DE2715729A1

DE2715729A1 - Rotor fuer eine turbine

Info

Publication number: DE2715729A1
Application number: DE19772715729
Authority: DE
Inventors: Alberto Kling
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-04-07
Filing date: 1977-04-07
Publication date: 1978-10-12
Also published as: MX144706A; US4147472A; GB1581305A; SE7803823L; BE865377A; JPS54133A; FR2386701A1; SE442046B; JPS5638794B2; NL7803381A; DE2715729C3; CA1087526A; IT1108018B; IN148543B; ES468539A1; DE2715729B2; IT7867763A0; FR2386701B1; BR7802137A

Description

Rotor für eine Turbine

Die Erfindung bezieht sich auf einen Eotor für eine Turbine, insbesondere für eine Windmaschine, mit einer Ummantelung, welche im Bereich des Außenumfanges des Rotors an dessen Blättern angebracht und als aod. al symmetrischer, mit dem Rotor umlaufender Ringmantel ausgebildet ist.

Bei Windmaschinen sind zur Verbesserung der von einem Rotor gegebenen Querschnitt erfaßbaren und in andere Energie, beispielsweise elektrische Energie, umwandelbaren Durchströnungsvolumens statiscne Diffusoren bekannt, mittels derer eine Vergrößerung der Abgabeenergie der Windturbine um ungegefähr einen FaTctor 3 im Vergleich mit nichtummantelten

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Windturbinen unter den gleichen freien Windströmungsbedingungen möglich ist. Diese statischen Diffusoren, die wie ein Kanalmantel den sich in ihrem Inneren drehenden Rotor umgeben, werden benutzt, um die von einer Windturbine aufgenommene Windenergiemenge zu vergrößern, indem die volumetrische Strömungsmenge an der Turbine vergrößert wird, wobei sowohl die Windgeschwindigkeit als auch der Druckabfall durch die Turbine hindurch vergrößert werden. Hierdurch wird wiederum die Menge an vine ti scher Energie vergrößert, die dem Wind durch eine Turbine gegebenen Durchmessers entnommen werden Vann.

Derartige statische Diffusorvervieidungen werden daher verwendet, um die zur Erreichung einer bestimmten Energieabgabe erforderliche Größe der Windturbine zu verringern und die Drehgeschwindigveit der Turbine zu erhöhen. Derartige VerstärVungsdiffusor-Ummantelungen haben sich als unwirtschaftlich erwiesen, weil das Verhältnis der Gesamtlänge der Diffusorummantelung zu dem engsten Diffusordurchmesser von der Größenordnung von 7:1 bis 3:1 ist, wobei der Hauptanteil der länge der Ummantelung auf den eigentlichen Diffusor entfällt. Derartige atatische Ummantelungen großer Abmessungen sind nicht nur in ihrer Herstellung Vostspielig, sondern sie erfordern auch vostspielige StützVonstrüvtionen zu ihrer Halterung.

Aus der britischen Patentschrift 1 386 335 ist ein Rotor fur eine Turbine der eingangs erläuterten Art beVannt, welche als Rotor zur Erzeugung einer zylindrischen Abströmung zum Auf- und Vortrieb eines Luftfahrzeugs dient. Dieser beirannte Rotor weist sowohl einen die äußeren Enden seiner Rotorblätter umschließenden Ringmantel als auch einen an den inneren Enden der Rotorblätter angebrachten Ringsantel auf. Beide Ringmäntel laufen mit den Rotorblättern um und begrenzen einen

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Ring-Strömungsvanal, in welchem sich die Rotorblätter befinden. Im Radialschnitt weisen die beiden Ringmäntel jeweils einen Querschnitt auf, der nach Art einer Diffusor^· begrenzung vom vorderen Einlaufende bis zu einem Knick zum Kanalinneren hin verläuft und dann zum hinteren Ende hin wieder schräg nach auswärts zu einer Auslauföffnung mit einem größeren Durchmesser hin verläuft. Der innere Ringmantel und der äußere Ringmantel bilden somit miteinander einen Diffusor, dessen engste Stelle sich in Strömungsrichtung gesehen hinter der vorderen Kante des Ring-Strömungskanals befindet. Bei Verwendung eines derart ausgebildeten Rotors für eine Windturbine kann eine Vergrößerung der erzeugten Energie um 50 % bezogen auf die Rotorscheibenflache erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor der eingangs erläuterten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und vostengünstiger Herstellung eine im Vergleich zu bevannten Rotoren gleichen Durchmessers bessere Energieumwandlung gewährleistet, einen geringeren Raumbedarf hat und im Betrieb wirtschaftlich und zuverlässig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgeaäß dadurch gelöst, daß der äußere Ringmantel so geformt ist, daß der von ihm umschlossene Kanal sich von der in Strömungsrichtung gesehen vorderen Eintrittsöffnung zu der hinteren Austrittsöffnung hin erweitert, wobei der Ringmantel im Radialschnitt ein Profil aufweist, das bei Anströmung zur Erzeugung eines Auftriebs geeignet ist und das im Ringmantel so orientiert ist, daß seine Saugseite die dem Kanal zugewandte Innenseite des Hingmantels bildet und der Anstellwinkel des Profils bezüglich einer Richtung parallel zu der Mittelachse des Ringkanals vleiner als der vritische (Abreiß-) AnstellwinVel des Profils ist.

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Die erfindungsgemäße Ausbildung des Rotors hat gegenüber dem Stand der Technik wesentliche Vorteile. Da der Eintrittsrand des Ringmantels einen kleineren Durchmesser aufweist als der Austrittsrand, und da der Anstellwinkel des Profils des Ringmantels den kritischen Abreißwinkel des Profils nicht überschreitet, wirkt das Profil des Ringmantels bezüglich der zuströmenden Windströmung wie ein Tragflügelprofil, das einen Auftrieb erzeugt. Dieser Auftrieb wirkt im vorliegenden Fall radial einwärts und versucht, den äußeren Ringmantel konzentrisch zu der Mittelachse des Ringmantels hinzuziehen. Eine derartige aerodynamische Kraft, die auf den Ringmantel wirkt, ist mit einer Zirkulation um den Ringmantel herum verbunden. (Eine derartige Zirkulation ist auch bei der üblichen Tragflügel strömung gebeben.) Da der Ringmantel axial symmetrisch ist, bildet sich ein Wirbeltorus aus, der in der Rotorhauptebene liegt und der beschränkt bleibt auf einen Bereich in der unmittelbaren Nachbarschaft der Rotorebene. Dies bedeutet, daß sich insgesamt eine Zirkulation einstellt, in einem solchen Sinn, daß eine Vergrößerung der Strömungsmenge sich einstellt, ohne daß ein körperlicher Diffusor im Bereich des Rotors vorhanden wäre. Allein durch die Gegenwart des Wirbeltorus nimmt die zustromende Luft eine zusätzliche Geschwindigkeit im Kanal des Rotors an und dementsprechend werden die volumetrisehen Stromungsmengen und der stromabwärtsliegende Strömungsquerschnitt vergrößert. Damit verbunden ist eine Vergrößerung der Energieabgabe der Turbine. Bei dem erfindungsgemäßen Rotor ist somit insgesamt durch die Gestaltung und Profilierung des Ringmantels eine Beeinflussung der Strömung im Bereich des Rotors erreicht, durch welche mit aerodynamischen Mitteln eine Wirkung erzielt wird, die der Wirkung einer körperlichen Diffusoreinrichtung, die um den Rotor herum angeordnet wäre, und die eine sehr große axiale Lange und damit einen großen Raum einnehmen würde, entspricht. Der er-

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findungsgemäße Rotor Varm wegen des Fehlens einer sperrigen, insbesondere in Axialrichtung langen Diffusoreinrichtung sehr ¹-ompa>t und raumsparend ausgebildet werden und ermöglicht trotzdem gegenüber beVannten Rotoren eine Steigerung der umgewandelten Energie, bezogen auf die Rotordurchsatzfläche von erheblichem Ausmaß gegenüber beVannten Rotoren. Der erfindungsgemäße Rotor vann sehr leichtgewichtig und damit auch vostengünstig ausgebildet sein, da der durch das Profil des äußeren Ringmantels bei Anströmung hervorgerufene, radial nach innen gerichtete "Auftrieb" die bei einer Drehung des Rotors auf den Ringmantel wirvenden nach außen gerichteten Zentrifugalvräfte weitgehend vompensiert. Bei den geringen von der Konstruktion aufzunehmenden Kräften ist es daher auch möglich, den Ringmantel in einzelnen Abschnitten herzustellen, die eine für den Transport geeignete Größe haben und die Abschnitte dann am Anwendungsort der Turbine zusammenzubauen. Dies ist insbesondere von großer Wichtigkeit, wenn Windturbinen mit großem Durchmesser gebaut werden sollen. Insgesamt gesehen ist der erfindungsgemäße Rotor einfach und raumsparend aufgebaut und er weist einen sehr hohen Energienutzungrad und im Betrieb eine hohe Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigveit auf.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors ist dadurch gegeben, daß im Zentrum des Rotors eine axialsymmetrische, über die von den VorderVanten der Rotorblätter gebildete ideelle Ebene gegen die Strömungsrichtung vorragende, stromungsgünstig geformte Nase vorgesehen ist, die mit den inneren Enden der Rotorblätter verbunden ist. Eine derartige Nase leitet die anVommende Windströmung im Axialbereich des Rotors nach außen zu den Rotorblättern und zu dem von dem Ringmantel umschlossenen StrömungsVanal hin. Die Nase bildet dabei die innere Begrenzung des Strömung sV-anals, der als RingVanal rings um die Nase verläuft. Hinter der Nase

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Vann beispielsweise ein sich an die Nase anschließendes, gegebenenfalls aerodynamisch günstig geformtes Gehäuse vorgesehen sein, in welchem sowohl eine Achslagerung für die Rotordrehachse als auch beispielsweise ein Stromgenerator vorgesehen sein vönnen. Auf diese Weise ergibt sich eine aerodynamisch besonders günstige, einfach aufgebaute Windmaschine mit sehr hohem WirVungsgrad.

Mit Vorteil ist der Rotor in einer anderen Ausgestaltung gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß der Rotor einen weiteren, an den inneren Enden der Rotorblätter angebrachten inneren Ringmantel aufweist, der den von dem äußeren Ringmantel umgebenen Kanal nach innen zu begrenzt, wobei der innere Ringmantel im Radialschnitt ein Profil aufweist, das bei Anströmung zur Erzeugung eines Auftriebs geeignet ist und das im inneren Ringmantel so orientiert ist, daß seine Saugseite die dem Kanal zugewandte Außenseite des inneren Ringmantels bildet und der Anstellwinkel des Profils bezüglich einer Richtung parallel zu der Mittelachse des Ringkanals vieiner als der vritische (Abreiß-) Anstellwinkel des Profils ist. Bei dieser Ausbildung des Rotors ist der StrömungsVanal, durch den die in der Turbine zu verarbeitende Strömung strömt, nicht nur von einem äußeren Ringmantel begrenzt, sondern auch von einem inneren Ringmantel, der durch die Ausgestaltung seines Querschnitts als angestelltes Profil in analoger Weise wirvt, wie dies für die WirVung des äußeren Ringmantels im einzelnen bereits beschrieben wurde. Auf diese Weise wird sowohl die innere Wandung des RingVanals als auch die äußere Wandung des RingVanals zur Bildung einer ZirVulation eingesetzt, die ihrerseits wie ein vörperlicher Diffusor wirvt und einen Bereich der anVommenden Strömung erfaßt und in den Rotor hineinführt, der weit größer ist als der durch den Querschnitt des RingVanals des Rotors bestimmte Strömungsbereich. Auch bei dieser Ausgestaltung ergibt sich somit eine

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weit höhere Ausnutzung der Energie des anströmenden Mediums als bei hervömmlichen Eotoren bzw. eine weit raumsparendere Bauweise als "bei Rotoren, die von langgestreckten Diffusoren umgeben sind. Bei derart ausgebildeten erfindungsgemäßen Rotoren ist der axiale Innenraum innerhalb der Rotorblätter nicht von einer über die Rotorfläche nach vorne vorragenden Nase ausgefüllt, sondern bleibt als vreisförmige öffnung, die nur von Streben zur Halterung des Rotors an seiner Achse durchsetzt ist, frei, um eine Durchströmung dieser öffnung und damit die Ausbildung einer Zirkulation um das Profil des inneren Ringmantels zu ermöglichen.

Eine besonders günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors wird auch dadurch erreicht, daß das Profil des jeweiligen Ringmantels als gewölbtes, aerodynamisch geformtes Profil mit Anströmnase und AbströmVante ausgebildet ist. Durch geeignete Auswahl des Profils, beispielsweise durch Auswahl unter der Vielzahl von in der Literatur beschriebenen Tragflugelprofilen (beispielsweise NACA-Profilen, CLARK- oder LIEBECK-Prof ilen), hat man es in der Hand, die Widerstandswerte, Auftriebswerte und kritischen Anstellwinkelwerte so aufeinander abzustimmen, daß bei den jeweils gewünschten Bedingungen ein Optimum bei der Wirkung des Ringmantels erreicht wird.

Eine besonders günstige Ausgestaltung ist auch dadurch gegeben, daß die vorderen Anström^anten der Rotorblätter mit dem vorderen Rand des oder der Ringmäntel in einer Ebene liegen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Rotorblätter an derjenigen Stelle des Ringmantels oder der Ringmäntel angeordnet sind, an die von der Zirvulation umgebenen Ringmantel beeinflußte Strömung durch den Ringvanal, in dem die Rotorblätter sich befinden, ihre größte Geschwindigkeit aufweist. Auf diese Weise ergibt sich ein optimaler Nutzungsgrad bei geringsten Rotorabmessungen.

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Mit Vorteil ist der Rotor gemäß der Erfindung so ausgestaltet, daß die Länge jedes Ringmantels, in Axialrichtung gemessen, einen Bruchteil des Rotoraußendurchmessers beträgt. Bei dem erfindungsgemäßen Rotor vann die Ringmantelaxiallänge sehr vurs gehalten werden, weil durch die Profilierung eine Zirkulation und damit eine aerodynamische Diffuserwir-Vung erreicht wird, ohne daß ein Vörperlicher, sich über eine große Länge hinter der Trubine erstreckender Diffusor vorgesehen sein muß. Auf diese Weise ergibt sich ein sehr VoarpaVter, in der AxLallänge im wesentlichen auf die Rotorblattlänge beschränvter Rotor.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Rotors in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Hälfte eines erfindungsgemäßen Rotors bei weggelassener Nase,

Fig. 2 einen Radialschnitt durch den Rotor gemäß Pig. 1,

Fig. 3 fünf Ausführungsbeispiele a bis e für Querschnittsprofile des Ringmantels des Rotors gemäß den Fig. 1 und 2,

Fig. 4- eine perspevtivische Ansicht einer Hälfte eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rotors, und

Fig. 5 einen Radialschnitt durch den Rotor gemäß Fig. 4-,

Das in Fig. 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt einen Rotor für eine Windmaschine mit vier gleichmäßig über den Umfang verteilten Rotorblättern 1, von denen in Fig. 1 drei und in Fig. 2 zwei sichtbar sind. An den äußeren Enden der Rotorblätter ist ein äußerer Ringmantel 2 befestigt, beispielsweise angeschraubt

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oder angeschweißt. Der äußere Ringmantel 2 ist so geformt, daß der von ihm umschlossene Kanal 3» durch den die die Rotorblätter beaufschlagende Luft strömt, sich von der in Strömungsrichtung gesehen vorderen Eintrittsöffnung zu der hinteren Austrittsöffnung hin erweitert. Der Ringmantel 2 weist im Radialschnitt ein Profil 4- auf, das bei Anströmung zur Erzeugung eines Auftriebs geeignet ist und das im Singmantel 2 so orientiert ist, daß eine Saugseite die den Kanal 3 zugewandte Innenseite des Ringmantels 2 bildet und der Anstellwinkel des Profils bezüglich einer Richtung parallel zu der Mittelachse des Ringkanals 3 "kleiner als der Vritische Anstellwinvel des Profils, bei dem ein Abreißen der Strömung am Profil erfolgen würde, ist.

In Fig. 3 sind fünf Beispiele für die Ausgestaltung des Profils 4· des Ringmantels 2 dargestellt. Bei diesen Ausführungsbeispielen handelt es sich um Profile, wie sie in einer großen Anzahl als Tragflügelprofile in Versuchsanstalten bereits getestet und vermessen wurden. Die wesentlichen Daten dieser Profile, wie beispielsweise Widerstand, Auftrieb, kritischer Anstellwinkel, sind in Handbüchern verzeichnet und daher für die Konstruktion des Ringmantels frei jederzeit zugänglich. In den Fig. 3a bis 3d sind gewölbte Profile mit gerundeter Anströmkante und scharfer AbströmVante dargestellt. (Fig. 3a CLARK-Profil, Fig. 3b gewölbtes Profil, Fig. 3c LIEBECK-Profil, Fig. 3d NACA-Profil). Derartige Profile ergeben besonders günstige Strömungswirkungen bei Anwendung im Ringmantel 2. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, als Profil ein einfaches Plattenprofil, wie es in Fig. 3© dargestellt ist, zu verwenden. Die aerodynamischen Eigenschaften eines solchen Plattenprofils sind zwar nicht so günstig als die von speziell aerodynamisch geformten Profilen, doch ist der mit einem derartig ausgestalteten Ringmantel erreichte Strömungsverstär-Vungseffevt bei dem Rotor gemäß den Fig. Λ und 2 immer noch sehr erheblich.

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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist im Zentrum des Rotors eine axialsymmetrisch , strömungsgünstig geformte Nase 5 vorgesehen, welche beispielsweise aus eine2a Kunststoff als hohle Kappe hergestellt sein kann. Die Hase 5 ist an einea an den inneren Enden der Rotorblätter 1 befestigten Ring 6 lösbar angeschraubt. Die Nase führt die ankommende Winströmung aus dem Axialbereich des Rotors symmetrisch nach allen Seiten nach außen zu dem RingVanal 3 des Rotors, in dem sich die Rotorblätter befinden, hin. Hinter der Nase 5 Vann ein in Fig. 2 gestrichelt angedeutetes Gehäuse 7 vorgesehen sein, an welchem eine im einzelnen nicht dargestellte Drehachse des Rotors drehbar gelagert ist und in welchem beispielsweise ein von dem Rotor angetriebener, nicht dargestellter Stromgenerator angeordnet ist. Das Gehäuse Vann so geformt sein, daß es sich in aerodynamisch günstigem Verlauf an die Hase 5 am Ausströmende des Kanals 3 anschließt.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, liegen die vor deren Anströmkanten 1■ der Rotorblätter 1 mit dem vorderen Rand 2' des Ringmantels 2 in einer Ebene.

Die Lange des Ringmantels 2, in Axialrichtung gemessen, be- ■trägt nur einen Brucnteil des Außendurclunessers des Rotors.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist das Profil 4· des Ringmantels 2 über den gesamten Umfang des Ringmantels gegenüber der ankommenden Windströmung um einen WinVel angestellt. Dadurch ergibt sich an dem Ringmantel eine im wesent lichen radial nach innen gerichtete, aerodynamische Kraft (Auftrieb), wie dies aus der Tragflügel-Theorie bevannt ist. Damit verbunden stellt sich rings um das Profil des Ringmantels eine Zirkulation ein, die in Fig. 2 an den bei den. Schnittstellen des Ringmantels jeweils durch eine ellipsen- formige Linie 8 angedeutet ist. Durch diese ZirVulation stellt sich im Kanal 3 eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit gegenüber der Anströmgeschwindigkeit des Windes vor dem Rotor

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ein und es wird darüber hinaus ein Strömungsquerschnitt des zuströmenden Windes erfaßt, der größer ist als der Strömungsquerschnitt des Kanals 3· Der sich im wesentlichen einstellende Verlauf der Strömung des durch die Ausbildung und Anordnung des Ringmantels 2 erfaßten Bereichs zuströmender Luftj-und das Strömungsverhalten dieser Luft nach dem Durchtreten durch den Rotor ist in Fig. 2 in gestrichelten Linien angedeutet. Durch die Anordnung und Profilierung des Ringmantels 2 wird eine aerodjnaaische Wirkung an dem Rotor erzielt, mittels welcher die zuströmende Luft über einen weit größeren Bereich als der Bereich der Rotorstirnfläche erfaßt, durch den Kanal 3 des Rotors hindurchgeführt und nach hinten unter Strömungsquerschnittserweiterung wieder abgegeben. Die Anordnung des Ringmantels mit seiner Profilierung ergibt somit auf aerodynamischem Wege einen Strömungsverstärkungseffekt, wie er sonst nur mittels ortsfesten Diffusor vorrichtungen, die um einen sich drehenden Rotor herum anzuordnen wären und die einen sich weit nach hinten über den Rotor hinaus erstreckenden eigentlichen Diffusor aufweisen, zu erreichen wären. Ein derartiger langgestreckter körperlicher Diffusor ist bei dem Rotor gemäß den Fig. 1 und 2 nicht erforderlich. Durch den Strömungsverstärkungseffekt bei dem Rotor gemäß den Fig. 1 und 2 ergibt sich ein sehr viel besserer Wirkungsgrad als bei einem Rotor üblicher Bauart gleichen Durchmessers.

In den Fig. 4- und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Rotors dargestellt. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, sind dort eine Anzahl um den Umfang gleichmäßig verteilter Rotorblätter 9 vorgesehen, an deren äußeren Enden ein äußererRingmantel 10 und an deren inneren Enden ein innerer Ringmantel 11 befestigt sind. Der innere Ringmantel 11 ist seinerseits über Speichen 12 mit einer zentralen Nabe 13 verbunden, die mit einer Welle 14 drehfest verbunden ist, die beispielsweise in einem Träger drehbar gelagert und mit einem Strom-

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generator gevoppelt sein (die letzterwähnten Teile sind aus Übersichtlichveitsgründen nicht dargestellt). Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der äußere Ringmantel 10 in einer Weise geformt und profiliert, wie dies anhand des Ausführungsbeispiels gemäß den Pig. 1 und 2 bereits erläutert wurde, so daß auf die dortigen Ausführungen verwiesen werden Vann. Der innere Singmantel 11 weist im Radial schnitt ebenfalls ein Profil auf, das bei Anströmung zur Erzeugung eines Auftriebs geeignet ist und das im inneren Hingraantel so orientiert ist, daß seine Saugseite die einem Kanal 15 zugewandte Außenseite des inneren Ringmantels bildet. Der Kanal 15 wird nach außen hin vom Ringmantel 10 und nach innen hin vom Ringnantel 11 begrenzt und stellt einen Ringkanal dar, in dem die Rotorblätter 9 angeordnet sind, und durch den die die Rotorblätter 9 beaufschlagende Strömung tritt. Der Anstellwinkel des Profils des inneren Ringmantels 11 bezüglich einer Sichtung parallel zu der Mittelachse des RingVanals 15 ist vleiner als der Vritische AnstellwinVel des Profils, bei dem ein Abreißen der Strömung erfolgen würde. Als Profile Vommen wiederum übliche Tragflügelprofile 4a,4-b,4-c,4-d,4-e in Frage, wie sie in den Pig. 3a bis 3e dargestellt sind und vorstehend anhand dieser Figuren bereits beschrieben wurden.

Bei dem Rotor gemäß den Fig. 4- und 5 ist der innerhalb der inneren Enden der Sotorblätter 9 befindliche zentrale Bereich nicht wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 durch eine Nase gegenüber der zuströmenden Luft abgedecvt, sondern als freier Querschnitt gestaltet, durch den die Strö mung hindurchtreten Vann. Die in diesem freien Querschnitt angeordneten Speichen 12, über welche der Bot or mit der Nabe 13 verbunden ist, stellen vernachlässigbare Querschnittsverringerungen dar. Durch den Umstand, daß der zentrale Bereich des Rotors bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 4 und 5 strömungsdurchlässig ist, Vann sich bei einer Anströmung des Rotors von vorne auch um das Profil des inneren Eing-

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mantels eine Zirkulation ausbilden, die in Fig. 5 gestrichelt angedeutet ist. Eine derartige Wirbelströmung ist selbstverständlich um den ganzen Umfang des Ringinantels herumzudanken. Daher bilden die Zirvulationen um den inneren Ringmantel 11 und um den äußeren Ringmantel 10 jeweils einen Wirbeltorus. Durch diese Zirvulation erhält die anVommende Strömung im Bereich des Kanals 15 des Rotors eine zusätzliche Geschwindigkeitund es wird darüber hinaus mehr Luft in diesen Kanal hineingeführt als die der Stirnfläche des Kanals entsprechende Luftmenge bei nichtummantelten Rotoren gleichen Durchmessers. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich somit ein aerodynamisch herbeigeführter Diffusoreffekt, ohne daß langgestreckte ortsfeste Diffusoren rings um den Rotor vorgesehen sein müßten. Auch dieses Ausführungsbeispiel des Rotors >ann somit sehr Vurz und kompakt gebaut werden und hat einen Wirkungsgrad, der weit höher ist als der Wirkungsgrad üblicher Rotoren gleichen Durchmessers.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise ist es auch möglich, zwei Voaxiale, Voplanare, gegenläufig drehende Rotoren anzuordnen, wobei der äußere dieser Rotoren an seinem Außenumfang einen äußeren Ringmantel aufweist, der in der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Weise geformt und profiliert ist, während der innere Rotor an seinem inneren Umfang einen inneren Ringmantel aufweisen kann, wie er anhand der Fig. 4 und 5 bereits beschrieben wurde. Auf diese Weise läßt sich auch bei koaxialen, koplanaren und gegenläufigen Rotoren der Luftdurchsatzverstärkungseffekt des erfindungsgemäßen Rotors realisieren.

Sämtliche aus der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale einschließlich der konstruktiven Einzelheiten vönnen sowohl für sich als auch in beliebigen Kombinationen erfindungswesentlich sein.

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Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

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W. STOCKMAlR

DA-ING Art (CALTSO*

K. SCHUMANN

P. H. JAKOB

PH 11 417-30/Pr «"J^.^Shl?

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANS TRASS« «3

PatentansOrüche

JRotor für eine Turbine, insbesondere für eine Windmaschine, mit einer Ummantelung, welche im Bereich des Außenumfangs desRotors an dessen Blättern angebracht und als axialsymmetrischer, mit dem Rotor umlaufender äußerer Ringmantel ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringmantel (2 bzw. 10) so geformt ist, daß der von ihm umschlossene Kanal (3 bzw. 15) sich von der in Strömungsrichtung gesehen vorderen Eintrittsöffnung zu der hinteren Austrittsöffnung hin erweitert, wobei der Ringaantel im Radialschnitt ein Profil (4) aufweist, das bei Anströmung jjur Erzeugung eines Auftriebs geeignet ist und das im Ringaantel so orientiert ist, daß seine Saugseite die dem Kanal (3 "bzw. 15) zugewandte Innenseite des Ringmantels (2 bzw. 10) bildet und der Anstellwinkel des Profils (4) bezüglich einer Richtung parallel zu der Mittelachse des Ringlcanals Vleiner als der "britische (Abreiß-) AnstellwinVel des Profils ist.

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2. Rotor nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Zentrum des Rotors eine axialsymmetrische, über die von den Vorderkanten (I¹) der Rotorblätter (1) gebildete ideelle Ebene gegen die Strömungsrichtung vorragende, strömungsgünstig geformte Nase (5) vorgesehen ist, die mit den inneren Enden der Rotorblätter verbunden ist.
3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch geVennzeichnet , daß der Rotor einen weiteren, an den inneren Enden der Rotorblätter (9) angebrachten inneren Ringmantel (11) aufweist, der den von dein äußeren Ringmantel (10) umgebenen Kanal (15) nach innen zu begrenzt, wobei der innere Ringmantel (11) im Radialschnitt ein Profil aufweist, das bei Anströmung zur Erzeugung eines Auftriebs geeignet ist und das ia inneren Ringmantel (11) so orientiert ist, daß seine Saugseite die dem Kanal (15) zugewandte Außenseite des inneren Ringmantels bildet und der Anstellwinkel des Profils bezüglich einer Richtung parallel zu der Mittelachse des Ringkanals vleiner als der vrixäsche (Abreiß-) Anstellwinvel des Profils ist.
4. Rotor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch geVennzeich.net, daß das Profil (4a,4b,4c,4-d) des jeweiligen Ringmantels (2 bzw. 1O;11) als gewölbtes, aerodynamisch geformtes Profil mit Anstromnase und AbströmVante ausgebildet ist.
5. Rotor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Anströmvanten (V) der Rotorblätter (1 bzw. 9) mit dem vorderen Rand des oder der Ringmantel (2 bzw. 1O;11) in einer Ebene liegen.

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6. Rotor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch geVennzeichnet, daß die länge jedes Ringmantels (2 bzw. iO;1i),in Axialrichtung gemessen, einen Bruchteil des Eotoraußendurchmessers beträgt.

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