DE29723460U1 - Wind motor with one or more rotors - Google Patents

Wind motor with one or more rotors

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    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/0608Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • 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
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    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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Description

-1-Beschreibung. -1-Description.

Windmotor mit einem oder mehreren Rotoren.Wind engine with one or more rotors.

Windmotoren (auch Windgeneratoren oder Windkraftanlagen genannt) sollen die Bewegungsenergie des Windes mittels der aerodynamischen Wirkung der Rotorflügel in nutzbare Energie umwandeln.Wind motors (also called wind generators or wind turbines) are designed to convert the kinetic energy of the wind into usable energy by means of the aerodynamic effect of the rotor blades.

Um günstige Wirkungsgrade zu erzielen, muß bei den dem derzeitigen Stand der Technik entsprechenden Windmotoren die die Rotorfläche durchströmende Luft möglichst gleichmäßige Geschwindigkeit und Richtung haben.In order to achieve favorable efficiencies, the air flowing through the rotor surface of wind engines that correspond to the current state of the art must have as uniform a speed and direction as possible.

Um möglichst gleichförmige Windbewegung ausnutzen zu können, werden Windmotoren deshalb auf aufwändig hohen Türmen befestigt, wodurch die Kosten der dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Windkraftanlagen höher werden, als die Energieausbeute rechtfertigt. Ein Betrieb solcher Windenergieanlagen ist deshalb nur bei entsprechender Subventionierung möglich. Für kleinere Windmotoren sind zudem aus Kostengründen die bei großen Windmotoren zur Anpassung an unterschiedliche Windgeschwindigkeiten gebräuchlichen FlügelverStellvorrichtungen unrentabel, - der Wirkungsgrad verschlechtert sich dadurch weiter.In order to be able to use the most uniform wind movement possible, wind engines are therefore mounted on high, expensive towers, which means that the costs of wind turbines that meet the current state of the art are higher than the energy yield justifies. The operation of such wind turbines is therefore only possible with appropriate subsidies. For smaller wind engines, the blade adjustment devices that are commonly used in large wind engines to adapt to different wind speeds are also uneconomical for cost reasons - the efficiency is thus further reduced.

Die selbsttätige Einstellung der Rotorflügel bzw. der Flügelabschnitte in die Richtung der die FlUgelprofile umströmenden Luft gemäß der beschriebenen Erfindung ermöglicht esThe automatic adjustment of the rotor blades or the blade sections in the direction of the air flowing around the blade profiles according to the invention described enables

2£ nun, daß Windmotoren auch auf niedrigeren Masten trotz ungleichmäßiger oder böiger Luftbewegung und bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten nahezu verlustfrei betrieben werden können.2£ now that wind engines can be operated almost loss-free even on lower masts despite uneven or gusty air movement and at different wind speeds.

• · I· I

• ····

Bei der beschriebenen Erfindung werden die radial angeordneten Rotorflügel bzw. FlUgelabschnitte unabhängig voneinander um ihre Längsachse drehbar gelagert, so daß sie sich entsprechend der Bewegung der sie umströmenden Luft wie OS Windfahnen in den Wind drehen, wenn der Drehpunkt der FlU-gelprofile im aerodynamischen Druckpunkt, d. h. im ersten Viertel der Flügeltiefe liegt. (Abb. 1)In the invention described, the radially arranged rotor blades or blade sections are mounted independently of one another so that they can rotate around their longitudinal axis, so that they rotate into the wind like OS wind vanes according to the movement of the air flowing around them, if the pivot point of the blade profile is in the aerodynamic pressure point, i.e. in the first quarter of the blade depth. (Fig. 1)

Das verwendete FlUgelprofil (z. B. ein bei Nurflügelflugzeugen verwendetes sog. S-Profil) erzeugt nun bei Luftbewegung einen Auftrieb in Drehrichtung, wodurch sich der Rotor zu drehen beginnt, was nun eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und des Auftriebs und somit eine weitere Drehzahlerhöhung bewirkt, bis die Last und der Luftwiderstand der RotorflUgel die Drehzahl begrenzen.
C Da durch die selbsttätige Verstellung der Rotorflügel infolge deren Windfahnenwirkung ungleichmäßige Windgeschwindigkeiten, z. B. Windböen, weitestgehend ausgeglichen werden, ist ein rentabler Betrieb, auch von kleineren Windmotoren, bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten in Bodennähe oder anderen ungünstigen topographischen Verhältnissen möglich.
The wing profile used (e.g. a so-called S-profile used in flying wing aircraft) now generates lift in the direction of rotation when the air moves, causing the rotor to start to rotate, which then causes an increase in the flow velocity and lift and thus a further increase in speed until the load and the air resistance of the rotor blades limit the speed.
C Since the automatic adjustment of the rotor blades as a result of their wind vane effect largely compensates for uneven wind speeds, e.g. gusts of wind, profitable operation, even of smaller wind engines, is possible at different wind speeds near the ground or in other unfavourable topographical conditions.

Um den bei Drehzahl- bzw. Windgeschwindigkeitsänderungen entstehenden Schränkungsfehler weiter zu verringern, können die Flügel in voneinander unabhängig drehbare Abschnitts te aufgeteilt werden. (Abb. 2 - H) In order to further reduce the pitch error that occurs when the speed or wind speed changes, the blades can be divided into independently rotating sections. (Fig. 2 - H)

Die selbsttätige Verstellung der RotorflUgel bzw. der FlUgelabschnitte in die Richtung der die Flügelprofile umströmenden Luft kann auch durch Windfahnen ähnlich der Höhenflosse eines Flugzeugs bewirkt werden. (Abb. 5)The automatic adjustment of the rotor blades or the wing sections in the direction of the air flowing around the wing profiles can also be achieved by wind vanes similar to the horizontal stabilizer of an aircraft. (Fig. 5)

-3--3-

Eine weitere Möglichkeit zur Flügeleinstellung ist die Anordnung von Windfahnen vor den Rotorflügeln bzw. Flügelabschnitten, wenn diese Windfahnen Getriebe zur Drehung des zugehörigen Rotorflügels bzw. Flügelabschnitts steuern, oder wenn durch Ermittlung des Unter- bzw. Überdrucks an den Profilober- bzw. Unterseiten durch Drucksensoren und daraus resultierender Werte die Steuerung von Getrieben zur Flügel- bzw. Flügelabschnittverstellung erfolgt. (Abb. 6 u. 7) Wenn die Profilhinterkanten, ähnlich wie mit FowlerflUgeln, bzw. die ähnlich einer Höhenflosse angebrachten Windfahnen, manuell oder durch Servosteuerungen verstellbar angeordnet werden, kann durch entsprechendes Verstellen der Auftrieb verändert bzw. bis Null verringert werden, wodurch sich die Möglichkeit einer Belastungs- bzw. Drehzahlveränderung, z. B, durch Drehzahlregelung, ergibt. (Abb. 8 u. 9) Dieselben Wirkungen werden auch erzielt, wenn die Verstellung durch Drucksensoren oder durch Windfahnen vor den Profilen gesteuert wird.
Wenn so der Auftrieb manuell bzw. durch Alarmschaltung bis Null verringert wird, bewirkt dies den Stillstand des Rotors, Um die Anlaufeigenschaften der Windmotoren mit selbsttätig einstellenden Rotorflügeln zu verbessern, können die Drehbereiche der Rotorflügel bzw. der FlUgelabschnitte begrenzt werden.
Another way of adjusting the wings is to arrange wind vanes in front of the rotor blades or wing sections, if these wind vanes control gears for rotating the associated rotor blade or wing section, or if the negative or positive pressure on the upper or lower sides of the profile is determined by pressure sensors and the resulting values are used to control gears for adjusting the wings or wing sections. (Fig. 6 and 7) If the trailing edges of the profile are adjusted manually or by servo controls, similar to Fowler wings, or the wind vanes attached like a horizontal stabilizer, the lift can be changed or reduced to zero by adjusting accordingly, which makes it possible to change the load or speed, e.g. by controlling the speed. (Fig. 8 and 9) The same effects are also achieved if the adjustment is controlled by pressure sensors or by wind vanes in front of the profiles.
If the lift is reduced to zero manually or by an alarm circuit, this causes the rotor to stop. In order to improve the starting properties of wind motors with self-adjusting rotor blades, the rotation ranges of the rotor blades or blade sections can be limited.

Claims (1)

-i--i- SchutzansprücheProtection claims 1.1. Windmotor mit einem oder mehreren Rotoren, dadurch gekennzeichnet, daß dessen radial angeordnete RotorflUgel unabhängig voneinander um ihre Längsachse drehbar gelagert sind.Wind motor with one or more rotors, characterized in that its radially arranged rotor blades are mounted independently of one another so as to be rotatable about their longitudinal axis. 2.2. Windmotor nach Schutzanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daßWind engine according to claim 1), characterized in that sich die RotorflUgel durch die Windfahnenwirkung der im Druckpunkt der FlUgelprofile drehbar gelagerten Flügel voneinder unabhängig selbsttätig in die Richtung der die Flügel um- ^ strömenden Luft einstellen.The rotor blades adjust themselves independently of one another in the direction of the air flowing around the blades due to the wind vane effect of the blades, which are pivotally mounted at the pressure point of the blade profiles. • 3.
-JO Windmotor nach Schutzanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß das selbsttätige Einstellen der Rotorflügel in die Richtung der die Flügel umströmenden Luft durch Windfahnen ähnlich der Höhenflosse eines Flugzeugs erfolgt.
• 3.
-JO wind motor according to claim 1), characterized in that the automatic adjustment of the rotor blades in the direction of the air flowing around the blades is carried out by wind vanes similar to the horizontal stabilizer of an aircraft.
ti.ti. Windmotor nach Schutzanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daßWind engine according to claim 1), characterized in that die Verstellungen der Rotorflügel in die Richtung der die Flügel umströmenden Luft durch mechanische Verstellvorrichtungen erfolgen, die von vor den Profilen der Rotorflügel angeordneten Windfahnen oder von auf den Ober- und Unterseiten der FlU-gelprofile angebrachten Drucksensoren gesteuert werden. the adjustment of the rotor blades in the direction of the air flowing around the blades is carried out by mechanical adjustment devices which are controlled by wind vanes arranged in front of the profiles of the rotor blades or by pressure sensors mounted on the upper and lower surfaces of the blade profiles. 5.5. Windmotor nach Schutzanspruch 1) bis Ii), dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung von Schränkungsfehlern die voneinander unabhängig drehbaren Flügel in voneinander unabhängig drehbare Abschnitte aufgeteilt werden.Wind motor according to protection claims 1) to Ii), characterized in that in order to reduce offset errors, the independently rotatable blades are divided into independently rotatable sections. 6.6. Windmotor nach den Schutzansprüchen 1), 2), 3) und 5), dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkanten der Rotorflügel bzw. Flügelabschnitte bzw. die angebrachten Windfahnen manuell bzw. mittels einer Regelanlage so verstellt werden, daß sich dieWind engine according to claims 1), 2), 3) and 5), characterized in that the trailing edges of the rotor blades or blade sections or the attached wind vanes are adjusted manually or by means of a control system so that the -2-Anstellwinkel
der RotorflUgel bzw. der FlUgelabschnitte ändern und dadurch eine Last-, und/oder Drehzahländerung des Rotors bewirkt wird.
-2-Angle of attack
the rotor blade or blade sections change, thereby causing a change in load and/or speed of the rotor.
7.7. Windmotor nach Schutzanspruch 1) bis 6), dadurch gekennzeichnet, daß bei Verstellung gemäß Schutzanspruch k) oder 6) durch manuelle Betätigung oder Alarmsehaltung der Auftrieb nach Null geregelt werden kann, und so der Stillstand des Rotors bewirkt wird.Wind motor according to protection claims 1) to 6), characterized in that when adjusted according to protection claim k) or 6) by manual operation or alarm setting the lift can be regulated to zero, thus causing the rotor to come to a standstill. 8.8th. Windmotor nach Schutzanspruch 1) - 3). dadurch gekennzeichnet, daß, z. B. zur Verbesserung der Anlaufeigenschaften, die Drehbereiche der Rotorflügel bzw. der Flügelabschnitte begrenzt werden können.Wind motor according to protection claims 1) - 3), characterized in that, for example to improve the starting properties, the rotation ranges of the rotor blades or the blade sections can be limited.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10348060A1 (en) * 2003-10-16 2005-05-19 Natenco-Natural Energy Corp. Gmbh Rotor blade of a rotor of a wind energy plant

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10348060A1 (en) * 2003-10-16 2005-05-19 Natenco-Natural Energy Corp. Gmbh Rotor blade of a rotor of a wind energy plant
DE10348060B4 (en) * 2003-10-16 2016-10-27 Windreich GmbH Rotor blade of a rotor of a wind energy plant

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