 3 The illustrated embodiment of the invention includes a fluid flow machine 1 where a rod generator 14 on or in the axis of rotation 3 of the rotor 2 is integrated. Otherwise, this version does not differ from that in 1 and 2 Embodiment shown, so that the same reference numerals relate to analog components and features.

Bei einem weiteren, in den Figuren nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Strömungskraftmaschine als Antriebsmaschine für ein Wasserfahrzeug ausgebildet. Bei dieser Ausführung ist die Drehachse 3 mit einem Motor verbunden, welcher den Rotor 2 antreibt, der für den Antrieb des Wasserfahrzeuges als Ersatz herkömmlicher Propellerschrauben dient.In a further exemplary embodiment, not shown in the figures, the fluid flow engine according to the invention is designed as a drive machine for a watercraft. In this version, the axis of rotation is 3 connected to a motor that drives the rotor 2 drives, which serves as a replacement for conventional propeller screws for the propulsion of the watercraft.

Claims

Fluid power machine with a one-, two- or multi-bladed rotor ( 2 ), whose axis of rotation ( 3 ) essentially parallel to the direction of flow ( 4 ) is arranged, characterized in that at least one rotor blade as an arcuate surface wing ( 12 . 13 ) is provided, the two bow ends ( 14 . 15 ) of the rotor blade on the axis of rotation ( 3 ) of the rotor ( 2 ) are attached.

Fluid power machine according to claim 1, characterized in that the surface wing ( 12 . 13 ) in its projection onto a plane is at least approximately designed as a triangular base body of a toroidal surface section.

Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that the surface wing ( 12 . 13 ) of the rotor ( 3 ) is thin-walled, and is made of a rigid material.

Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor blade ( 3 ) is made of a fiber or fiber material.

Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 2 ) two wing panels ( 12 . 13 ), which is offset at an angle of 180 ° on the axis of rotation ( 3 ) of the rotor ( 2 ) are arranged.

Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that the surface wing ( 12 . 13 ) is curved in a saddle shape.

Flow engine according to claim 6, characterized in that the wing profile is convexly curved is.

Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 2 ) with its parts acted upon by the flow and the parts carrying them pivotably on a holding and supporting device ( 3 ) is mounted, the swivel axis ( 3 ) essentially perpendicular to the axis of rotation ( 3 ) of the rotor ( 2 ) is arranged.

Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 2 ) carrying parts with the holding and supporting device ( 3 ) attached bracket ( 3 ), on the temple ends ( 10 . 11 ) the rotor axis ( 3 ) is pivotally mounted.

Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that on or in the axis of rotation ( 3 ) of the rotor ( 2 ) at least one essentially rod-shaped or cylindrical DC or AC voltage generator ( 14 ) or engine is provided.