DE2905569A1 - Windturbinenkraftwerk - Google Patents

Windturbinenkraftwerk

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DE2905569A1
DE2905569A1 DE19792905569 DE2905569A DE2905569A1 DE 2905569 A1 DE2905569 A1 DE 2905569A1 DE 19792905569 DE19792905569 DE 19792905569 DE 2905569 A DE2905569 A DE 2905569A DE 2905569 A1 DE2905569 A1 DE 2905569A1
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wind
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turbine
vertical
rotors
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Lothar Louis Pohl
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/02Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F03D3/0436Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor
    • F03D3/0472Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor the shield orientation being adaptable to the wind motor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

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Description

  • Windturbinenkraftwerk
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Windturbinenvorrichtung zur Umwandlung von kinetischer Energie des Windes in mechanische Energie.
  • Erkannte windräder und Windturbinen, deren Achsen vertikal ausgerichtet sind (sogenannte Hochachsen), werden üblicherweise in zwei Gruppen unterteilt.
  • Die eine Gruppe umfaßt Konstruktionen, welche Segelschalen und gewölbte Oberflächen umfassen, wie beispielsweise den Savoniusläufer, bei denen mehr oder weniger Strömungswiderstandsunterschiede zwischen den in Windrichtung umlaufenden und den gegen den Wind umlaufenden Bauteilen die Triebkräfte darstellen. Die andere Gruppe umfaßt Wind turbinen mit vertikal angeordneten geraden und gebogenen, einen flügelförmigen Querschnitt aufweisenden Blättern, welche koaxial um eine Welle laufen, und Anordnungen, wie beispielsweise Darrieus-Läufer, wo hauptsächlich Auftriebskräfte eine Drehung bewirken.
  • Die erste Gruppe hat aufgrund des geringen Wirkungsgrads lediglich begrenzt auf dem Gebiet der Instrumentierungs- und Ventilationstechnik Anwendung gefunden. Die andere Gruppe der Hochachsen-Windturbinen bringen Schwierigkeiten mit sich, und iwar insbesondere bei der Ausführung von großen Windkraftwerken, welche größenmäßig mit Kraftwerken vergleichbar sind, welche mit fossilem Brennstoff betrieben werden.
  • Zudem wachsen die Kosten für diese Konstruktionen in übermäßiger Weise progressiv und ergeben sich erhebliche Konstruktions- und Belastungsprobleme, welche infolge der Verwendung von relativ dünnwandigen Blättern mit beträchtlichen Abmessungen nicht einfach lösbar sind. Ähnliche Schwierigkeiten ergeben sich für die Ausbildung von Wind turbinen mit horizontalen Achsen, welche auch als . Axialturbinen bezeichnet sind. In diesem Fall ist die große Rotationsmasse der Läuferblätter, welche kontinuierlich in erster Linie durch ungleiche aerodynamische und Trägheitsbeanspruchungenbelstet sind, ein Nachteil für die Entwicklung von großen Windkraftwerken.
  • Es besteht somit ein Bedürfnis nach Schaffung eines Windturbinenkraftwerks unter Verwendung von Turbinenläufern mit vertikalen Achsen, welches kompakt und robust gebaut ist und bei dem diese Belastungsprobleme ausgeschlossen sowie der Bau größerer Anlagen werkstoff- und gewichtsparend bei niedrigen Herstellkosten leicht und praktikabel durchführbar ist. Ein Bedürfnis besteht auch darin, die Stützbauten für diese Turbinenläufer aerodynamisch und mechanisch derart auszuführen, daß der Wirkungsgrad der Turbinenläufer gesteigert wird und schließlich eine gute Steuerung der Geschwindigkeit der Turbinenläuferermöglichtwird. Zudem ist es wünschenswert, das Gesamtgewicht und die Herstellkosten für derartige Turbinenläufer und Stützbauten durch einfache bauliche D4aßnahmen zu reduzieren.
  • Diesem Bedürfnis abzuhelfen ist Aufgabe der Erfindung.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein windbetriebenes Turbinenkraftwerk zur Umwandlung wenigstens eines Teils der kinetischen Energie des Windes in mechanische Energie, welches gekennzeichnet ist durch um Vertikal achsen laufende, tangential angeströmte Turbinenläufer, von denen jeder die Form eines hohlen Prismas mit wenigstens drei vertikalen, in Windrichtung gewölbten Oberflächen und eine vertikale Welle aufweist, welche in Endlagern gelagert ist, die sich in unteren und oberen Zwischenstützrahmen befinden, durch.
  • einen Turmaufbau zur Abstützung einer Doppel reihe von Turbinenläufern, welche vertikal und symmetrisch hinter dem Turmaufbau in einer windabwärtigen Stellung angeordnet sind, durch Lagereinkichtuns gen für die Zwischenstützrahmen, welche wenigstens durch die Windkräfte um den Turmaufbau verschwenkbar sind, mit einem windablenkenden Deckschild, welches vor dem Turmaufbau angeordnet und starr mit den Zwischenstützrahmen befestigt ist. Das windablenkende Schild ist gegen die Windrichtung an der Vorderseite des Turmaufbaus konvex gewölbt und erstreckt sich symmetrisch entlang beiden Seiten des Turmaufbaus zu den Drehkreisen der Turbinenläufer. Auf diese Weise werden Leitflächen für den Luftstrom gebildet, welche leicht gegen die Windrichtung geneigt sind und einen tangen-tialen Luftstrom über die gekrümmten Flächen der Turbinenläufer leiten, aber die gegen die Windrichtung umlaufenden Turbinenläufersegmente decken wobei der tangentiale Luftstrom in einer Richtung geleitet wird, welche für die Turbinenläufer einen optimalen Wirkungsgrad ergibt.
  • Zweckmäßigerweise ist der Turmaufbau als Stahlkonstruktion mit einem rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet, allerdings können auch Betontürme mit rundem Querschnitt verwendet werden, um die Baukosten zu senken, In diesem Fall leitet die glatte Außenfläche- des runden Turms vor den TurbinenSäufern den Wind ab, wobei in Windrichtung an beiden Seiten des Turms, drehbar um die vertikalen Achsen und mit den vorderen Kanten nahe an der glatten Außenfläche des Turms angeordnete separate Leitbleche den Luftstrom gegen die gewölbten Flächen der Turbinenläufer mit verschiedenen Angriffswinkeln leiten und somit die Drehgeschwindigkeit der Turbinenläufer beeinflussen.
  • Das gemeinsame Gewicht der Turbinenläufer und der Zwischenstützrahmen kann große Biegemomente hervorrufen, welche hohe Belastungszustände in den Lagereinrichtungen verursachen, die die Komplexität und die Kosten dieser großen Lager vergrößern. Auch ist zur Ausrichtung der Turbinenläufer in eine windabwärtige Stellung eine größere Leistung erforderlich. Vorteilhafterweise sind deshalb die Zwischen§tzrahmen und die Turbinenläufer an einem lastaufnehmenden Gestell aufgehängt, welches an der Spitze des Turmaufbaus angeordnet ist. Die durch biegsame Kupplungen verbundenen vertikalen Wellen der Turbinenläufer dienen lediglich als Drehkrafttransmissionen nach unten zu einem schwereren Stützrahmen, welcher nahe an der Turmbasis angeordnet ist und eine Plattform mit Einrichtungen zur Energiewandlung, wie beispielsweise einen elektrischen Generator und weitere Zusatzausrüstungen, aufweist.
  • Um den Wirkungsgrad der tangential angeströmten Turbinenläufer weiter zu erhöhen, ohne jedoch eine wesentliche Änderung der kompakten und robusten Prismenform zu bewirken, ist zweckmäßigerweise in jede der vertikalen, zuerst in Windrichtung konvex, dann konkav geformten Läuferflächen ein vertikaler Schlitz vorgesehen. Zudem erstreckt sich im polygonalen, wenigstensdrei Ecken aufweisenden Querschnitt des Läufers der konvex geformt Abschnitt einer polygonlinie von der vorderen Ecke etwa bis zur halben Distanz einer geraden Linie zwischen zwei benachbarten Ecken, wohingegen der konkav geformte Abschnitt sich von der hinteren Ecke um weniger als die halbe Distanz erstreckt. Somit ist in der entsprechenden vertikalen Läuferfläche ein vertikaler Schlitz gerade hinter dem konvex gewölbten Flächenabschnitt angeordnet und erstreckt sich über die gesamte axiale Länge. Die drei vertikalen Schlitze in den vertikalen Flächen des Turbinenläufers erlauben den Durchfluß eines begrenzten Luftstroms durch den Turbinenläufer, welcher einen Durchgang fm Mittenabschnitt aufweist.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
  • Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt eines abgedeckten Turmaufbaus-mit einer Turbinenläüfereinheit, bestehend aus zwei Turbinenläufern mit vertikalen Achsen, sogenannten Hochachsen, jeweils in Form eines Prismas, Fig. 2 eine Teilansicht eines Windturbinen-Kraftwerks, in welchem mehrere Turbinenläufereinheiten mit Stützrahmen und einer Bedienungsplattform angeordnet sind, Fig. 3 einen Querschnitt eines abgedeckten Turmaufbaus mit einer Turbinenläufereinheit, wobei die Abdeckung mit Leitblechen versehen ist, Fig. 4 einen Querschnitt eines runden Betonturms mit einer dahinter angeordneten Turbinenläufereinheit, welche mit separaten Leitblechen ausgerüstet ist, Fig. 5 eine Konstruktion eines Turbinenläufers mit vertikaler Achse in Form eines Prismas mit vertikalen Schlitzen, Fig. 6 eine Aufhängeinrichtung an der Spitze des Turmaufbaus sowie Fig. 7 eine Vorderansicht eines Windkraftwerks.
  • Der Turmaufbau 1 gemäß Fig. 1 besteht aus einemkon ventionellen Stahlturm in Sprengwerkbauweise (Rahmenfachwerk) mit rechteckförmigem Querschnitt. Die Turbinenläufer 2 und 3 sind hinter dem Turmaufbau in windabwärtiger Stellung angeordnet und weisen jeweils die Form eines Prismas mit einem Querschnitt eines dreieckigen Polygons auf. Die drei vertikalen Flächen eines derartigen Turbinenläufers sind in Windrichtung leicht gekrümmt und zwar zuerst konvex, dann konkav entlang der Geraden zwischen zwei Ecken des Polygons. Die Lager 4 der Wellen der Turbinenläufer und der dazwischen angeordnete Stützrahmen 5 sind aus der Zeichnung ersichtlich, welcher zusammen mit dem Hauptlager 6 am Turmaufbau 1 angeordnet ist.
  • .Das den Wind ablenkende Abdeckschild 7 ist fest mit dem Zwischenstützrahmen 5 verbunden, welcher frei um den Turmaufbau 1 drehen kann.
  • Die Auslegung einer derartigen Windturbinenvorrichtung wird durch mehrere charakteristische Parameter bestimmt, welche die Ausführung der Vorrichtung beeinflussen. Sie hängen vom Luftstrom durch den Auffangbereich bei AA' ab, welcher der Gesamtbreite der Turbinenvorrichtung entspricht und vom beträchtlich kleineren Luftstrom durch die Fläche bei BB', deren Größe durch die vertikale Ebene des Abdeckschilds vermindert ist. Eine weitere Einflußgröße stellt der Durchmesser DT des Turmaufbaus dar, welcher von der verwendeten Konstruktion abhängig ist, wodurch die minimale Größe des Abdeckschilds und der Durchmesser DR der Turbinenläufer bestimmt ist, welche in einem Abstand d voneinander angeordnet sind.
  • Der Luftstrom durch die Fläche AA' in Richtung der Turbinenläufer wird zu einem Großteil über den Bereich BB' hinaus abgelenkt, wobei ein Teil des Windenergieverlustes durch die erhöhte Geschwindigkeit des Luftstroms entlang des Abdeckschilds gegen die Turbinenläufer wiedergewonnen wird. Dieser Effekt kann mit der Überströmwirkung und dem Strömungsenergiegewinn eines Mantels : um eine Axialturbine verglichen werden. Die Endschräge der Schildfläche nahe am Drehkreis des Turbincnläufers bei einem Ablenkwinkel (C4) gegen die Windrichtung muß deshalb nur mäßig sein, um ein Optimum an Beschleunigung des Luftstromes zu gewährleisten.
  • Falls der Ablenkwinkel (cit) zu groß ist, wird der Verlust durch den Überströmeffekt übermäßig.
  • Es ist ersichtlich, daß die Durchmesser der Turbinenläufer DR und der Abstand d die Position des Turbinenläufers und den verfügbaren Auffangbereich bei AA' bestimmen. Allerdings bewirken zu große Läuferdurchmesser eine geringe Drehgeschwindigkeit, weil die Geschwindigkeit an der Spitze des Läufers die periphere Windgeschwindigkeit nicht übersteigen wird und die Empfindlichkeit für eine geringe Windgeschwindigkeit vermindert wird. Falls der Läuferdurchmesser bestimmt ist, folgt daraus auch der Abstand d und die Stellung der Turbinenläufer, falls eine vertikale Läuferfläche in einer Drehstellung des Läufers mit der Schräge der Schildfläche ausgerichtet werden kann. In dieser Drehstellung wird dann eine glatte Tangentialströmung über die Turbinenläuferfläche mit einem günstigen Angriffswinkel relativ zum konvex gekrümmten Flächenteil erzielt und eine maximale Auftriebskraft mit einer resultierenden Hauptantriebskomponente erzeugt.
  • Aus Fig. 2, welche einen Aufbau entsprechend Fig. 1 zeigt, ist die vertikale Reihe der Turbinenläufer 3 ersichtlich, welche hinter dem Turmaufbau 1 in Rückwindstellung angeordnet sind. Die Wellen 10 der Turbinenläufer 3 sind in Endlager 4 gelagert, welche in den Zwischenitützrahmen angeordnet sind, die ihrerseits über ein Lager 6 am Turmaufbau 1 angeordnet sind. Das windablenkende Abdeckschild 7 erstreckt sich über die gesamte Länge der vertikalen Reihe der Turbinenläufer 3. Ein um den Turmaufbau 1 drehbares schweres Stützgestell 8 am Turmunterteil ist mit einer Plattform 9 gekoppelt, welche einen Energiewandler, eine Servoausrüstung und Steuerinstrumente beinhaltet. Die Transmissionswelle 10 einer vertikalen Reihe der Turbinenläufer 3 ist über eine elastische Kupplung 11 mit dem Getriebe 12 verbunden. Die Stromabnahme vom Endgenerator 13 erfolgt über eine Schleifringeinrichtung 14.
  • In der Ausführungsform nach Fig. 3 erstreckt sich der Windablenkende Abdeckschild 7 vor dem Turmaufbau 1, welcher starr und fest mit dem Zwischenstützrahmen 5 verbunden ist, nicht gegen die Drehkreise der Turbinenläufer sondern ist an beiden Seiten des Turmaufbaus durch die Leitbleche 15 und 16 ersetzt. Diese Leitbleche sind in einem fließenden Übergang mit dem Schild 7 verbunden und um einen kleineren Grad von der Stellung (a) zur Stellung (b) drehbar.
  • Falls das Leitblech die Stellung (a) einnimmt wird eine tangentiale Luftströmung über die konvex- gckrümmte Oberfläche des Turbinenläufers geleitet, falls die in Fig. 1 dargestellte Drehstellung erreicht wird, wobei dann der Turbinenläufer mit maximaler Drehzahl umläuft.
  • Falls das Leitblech in die Stellung (b) verstellt worden ist (entsprechend dem eingezeichneten Leitblech 16), ist der Luftstrom im wesentlichen gegen die Mittellinie des Turbinenläufers gerichtet. Nun werden lediglich irreguläre Wirbel-und Strömungswiderstandskräfte erzeugt, so daß in einer besonderen Drehstellung der Turbinenläufer das Drehen beendet. Durch eine Brechereinrichtung können irreguläre Bewegungen oder Schwingungen gedämpft werden, welche durch Windböen verursacht werden. Die Leitbleche werden durch eine Geschwindigkeitsteuerungseinrlchtung betätigt.
  • Der Turmaufbau nach Fig. 4 ist ein Spannbetonturm 17 mit einem runden Querschnitt und einer glatten Außenfläche und dient ebenfalls als windablenkende Einrichtung vor den Turbinenläufern. Die drehbaren Leitbleche 18, 19 sind an beiden Seiten des Betonturms angeordnet (gesehen in Windrichtung) und weisen Wellen 20, 21 auf, Welche am Stützrahmen 24 angeordnet sind. Die vorderen Kanten 22, 23, welche die Wellen 20, 21 gegen die Windrichtung abdecken, sind nahe an der glatten Außenfläche des Betonturms befestigt, wobei in einer Stellung (a) der Leitfläche 18, 19 für maximale Läuferdrehzahl der abgelenkte Luftstrom ohne Turbulensentwicklung von der Stirnfläche des Betonturms über die Leitfäche strömt.Für die vorderen Kanten können Streifen aus elastischem Material verwendet werden, welche mit minimaler Reibung um die Turmfläche gleiten können, wenn sich der Zwischenstützrahmen- 24 dreht. Da der Durchmesser des Spannbetonturms 17 relativ klein gehalten werden kann, wird die Gesamtbreite W der Windturbinenvorrichtung reduziert.
  • Damit können die Turbinenläufer ohne Verlust an Windenergie an der Vorderseite enger zueinander angeordnet werden, wobei sich die Drehkreise überlappen und die Drehung im Getriebegehäuse 12 synchronisiert wird. Infolge des Weglassens des großen Abdeckschilds vor den Turbinenläufern bedingt der geringere Winddruck auf den Turmaufbau und die kleineren Abmessungen der Stützaufbauten geringere Baukosten.
  • Gemäß Figur 5 a weist der Querschnitt des Turbinenläufers 26 die Form eines dreieckigen Polygons auf. Jede Polygonlinie ist entlang der Geraden C-F zwischen zwei Ecken gekrümmt, wobei zuerst ein konvexer Abschnitt 26 und dann ein konkaver Abschnitt 27gesehen in Windrichtungvorgesehen ist. Der konvex gekrümmte Abschnitt der Polygonlinie erstreckt sich von der vorderen Ecke C zum Punkt D, welcher den Mittelpunkt der Strecke C-F dargestellt. Der konkav gekrümmte Abschnitt der Polygonlinie erstreckt sich von der hinteren Ecke F lediglich zum Punkt E, so daß die gekrümmte Polygonlinie zwischen dem Mittelpunkt D.und dem Punkt E unterbrochen ist.
  • Die Seitenansicht des Turbinenläufers in Figur 5 d zeigt Flächen 28, 29, welche den gekrümmten Polygonlinien c-D und E-F entsprechen sowie einen Schlitz 30 zwischen den Flächen, welchereine Breite und Stellung entsprechend der Stellung der Punkte D und E aufweist und sich über die gesamte Länge des Turbinenläufers 25 erstreckt.
  • Weiter sind Versteifungselemente 31 für die gekrümmten Oberflächen vorgesehen. Durch den Schlitz 30 wird ein Durchgang 32 für den Durchfluß eines Luftstroms durch den Mittenabschnitt des Turbinenläufers gebildet, was in einer besonderen Drehstellung des Rotors den Luftstrom um den Rotor und dadurch die Leistung verbessert.
  • Beispelsweise ist aus Figur 4 ersichtlich, daß die rezirkulierte und im rückwärtigen Bereich des Turmaufbaus eingefangene Luft dann durch einen geschlitzten Turbinenläufer abgegeben werden kann. Die Konstruktion mit einem Schlitz stört nicht die Fähigkeit der Auftriebserzeugung der konvex gekrümmten Flächen entlang de vorderen Kanten und schwächt nicht in wesentlichem Umfang den kompakten und maseven Prismenaufbau des Turbinenläufers.
  • Im Ausführunzsbeispiel, welches in Figur 6 a dargestellt ist,ian der Spitze des Turmaufbaus 1, welcher beispielsweise in Form eines Stahl fachwerks dargestellt ist, koaxial eine Stütze 33 angeordnet, welche auf einer Nabe das Drucklager 34 für das drehbare, lastaufnehmende Gestell 35 abstützt. Gegen die Windrichtung gesehen, sind die Läufer mit den Wellen.
  • weggelassen, um die Anordnung der Aufhängeinrichtung darzustellen. Das Drehgestell 35 ist über vertikale Hängestangen 36, 37, 38 mit dem darunterliegenden Zwischenstützrahmen 5 verbunden. Diese Hängestangen sind mit Kupplungen 39 mit dem nächsten Satz von Hängestangen für die folgende Läufereinheit darunter verbunden. Nahe an der Basis des Turmaufbaus sind die Hängestangen am Stützrahmen 8 befestigt, jedoch ohne eine wesentliche vertikale Kraft auf diesen Stützrahmen auszuüben. Um die Steifigkeit der Aufhängeinrichtung zu vergrößern, sind Spannseile 40 vorgesehen.
  • In Fig. 6b ist eine Dradsicht auf das Drehgestell 35 mit dem Drucklager 34 und den Befestigungsenden der Hängestangen 36, 37, 38 dargestellt.
  • Zwei Streben des Drehgestells 35 nehmen die Endlager 4 der Wellen der Turbinenläufer 2, 3 auf. In Fig. 1 ist auch der Turmaufbau 1 mit dem windablenkenden Abdeckschild 7 dargestellt.
  • Die Aufnahme des überwiegenden Teils des Gewichts der Turbinen läufer und der Zwischenstützrahmen entlastet die Lagereinrichtungen 6, die einen großen Durchmesser aufweisen., von Biegemomenten, welche ansonsten das gute Betriebsverhalten der Lager stören könnte.
  • Auf diese Weise können diese Lager billige Gleit-.lager mit s einer kleinen Breite sein, welche lediglich für Lasten durch Winddruckkräfte in etwa horizontaler Richtung zu bemessen sind. Die Drucklagereinrichtung 34 weist einen relativ kleinen Durchmesser auf und ist ausreichend hoch, um beispielsweise den Einbau eines Satzes eines doppelten Reihenrollenlagers für hohe und komplexe Belastungen zu ermöglichen. Die Hängestangen, welche durch diagonale Druckstäbe verstärkt sind, bilden ein starres Bauteil, welche ein Schwingen der Turbinenläufereinheiten aus einer gemeinsamen vertikalen Linie begrenzen und mögliche Schwingungen in der Vertikal reihe der Turbinenläufer dämpfen.
  • In Fig 7 ist die Vorderansicht eines vollständigen Windkraftwerks einer beträchtlichen Größe dargestellt, welches einen Turmaufbau 1 in Form eines Stahlsprengwerks mit einer konstanten Querschnittsbreite bis zur Spitze aufweist, jedoch schwerere Spreng- oder Hängewerkabschnitte in der Nähe der Basis des Turms aufweist. Das Gewicht der gesamten Kraftwerksanlage ruht auf einem einzelnen selbsteinstellenden Lager 41, welches auf dem Fundament 42 angeordnet ist. Dieses Lager besteht beispielsweise aus einem Kugellager aus einem hochlegierten Stahl welches geringe seitliche Schwenkbewegungen des Turmaufbaus 1 ohne Entwicklung gefährlicher Biegebeanspruchungen erlaubt. An der Basis des Turmaufbaus 1 ist der Stützrahmen 8 um den Turmaufbau schwenkbar angeordnet. Unterhalb des Stützrahmens 8 ist die Plattform 9 aufgehängt.
  • Nach oben entlang des Turmaufbaus 1 sind eine Anzahl von Turbinenläufereinheiten 2, 3 derselben Größe und die Zwischenstützrahmen 5 angeordnet. Das windablenkende Abdeckschild 7 erstreckt sich vom Stützrahmen 8 zur Spitze des Turmaufbaus 1, wo das lastaufnehmende Drehgestell 35 auf einer Nabe der Stütze 33 angeordnet ist, welche koaxial auf der Spitze des Turmaufbaus 1 angeordnet ist. Oberhalb des Drehgestells 35 ist eine zusätzliche Turbinenläufereinheit 43 einer kleineren Größe auf einer Verlängerung der Nabe der Stütze 33 angeordnet. Weiter befindet sich oberhalb der zusätzlichen Turbinenläufereinheit 43 eine Ankerplatte 44 für die Seile oder Kabel 45 des abgespannten Turmaufbaus 1. Die allgemeine Auslegung des Windkraftwerks wird durch den Zwang nach einfacher Bauweise, geringem Gewicht und Kosten und Eignung für eine Massenproduktion bestimmt, ohne den Wirkungsgrad des Kraftwerks auf einen unpraktikablen Wert zu senken, sondern einen hohen Grad an Dauerhaftigkeit auch unter strengen Umweltbedingungen zu gewährleisten.
  • Die tragenden Bauteile und Turbinenläufer bilden Baumodule einer standardisierten Größe, welche in verschiedenen Anzahlen verschiedener Leistungsausgänge kombiniert werden können.
  • Ein Turbinenläufer besitzt eine gewichtssparende Ausbildung, welche einem Flugzeugflügel ähnelt, besitzt jedoch einen vereinfachten Aluminiumrahmen, um die Querschnittsform lediglich unter weit geringeren aerodynamischen Belastungen zu sichern. Die vertikalen Prismenoberflächen des Turbinenläufers sind mit witterungsbeständigen leichten Materialien, wie beispielsweise einer Aluminiumfolie und verstärkten Kunststoffplatten abgedeckt, woWinge gen für die Tragkonstruktion selbst vorzugs--weise bienenwabenförmige Strukturen und Urethan=--schaum . verwendet werden können. Die horizontalen Flächen am Bod-en und an der Spitze des Turbinenläufers verbleiben unbedeckt, so daß Werkstoff gespart und im Winter ein Aufhäufen von Schnee vermieden werden kann, welcher die Arbeitsweise des Kraftwerks behindern könnte. Ein kleines Naß an Formgeschmeidigkeit der Turbinenläufer und zeitweilig verwölbte Flächen, bedingt durch übermäßigen Winddruck und Temperatureinf-luß, ändern die Leistung nicht wesentlich und können toleriert werden. Die Wellen der Turbinenläufer sind in selbsteinstellenden Lagern und elastischen Kupplungen angeordnet, wobei die Wellendurchmesser und Lagerabmessungen näher zur Turmbasis vergrößert sind, um das mit der Zahl der Turbinenläufereinheiten und deshalb mit der Länge der Welle zunehmenden Drehmoment über tragen zu können. Die immanente mechanische Elastizität des Turmaufbaus und der Turbinenläufer erfordert eine geeignete Schwingungsdämpfungseinrichtung, welche vorzugsweise elektronisch gesteuert ist, wobei die Konstruktion .trotzdem noch wirtschaftlicher ist, als der Bau eines absolut starren Systems einer hohen Festigkeit. Die zusätzliche Maßnahme, wenigstens eine kleinere Turbinenläufereinheit für hohe Läufergeschwindigkeiten auf der Spitze des Turmaufbaus vorzusehen, verbessert die Starteigenschaften des Kraftwerks bei mäßigen Windgeschwindigkeiten und sorgt für eine Leistung für eine zusätzliche Ausrüstung, auch für den Fall, wenn das Kraftwerk nicht in Betrieb ist. Die Verwendung eines einzelnen Spannbetonturms für ein Kraftwerk mittlerer Größe kann kostenersparend sein, da insbesondere die großen Ablenkschilder ausgelassen sind. Falls aber eine sehr große Leistungsabgabe erforderlich ist, ist voraugsweise ein Turmaufbau in Sprengwerkbauweise oder Fachwerkbauweise vorzusehen. Mehrere derartige abgespannte Türme mit einer beträchtlichen Höhe können zu einer Kraftwerksgruppe kombiniert werden, wo die Türme beispielsweise in einem Kreis und in lediglich einem so weiten Abstand voneinander angeordnet sind, daß sie sich gegeneinander aerodynamisch nicht stören.
  • Die Türme einer solchen Kraftwerksgruppe können miteinander abgespannt werden, um eine in hohem Maße stabile und dauerhafte Turmgruppe zu bilden, welche auch für Standplätze in der Nähe von See- oder Meeresküsten mit außerordentlich hohen Windgeschwindigkeiten geeignet sind.

Claims (4)

  1. PatentansprUche: ylWindbetriebenes Turbinenkraftwerk zur Umwandlung wenigstens eines Teils der kinetischen Energie des Windes in mechanische Energie, gekennzeichnet durch um Vertikal achsen drehende, tangential argeströmte Turbinenläufer (2,3),von denen jeder die Form eines hohlen Prismas mit wenigstens drei vertikalen, in Windrichtung gewölbten Oberflächen und eine vertikale Welle (10) aufweist, welche in Endlagern angeordnet ist, die sich in unteren und oberen Zwischenstützrahmen (5) befinden, durch einen Turmaufbau (1) zur Abstützung einer Doppelreihe von Turbinenläufern (2, 3), welche vertikal und symmetrisch hinter dem Turmaufbau in einer windabwärtigen Stellung angeordnet sind, durch Lagereinrichtungen (6) für die Stützrahmen (5), welche wenigstens durch die Windkräfte um den Turmaufbau verschwenkbar sind, durch ein windablenkendes Deckschild (7), welches vor dem Turmaufbau angeordnet und starr mit den Zwischenstutzrahmen (7) befestigt ist, wobei das Schild (7) gegen die Windrichtung an der Vorderseite des Turmaufbaus (1) konvex gewölbt ist und sich symmetrisch entlang beiden Seiten des Turmaufbaus zu den Drehkreisen der Turbinenlaufen erstreckt und leicht schräg gegen die Windrichtung verlaufende Leitflächen für den Luftstrom bildet, so daß die gegen die Windrichtung umlaufenden Turbinenläufersegmente abgedeckt sind und ein Luftstrom tancential über die gewölbten Flächen der Turbinenläufer gerichtet ist.
  2. 2. Windbetriebenes Turbinenkraftwerk zur Umwandlung wenigstens eines Teils der kinetischen Energie des Windes in mechanische Energie, gekennzeichnet durch um Vertikal achsen drehende, tangential angeströmte Turbinenläufer, von denen jeder die Form eines hohlen Prismas mit wenigstens drei vertikalen, in Windrichtung gewölbten Oberflächen um eine vertikale Welle aufweist, welche in Endlagern gelagert ist, die sich in unteren und oberen Zwischenstützrahmen (5) befinden, durch einen Turmaufbau (1) zur Abstützung einer Doppelreihe von Turbinenläufern (2, 3), welche vertikal und symmetrisch hinter dem Turmaufbau in einer windabwärtigen Stellung angeordnet sind, durch Lagereinrichtungen (6) für die Zwischenstützrahmen (5), welche wenigstens durch die Windkräfte um den Turmaufbau verschwenkbar sind, wobei der Turmaufbau (1) einen kreisförmigen Querschnitt sowie eine kompakte und glatte Außenfläche aufweist und eine windablenkende Einrichtung vor den Turbinenläufern (2, 3) bildet, wobei sich in Windrichtung an beiden Seiten des Turmaufbaus (1) separate, um die Vertikalachse drehende, an den Zwischenstützrahmen (5) angeordnete Leitflächen (15, 16) symmetrisch in Windrichtung entlang beiden Seiten des Turmaufbaus zu den Drehkreisen der Turbinenläufer (2, 3) erstrecken, deren Vorderkanten nahe an der glatten Außenfläche des Turmaufbaus angeordnet sind, so daß durch Drehung der Leitflächen (15, 16) um einen kleinen Betrag eine Änderung des Angriffswinkels des Luftstroms gegen die gewölbten Flächen der Turbinenläufer bewirkt ist.
  3. 3. Windbetriebenes Turbinenkraftwerk zur Umwandlung wenigstens eines Teils der kinetischen Energie des Windes in mechanische Energie, gekennzeichnet durch um Vertikal achsen drehende, tangential angeströmte Turbinenläufer, von denen jeder die Form eines hohlen Prismas mit wenigstens drei vertikalen, in Windrichtung gewölbten Oberflächen und eine vertikale Welle aufweist, welche in Endlagern gelagert ist, die sich in unteren und oberen Zwischenstützrahmen (5) befinden, mit einem Turmaufbau (1) zur Abstützung einer Doppelreihe von Turbinenläufer (2, 3), welche vertikal und symmetrisch hinter dem Turmaufbau in einer windabwärtigen Stellung angeordnet sind, durch Lagereinrichtungen (6) für die Stützrahmen (5), welche wenigstens durch die Windkräfte um den Turmaufbau verschwenkbar sind, wobei die Turbinenläufer vertikale Wellen (10) aufweisen, welche durch elastische Kupplungen (11) zur Drehmomentüber-tragung mit einem um den Turmaufbau drehbaren, vorzugsweise nahe am Turmunterteil angeordneten Stützrahmen (8) verbunden sind, welcher eine Plattform (9) zur Aufnahme von energiewandelnden Einrichtungen und Zusatzausrüstungen aufweist, wobei an der Spitze des Turmaufbaus (1) ein separates, lastaufnehmendes Gestell (35) vorgesehen ist, welches koaxial zum Turmaufbau und um diesen drehbar angeordnet ist, und sich wenigstens eine Strebe über den Schwenkkreis der Turbinenläuferwellen (10) erstreckt und starr mit den Zwischenstützrahmen (5) unterhalb durch Bauelemente (36, 37, 38) starr verbunden ist, so daß die Turbinenläufer (2, 3) und Zwischenstützrahmen (5) vom lastaufnehmenden Gestell (35) an der Spitze des Turmaufbaus wenigstens teilweise aufgenommen sind.
  4. 4. Windbetriebenes Turbinenkraftwerk zur Umwandlung wenigstens eines Teils der kinetischen Energie des Windes in mechanische Energie, gekennzeichnet durch um Vertikal achsen drehende, tangential angeströmte Turbinenläufer, welche in Endlagern gelagert sind, die sich in unteren und oberen Zwischenstützrahmen (5) befinden, mit einem Turmaufbau (1) zur Abstützung einer Doppelreihe von Turbinenläufern (2, 3), welche vertikal und symmetrisch hinter dem Turmaufbau in einer windabwärtigen Stellung angeordnet sind, durch Lagereinrichtungen (6) für die Zwischenstützrahmen (5), welche wenigstens durch die Windkräfte um den Turmaufbau verschwenkbar sind, wobei die Turbinenläufer (2, 3) die Form eines Prismas mit dem Querschnitt eines wenigstens dreieckigen Polygons aufweisen, dessen Polygonseiten in Windrichtung zuerst konvex und dann konkav gewölbt sind und der konvex gewölbte Abschnitt sich von der vorderen Ecke (C) etwa über die Hälfte der Distanz der Geraden zwischen zwei benachbarten Ecken (C,F) und sich der konkav gewölbte Abschnitt von der hinteren Ecke (F) um weniger als die Hälfte der Distanz der Geraden zwischen zwei benachbarten Ecken (C,F) erstreckt, so daß die vertikalen, in Windrichtung gewölbten Flächen der Turbinenläufer durch einen vertikalen Schlitz (30) unterbrochen sind, welcher sich über die gesamte axiale Länge des Turbinenrotors erstreckt und einen Durchtritt für einen begrenzten Luftstrom durch den Turbinenläufer bewirkt.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1982003662A1 (en) * 1981-04-16 1982-10-28 Bernhard Joest Plant for utilization of wind and waves
DE3503059A1 (de) * 1985-01-30 1986-07-31 Georg Dipl.-Ing. Appeltshauser (FH), 7000 Stuttgart Rotorgetriebene windkraftanlage
DE10120181A1 (de) * 2001-04-24 2002-11-07 Wilhelm Groppel Windkraftanlage
DE102012101269A1 (de) * 2012-02-17 2013-08-22 Anton Martin Kreitmair Vertikale Windturbine
DE102012005231A1 (de) 2012-03-15 2013-09-19 Manfred Hanisch Windkraftanlage mit vertikaler Achse
AT513170A1 (de) * 2012-08-02 2014-02-15 Alois Gruber Windkraftanlage
GB2515723A (en) * 2013-03-28 2015-01-07 Vincent Mccormack An Electrical Power Generation Water Turbine Assembly
AT518467A1 (de) * 2016-01-07 2017-10-15 Gruber Alois Windkraftanlage
WO2019046868A1 (de) 2017-09-11 2019-03-14 Alois Gruber Windkraftanlage

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0064186A1 (de) * 1981-04-16 1982-11-10 Bernhard Jöst Kombinierte Wind- und Wellen-Nutzungsanlage
WO1982003662A1 (en) * 1981-04-16 1982-10-28 Bernhard Joest Plant for utilization of wind and waves
DE3503059A1 (de) * 1985-01-30 1986-07-31 Georg Dipl.-Ing. Appeltshauser (FH), 7000 Stuttgart Rotorgetriebene windkraftanlage
DE10120181A1 (de) * 2001-04-24 2002-11-07 Wilhelm Groppel Windkraftanlage
DE102012101269B4 (de) * 2012-02-17 2019-01-24 Anton Martin Kreitmair Vertikale Windturbine
DE102012101269A1 (de) * 2012-02-17 2013-08-22 Anton Martin Kreitmair Vertikale Windturbine
DE102012005231A1 (de) 2012-03-15 2013-09-19 Manfred Hanisch Windkraftanlage mit vertikaler Achse
DE102012005231B4 (de) 2012-03-15 2020-06-18 Manfred Hanisch Windkraftanlage mit vertikaler Achse
AT513170A1 (de) * 2012-08-02 2014-02-15 Alois Gruber Windkraftanlage
AT513170B1 (de) * 2012-08-02 2014-05-15 Alois Gruber Windkraftanlage
GB2515723A (en) * 2013-03-28 2015-01-07 Vincent Mccormack An Electrical Power Generation Water Turbine Assembly
US10876515B2 (en) 2013-03-28 2020-12-29 Mccormack Vincent Power generating water turbine assembly
AT518467A1 (de) * 2016-01-07 2017-10-15 Gruber Alois Windkraftanlage
AT518467B1 (de) * 2016-01-07 2017-12-15 Gruber Alois Windkraftanlage
WO2019046868A1 (de) 2017-09-11 2019-03-14 Alois Gruber Windkraftanlage

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