DE2758180A1

DE2758180A1 - Windkkraftwerk mit einem rotor nach savonius

Info

Publication number: DE2758180A1
Application number: DE19772758180
Authority: DE
Inventors: Ulrich Stampa
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1977-12-27
Publication date: 1979-06-28

Description

Windkraftwerk mit einem Rotor nach Savonius
Die Erfindung betrifft ein Windkraftwerk it einem mit mindestens zwei zwischen einer Bodenplatte und einer Deckplatte angeordneten Windleitschaufeln versehenen Rotor nach Savonius.
Zur langfristigen Sicherung der Energieversorgung wurden bereits vor einigen Jahrzehnten Hindkraftwerke vorgeschlagen, um diese regenerative Energiequelle insbesondere zur Stroaerzeugung zu nutzen. Da seinerzeit wesentlich billigere Energiequellen in ausreichender Menge zur Verfügung standen, erwiesen sich die Vorschläge jedoch als unwirtschaftlich. Mit den Fortschritten in der Aerodynamik und der Leichtbautechnik in den letzten Jahrzehnten einerseits und bei den steigenden Kosten und dem Knapperwerden der Energiequellen andererseits sollte es heute jedoch möglich sein, wirtschaftlich arbeitende Windkraftwerke zu entwickeln. Dabei geht die vorliegende Erfindung von dem nach seinem Erfinder als Savonius-Rotor bekannten Bautyp aus, der um eine Vertikalachse drehbar angeordnet ist und mit mindestens zwei gekrclmmten Windleitschaufeln, die zwischen zwei kreisförmigen Endscheiben als Boden- und als Deckplatte montiert sind, ausgerüstet ist. Dieser Rotor besitzt ein großes Anlaufmoment und eine geringe Schnellaufzahl. Seine Bauform ist sehr einfach, allerdings ist auch der Wirkungsgrad nicht besonders hoch.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorteile dieses Systems zu nutzen, ohne daß die Nachteile sich zu stark bemerkbar machen. Das gilt insbesondere für die bei der relativ geringen Schnellaufzahl des Rotors sich besonders nachteilig bemerkbarmachenden Reibungsverluste bei einer Anordnung, wie sie bisher üblich war.
Da ein derartiger Rotor im Bereich von Luftströmungen sehr unterschiedlicher Eigengeschwindigkeit arbeitet, weil einerseits Luft der bodennahen Grenzschicht und andererseits auch Luftströmungen in größeren Höhen erfaßt werden, ergibt sich bei der bisher üblichten zylindrischen Bauform eine erhebliche Einbuße an Wirkungsgrad. Infolgedessen ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, in dieser Hinsicht den Wirkungsgrad des Savonius-Rotors zu verbessern.
Erfindungsgemäß ist der um eine Vertikalachse drehbare Rotor auf einem ringförmigen Schwimmkörper angeordnet und zur zentrischen Führung des schwimmenden Rotors sind Laufrollen vorgesehen, die an einer über dem Schwimmkörper angebrachten Lauffläche anliegen.
Diese Laufrollen sind als Antriebsmittel für die zur Stromerzeugung vorgesehenen Generatoren ausgebildet. Zweckmäßig sind die Laufrollen schwenkbar gelagert und besitzen eine Lauffläche mit unterschiedlichen Krümmungsradien derart, daß in Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors durch Verschwenken der Laufrollen die Abtriebszahl konstant ist.
Die Oberfläche des Schwimmkörpers und die in einem ringförmigen Kanal vorgesehene den Rotor tragende Flüssigkeit sind derart aufeinander abgestimmt, daß möglichst geringe Reibungsverluste entstehen. Die Flüssigkeit ist aus dem Kanal entfernbar, so daß der Rotor auf Grund gesetzt werden kann. Dazu ist der Boden des Schwimmkörpers mit einem Bremskiel versehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Rotor die Form eines stumpfen Kegels, wobei die kleinere Fläche als Bodenfläche dient. Ein besonderer Vorteil des Rotors nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß er eine besonders einfache Bauform ohne bewegliebe Einzelteile besitzt. Das hohe Anfahrnoment des Rotors erlaubt es, die vorherrschenden schwachen Luftströmungen günstig auszunutzen. Bei den nur selten auftretenden hohen Windgeschwindigkeiten, die sich nicht ausnutzen lassen, wird der Rotor durch Entfernen der Flüssigkeit aus dem Ringkanal auf Grund gesetzt und damit abgestellt.
Alle beweglichen Teile und die Geräte zur Stromerzeugung sind leicht erreichbar auf der Unterseite angeordnet und können durch die Bodenplatte des Rotors abgedeckt sein. Das Antriebssystem mit den schwenkbaren Laufrollen mit einer Lauffläche mit unterschiedlichen Krümmungsradien ermöglicht es, einfache Synchrongeneratoren zu verwenden, die direkt ins Netz speisen können. Durch die konische Ausbildung des Rotors ist es möglich, Rotor-Umfangsgeschuindigkeiten optimal den Windgeschwindigkeiten in den verschiedenen Höhenlagen anzupassen.
In den beigefügten Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel für einen Savonius-Rotor nach der Erfindung dargestellt. Und zwar zeigen: Figur 1 eine Ansicht eines Windkraftwerkes nach der Erfindung, teilweise geschnitten, Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II/II der Figur 1, Figur 3 einen Schnitt nach der Linie III/III der Figur 1 und Figur 4 ein Detail der Lagerung des Rotors und seines Schwimmkörpers.
Auf der Krone eines ringförmigen Unterbaues 1 ist ein ebenfalls ringförmiger Kanal 2 vorgesehen, der mit einer geeigneten Flüssigkeit 3 gefüllt ist, die durch Verbindungsleitungen 4 in einen im Inneren des ringförmigen Unterbaues 1 vorgesehenen Vorratsbehälter 5 abgelassen werden kann. Mittels Pumpen 6 ist diese Flüssigkeit wieder in den Kanal 2 förderbar. Der mit mindestens zwei gekrümmten Schaufeln 8, die zwischen einer Rotorgrundplatte 9 und einer Deckplatte 10 montiert sind, ausgerüstete Rotor 7 ist auf einem ringförmigen Schwimmkörper 11 angeordnet. Eine zylindrische Lauffläche 12 verbindet den Schwimmkörper 11 mit dem Rotor 7.
Zur zentrischen Führung des Rotors 7 ist eine Vielzahl von Laufrollen 13 vorgesehen, die schwenkbar an Lagerböcken 14 gelagert sind, die sich unterhalb des Rotors auf der Krone des Unterbaues 1 befinden.
Die Laufrollen 13 sind mit einer Lauffläche mit unterschiedlichem Krümmungsradius versehen und als Antrieb für Generatoren 15 ausgebildet. Durch die Ausbildung der Laufrollen mit Laufflächen unterschiedlichen Krümmungsradius ist es möglich,bei unterschiedlicher Umlaufgeschwindigkeit des Rotors den Antrieb für die Generatoren 15 konstant zu halten.
Der Schwimmkörper 11 ist auf seiner Unterseite mit einem Bremskiel 16 versehen.
Um den Rotor stillzusetzen, ist es lediglich erforderlich, die Flüssigkeit 3 aus dem Ringkanal 2 in den ii Inneren des Unterbaues 1 vorgesehenen Vorratsbehälter ablaufen zu lassen. Wenn sich dabei der Rotor dreht, wird seine Geschwindigkeit beim Aufsetzen des Bremskiels 16 auf dem Boden des Ringkanals zunächst langsam abgebremst bis der Rotor zum Stillstand gekommen ist. Um den Rotor in Gang zu setzen, wird die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 3 mittels Pumpen 6 in den Ringkanal gefördert, so daß der Rotor mit dem Schwimmkörper 11 aufschwimmt und damit frei drehbar wird. Während des Anlaufens des Rotors stehen die Laufrollen 13 mit dem kleinsten Krümmungsradius ihrer Lauffläche mit der Lauffläche 12 des Rotors 7 in Kontakt, so daß die Generatoren bereits zu Anfang mit hoher Geschwindigkeit laufen können. Bei steigender Drehgeschwindigkeit des Rotors wird der Anlagepunkt der Laufrollen stetig so geändert, daß die Drehzahl der Generatoren praktisch konstant bleibt.
Der Aufbau des vorgeschlagenen Windkraftwerkes ermöglicht CS jederzeit eine Wartung der einzelnen Teile wie beispielsweise einzelner Generatoren oder auch einzelner Laufrollen vorzunehmen, ohne daß der Rotor deswegen stillgesetzt werden müßte.
L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche Windkraftwerk mit einem um eine vertikale Achse drehbaren Rotor nach Savonius mit zumindest zwei Windleitschaufeln, die zwischen einer Boden- und einer Deckplatte angeordnet sind, dadurch g e -k e n n z e i c h n e tw daß der Rotor (7) auf einem ringförmigen Schwimmkörper (11) angeordnet ist und daß zur zentrischen Führung des schwimmenden Rotors (9) Laufrollen (13) vorgesehen sind, die an einer oberhalb des Schwimmkörpers (11) angebrachten Lauffläche (12) anliegen.
2. Windkraftwerk nach Anspruch 1 dadurch g e k e n n z e i c h -n e tw daß die Laufrollen (13) als Antriebsräder der zur Stromerzeugung vorgesehenen Generatoren (15) ausgebildet sind.
3. Windkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die Laufrollen (13) schwenkbar gelagert sind und eine Lauffläche mit stetig verändertem Krtimmungsradius aufweisen.
4. Windkraftwerk nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t daß die Laufrollen (13) in Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors (7) derart schwenkbar sind, daß die Abtriebsdrehzahl konstant ist.
5. Windkraftwerk nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch g e k e n n z e i c h ne t, daß die Oberfläche des Schwimmkörpers (11) und die den Rotor (7) tragende in einem ringförmigen Kanal (2) befindliche Flüssigkeit (3) derart aufeinander abgestimmt sind, daß möglichst geringe Reibungskräfte auftreten.
6. Windkraftwerk nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch g e k e n n z e i e h ne t, daß die den Rotor (7) tragende Flüssigkeit (3) aus dem kanal (2) entfernbar ist.
7. Windkraftwerk nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Schwimmkörper (11) mit einem Bremskiel (16) ausgerüstet ist.
8. Windkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t daß der Rotor (7) als Kegelstumpf ausgebildet ist, dessen kleinere Kreisfläche als Rotorgrundplatte (9) vorgesehen ist.