DE29502542U1 - Windkraftanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit vier sich gegenläufig drehenden Einblattrotoren, davon je zwei Rotoren mit unterschiedlicher Länge auf dem Vorder- und Hinterteil eines drehbar gelagerten Chassis, dessen Vorder- und Hinterchassis je zwei ineinander horizontal laufende Rotorwellen rait ge zwei verschiedenen Zahnradübersetzungen im Übersetzungsverhältnis von 3:1 und 1:3 die Drehbewegungen auf zwei weitere parallel gelagerte Wellen überträgt. Die Drehkraft dieser beiden Wellen wird mit Hilfe eines Kegelradgetriebes in den senkrecht angeordneten Triebstrang abgeleitet, der in einer Getriebe-Generator-Verbindung endet.

Aufgrund der gegenläufigen Drehbewegungen der vier Einblattrotoren werden die Auftriebskräfte strönmngstechnisch leistungseffizienter umgesetzt, d.h. anstatt einer halben Kreis fläche können zwei Kreisflächenhälften auftriebsnutzend abgedeckt werden.

Nachteile bei dieser Bauart entstehen, v/enn die vier Rotoren nicht über eine getriebliche Verbindung in ihrer Umlaufge schwindigkeit gleichschnell gegeneinander laufen. Sonst beginnen die beiden vorderen Rotoren sich sehr schnell zu drehen und erzeugen so große Randwirbel, daß die laminare Strömung sehr stark beeinträchtigt wird und die zwei hinteren Rotoren durch zu niedrige Drehzahlen keine zufriedenstellende Leistungswerte erreichen.

Zudem besteht die Gefahr, daß die vorderen Rotoren als Folge einer unkontrolliert hohen Umlaufgeschwindigkeit Schäden an Einzelteilen in der nachgeordneten Mechanik verursachen können.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Anordnung der anfangs genannten Bauart zu konstruieren, der den dargestellten Nachteil beseitigen soll.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die zwei vorderen und die zwei hinteren Rotoren auf je zwei in einander horizontal gelagerten Rotorwellen ( die aus einer Hohl- und einer Vollwelle bestehen) sitzen.

Damit die beiden kleineren Rotoren (die dieselbe Drehrichtung haben, wie die zwei großen Rotoren) dieselbe Umlaufgeschwindigkeit wie die beiden größeren Rotoren erreichen, werden mittels je zweier ZahnradüberSetzungen der Rotorwellen im Ver hältnis 5:1 und 1:5 die verschiedenen Drehzahlen der beiden unterschiedlich großen Rotoren ausgeglichen und auf zwei weitere parallel rotierende Wellen drehzahlgleich übertragen. Die gegenläufigen Drehbewegungen der vier Rotoren werden von Kegelradgetriebe auf einen vertikal sitzenden Triebstrang übertragen.

Durch diese getriebliche Anordnung werden Gegenläufigkeit und unterschiedliche Drehzahlen der einezelnen Rotoren ausgeglichen, und die Umlaufgeschwindigkeit der vier Rotoren gleich schnell ist.

Aus der nachfolgenden Beschreibung und der schematischen Darstellung der Windkraftanlage soll die Erfindung ausführlich erläutert werden.

gig.1: Schematische Darstellung der Vorderansicht der V/indkraftanlage;

Fig.2: Schematische Darstellung der Seitenansicht der Windkraftanlage ;

Wie aus Fig. zu ersehen ist, besteht die Windkraftanlage aus vier Einblattrotoren 1,1a,2,2a, davon zv/ei kleine und zwei große Rotoren, die sich gegenläufig drehen. Die Drehrichtung ist durch Pfeile gekennzeichnet.

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Auf dem Vorderteil des Chassis 31 befinden sich ein kleiner und ein großer Rotor 1,2, die ge auf einer Rotorwelle 3,4-, sitzen. Die beiden Rotorwellen 3,4- sind eine Hohlwelle 3 und eine Vollwelle 4. Die Vollwelle 4 ist in der Hohlwelle zweifach gelagert.

Nur diese Konstruktion ermöglicht eine zentrische Anordnung des kleinen und des großen Rotors 1,2 auf die Voll- und Hohlwelle 3,4.

Als vorteilhaft erweist sich hier das unterschiedliche ge triebliche Übersetzungsverhältnis der Hohlwelle 3 (Rotor 1) aur Vollwelle 4 (Rotor 2) auf eine nachgeordnete Welle 5· Die Übersetzung von der Hohlwelle 3 (Rotor 1) auf die nachgeordnete Welle^beträgt 3:1 und der Vollwelle 4 (Rotor 2) auf die Parallelwelle 5 bat ein Verhältnis von 1:3·

Erreicht wird dieser Drehzahlausgleich der Hohl- und Vollwelle 3,^ auf <3-&iacgr;&thgr; parallel gelagerte Welle 5 durch die festgelegten Übersetzungen von 3:1 und 1:3 der vier Zahnräder 14, 15,16,17 auf den genannten Wellen 3,4,5. Diese Beschreibung gilt analog für den hinteren Chassisteil 31a, der baugleich mit dem Vorderteil des Chassis 31 ist. Die Drehkraft der vier gegenläufigen Sinblattrotoren 1,1a,2, 2a wird über die Rotorwellen 3,3a,4,4a auf die parallel gelagerten Wellen 5,5a übertragen und über ein Kegelradgetriebe 19,20,21 auf eine senkrecht drehende Welle 22 in Turm 32 geleitet. Der vertikale Triebstrang endet in einer Getriebe-Generator-Verbindung 26,27 siit vorgeschalteter Kupplungs bremse 25.

Das Rotorblatt des kleinen Rotors 2 entspricht der Länge des großen Rotors 1. Der Unterschied der Rotoren 1,2 beträgt nur in der Länge der Rotorarme. Dies hat zur Bedeutung, daß jeder der beiden Rotoren 1,2 optimal durchströmt wird. Die Konstruktion bewirkt weiter, daß die Umlaufgeschwindigkeit der beiden Rotoren 1,2 bei unterschiedlichen Drehzahlen gleich hoch ist.

Bei Rotoren konventioneller Bauart beträgt die Umlaufgeschwin digkeit zum Beispiel in der Mitte des sich drehenden Rotor blattes nur noch ein Viertel der Umlaufgeschwindigkeit im Ver hältnis zur Rotorblattspitze.

Die Anpassung der Umlaufgeschwindigkeit des kleinen Rotors an den großen Rotor 1 bei unterschiedlichen Drehzahlen der Rotoren1,2 hat zur Folge, daß der Luftströmung mehr Energie entzogen werden kann, ii/odurch der Wirkungsgrad der Leistung erheblich vergrößert wird.

Bei Sturm muß im Regelfall ein großer Rotor abgeschaltet werden, um Beschädigungen zu vermeiden.

Auch bei dieser Windkraftanlage wird bei Windstärke 8 der große Rotor 1 zum Stliistand gebracht.Der kleinere Rotor 2 kann trotz des Sturras sich weiterhin drehen und Leistung abgeben.

Diese Funktionsweise wird dadurch realisliert, weil zwei Kupplungsbremsen 13,18a zwischen den Wellen 5>5s gesetzt wurden. Sie ermöglichen ein Auskuppeln der beiden großen Rotoren n^Ta¹, während die beiden kleinen Rotoren 2,2a weiterlaufen.

Die vier gegenläufigen SInblattrotoren werden von einer Windrichtungnachführungsvorrichtung 28,29_} die im Turm 32 sitzt, in den günstigsten Anströmwinkel gedreht.

Die angepasste Umlaufgeschwindigkeit und Drehzahlsynchronisierung und die Gegenläufigkeit der vier Einblattrotoren gewährleistet eine dauerhafte Stabilisierung jedes einzelnen Rotorkörpers in einer laminaren Luftströmung, d.h. die vier Rotoren befinden sich ständig in der günstigsten Anströmposition des Windes, ohne daß zusätzlich die Rotorstellung nachträglich korrigiert werden muß.

Mit diesem Konstrukionsprinzip der gegenläufigen Rotoran Ordnung wird jeder einzelne Rotorkörper optimal durchströmt. Die einblattbedingte aerodynamisch höhere Schnellaufzahl bewirkt eine größere Leistungseffizienz als bei Windkraftanmit einem Zwei- oder Dreiblattrotor konventioneller Bauart.

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Durch die Installation des Triebstranges (Getriebe-Generator-Kombination) senkrecnt im Turm ergeben sich günstige statische Werte für die Turakons.truktion und das Turmfundainent.

Die Gesaatkosten für Planung, Entwicklung und Konstruktion dieses Windkraftanlagentyps stehen in einem ausgewogenen Preis-Leistungsverhältnis.

Claims (7)

1. Ansprüche

   Windkraftanlage mit vier sich gegenläufig drehenden Ein blattrotoren, davon je zwei Rotoren auf dein Vorder- und Hinterteil eines drehbar gelagerten Chassis, dessen Vorder- und Hinterchassis je zwei ineinander horizontal laufende Rotor wellen mit je zwei Zahnradübersetzungen im Übersetzungsver hältnis von 3:1 und 1:3 die Drehbewegungen auf zwei weitere parallel gelagerte Wellen überträgt, die wiederum die Dreh kraft über ein Kegelradgetriebe in den senkrecht nachgeord neten Triebstrang ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß

   1. am Vorder- und Hinterteil des Chassis(31,31s) auf vier Rotorwellen (3,3s,^,4a) je zwei einflügelige Rotoren (1,1a, 2,2a) mit unterschiedlicher Länge und Gegengewicht angeordnet sind;
2. 2. je zwei ineinander horizontal gelagerte Rotorwellen (3,39, 4,4a) mit je zwei Zahnrädern (14,14a,15,15s) im Übersetzungsverhältnis 3:1 und 1:3 versehen sind;
3. 3. zwei zusätzliche, horizontal gelagerte Wellen (5,53) mit je zwei Zahnrädern (16,16a,17,17s) im Übersetzungsver hältnis von 1:3 und 3:1 installiert sind;
4. 4. die Kugellager (6,6a,7,7a,8,8a,9,9a,10,10a,11,11a,12,12a, 13,133) in die je zwei ineinander drehenden Rotorwellen (3,33,4,4a) und in die zwei parallel rotierenden Wellen (5,5s) eingepaßt sind;
5. 5. je eine zv/ischen den Parallelwellen (5,5s) sitzende Kupplungsbremse (18,18a) den größeren Rotor (1,1a) bei Sturm außer Betrieb setzt;
6. 6. die je zwei waagerecht drehenden Rotorwellen (3,3a,4,4a) im Chassis (31,31s) die Drehbewegungen auf ein Kegelradgetriebe (19,20,21) eines nachgeordneten senkrecht sitzenden Triebstranges, bestehend aus einer vertikal zweifach gelagerten Welle (22,23,24), eine nachfolgende Kupplungsbrense (25) und eine Getriebe-Generator-Kombination (26,27) im Turm (32) installiert;
7. 7. eine Windrichtungnachfübungsvorrichtung, bestehend aus einem Zahnrad (2S) und einem Nachführungsaotor (29)* die die im Turmkopf sitzt;

   &dgr;. das Chassis (3^3"Is) in ein Drehlager an der Turmspitze eingepaßt ist;

   &bull; ·