DE202010009987U1 - Turbine III - Google Patents
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Abstract
Turbine in Form einer Radialturbine, mit parallel zur Drehachse ausgerichteten Rotorblättern, wobei die Rotorblätter (3) aus der radialen Richtung heraus in Richtung der Tangentialebene und schräg zum Radius und zur Tangentialebene ausgerichtet sind und der äußere Bereich (15) noch stärker in Richtung der Tangentialebene abgewinkelt ist und insbesondere der innere Bereich (17) in Richtung des Radius abgewinkelt ist und insbesondere der innere Bereich (17) in Richtung des Radius abgewinkelt ist, und dass die Rotorblätter mit mindestens einem, vorzugsweise zwei, Leitblechen (19, 20) ummantelt sind, die insbesondere spiralförmig nach innen gewölbt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter eine gekrümmte Fläche ohne Abknickkanten aufweisen, dass die Rotorblätter ein Hohlprofil bilden und aus der radialen Richtung heraus in Richtung der Tangentialebene und schräg zum Radius und zur Tangentialebene ausgerichtet sind und dass die schräg nach außen gerichtete Oberfläche (Oberseite 16) der Rotorblätter stärker nach außen gewölbt ist als die nach...Turbine in the form of a radial turbine, with rotor blades aligned parallel to the axis of rotation, the rotor blades (3) being aligned from the radial direction in the direction of the tangential plane and obliquely to the radius and the tangential plane, and the outer region (15) even more in the direction of the tangential plane is angled and in particular the inner region (17) is angled in the direction of the radius and in particular the inner region (17) is angled in the direction of the radius, and that the rotor blades are sheathed with at least one, preferably two, guide plates (19, 20) , which are in particular curved inwards, characterized in that the rotor blades have a curved surface without kinked edges, that the rotor blades form a hollow profile and are oriented from the radial direction in the direction of the tangential plane and obliquely to the radius and to the tangential plane and that sloping outward surface (top 16 ) the rotor blades are curved outwards more than those towards ...
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere auf eine Windturbine. Die Erfindung ist nicht auf Windturbinen eingeschränkt, sondern bezieht sich auch auf Turbinen für Wasser oder beliebige andere frei strömende Fluide.The invention relates to a turbine according to the preamble of
Eine Turbine dieser Art ist aus der
Stand der TechnikState of the art
Das Betzsche Gesetz stammt von dem deutschen Ingenieur Albert Betz (1885–1968). Er formulierte es erstmals im Jahr 1919. Sieben Jahre später (1926) erschien es in seinem Buch „Wind-Energie” (
Das Gesetz besagt, dass eine Windenergieanlage maximal 16/27 (das sind knapp 60 Prozent) der im Wind enthaltenen translatorischen Energie in rotatorische Energie umwandeln kann.The law states that a wind turbine can convert a maximum of 16/27 (which is almost 60 percent) of the translational energy contained in the wind into rotary energy.
Der britische Ingenieur F. Lanchester (1868–1946) publizierte schon 1915 ähnliche Überlegungen.The British engineer F. Lanchester (1868-1946) already published similar considerations in 1915.
Der Quotient aus genutzter Windleistung PNutz zu ankommender Windleistung P0 wird Leistungsbeiwert cP genannt.The quotient of the utilized wind power P Nutz for the incoming wind power P 0 is called the power coefficient c P.
Betzscher LeistungsbeiwertBetzscher performance coefficient
Wenn der Windströmung (kinetische) Energie entnommen wird, verlangsamt sich der Wind. Würde die Energie vollständig entnommen, dann kämen die Luftmassen hinter der Anlage zum Stillstand und würden sich vor ihr aufstauen und ausweichen, sodass der Massenstrom durch die Anlage und die Leistung Null wäre. (Aus diesem Grund verliert das Betzsche Gesetz für kleine Geschwindigkeitsverhältnisse v2/v1 seine Gültigkeit, denn bei Ableitung des Gesetzes wird davon ausgegangen, dass die Windgeschwindigkeit in der Rotorebene (v1 + v2)/2 ist.) Würde der Wind dagegen gar nicht abgebremst, so nähme der Massenstrom zwar nicht ab, aber es würde auch keine Energie entnommen, und die Leistung wäre wiederum Null. Der Idealfall liegt also irgendwo dazwischen.When wind flow (kinetic) energy is removed, the wind slows down. If the energy were removed completely, the air masses behind the plant would come to a standstill and would pile up and dodge before it, so that the mass flow through the plant and the power would be zero. (For this reason, Betz's law for small velocity ratios v 2 / v 1 loses its validity, because the law assumes that the wind velocity is in the rotor plane (v 1 + v 2 ) / 2) Although not braked, the mass flow would not decrease, but no energy would be taken, and the power would again be zero. The ideal case is somewhere in between.
Der Leistungsbeiwert ist ausschließlich eine Funktion der Abbremsung. Wie diese Abbremsung vorgenommen wird, geht in die Berechnung nicht ein. In der Praxis lassen sich hohe Leistungsbeiwerte jedoch ausschließlich mit Auftriebsläufern erreichen.The power coefficient is solely a function of deceleration. How this deceleration is made is not included in the calculation. In practice, however, high performance coefficients can only be achieved with buoyancy runners.
Die größte Leistung lässt sich also entziehen, wenn der Wind auf 1/3 seiner ursprünglichen Geschwindigkeit abgebremst wird.The greatest performance can thus be avoided if the wind is braked to 1/3 of its original speed.
Es werden ständig Versuche berichtet, die vorgeben cP > cP,Betz erhalten zu haben. Man kann davon ausgehen, dass wegen der Allgemeinheit der Herleitung, eine solche Überwindung der Verletzung des Erhaltungssatzes der Energie gleichkommt. Ein Ausweg wurde lediglich von Betz selbst angegeben: Wird dem als einzelne 'WirkSCHEIBE' (engl. Actuator-Disk) modellierten Rotor eine endliche Dicke zugesprochen, so könnten quer zur Hauptströmung vorhandene turbulente Fluktuationen zusätzliche Energie nunmehr zwischen Vorder- und Hinterscheibe eintragen.Experiments are constantly being reported which purport to have received c P > c P, Betz . It can be assumed that because of the universality of the derivation, such an overcoming of the violation of the conservation law equals energy. A solution was only given by Betz himself: If the rotor modeled as a single 'actuator disk' was given a finite thickness, turbulent fluctuations across the main flow could now introduce additional energy between the front and rear disks.
Diese Idee wurde von
Versuche, einer gemantelten Windturbine einen 'Über-Betzwert' zuzusprechen, kranken oft an der falschen Wahl der Bezugsfläche: Statt der Rotorfläche muss nun die größte 'Stirn'fläche der Anlage, also in den meisten Fällen die Austrittsfläche des Mantels oder Diffusors benutzt werden.Attempts to assign a jacketed wind turbine an 'over-Betzwert', often suffer from the wrong choice of the reference surface: Instead of the rotor surface now the largest 'forehead' surface of the system must be used, so in most cases the exit surface of the shell or diffuser.
Ausgeführte RotorenExecuted rotors
Da die Rotorverluste die mit Abstand größten Verluste einer Windenergieanlage sind, arbeiten alle Hersteller daran, möglichst hohe Leistungsbeiwerte zu erreichen. Moderne ausgeführte Rotoren erreichen Leistungsbeiwerte von cP = 0,4 bis 0,5, das sind also etwa 70% bis 80% des theoretisch Möglichen.Since the rotor losses are by far the largest losses of a wind turbine, all manufacturers work to achieve the highest possible power coefficients. Modern designed rotors achieve performance coefficients of c P = 0.4 to 0.5, that is about 70% to 80% of the theoretically possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbine mit deutlich verbessertem Wirkungsgrad bereitzustellen, welche die Windenergie erheblich effektiver als die bekannten Windkraftanlagen ausnutzt. The invention has for its object to provide a turbine with significantly improved efficiency, which exploits the wind energy considerably more effective than the known wind turbines.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims.
Nähere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele und Zeichnungen näher erläutert.Further details and advantages of the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments and drawings.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben, wobei die
In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert.In all drawings, like reference numerals have the same meaning and therefore may be explained only once.
Bei dem in
Ein entsprechend aufgebautes Windrad (Savonius) mit ebenfalls gekrümmten Rotorblättern ist in Seitenansicht in
Wird entsprechend
Bei einer Strömung nur oberhalb der Drehachse
Die Turbine nach der
Die Rotorblätter
Wichtig für den Effekt ist insbesondere die erste Abknickkante
Wird die Turbine entsprechend
Eine Erklärung dieses Effektes wird mit Hilfe der
Der weitaus größere Teil der Luftströmung wird aber von den Rotorblättern
Diese hauptsächlichen Kräfte sind der Deutlichkeit halber noch einmal in
Zusätzlich wirkt aufgrund der gebogenen Form der Rotorblätter
Zur Erläuterung des Auftriebs dienen die
Damit ein Flugzeug fliegen kann, braucht es Auftrieb. Auftrieb entsteht durch Luft, die von vorne um die Tragflächen
Wie man auf der Abbildung sehen kann, ist die Tragfläche auf der Oberseite
Diese Zirkulation verhält sich so, dass sie auf der Oberseite der Tragfläche mit der Strömung (Ergebnis: die Luft strömt an der Oberseite schneller), an der Unterseite der Tragfläche gegen die Strömung fließt (Ergebnis: die Luft strömt hier langsamer). Der Begriff Zirkulation kann jedoch irreführend wirken. Denn tatsächlich bewegt sich die Luft dabei nicht gegen die Strömung. Der Begriff ist eher als ein mathematisches Modell zur Berechnung des Auftriebs zu verstehen.This circulation behaves in such a way that it flows against the flow on the upper side of the wing with the flow (result: the air flows faster at the top), at the bottom of the wing (result: the air flows slower here). The term circulation, however, can be misleading. In fact, the air does not move against the current. The term is more likely to be understood as a mathematical model for calculating buoyancy.
Die gewölbte Form (das Profil) der Tragfläche schafft erhöhten Auftrieb, indem sie die Strömung am Ende des Flügels effizienter nach unten ablenkt. Die nach unten abgelenkte Luft erzeugt nach dem Newtonschen Gesetz von Kraft und Gegenkraft zusätzlichen Auftrieb.The curved shape (the tread) of the wing provides increased buoyancy by deflecting the flow at the end of the wing more efficiently downwards. The downward deflected air generates additional lift according to Newton's law of force and counterforce.
Das genaue Prinzip des Auftriebs ist sehr kompliziert und in diesem Rahmen nur sehr grob darzustellen. Wichtig für den Auftrieb ist: Die Luft über den Tragflächen strömt schneller als die Luft unter den Tragflächen. Noch lange bevor das erste Flugzeug gebaut wurde, erkannte ein kluger Schweizer namens Bernoulli, dass der Druck in der Luft immer abnimmt, wenn ihre Geschwindigkeit zunimmt. Das bedeutet im Fall unserer Tragfläche, dass der Druck über der Tragfläche geringer ist als darunter. Durch dieses Phänomen wird das Flugzeug zu 2/3 nach oben gesogen und nur zu 1/3 nach oben gedrückt (
Ein solcher Auftrieb und eine solche Zirkulation treten ebenfalls bei der erfindungsgemäßen Turbine am Rotorblatt auf, wie
Da die äußeren Bereiche der Rotorblätter sich im Betrieb schneller bewegen als die auf die Turbine wirkende Luftströmung, entsteht eine Zirkulation entsprechend
Ein weiterer Effekt kommt hinzu. Hinter der Drehachse, bezogen auf die Richtung der auf die Turbine wirkenden Luftströmung, saugt die Turbine Luft an und verdichtet diese, wodurch der Wirkungsgrad weiter erhöht wird.Another effect is added. Behind the axis of rotation, based on the direction of the air flow acting on the turbine, the turbine sucks in and compresses air, which further increases the efficiency.
Zusätzlich wirken die Rotorblätter
Zur Erläuterung:In order to explain:
Das aerodynamische Paradoxon ist eine physikalische Erscheinung. Um es zu demonstrieren, versuche man, aus einem Trichter eine in diesen eingelegte Papiertüte hinauszublasen. Dabei wird die Tüte jedoch nicht hinausgeblasen, sondern an die Wände des Trichters gedrückt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Luft zwischen Tüte und Trichterwand teilweise von dem eingeblasenen Luftstrom nach außen mitgerissen wird; dadurch entsteht zwischen Tüte und Trichterwand ein Unterdruck und der äußere Luftdruck treibt die Tüte gegen die Trichterwand. Dieser Effekt wurde
Noch deutlicher wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Turbine, nachfolgend Tanocsturbine genannt, aus der folgenden Erläuterung.The operation of the turbine according to the invention, hereinafter referred to as Tanocsturbine, becomes even clearer from the following explanation.
Tanocs Turbine wird unterstützt durch die Vortex-Technologie. Was ist ein Vortex? Ein Vortex ist erreicht, wenn eine Strömung innerhalb anderer Strömungen/Druck oder anderer physikalischer Barrieren einen optimalen ausweichenden Durchfluss/drehende Strömung bildet. Beispiele:
- 1) wenn Wasser seine maximale Abflussgeschwindigkeit erreicht in einem Badewannenabfluss,
- 2) bei einem Zyklon (Twister), wenn mehrere Sturmfronten versuchen, sich auszuweichen.
- 1) when water reaches its maximum flow rate in a bathtub drain,
- 2) in a cyclone (Twister), when several storm fronts try to dodge.
Eine Tanocsturbine funktioniert wie folgt:
Alle bekannten Windturbinen arbeiten nach dem gleichen Prinzip. Im Gegensatz dazu arbeitet der Tanocs auf einem anderen Prinzip. Der Tanocs dreht immer in dieselbe Richtung, egal, ob der Windimpuls nur oberhalb oder unterhalb der Achse ankommt (
All known wind turbines work on the same principle. In contrast, the Tanocs works on a different principle. The Tanocs always turn in the same direction, regardless of whether the wind pulse only arrives above or below the axis (
Eine Leistungsoptimierung kann durch die Optimierung der Anstellwinkel, der Airfoilkrümmung, der Airfoilproportion, des Abstandes der Airfoils und der Turbinendurchmesser ermöglicht werden, je nach Anwendung und Drehzahl.Performance optimization can be achieved by optimizing the angles of attack, airfoil curvature, airfoil proportion, airfoil distance, and turbine diameter, depending on the application and speed.
Die Funktion einer erweiterten Tanocsturbine mit Funktion der aktiven Flächen wird in der folgenden Tabelle und in
So wird es bisher in der Wissenschaft beschrieben: Der Leistungsbeiwert ist also ausschließlich eine Funktion der Abbremsung. Wie diese Abbremsung vorgenommen wird, geht in die Berechnung nicht ein. In der Praxis lassen sich hohe Leistungsbeiwerte jedoch ausschließlich mit Auftriebsläufern erreichen (
Gibt es Möglichkeiten zur Überwindung?
Es werden ständig Versuche berichtet, die vorgeben cP > cPBetz erhalten zu haben. Man kann davon ausgehen, dass wegen der Allgemeinheit der Herleitung, eine solche Überwindung der Verletzung des Erhaltungssatzes der Energie gleichkommt. Ein Ausweg wurde lediglich von Betz selbst angegeben: Wird dem als einzelne 'WirkSCHEIBE' (engl. Actuator-Disk) modellierten Rotor eine endliche Dicke zugesprochen, so könnten quer zur Hauptströmung vorhandene turbulente Fluktuationen zusätzliche Energie nunmehr zwischen Vorder- und Hinterscheibe eintragen.Are there ways to overcome?
Experiments are constantly being reported that purport to have received cP> cP Betz . It can be assumed that because of the universality of the derivation, such an overcoming of the violation of the conservation law equals energy. A solution was only given by Betz himself: If the rotor modeled as a single 'actuator disk' was given a finite thickness, turbulent fluctuations across the main flow could now introduce additional energy between the front and rear disks.
Versuche, einer gemantelten Windturbine einen 'Über-Betzwert' zuzusprechen, kranken oft an der falschen Wahl der Bezugsfläche: Statt der Rotorfläche muss nun die größte Stirnfläche der Anlage, also in den meisten Fällen die Austrittsfläche des Mantels oder Diffusors, benutzt werden.Attempts to assign a jacketed wind turbine a 'over-Betzwert', often suffer from the wrong choice of the reference surface: Instead of the rotor surface now the largest face of the system, ie in most cases the exit surface of the shell or diffuser, must be used.
Vergleiche nun
Die Erfindung wird nun mit einer Stauaufladung verglichen. Das Funktionsprinzip der Stauaufladung ist Folgendes: Ein Turbolader besteht aus einer Abgasturbine im Abgasstrom (Impuls), die über eine Welle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt verbunden ist. Die Turbine wird vom Abgasstrom (Impuls) des Motors in Rotation versetzt und treibt so den Verdichter an. Der Verdichter (entspricht
Die korrekte Bezeichnung dieser Erfindung ist daher Verdichter, Turbine und Diffusor vereint.The correct name of this invention is therefore compressor, turbine and diffuser united.
Ein Diffusor ist ein Bauteil im Maschinen-, Elektrizitätswerks-, Ventilator-, Fahrzeug- und Flugzeug- und Schiffbau, das Gas-/Flüssigkeitsströmungen verlangsamt und den Gas-/Flüssigkeitsdruck erhöht. Es stellt im Prinzip die Umkehr einer Düse dar. Er dient weiterhin zur ”Rückgewinnung” von kinetischer Energie in der Rohrhydraulik.A diffuser is a component in machinery, power plant, fan, vehicle and aircraft and shipbuilding that slows down gas / liquid flows and increases gas-liquid pressure. In principle, it represents the reversal of a nozzle. It also serves to "recover" kinetic energy in the pipe hydraulics.
Ein Diffusor stellt im Unterschallbereich immer eine Vergrößerung des Durchflussquerschnittes in Fließrichtung des strömenden Mediums dar.In the subsonic area, a diffuser always represents an enlargement of the flow cross-section in the direction of flow of the flowing medium.
Zu
Wenn wir die Wirkung und das Prinzip der Airfoil mit der Tanocs vergleichen, sieht man, warum durch Interaktion von zwei Flügeln an derselben Seite und der Interaktion von zwei Seiten die Turbine immer im Uhrseigersinn dreht. Comparing the effect and principle of airfoil with the tanocs, one sees why, with the interaction of two wings on the same side and the interaction of two sides, the turbine always turns clockwise.
Mögliche und vorteilhafte Anwendungen:
Windturbine in verschiedenen Größen (Hochhäuser, auf dem Dach oder an den Hochhausecken)
Einfamilienhäuser (in oder auf dem Dach),
zur Regionalversorgung auf Türme oder zwischen Hochhäusern, unter Brücken,
als kleine Energieturbinen für den Garten und den Balkon,
als Einbau in oder auf vorhandenen Schornsteinen (bei Werken oder Kraftwerken)
auf Hallendächern von Gewerbeflächen
an den Autobahnleitplanken befestigt um den Fahrtwind der vorbeifahrenden Autos auszunutzen
Windturbinen auf mobilen Geräten/Fahrzeugen
Autos zum Antrieb von Elektroautos (z. B. auf dem Dach, oder Heck)
Fahrrädern
Motorrollern
Zügen
Schiffen
Flugzeugen
Hubschraubern
Marineturbine
zum Ausnutzen der Strömung in Flüssen/Staudämmen/Bächen/Wasserfällen
zur Ausnutzung der Ströme in Meeren, Meerengen und der Gezeiten
als Turbine angehängt oder eingebaut in Schiffe am Bug/HeckPossible and advantageous applications:
Wind turbine in different sizes (skyscrapers, on the roof or on the high-back corners)
Detached houses (in or on the roof),
for regional supply on towers or between skyscrapers, under bridges,
as small energy turbines for the garden and the balcony,
as installation in or on existing chimneys (in factories or power plants)
on hall roofs of commercial space
attached to the highway crash barriers to exploit the wind of the passing cars
Wind turbines on mobile devices / vehicles
Cars for driving electric cars (eg on the roof, or rear)
bicycles
scooters
trains
ship
aircraft
helicopters
Marine turbine
to exploit the flow in rivers / dams / streams / waterfalls
to exploit the currents in oceans, straits and tides
attached as a turbine or installed in ships at the bow / stern
Ummantelte Turbine nach den Fig. 17 bis Fig. 23Sheathed turbine according to FIGS. 17 to 23
Um die optimale Leistung der Tanocsturbine zu erreichen, kann es mit zwei Airfoils bestückt werden. Die Airfoils bestehen aus zwei Leitblechen
Die Turbine wird zwischen den beiden Endplatten mit Lagern auf der Achse gehalten. Die Wölbung der Außenbleche
Innerhalb der Turbine:Inside the turbine:
Die Leitbleche
Weitere VorteileOther advantages
- – Läuft selbst an bei 0,5 m/s Windgeschwindigkeit- Runs at 0.5 m / s wind speed
- – Muss nicht bei hoher Windgeschwindigkeit oder Sturm abgeschaltet werden- Does not have to be switched off at high wind speed or storm
- – Läuft schneller als Windkraftanlagen- Runs faster than wind turbines
- – Kann versteckt oder mit neuer Architektur integriert werden- Can be hidden or integrated with new architecture
- – Bei 5 m/s Windgeschwindigkeit bekommt man einen 5-mal höheres Drehmoment als bei einer WKA (Tendenz steigend)- At 5 m / s wind speed you get a 5 times higher torque than a wind turbine (rising tendency)
Im Folgenden wird nun die Erfindung anhand der
Bei der Bauweise nach
Ferner erkennt man in den
Die Vorderseite der Flügel (Rotorblätter) hat am inneren Ende eine Abknickkante. Die Rückseite kann mit einer durchgehend (ohne Abknickkante) gekrümmten Fläche geschlossen sein, wie in den
Außerdem sieht man in den
Auf der rechten Seite der
Das Zuklappen des Fensters hat nichts mit der Windgeschwindigkeit zu tun, sondern mit dem Druckausgleich. Dadurch wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Turbinenform nicht aufgrund der Windgeschwindigkeit wie bei der Savonius- oder Darrieus-Turbine funktioniert, sondern aufgrund des Druckausgleiches. Dies bedeutet, dass eine Einordnung dieser Turbine gemäß dem Betz-Gesetz zu hinterfragen ist.The closing of the window has nothing to do with the wind speed, but with the pressure equalization. This makes it clear that the turbine mold according to the invention does not work due to the wind speed as in the Savonius or Darrieus turbine, but due to the pressure equalization. This means that a classification of this turbine according to the Betz law is questionable.
Auf diese Weise ist verständlich, warum der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Turbine höher als bei anderen, üblichen Turbinen ist.In this way it is understandable why the efficiency of the turbine according to the invention is higher than in other conventional turbines.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Turbine kann auch anhand der Funktionsweise einer Kaplan-Turbine erklärt werden, wie es im Folgenden geschieht.The mode of operation of the turbine according to the invention can also be explained on the basis of the mode of operation of a Kaplan turbine, as will be described below.
Durch Druckausgleich von Wasser besitzt die Kaplan-Turbine die Fähigkeiten, Energie zu ernten, nicht durch Wassergeschwindigkeit.By balancing water, the Kaplan turbine has the ability to harvest energy, not through water velocity.
Funktionsprinzipprinciple of operation
Das Laufrad gleicht bei der Kaplan-Turbine einem Schiffspropeller, dessen Flügel verstellbar sind. Turbinen ohne diese Flügelverstellung werden als Propellerturbinen bezeichnet. Allerdings sollte für den Einsatz einer Propellerturbine eine relativ konstante Wassermenge zur Verfügung stehen, da der Wirkungsgrad im Teillastbereich schnell abfällt. Das Wasser wird durch eine Spirale in Drall versetzt und das Leitwerk, auch als Leitschaufeln bezeichnet, sorgt dafür, dass das Wasser parallel zur Welle auf die Schaufeln trifft und dabei die Energie überträgt. Der Wasserdruck nimmt vom Eintritt in das Laufrad bis zum Austritt stetig ab. Die Kaplan-Turbine ist daher eine Überdruckturbine. Durch das Saugrohr verlässt das Wasser die Turbine.The impeller is similar to the Kaplan turbine, a ship propeller whose wings are adjustable. Turbines without this wing adjustment are referred to as propeller turbines. However, a relatively constant amount of water should be available for the use of a propeller turbine, since the efficiency drops rapidly in the partial load range. The water is twisted by a spiral and the tail, also known as vanes, ensures that the water meets the blades parallel to the shaft and thereby the Energy transfers. The water pressure decreases steadily from entry into the impeller to the outlet. The Kaplan turbine is therefore an overpressure turbine. Through the suction pipe, the water leaves the turbine.
Der Einbau erfolgt meistens vertikal, so dass das Wasser von oben nach unten durchströmt. Der erreichte Wirkungsgrad liegt im Bereich von 80–95%. Durch die verstellbaren Leit- und Laufradschaufeln kann die Kaplan-Turbine reguliert werden. Dadurch kann sie besser auf die jeweilige Wassermenge und Fallhöhe eingestellt werden. Sie ist bestens geeignet für den Einsatz bei niedrigen bis niedrigsten Fallhöhen und großen sowie schwankenden Durchflussmengen. Die Kaplan-Turbine ist damit prädestiniert für große Flusskraftwerke an ruhig fließenden Großgewässern.The installation is usually vertical, so that the water flows through from top to bottom. The achieved efficiency is in the range of 80-95%. The adjustable guide and impeller blades allow the Kaplan turbine to be regulated. As a result, it can be better adjusted to the respective amount of water and drop height. It is ideally suited for use at low to lowest heads and large and fluctuating flow rates. The Kaplan turbine is thus predestined for large river power plants in calm flowing large waters.
Diese Turbine kann waagerecht und senkrecht montiert werden.This turbine can be mounted horizontally and vertically.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen WindkraftanlageFurther advantages of the wind turbine according to the invention
Die Flügel rotieren nicht schneller als der Wind.The wings do not rotate faster than the wind.
Die erfindungsgemäßen Turbinen sind sehr einfach zu konstruieren.The turbines according to the invention are very simple to construct.
Die Turbinen werden sehr schnell und sehr einfach dort aufgestellt, wo die Windbedingungen am besten sind.The turbines are set up very quickly and very easily where the wind conditions are best.
Keine hochtechnologischen Maschinen werden zur Herstellung benötigt.No high-tech machines are needed for production.
Ein schneller Zusammenbau ist ein weiterer Vorteil.A quick assembly is another advantage.
Die Herstellung kann direkt auf der Windfarm vorgenommen werden.The production can be made directly on the wind farm.
Eine Konstruktion ohne Schwerkräne ist möglich.A construction without heavy cranes is possible.
Schwierige Sicherheitsvorkehrungen brauchen nicht berücksichtigt werden, wie es im Stand der Technik bei den Masten mit vertikal ausgerichteten Drehachsen der Fall ist.Difficult safety precautions need not be taken into account, as is the case in the prior art masts with vertically oriented axes of rotation.
Die Leistungsdichte ist viel höher als bei jeglicher bekannter Windkraftanlage.The power density is much higher than any known wind turbine.
Preiswerte Stützkonstruktionen aus Stahl sind möglich.Inexpensive support structures made of steel are possible.
Wenn einer der Generatoren herunterfährt, arbeiten die restlichen Generatoren deshalb weniger redundant.Therefore, when one of the generators shuts down, the remaining generators work less redundantly.
Anders als die Windkraftanlagen mit Masten und horizontalen Achsen sind die erfindungsgemäßen Turbinen perfekt geeignet, um Wasser zu pumpen, da sie ein sehr hohes Drehmoment erzeugen.Unlike wind turbines with masts and horizontal axles, the turbines according to the invention are perfectly suited for pumping water since they generate a very high torque.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Drehachseaxis of rotation
- 22
- Endplattenendplates
- 33
- Rotorblatt, großRotor blade, big
- 3a3a
- Rotorblatt, kleinRotor blade, small
- 44
- Luft(-Strömung)Air (-Strömung)
- 55
- Luft(-Strömung)Air (-Strömung)
- 66
- Luft(-Strömung)Air (-Strömung)
- 77
- Luft(-Strömung)Air (-Strömung)
- 4a4a
- reflektierte Strömungreflected flow
- 5a5a
- reflektierte Strömungreflected flow
- 4b4b
- in die Turbine eindringende Strömunginto the turbine penetrating flow
- 5b5b
- in die Turbine eindringende Strömunginto the turbine penetrating flow
- 6b6b
- in die Turbine eindringende Strömunginto the turbine penetrating flow
- 7b7b
- in die Turbine eindringende Strömunginto the turbine penetrating flow
- 88th
- Kraftforce
- 99
- erste Abknickkantefirst bending edge
- 10 10
- Tragflächewing
- 1111
- Oberseitetop
- 1212
- Unterseitebottom
- 1313
- Zirkulationcirculation
- 1414
- Unterdruck an UnterseiteNegative pressure at bottom
- 1515
- äußerer Bereichouter area
- 1616
- Oberseitetop
- 1717
- innerer Bereichinner area
- 1818
- zweite Abknickkantesecond bending edge
- 1919
- Leitblechbaffle
- 2020
- Leitblechbaffle
- 2121
- Außenblechouter panel
- 2222
- Gittergrid
- 2323
- Gittergrid
- 2424
-
Airfoil 1
Airfoil 1 - 2525
-
Airfoil 2
Airfoil 2 - 2626
- Fußfoot
- 2727
- Pfeilarrow
- 2828
- Kompressorcompressor
- 2929
- Schlauchtube
- 3030
- LuftdruckkammerAir pressure chamber
- 3131
- Fensterwindow
- 3232
- Türdoor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008049826 A1 [0002, 0018, 0024, 0052] DE 102008049826 A1 [0002, 0018, 0024, 0052]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Albert Betz: Windenergie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen, Ökobuch, Staufen, unveränderter Nachdruck aus dem Jahre 1926 [0003] Albert Betz: Wind energy and its use by windmills, ecobook, Staufen, unchanged reprint from 1926 [0003]
- Loth und McCoy 1983 [0011] Loth and McCoy 1983 [0011]
- 1826 durch Charles Bernard Desormes (1777–1862) und Nicolas Clément (1779–1841) [0071] 1826 by Charles Bernard Desormes (1777-1862) and Nicolas Clement (1779-1841) [0071]
- Albert Betz: Windenergie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen, Ökobuch, Staufen, unveränderter Nachdruck aus dem Jahre 1926 [0077] Albert Betz: Wind energy and its utilization by windmills, ecobook, Staufen, unchanged reprint from the year 1926 [0077]
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202010009987U DE202010009987U1 (en) | 2010-07-08 | 2010-07-08 | Turbine III |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202010009987U DE202010009987U1 (en) | 2010-07-08 | 2010-07-08 | Turbine III |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202010009987U1 true DE202010009987U1 (en) | 2011-10-26 |
Family
ID=45020321
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE202010009987U Expired - Lifetime DE202010009987U1 (en) | 2010-07-08 | 2010-07-08 | Turbine III |
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---|---|
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-
2010
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20111215 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
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|
R157 | Lapse of ip right after 6 years | ||
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