DE2825061C2

DE2825061C2 - Windrad

Info

Publication number: DE2825061C2
Application number: DE2825061A
Authority: DE
Inventors: Siegfried 8067 Petershausen Helm; Peter Dipl.-Ing. 8000 München Sprang
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1978-06-08
Filing date: 1978-06-08
Publication date: 1981-09-24
Also published as: DE2825061A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Wind/ad mit mindestens zwei um eine annähernd horizontale Achse drehbar gelagerten Flügeln, die jeweils in einer Flügellängsachse um die Achse schwenkbar aufgehängt sind, die zwischen der aerodynamischen Mittelachse und der Vorderkante des Flügelblattes uder davor liegt, wobei die Flügel an ein hydraulisches System argeschli /sen sind und durch wechselseitiges Drehen jeveils mindestens zweier einander zugeordneter Flügel in den' iw. aus dem Wind ein Ausgleich unterschiedlicher Winddruckkräfte erfolgt.

Windräder werden beispielsweise bei Windenergie-Anlagen verwendet, die für eine Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie sorgen.

In seinem Grundaufbau hat das Windrad eine um eine horizontale Achse drehbare Nabe, die zwei oder mehr Rotorblätter trägt, die annähernd senkrecht zu der Drehachse angeordnet sind und durch ein Gestänge jeweils gleichsinnig zur Leistungs- bzw. Drehzahlregelung um ihre Längsachse verstellt werden können.

Durch die mit der Höhe über dem Erdboden im allgemeinen zunehmende Windgeschwindigkeit und durch einseitig auftreffende Böen werden jedoch die Flügelblätler sowie das Lager starken Momentenbelastungen ausgesetzt. Außerdem führen derartige Belastungen auch zu einem Ungleichfömigkeitsgrad im Drehmomentverlauf.

Bekanntlich kann man bei einem zweiflügeligen Rotor diese Nachteile durch einen zusätzlichen Freiheitsgrad, nämlich einer sogenannten Pendelachse (DE-AS 26 55 026) weitgehend beseitigen, die quer zur Rotor· bzw. Nabendrehachse und senkrecht zu den Blattachsen im Schwerpunkt von Rotor und Nabe liegt. Aufgrund der Pendelbewegung findet eine Angleichung der unterschiedlichen Anströmgeschwindigkeiten durch Ausweichbewegungen sowie eine Kompensation von plötzlichen Böenbelastungen dutch Trägheitswirkung um die Pendelachse statt

Als Weitere Verbesserung lsi eine zwangsläufig mit der Pendelbewegung gekoppelte gegensinnige Flügel-Verdrehung bekannt geworden, die im Sinti einer Anstellwinkelverkleinerung des in Windrichtung auspendelnden Rotorblattes und umgekehrt erfolgt. Hierzu wird das Leistungs-Verstellgestänge herangezogen, das in geeigneter Weise angeordnet oder durch Zusatzglieder erweitert wird. Die Schwenkbeweglichkeit der Flügel kann auch mit einer Pendelachse erreicht werden, die schräg zu den Blattlängsachsen verläuft, hierbei wirkt sich ein von der Schräglage abhängiger Anteil des Pendelwinkels als Blattverdrehungswinkel

ίο aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zügrunde, mit konstruktiv einfacheren Maßnahmen als bei den bekannten Systemen ein Windrad der eingangs genannten Art zu schaffen, das zudem eine zuverlässige Anpassung an räumlich unterschiedliche Winddrucktcräfte gewährleistet

Die Aufgabe wird erfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß das hydraulische System aus zwei hydraulisch miteinander verbundenen Druckzylindern besteht, deren Kolben jeweils über einen Exzenter mit je einem Flügel verbunden sind.

Hierbei werden für den Windstärke-Ausgleich, die bereits für die Leistungsverstellung vorgesehenen Lagerstellen für die Aufhängung der Flügel benutzt Mit dem Leistungs-Verstellgestänge werden sämtliche Flügelblätter gleichsinnig, d. h. gleichzeitig in bzw. aus dem Wind um die jeweilige Längsachse gedreht Da die Drehachse außerhalb der aerodynamischen Mittelachse liegt, sind die Blätter auch durch die Windströmung schwenkbar. Hierbei sind die Flügel mindestens paarweise durch eine direkte hydraulische Kopplung miteinander verbunden derart, daß eine gegensinnige Verdrehung der Flügeiblätter möglich ist. Beim Durchqueren der Zone unterschiedlicher Windströ-

J5 mungsgeschwindigkeit erfolgt die Anstellwinkel-Verdrehung unter Herbeiführen eines Momentenausgleiches.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Rotornabe also nur umlaufend und nicht zusätzlich pendelnd gelagert und die Flügel an der Nabe in an sich bekannter Weise drehbar auigehängi. Diese Aufhängung entspricht somit im wesentlichen dem einfachen Grundaufbau eines Flügelrades jedoch mit der Wirkung, daß kaum Laufunruhen durch unterschiedliche Luftströ-

4ί mungsgeschwindigkeilen im Rotordrehflächenbereich eintreten. Zusätzln he Gelenke bzw. Lagerslellen. wie die Pendelaufhängung der Rotornabe bei der bekannten Vorrichtung, werden dabei nicht benötigt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß mit den beiden Druck/yündern ein weiterer Druckzylinder verschaltet ist, der mit einer Leistungsverstellung betätigbar ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß dei Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Vt F ι g. I eine Windenergieanlage,

\ \ g. 2 ein Flügelblatt im Querschnitt, und
Fig. \ ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage mit einem Maschinenhaus 10, das ein Windrad mit zwei Flügeln 11 trägt und auf einem Turm 12 errichtet ist. Der Turm ist mit Seilen 13, die am Erdboden an Sockeln 14 und mit dem Turm über einen Ring 15 befestigt sind, in seiner Lage gesichert

Die Drehachse 16 des Windrades führt axial durch das Maschinenhaus 10. Die Flügelblätter sind an ihrer Basis 17 an einer in der Flg.3 näher dargestellten Nabe um die Flügellängsachse 18 drehbar verbunden. Die Längsachse 18, in der die Aufhängung des Flügelblattes

11 erfolgt, befindet sich zwischen der momenienneiitralen aerodynamischen Mittelachse 19 und der Vorderkante 20 des Flügelblattes oder noch davor.

Durch die Aufhängung in der Längsachse 18 kann vom auf den Flügel 11 auftreffenden Wind 21 ein ■> Drehmoment hervorgerufen werden, das ausgenützt wird, um die freigelagerten Flügel 11 in Zonen stärkerer Windgeschwindigkeit V2 aus den Wind bzw. in Zonen geringerer Windstärke Ki iir den Wind zu schwenken. Hierzu sind die Flügel 11 miteinander so gekoppelt, daß bei einer Verdrehung eines Flügelblattes das andere automatisch in die Gegenrichtung geschwenkt wird.

Nachdem die Flügel 11 über eine Leistungsverstell-Vorrichtung je nach Bedarf entsprechend in den Wind gedreht sind, wobei die Drehung gleichsinnig erfolgt, laufen die Blätter um die Drehachse 16 um, wobei sie vom Strömungsfeld zusätzlich ständig um die Achse 18 hin- und hergeschwenkt werden derart, daß die an den Flügelblätiern wirkenden Drehmomente gleich groß sind und damit die periodischen Schwankungen des »0 Drehmomentes des Windrades sowie gegebenenfalls Schwingungsanregungen weitestgehend beseitigt sind. Die Rotorteile werden damit auch weniger bean-.prucht

Wie in der F i g. 3 näher gezeigt, sind die Flügel 11 mittels Kugellager in einer Nabe um die Längsachse 18 2¹S drehbar aufgehängt, während die Nabe in gehäusefesten Bauteilen 27 um die Drehachse 16 drehbar gelagert ist. Innerhalb der Nabe ist axial eine Leistungs-Verstellungsstange 53 vorgesehen, die z. B. durch eine Gewindespindel oder einem Hydraulikzylinder verschoben wird und mit der und einer damit verbundenen axialen Verschiebung eines noch näher zu beschreibenden Kopplungselementes der Anstellwinkel der Flügelblätter 11 eingestellt wird.

Das hydraulische Koppelelement besitzt drei Druckzylinder 50 und 51, deren Kolben Exzenterslangen 52 für die Flügel 11 bzw. die Leistungs-Verstellstange 53 bewegen. Der Arbeitsdruck erfolgt entweder, bei der Leistungsverstellung, durch axiale Verschiebung der Stange 53 oder bei der Verdrehung eines Flügels 11 und der damit verbundenen Verschiebung des entsprechenden Exzenters 54. Der Druckaufbau im entsprechenden Hubzylinder wird dann über entsprechende Verbindungsleitungen 55 bzw. 56 in die Hubzylinder 50 und 51 bzw. in den zweiten Hubzylinder 50 zur Verstellung der bzw. des Windflügels 11 geleitet

Bei Windräder mit mehr als zwei i-lügeln können diese paarweise mit einem der beschriebenen Kopplungssysteme miteinander verbunden werden, wenn das Rad eine gerade Anzahl von Flügeln besitzt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Windrad mit mindestens zwei um eine annähernd horizontale Achse drehbar gelagerten Flügeln, die jeweils in einer Flügellängsachse um die Achse schwenkbar aufgehängt sind, die zwischen der aerodynamischen Mittelachse und der Vorderkante des Flügelblattes oder davor liegt, wobei die Flügel an ein hydraulisches System angeschlossen sind und durch wechselseitiges Drehen jeweils mindestens zweier einander zugeordneter Flügel in den bzw. aus dem Wind ein Ausgleich unterschiedlicher Winddruckkräfte erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische System aus zwei hydraulisch miteinander verbundenen Druckzylindern (50) besteht, deren Kolben jeweils über einen Exzenter (52) mit je einem Flügel (11) verbunden sind.

2. Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den beiden Druckzylindern (50) ein weiterer Druckzylinder (51) verschaltet ist, der mit einer Leistungsverstellung betätigbar ist.