DE2831731A1

DE2831731A1 - Windrad

Info

Publication number: DE2831731A1
Application number: DE19782831731
Authority: DE
Inventors: Frederick Charles Evans
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-07-20
Filing date: 1978-07-19
Publication date: 1979-02-08
Also published as: BE869126A; FR2398195A1; NL7807654A; GB1599653A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Windrad, wie es zur Nutzung von Windenergie und deren Umwandlung in nützliche Energie in Windkraftanlagen bzw. Windkraftwerken verwendet wird.

Ein Windrad gemäß der Erfindung hat im Vergleich mit bereits bekannten Windrädern die Vorteile

I) daß es auch gegenüber Stürmen sehr widerstandsfähig ist,
II) daß es einfach und wirtschaftlich in einer

effizienten Form erstellt werden kann, III) daß kein Getriebe notwendig ist, um Kraft von dem gegebenenfalls erhöht aufgestellten Windrad auf die gegebenenfalls auf niedrigerem Niveau errichtete, mit dem Windrad zusammenarbeitende Maschinenanlage zu übertragen,

IV) daß es nicht gedreht werden muß, um von Winden aus verschiedenen Richtungen betrieben zu werden und

V) daß es schließlich keine besonderen Anlaßhilfen benötigt.

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Ein Kindrad gemäß der Erfindung weist eine vertikale Welle auf, die um ihre Längsachse drehbar ist und parallel zu der mehreire Flügel mit ihren Längsachsen - um diese Längsachsen schwenkbar - angeordnet sind, wobei diese Flügel an Tragarmen gelagert sind, die radial zu der vertikalen Welle liegen und denen gegenüber die Flügel mittels einer Drehmoment-Steuerung um ihre Längsachsen verschwenkbar sind. Dabei können Ausgleichsgewichte vorgesehen sein, um sicher zu stellen, daß ihre Einstellung nicht durch Fliehkräfte sondern nur durch die Wirkung der Steuerung beeinflußt wird. Die physikalische Gesetzmäßigkeit, der die Steuerung unterliegt, soll entsprechend dem Einsatz des Windrades veränderbar sein, um es beispielsweise mit konstanter Geschwindigkeit betreiben zu können, um es mit einem konstanten Drehmoment betreiben zu können oder um bei bestiirjnten Windgeschwindigkeitsbereichen oder Belastungsbedingungen eine möglichst große Gesamtenergieabgabe zu erhalten. Die Steuerung kann in Verbindung mit einer Hydraulik angewendet werden, um die Stellung der Flügel entsprechend der Windgeschwindigkeit oder der Art der sich aus der angetriebenen Einheit ergebenden Belastung zu versteilen. Ein Windrad gemäß der Erfindung erlaubt die Anwendung von Flügeln, die nicht verwunden sein müssen, im Gegensatz zu Propellerwindrädern.

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Für hohe Wirksamkeit können die Flügel ein Tragflügelprofil haben, mit Rücksicht auf geringe Kosten können jedoch auch einfache flache Flügel Anwendung finden.

Ein erfindungsgemäßes Windrad hat als weiteres Merkmal, daß die Flügel frei um ihre vertikalen Längsachsen drehbar sind und daß diese Verstellbewegung durch die Windkraft bewirkt wird. Das gibt der Maschine die Möglichkeit, ohne fremde Hilfe zu starten und die weitere Möglichkeit, ihre Geschwindigkeit zu begrenzen. Außerdem ergibt dieses Merkmal eine größere Kraftkomponente in der für die Rotation benötigten Richtung und, unter bestimmten Bedingungen, eine nutzbare Antriebskraft für einen größeren Teil des während der Rotation der Flügel mit der vertikalen Achse beschriebenen Kreises im Vergleich mit Windrädern mit feststehenden Flügeln.

Wenn es gewünscht wird, kann das Gewicht der Flügel nur teilweise ausgeglichen sein, so daß der Schwerpunkt jedes Flügels hinter seiner Drehachse liegt. Dadurch wird die Hinterkante jedes Flügels bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten unter der Wirkung der Zentrifugalkraft zum Ausschwingen neigen, um einen Bremseffekt zu ergeben, wodurch eine selbsttätige Drehzahlbegrenzung für das Windrad gegeben ist. Darüber hinaus erlauben nur zum Teil im Gewicht

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ausgeglichene Flügel die Drehung und die Federrate einer als Feder ausgebildeten Drehmomentsteuerung so zu wählen, daß die Kraftabgabe bei schlechten Windverhältnissen maximal wird sowie eine unabhängige Festlegung der Drehzahlbegrenzung .

Ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Windrad wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Windrades und

Fig. 2 das Prinzip der Arbeitsweise des Windrades gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 hat das Windrad eine vertikale Welle 1, Tragarme 2 und Flügel 5. Die Drehmomentsteuerung ist als Feder 4 ausgebildet, die zwischen dem Tragarm 2 und dem Flügel 3 ange ^net ist. Jeder Flügel ist außer mit einer Drehmomentsteuerung mit einem Gegengewicht 5 versehen. Die Welle 1 ist in geeigneten Lagern gelagert, die jedoch nicht dargestellt sind. Die erhaltene Leistung wird an der Welle 1 abgenommen und kann in geeigneter Weise jeder Vorrichtung zugeführt werden, von der die Leistung benötigt wird.· Diese Vorrichtung ist nicht dargestellt. Die Flügel haben d^e Form eines Strömungsprofiles.

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In Fig. 2 ist das Arbsitsprinzip des Windrades für zwei Fälle dargestellt. Im Fall (a) soll die.Umlaufgeschwindigkeit der Flügel kleiner als die Windgeschwindigkeit sein. Im Fall (b) soll die Umlaufgeschwindigkeit größer als die Windgeschwindigkeit sein. In beiden Fällen sind absolute Richtung und Größe des Windes durch ausgezogene Pfeile dargestellt. Mit unterbrochenen Pfeilen sind an vier Punkten des Umlaufes relative Richtung und Größe des Windes dargestellt. Aus Fig. 2 (a) ergibt sich, daß der Wind im Punkt 1 über die hintere Kante des jeweiligen Flügels strömt, während er über die vordere Kante im Punkt 3 strömt. An allen anderen Umlaufpunkten ist die Wirkung des Windes, in Verbindung mit der Drehmomentsteuerung den jeweiligen Flügel in einen passenden Angriffswinkel zu drehen und so auf den Flügel einzuwirken, daß das Windrad im Uhrzeigersinn gedreht wird. Gemäß Fig. 2 (b) strömt der Wind über die vordere Kante bei jedem Umlauf zweimal, nämlich an den Punkten 1 und 3, während er nie über die hintere Kante strömt. An allen anderen Punkten ist es wieder Funktion des Windes, das Windrad im Uhrzeigersinn zu drehen. In diesem Fall ist der Angriffswinkel immer klein, und dies sind die Bedingungen, unter denen ein normales Tragflügelprofil den besten Wirkungsgrad erbringt. Windräder der beschriebenen Art starten ohne fremde Hilfe, d.h. sie laufen selbsttätig aus dem

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Stillstand an, weil im Fall (a) und im Fall (b) ein in der gleichen Richtung wirkendes Drehmoment erzeugt wird.

Bei sehr starkem Wind neigen die Flügel dazu, sich unter einem sehr kleinen Angriffswinkel einzustellen, so daß der Strömungswiderstand reduziert ist. Im Gefahrenfall kann die Drehmomentsteuerung ausgeklinkt werden - entweder manuell oder maschinell - so daß alle Flügel direkt in den Wind weisen und der Luftwiderstand der gesamten Vorrichtung sehr klein ist.

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Claims

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Anmelder; FREDERICK CHARLES EVANS, Department of Physics, The University, St. Andrews, FIFE, Schottland

Titel: Windrad 283173t

Patentansprüche

Windrad mit einer vertikalen, umlaufenden Welle und einer Anzahl von Flügeln, die mit ihren Längsachsen parallel zur umlaufenden Welle angeordnet sind und mit der Welle unter der Einwirkung des Windes um deren Längsachse umlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel (3) um seine Längsachse verschwenkbar an seinen beiden Enden zwischen Tragarmen (2) gelagert ist, die sich von der Welle (1) des Rades aus radial erstrecken, wobei eine Drehmomentsteuerung (4) zur Steuerung des Einstellwinkels des jeweiligen Flügels relativ zu seinen Tragarmen vorgesehen ist,
2. Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Flügel (3) ein Gewichtsausgleich (5) zugeordnet ist, um die Winkeleinstellung des Flügels während des Radumlaufes vom Einfluß voa Zentrifugalkräften frei zuhalten.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Windrad nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentsteuerung mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch arbeitet.
4. Windrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentsteuerung jedes Flügels (3) eine zwischen ihm und einem seiner Tragarme (2) eingehängte Feder (4) ist.
5. Windrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel (3) ein aerodynamisches Tragflügelprofil ist.
6. Windrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel (3) ein rechteckiges Flachprofil ist.
7. Windrad nach einem der Anspruch© 1 und 3 bis 6, dadurch gekenn2@±ebnet? daß jedem Flügel (3} eia Gewichtsausgleich sum aar t©ili?©is©ss Ausgleich des Fiügelg@wicht@s sugeordaet ist derart_ff ä&B ä±m Sehweakae&se dos Flügels la ä©r Dscshsiehtung des Rad©ß vor dem Gravitatioaaaostraa des Flügels liegt«

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