DE2546884A1

DE2546884A1 - Windturbinenfluegel mit ueberlastsicherung

Info

Publication number: DE2546884A1
Application number: DE19752546884
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietrich Goslich
Original assignee: Individual
Current assignee: Ventor Windkraft Ag Stans Ch
Priority date: 1975-10-20
Filing date: 1975-10-20
Publication date: 1977-04-21

Description

Windturbinenflügel mit Überlastsicherung.
Windturbinenflügel sind, den lokalen Windgeschwindigkeiten entsprechend, sehr stark schwankenden Belastungen ausgesetzt.
Im allgemeinen ist es nicht möglich bzw. sinnvoll, die Flügelstruktur so auszulegen, daß sie den Eelastungen in allen Bereichen @tan@@ält. @s sind daher unterschiedlichste Systeme @@kannt, d@n als Überlasten anzusehenden Belastungen bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten zu begegnen, z. B. bei Starrflügelsystemen dadurch, daß man die ganze Anlage durch ein Steuersystem in eine mehr oder weniger parallel zur Windrichtung gerichtete Position bringt, oder durch Anordnung von Ver stellpropellern, die bei Schwenkung der einzelnen Blätter um ihre Achse diese in eine Position bringen, die dem Wind die geringste Angriffsfläche bietet. Beide Systeme haben mehrere Nachteile: 1. müssen die gesamten aus der Windkraft resultierenden Biegekräfte rechnerisch in der Flügelwurzel berücksichtigt werdi; ?. ist es nicht möglich, über einen vorgegebenen Maximalwert der Windgeschwindigkeit die Energie-Entnahme fortzusetzen.
Die vorliegende Neuerung betrifft Windflügel mit Überlastsystem, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel um einen quer zur Längsachse liegenden Zapfen schwenkbar gelagert ist.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele gemäß der Neuerung und ihre Vorteile beschrieben. Die Skizze stellt das Prinzip eines Ausführungsbeispieles dar. Zwei oder mehrere Windturbinenflügel 1 in vorzugsweise gerader Anzahl rotieren um die waagerechte Antriebsachse 2. Sie sind um den quer zu ihrer Lenkachse liegenden Zapfen 3 schwenkbar gelagert. In dieser Anordnung läuft die Windturbine vorzugsweise in Lee des senkrechten Mastes, auf welchem sie drehbar angeordnet ist, damit sie sich der IJindrichtung angleichen kann.
Unter dem Einfluß der Fliehkräfte aus der Rotation einerseits und der Kräfte aus dem Winddruck andrerseits nimmt der Flügel bei der Rotation im normalen Betriebszustand in etwa die gezeichnete Stellung ein. Eine Feder 4 oder an ihrer Stelle ein Gummi system innerhalb des Zapfens oder eine ähnliche Anordnung bekannter Bauart sorgt dafür, daß der Flügel im Stillstand in der senkréchten Rotationsehene gehalten oder in diese zurückgebracht wird. Auf diese Weise werden nur Zugkräfte aus der Rotation, Biegekräfte aus dem aufzubringenden Drehmoment und aus der Rückholkraft des Federsystems auf die Flügel wirksam, nicht aber Biegekräfte aus dem Winddruck. Es liegt auf der Hand, daß hierdurch strukturelle Vereinfachungen im Flügelaufbau und damit Kosten- und Gewichtsenkungen möglich sind.
Wird nun im Falle von Strom erzeugenden Windturbinen die Lastentnahme in Abhängigkeit von der momentanen Windgeschwindigkeit so geregelt, daß die Drehzahl der Windturbine auf einem vorgegebenen Wert konstant gehalten wird, so steigt zwar mit zunehmender Windgeschwindigkeit die Windlast auf dem Flügel, nicht aber die Fliehkraft aus der Rotation. Dies bewirkt, daß der jilügel bei zunehmender Windgeschwindigkeit einen spitzeren winkel zur bsot.ationsachse beschreibt. Dieser Zustand ist als osit on a) in gestrichelter Weise dargestellt.
Da die Rctorkreisfläche der Windturbine ein Maß für die aufnehmbare Energie aus dem Wind darstellt, ist es einleuchtend, daß durch die beschriebene Maßnahme die Rotorkreisfläche direkt beeinflußt, d. h. bei höherer Windgeschwindigkeit verkleinert wird und im gleichen Sinne die aufnehmbare Energie verringert. Da nach wie vor keine zusätzlichen Kräfte auf die Windturbinen wirken, ist dieses System bei beliebigen Windgeschwindigkeiten anwendbar. Es bietet den Vorteil bei richtiger Abstimmung zur Gneratorleistung, daß über den gesamten Windgeschwindigkeitsbereich ab erreichter Vollast diese ganz zur Verfügung steht.
Bei Wind turbinen größerer Bauart kann die Windgeschwindigkeit im oberen Rotorkreisbereich anders, beispielsweise höher, liegen als im unteren Rotorkreisbereich. Aus diesem Grunde können die Turbinenflügel mit einer Kopplung versehen werden, dergestalt, wie sie im skizzierten Ausführungsbeispiel durch ein Zahnradsegment 5 gegeben ist. Durch Neigung des Zapfens 3 in Winkel in zwei Ebenen, die unterschiedlich von 90o zur Flügellängsachse sind, lassen sich zudem Schwenkcharakteristiken erreichen die eine besonders gute Anpassung an die Generatorcharakteristik gewährleisten. Durch diese Maßnahme läßt sich z. B. der Optimalbereich des TurbinenflUgels verlagern, wodurch das Anlaufverhalten der Windturbine verbessert werden kann. Fernerhin läßt sich im grdßeren Schwenkbereich eine zusätzliche Bremswirkung erzielen, die besonders bei sehr großen Windturbinen von Vorteil sein kann.
Windturbinen bisheriger Ausführung sind weiterhin dadurch gefährdet, daß sie einer steten Wechselbiegung unterliegen, die aus dem Eigengewicht des Turbinenflügels unter dem Einfluß der Drehung resultiert.
Bei Turbinen mit drei und mehr Blättern ist es möglich, diesen Einfluß durch eine Rundumverspannung aufzufangen.
Die Verspannung bringt Jedoch Verluste an Wirkungsgrad und Geräuschentwicklung.
Ein Vorteil der Anordnung mit Schwenkzapfen gemäß der Feuerung ist es, daß zur Aufnahme der Wechselbiegung aus dem Eigengewicht der Flügel eine breite Dasi zur @erfügung steht, die der Länge des Zapfens entspricht und in beliebiger Weise überdimensionierbar ist. Das aus vorbeschriebenen Gründen verringerte Eigengewicht der Flügel wirkt sich zusätzlich günstig au.
L e e r s e i t e

Claims

Schutzansprüche 1@ @lügel von Windturbinen mit Überlastsicherung, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Flügel um je einen quer zur Längsachse des Flügels gelagerten Zapfen schwenkbar sind.
2) Flügel nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkzapfen zur Längsachse des Flügels in einer oder zwei Ebenen einen von 900 verschiedenen Winkel bildet.
3) Flügel gemäß Anspruch 1) und 2), dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder oder ein Gummisystem bekannter Bauart den Flügel im Stillstand in der Rotationsebene hält oder ihn aus der Schwenkbewegung heraus in diese zurückholt.
4) Flügel gemäß Anspruch 1), 2) und 3), dadurch gekennzeichnet, daß je zwei oder alle vorhandenen gel untereinander durch geeignete Elemente, wie z. 3. Zahnsegmente oder Gestängeführungen in ihrer Schwenkbewegung zwangs gekoppelt sind.