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Windturbinenkraftwerk
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Windturbinenvorrichtung zur Umwandlung
von kinetischer Energie des Windes in mechanische Energie.
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Erkannte windräder und Windturbinen, deren Achsen vertikal ausgerichtet
sind (sogenannte Hochachsen), werden üblicherweise in zwei Gruppen unterteilt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diesem Bedürfnis abzuhelfen ist Aufgabe der Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung beschrieben.
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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.
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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.
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.Das den Wind ablenkende Abdeckschild 7 ist fest mit dem Zwischenstützrahmen
5 verbunden, welcher frei um den Turmaufbau 1 drehen kann.
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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.
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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.
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Falls der Ablenkwinkel (cit) zu groß ist, wird der Verlust durch den
Überströmeffekt übermäßig.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In Fig. 6b ist eine Dradsicht auf das Drehgestell 35 mit dem Drucklager
34 und den Befestigungsenden der Hängestangen 36, 37, 38 dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die tragenden Bauteile und Turbinenläufer bilden Baumodule einer standardisierten
Größe, welche in verschiedenen Anzahlen verschiedener Leistungsausgänge kombiniert
werden können.
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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.
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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.