DE2503624A1

DE2503624A1 - Windkraftmaschine

Info

Publication number: DE2503624A1
Application number: DE19752503624
Authority: DE
Inventors: Jun Rudyard S Uzzell
Original assignee: Natural Energy Systems Inc
Current assignee: Natural Energy Systems Inc
Priority date: 1974-01-30
Filing date: 1975-01-29
Publication date: 1975-07-31
Also published as: AU7738875A; GB1474295A; DE7502622U; FR2259251A1; JPS50107343A; US3883750A; FR2259251B3

Description

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Tel. (0 89)29 5112S

NATURAL ENERGY SYSTEMS, INC. in Philadelphia, Pa./V.St.A. Windkraftmaichine

Die Erfindung betrifft eine Windkraftmaschine mit einem drehbar auf einem Gestell gelagerten und mit einer Windfahne verbundenen Windrad, das mit einem Energieerzeuger in getrieblicher Verbindung steht.

Die Windkraft wird bekanntlich seit alten Zeiten zur Erzeugung elektrischer oder mechanischer Energie verwendet. Die Verbreitung der Windmühlen ist aber hauptsächlich durch die Tatsache eingeschränkt worden, daß die von diesen Windmühlen abgeleitete Energiemenge verhältnismäßig klein im Vergleich mit Größe, Platzbedarf und Gewicht der Windmühlen ist. Deshalb sind solche Windmühlen zunehmend unwirtschaftlich geworden.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine einfach gebaute und verhältnismäßig billig herzustellende und zu unterhaltende Windkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, die im Vergleich zu den bekannten Windmühlen verhält-

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nismäßig klein gebaut 1st, aber die aus dem Wind abgeleitete Energiemenge erheblich steigert.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Vindrad im engsten Querschnitt einer Kammer in Form einer Venturidüse angeordnet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Hierin sind

Fig. 1 eine etwas vereinfachte Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Windkraftmaschine,

Fig. 2 eine Stirnansicht der Maschine nach Fig. 1 in Richtung der Linie 2-2,

Fig. 3 eine Schnittdarsteilung längs der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. k eine Schnittdarstellung längs der Linie 4-4 in Fig. 1,

Fig. 5 eine Draufsicht einer abgeänderten Ausführungsfora und

Fig. 6 ein Ausschnitt einer Darstellung ähnlich Fig. einer weiteren Ausführungsform.

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Die dargestellte Windkraftmaschine kann an beliebiger Stelle aufgestellt werden, jedoch wird die Aufstellung auf einem Turm bevorzugt, weil in größeren Höhen die Windkraft stärker und gleichmäßiger ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Windkraftmaschine 10 weist eine Kammer 12 mit Einströmöffnung Ik und Ausströmöffnung l6 auf. Zwischen den beiden Öffnungen besitzt die Kammer die Konfiguration einer Venturidüse« Xn der dargestellten Ausführungsform besteht die Kammer aus drei Abschnitten, die an den Nahtstellen 18 und 20 vernietet oder sonstwie miteinander verbunden sind. Dieser Aufbau ist aus praktischen Gründen zu bevorzugen, obwohl ebensogut eine Kammer aus einem Stück oder aus mehr Abschnitten verwendet werden könnte.

Die Kammer 12 ist auf einer Sockelplatte 22 montiert, die beispielsweise aus kräftigem Aluminium, Stahl od. dgl. besteht. Die Sockelplatte ihrerseits sitzt auf einer Drehscheibe 2k, die in einer kreisförmigen Führungsnut 26 drehbar ist. Die Führungsnut 26 wird von einer Plattform 28 mit senkrecht hochstehendem Rand JO, an dem sich ein nach innen weisender Umfangsflansch 32 befindet, gebildet. Die Drehscheibe 2k ist in der Führungsnut 26 mit an ihrem Umfang angeordneten Lagerkugeln 3k und unter ihr befindlichen Rollenlagern 36 gelagert.

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Die Plattform 28 ist auf der Spitze eines Turmes befestigt, dessen oberes Ende bei 38angedeutet ist. Exzentrisch zu der Achse der Drehscheibe 24, und zwar näher am abströmseitigen Ende der Kammer 12, ist ein Pfosten 40 mit strömungsgünstigem Querschnitt befestigt. Der Pfosten 40 erstreckt sich in die Kammer 12 und trägt an seinem oberen Ende einen elektrischen Generator 42* Der Generator ist über Streben 44 (hier sind drei solche Streben dargestellt) an der Kammerwand abgestützt. Auf der Generatorwelle sitzt ein Windrad 46 derart, daß es in der Stelle engsten Querschnitts der Venturikammer 12 angeordnet ist. Vom Generator k2 führen elektrische Leitungen 48 durch den Pfosten 40 und dann durch eine zentrale Durchführung 50 der Drehscheibe 2k und der Plattform 28 zu einem Energieverbraucher.

Von der Einströmöffnung 14 der Venturikammer 12 erstrecken sich auf dem Umfang verteilte Leitschaufeln 52 radial nach innen. Diese Leitschaufeln dienen dazu, den einfallenden Wind in Längsrichtung der Venturikammer auf das Windrad 46 zu richten und so die Turbulenz der auf das Windrad auftreffenden Luftströmung wesentlich zu verringern. Obwohl auch ein Betrieb ohne die Leitschaufeln 52 möglich ist, verbessern diese doch den Wirkungsgrad erheblich.

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In der dargestellten Ausführungsform sind die Leitschaufeln 52 unmittelbar an der Wand der Venturikammer 12 befestigt. Bs 1st manchmal aber günstiger, eine eigene Hülse mit diesen Leitschaufeln herzustellen und in der Nähe der Einströmöffnung Ik abnehmbar in der Kammer anzubringen. Dadurch wird nicht nur die Herstellung vereinfacht und verbilligt, sondern auch derjenige Teil leichter auswechselbar, der am stärksten durch den direkten Aufprall des Windes und der darin enthaltenen Teilchen angegriffen werden kann. Auch kann so die Vorrichtung mit oder ohne die Leitschaufeln oder mit verschiedenen Formen und Anzahlen von Leitschaufeln je nach den örtlichen Wind- und Wetterbedingungen verwendet werden.

Auf der Kammer 12 befindet sich eine Windfahne 5% mit strömungsgünstiger aerodynamischer Gestalt. Die Windfahne $k soll die Drehscheibe entsprechend der jeweiligen Windrichtung so drehen, daß die Einströmöffnung Ik stets dem Wind entgegengerichtet ist. Die Windfahne 5k dient auch als Versteifungsrippe für die Kammer 12. Dadurch, daß der breitere Teil der Windfahne 5^ an der Abströmseite der Kammer 12 angeordnet ist, dient sie zusammen mit dem exzentrisch angebrachten Pfosten kO und dem Generator k2 als Gegengewicht, durch das die ganze Anordnung gegenüber den Windkräften stabilisiert wird.

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Statt des dargestellten vierflügeligen Windrades 46 könnte auch ein zweiflügeliges Windrad oder eines mit einer anderen Flügelzahl verwendet werden·

Xn der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 5 1st die-Anordnung 60 ebenso wie in Fig. 1 bis 4, Jedoch ist die Drehscheibe 62 hier durchbrochen und besitzt eine Mehrzahl radialer Speichen 64. Diese Drehscheibe 62 ist wieder in Radial- und Axiallagern 66 und 68 drehbar. Die Tragplattform 70 besitzt eine Mittelöffnung 72. Diese offene Konstruktion der Drehscheibe 62 und der Plattform 70 ist im allgemeinen vorzuziehen, weil si· den Durchgang vertikaler Windkräfte gestattet und so die Beanspruchung durch vertikale Schubkräfte verringert. Auch können hierdurch Wasser, Eis und Schnee sich weniger stark ansammeln und das Gesamtgewicht der Anordnung wird erheblich verringert.

Xn der Ausführungsform nach Fig. 6 ist die dargestellte Anordnung 100 ähnlich wie gemäß Fig. 1 bis 4; es sind nur die Venturikammer 102, die Windfahne 104 und das Windrad 106 dargestellt. Das Windrad 1O6 sitzt jedoch hier auf einer Welle 108, die in einem Lager 110 am oberen Ende einer Stütze 114 gelagert ist. Eine Strebe 116 dient zur Abstützung der Stütze 114.

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Auf der Welle 108 sitzt ein Kettenrad 118, das über eine Kette 124 ein weiteres Kettenrad 120 antreibt. Das Kettenrad 120 sitzt auf einer Welle 122, die am unteren Ende der Stütze 114 gelagert ist. Auf der Welle 122 sitzt ferner eine Riemenscheibe 126, die über einen nicht dargestellten Treibriemen eine mechanische Vorrichtung antreibt.

Statt Kette und Kettenrädern könnte die Welle 108 auch mit einem Zahnrad versehen sein, das mit weiteren Zahnrädern in Eingriff steht oder auf andere Weise eine mechanische Vorrichtung oder auch einen elektrischen Generator am Fuß der Stütze 114 antreibt.

Es empfiehlt sich, die Innenwand der Venturikammer mit einem wasserabstoßenden Überzug zu versehen. Als solcher ist wegen seiner hervorragenden Hitze- und Kältebeständigkeit z. B. PTFE geeignet.

Durch die Gestaltung der Kammer in Form einer Venturidüse wird die Geschwindigkeit der auf die Einströmöffnung auftreffenden Windströmung gesteigert, so daß das Windrad mit höherer Geschwindigkeit umläuft, als es bei einem Windrad gleicher Abmessungen in freier Luft der Fall wäre. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Anordnung wesentlich gesteigert.

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Claims

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NATXJRAL ENERGY SYSTEMS, INC. in Philadelphia, Pa./V.St.A.

Patentansprüche

1.) Windkraftmaschine mit einem drehbar auf einem Gestell gelagerten, mit einer Windfahne verbundenen Windrad, das mit einem Energieerzeuger in getrieblicher Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet. daß das Windrad (k6) im engsten Querschnitt einer Kammer (l2) in Form einer Venturidüse angeordnet ist.

2. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (l2) auf einer Drehscheibe (2k) gelagert ist und daß der Energieerzeuger (42) exzentrisch zur Drehachse der Drehscheibe zwischen derselben und der Ausströmöffnung (l6) der Venturikammer (12) angeordnet ist.

3· Windkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windfahne (ü>k) an der Außenwand der Kammer längsverlaufend und radial zu derselben befestigt und an einem Ende derart verbreitert ist, daß

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der breitere Teil mit dem exzentrisch angebrachten Energieerzeuger (hz) stabilisierend in Bezug auf die Windkräfte wirkt.

h. Windkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windfahne (5*0 auf der Oberseite der Venturikammer (l2) in der Scheitellinie derselben verläuft.

5. Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Leitschaufeln (l^) an der Innenwand der Venturikammer (l2) in der Nähe der Einströmöffnung (lh) derselben.

6. Windkraftmaschine nach Anspruch 5· dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (52) gleichmäßig auf dem Umfang der Einströmöffnung verteilt sind.

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