DE3119738A1 - Windturbine - Google Patents

Windturbine

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DE3119738A1
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blade
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axis
blades
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DE19813119738
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English (en)
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Robert Edwin 06095 Windsor Conn. Gustafson
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Raytheon Technologies Corp
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United Technologies Corp
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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
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • 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
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • 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
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/065Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0658Arrangements for fixing wind-engaging parts to a hub
    • 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
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Windturbinen und betrifft insbesondere solche Windturbinen, die so ausgelegt sind, daß sie mit optimaler Leistung arbeiten, wenn sie in einer bestimmten Ausrichtung zur Windrichtung gehalten werden.
Windturbinen oder Windmühlen des genannten Typs, die eine Nabe oder einen Rotor mit mehreren daran befestigten und um eine horizontale Achse drehbaren Flügelprofilblättern haben, arbeiten im allgemeinen mit einem Spitzenwirkungsgrad, wenn der Rotor und die Blätter in den Wind gerichtet sind oder einen Winkel von einem oder zwei Grad mit dieser Richtung bilden. Damit sich die Nabe selbst in den Wind stellen kann, sind die Nabe und eine Welle, welche die Nabe mit der Turbinenbelastung verbindet, im allgemeinen um eine vertikale .Gieroder Hochachse drehbar.
Es sind bereits sowohl aktive als auch passive Vorrichtungen zur Giertrimmung (d.h. zur Drehung um die Hochachse) benutzt worden, um eine gewünschte Ausrichtung der Windturbine in bezug auf den Wind aufrechtzuerhalten. Bei den aktiven Vorrichtungen wird im allgemeinen ein Windrichtungsfühler benutzt, der über ein geeignetes Steuersystem eine Vorrichtung für den Gierantrieb der Nabe betätigt, um die Nabe in den Wind zu stellen, und eine Vorrichtung, die diese Stellung so lange aufrechterhält, wie die Windrichtung konstant bleibt» Die passive Vorrichtung arbeitet im allgemeinen nach dem Prinzip einer Wetterfahne, wobei dLe Belastung der Nabe und der mit dieser verbundenen Teile durch den Wind die Ausrichtung der Turbine auf den Wind aufrechterhält. Die aktiven Vorrichtungen können zwar die Turbine in den Wind stellen und darin halten, sie erfordern jedoch im allgemeinen komplexe Einrichtungen und verringern deshalb die Wirtschaftlichkeit der Turbine, indem sie die Kosten der durch die Turbine erzeugten Energie erhöhen.
Die passive oder Wetterfahnenvorrichtung zur Giertrimmung der Turbine hat sich bei Windturbinen, die relativ kurze und steife Blätter haben, als relativ wirksam erwiesen. Bei modernen großen Windturbinen, die Blätter mit einer Länge von 38 m oder mehr haben, haben jedoch die Blätter zur Erzielung eines minimalen Gewichtes manchmal einen hohlen Verbundaufbau mit einer beträchtlichen Eigenelastizität. Wenn solche Windturbinenblätter starr an der Nabe befestigt und vertikalen Windgeschwindigkeitsgradienten und der Schwerkraft während des normalen Betriebes ausgesetzt sind, neigen sie zum zyklischen Verbiegen oder "Schlagen", das dem Beibehalten der Ausrichtung der Turbine in den Wind entgegenwirkt. Wenn die Blätter zum Kompensieren der vertikalen Windgeschwindigkeitsgradienten an der Nabe in bezug auf eine "Wipp"-Achse quer zu der Drehachse der Nabe und der Welle und der Längs-
achsen der Blätter gelenkig befestigt sind, eliminiert die Drehung der so befestigten Blätter dieses elastische Schlagen, was aber trotzdem zu einer horizontalen Präzession der Nabe und der Blätter um die Wippachse (teeter axis) führt. Diese Präzession ist das Ergebnis des kombinierten Drehens und Wippens der Blätter unter dem Einfluß von vertikalen Windgeschwindigkeitsgradienten und der Schwerkraft und führt dazu, daß die Turbine selbst sich gegenüber der richtigen Ausrichtung in bezug auf den Wind durch eine Drehbewegung um die Gierachse winkelverlagert.
Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, eine Windturbine mit verbesserten Vorrichtungen zur Giertrimmung der Turbine, um die Turbine direkt in den Wind zu richten und in dieser Ausrichtung zu halten, zu schaffen.
Die Windturbine nach der Erfindung soll für diesen Zweck passive Trimmvorrichtungen aufweisen.
Außerdem sollen die Trimmvorrichtungen der Windturbine nach der Erfindung wirtschaftlich sein und nicht nennenswert zu den Kosten der Turbine oder zu den Kosten der durch diese erzeugten Energie beitragen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Windturbine mit passiven Vorrichtungen zur Giertrimmung der Windturbine, mittels welchen die Windturbine insgesamt tn den Wind gerichtet gehalten wird. Diese Giertrimmvorrichtungen umfassen gemäß der Erfindung eine Befestigung der Blätter an Wurzelteilen derselben an der Nabe derart, daß das Wippen oder Schlagen der Blätter in den und aus dem Wind unter dem Einfluß von vertikalen Windgeschwindigkeitsgradienten zu einer Verstellung des Blattanstellwinkels bezüglich der Windrichtung führt. Diese Blattanstellwinkelverstellung verringert den Auftrieb an denjenigen Blättern, die höheren Wind-
geschwindigkeiten ausgesetzt sind und einen größeren Anblasewinkel haben, und vergrößert den Auftrieb an denjenigen Blättern, die aufgrund des Gradienten einer niedrigeren Windgeschwindigkeit ausgesetzt sind und einen kleineren Anblasewinkel haben. Dieses Gleichmachen des Auftriebes an den Turbinenblättern minimiert jede horizontale Nabenpräzession oder jedes Gierungleichgewicht infolge der Wippbewegung, wodurch die korrekte Trimmung der Turbine bezüglich des Windes aufrechterhalten wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird diese Blattanstellwinkelverstellung erreicht, indem das Blatt an der Nabe drehbar befestigt wird, so daß sich das Blatt unter dem Einfluß des Geschwindigkeitsgradienten um eine gegen die Längsachse des Blattes schräge Achse dreht. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Blattanstellwinkelverstellung erreicht, indem die Blätter so befestigt werden, daß sie um ihre Längsachsen drehbar sind, und indem die Blätter an äußeren Blatteilen mit der Nabe oder mit dem Endteil der Hauptturbinenwelle verbunden werden, so daß das Schlagen oder Wippen des Blattes zu einer gewünschten Verschwenkung des Blattes um seine Längsachse führt, damit die Blattanstellwinkeleinstellung erreicht wird, die zum Minimieren der horizontalen Nabenpräzession oder des Gierungleichgewichts erforderlich ist.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Vorderansicht der Windturbine
nach der Erfindung,
Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische
Teildarstellung des Inneren der Turbinennabe , von der Teile weggebrochen sind um Konstruktionseinzelheiten sichtbar zu machen,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Windturbine
nach der Erfindung,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Windturbine
nach der Erfindung,
Fig. 5 eine Querschnittansicht des in Fig. 3
dargestellten oberen Blattes nach der Linie 5-5, die die Auftriebs- und
Luftwiderstandskräfte an diesem Blatt zeigt,
Fig. 6 eine Querschnittansicht des in Fig. 3
dargestellten unteren Blattes nach
der Linie 6-6, die die auf dieses
Blatt einwirkenden Auftriebs- und
Luftwiderstandskräfte zeigt,
Fig. 7 in Draufsicht eine bekannte gelenkige
Windturbinenkonstruktion, die eine
Schräglage des Gesamtwindschubvektors gegenüber der Drehachse der Nabe aufgrund des Schiagens oder Wippens der
Blätter zeigt,
Fig. 8 in einer ähnlichen Ansicht wie in Fig.
7 die Gierfehlausrichtung der bekannten Windturbine in bezug auf die Windrichtung aufgrund der Winkelversetzung oder Schräglage des Schubvektors bezüglich der Gierachse,
Fig. 9 eine grafische Darstellung der Bezie
hung zwischen der Gierbeschleunigung
und dem Gierwinkel für zwei typische
große Windturbinen, die gemäß dem
Stand der Technik aufgebaut sind, wie
er in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, wobei eine der Turbinen mit einer Wipp- oder Gelenkverbindung zwischen den Blättern und der Nabe und die andere mit einer starren Verbindung verseilen ist und wobei in Fig. 9 außerdem eine solche Beziehung für eine große Windturbine, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist, grafisch dargestellt ist,
Fig. 10 eine grafische Darstellung der Bezie- ·
hungen zwischen dem Leistungsverhältnis und dem Gierwinkel sowie zwischen dem Schubverhältnis und dem Gierwinkel für eine typische große Windturbine, wie beispielsweise eine Windturbine nach der Erfindung, und
Fig. 11 in einer ähnlichen Ansicht wie in Fig.
2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Gemäß den Fig. 1-4 enthält eine gierstabilisierte Windturbine nach der Erfindung zwei Flügelprofilblätter 6 und 7, die an einer Nabe 9 befestigt sind und sich von dieser aus nach vorne und radial nach außen erstrecken. Die Nabe ist um eine Drehachse 12 drehbar und mit der Windturbinenbelastung, d.h. einem elektrischen Generator oder Wechselstromerzeuger (nicht dargestellt) durch eine Hauptwelle 15 (Fig. 2) verbunden, wobei die Drehachsen der Nabe und der Welle zusammenfallen. Die Belastung und irgendein Getriebe (nicht dargestellt) , das zum Übersetzen der Drehzahl der Welle 15 auf die der Belastung erforderlich ist, sind in einer Gondel 18 angeordnet, die im normalen Betrieb unmittelbar windaufwärts
der Blätter und der Nabe angeordnet ist. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Windaufwärtsanordnung der Gondel. Die Gondel und die Baugruppe aus der Nabe und den Blättern sind um eine Gierachse 21 drehbar, die mit der eines Turms oder einer Tragkonstruktion 24 zusammenfallen kann, auf welcher die Windturbine auf einem Gierlager 27 drehbar gelagert ist. Gemäß den Fig. 1 und 4 ist die Gierachse 21 insgesamt koplanar zu der Nabendrehachse 12, d.h. schneidet diese.
Gemäß Fig. 2 weist die Nabe 9 einen Endteil der Welle 15 auf, der in einem hohlen Blattwurzel- oder Stummelachsenteil 30 aufgenommen ist. Die Blätter sind mit der Nabe durch einen schrägen Gelenkstift 33 verbunden, der in miteinander fluchtenden Bohrungen in dem Stumme!achsen- oder Wurzelteil und in der Welle 15 aufgenommen ist. Wenn die Blätter aufgrund vertikaler Windgeschwindigkeitsgradienten um den Gelenkstift 33 in den Wind und aus dem Wind schwenken oder wippen, bewirkt die Schräglage des Gelenkstiftes eine Verstellung des Blattanstellwinkels in bezug auf die Richtung des Windes, um den Auftrieb an den Turbinenblättern zur Gierungleichgewichtsminimierung gleichzumachen.
Es ist allgemein bekannt, daß Winde häufig vertikale Geschwindigkeitsgradienten aufweisen. Das heißt, die Windgeschwindigkeit in der Nähe der Erdoberfläche ist im allgemeinen beträchtlich kleiner als die an von der Erdoberfläche entfernten Punkten, d.h. als die in einer Entfernung von 60 oder 90 m von der Erdoberfläche gemessene Windgeschwindigkeit. Wenn angenommen wird, daß die Blätter den gleichen Anstellwinkel haben, wird demgemäß bei der Drehung der Blätter in jedem einzelnen Zeitpunkt das oberste Blatt Winden größerer Geschwindigkeit und größeren Anblasewinkels als das unterste Blatt ausgesetzt sein. Gemäß den Fig. 5 und 6 wirkt auf das obere Blatt 6 an jeder axialen Stelle auf demselben, die
1-θ- -
durch einen von der Nabendrehachse aus gemessenen Radius r definiert ist/ Luft mit einer resultierenden Geschwindigkeit ein, die die Vektorsumme der Windgeschwindigkeit V an einer
Vv
Stelle mit dem Radius r und die Windgeschwindigkeit fir, die das Blatt aufgrund nur seiner eigenen Drehung erfährt, umfaßt. Die resultierende Geschwindigkeit bildet mit der Sehne des Blattes 6 einen Anblasewinkel ct.. . Ebenso ist die resultierende Geschwindigkeit des Windes, der auf das Blatt 7, das unterste Blatt, einwirkt, die Vektorsumme der Windgeschwindigkeit V1 gemessen an einer Stelle mit dem Radius r und der Geschwindigkeit Ür, die das Blatt 7 aufgrund seiner eigenen Drehung erfährt. Diese resultierende Geschwindigkeit bildet aufgrund der Größe der Windgeschwindigkeit V1 mit der Sehne des Blattes 7 einen Anblasewinkel u_, der wesentlich kleiner als der Winkel α., ist. Da der Auftrieb, der jedem der Blätter 6 und 7 zugeordnet ist, zu dem Anblasewinkel proportional ist, ist der Auftrieb an dem obersten Blatt, wie dargestellt, wesentlich größer als der Auftrieb an dem unteren Blatt. Wenn sich die Blätter drehen, nimmt jedes Blatt periodisch eine obere und eine untere Position ein, weshalb, wenn die Blätter starr an dem Rotor befestigt sind, die Veränderung des Auftriebes, der auf jedes Blatt einwirkt, wenn dieses periodisch eine obere und eine untere Position einnimmt, ein periodisches Verbiegen oder "Schlagen" des Blattes verursacht. Dieses Schlagen ist nicht nur potentiell nachteilig für das Blatt, sondern hat auch zur Folge, daß die Turbine durch Drehung um ihre Hochachse von ihrem richtigen Kurs abweicht, und zwar zum Teil durch Gierstörmomente, die direkt aus der Blattverbiegung resultieren,und zum Teil aufgrund einer WinkelverSchiebung des resultierenden Vektors des auf die Blätter einwirkenden Schubes.
Im Stand der Technik wird das periodische Verbiegen oder Schlagen manchmal durch eine Verbindung zwischen den Blättern und der Nabe eliminiert, wobei die Blätter um eine Achse
schwenken, die insgesamt quer zu der Drehachse der Nabe oder Welle und zu den Blattlängsachsen ist, und zwar ohne irgendeine davon begleitete zyklische Blattanstellwinkelverstellung, Bei dieser bekannten Gelenkkonstruktion wird das oben erwähnte periodische Blattschlagen durch ein zyklisches Schwenken der Blätter an der Nabe um die Gelenkachse ersetzt. Wenn sich die Blätter unter dem Einfluß des vorherrschenden Windes drehen, werden sie sich deshalb durch zyklisches Schwenken oder Wippen auf dem Gelenkstift 33 zyklisch in den Wind (d.h. mit dem Wind) und weg von dem Wind (d.h. entgegen dem Wind) bewegen.
Dieses Wippen oder Schwenken um den Gelenkstift, wenn sich die Blätter drehen, verursacht durch Präzession ein Drehen der Nabe und der Blätter umdie Gelenkachse, das den größten Wert hat, wenn die Gelenkachse vertikal ausgerichtet ist. Die Größe dieser durch Präzession hervorgerufenen Drehbewegung wird zwar von der Windgeschwindigkeit, dem Windgradienten, der Blattkonfiguration und von anderen Aspekten der Turbinenkonstruktion sowie von den Betriebsbedingungen abhängig sein, dieses durch Präzession hervorgerufene Drehen führt jedoch dazu, daß die Nabe und die Blätter um einen oder zwei Grad von der Windrichtung abweichen. Gemäß Fig. 7 bewirkt die Winkelabweichung der Nabe und der Blätter von der Windrichtung eine ähnliche Schräglage oder Winkelabweichung des.resultierenden Vektors des auf die Blätter einwirkenden Gesamtschubes, wobei dieser Schubvektor sich per Definition normal zu einer Linie erstreckt, die die Blattspitzen schneidet. Die Schräglage des Schubvektors bedeutet eine Winkelabweichung des Vektors von der kollinearen Ausrichtung mit der Gierachse. Der versetzte Schubvektor übt deshalb ein Giermoment auf die Turbine aus, das zu einer übertriebenen Gierabweichung von der gewünschten Windrichtung führt, wie es in Fig. 8 gezeigt ist.
»· 12 *-ϊ«"
In Fig. 9 sind die Auswirkungen der Versetzung des■Schubvektors in Verbindung mit der resultierenden Nabengierabweichung für typische- große Windturbinenrotoren bei einer Windgeschwindigkeit von 25 m/s mit Gelenk (gelenkiger Blattanschluß) und ohne Gelenk (starrer Blattanschluß) gezeigt. Diese Kurven zeigen, daß sich beide bekannten Windturbinenrotoren, nämlich der gelenkige und der gelenklose, die sich frei um eine Gierachse drehen können, selbst um die Hochachse gegenüber dem gewünschten O°-Kurs (Anströmungswinkel) beträchtlich verdrehen werden. Der Gelenkrotor wird daher, wenn bei einem Anströmwinkel von 0° begonnen wird, sich um ungefähr 15° gegenüber dem Kurs um die Hochachse verdrehen, während der gelenklose Rotor, wenn er auf 0° eingestellt ist, sich um -33°, -22° oder ungefähr 55° um die Hochachse gegenüber dem gewünschten Kurs verdrehen könnte, bevor die Gleichgewichtskurse (Gierbeschleunigung null) erreicht werden. Beide Turbinen werden bei diesen versetzten Gierkursen aufgrund eines Ausgleiches des Schubmoments durch aerodynamische Kräfte an den Blättern gierstabilisiert.
Gemäß Fig. 10 werden sowohl das Schubverhältnis als auch das Leistungsverhäitnis optimiert, indem der Kurs der Turbine direkt in einer Linie mit der Windrichtung gehalten wird. Das Leistungsverhältnis ist ein Maß für die abgegebene Leistung der Turbine dividiert durch die verfügbare Leistung der Windströmung, die durch die Turbine aufgefangen wird, und das Schubverhältnis ist ein Maß für den Schub an den Turbinenblättern dividiert durch den gesamten Schub, der aus der Windsäule verfügbar ist, die durch die Turbinenblätter aufgefangen wird. Gemäß Fig. 10 wird demgemäß jede nennenswerte Abweichung von dem gewünschten 0°-Gierwinkel-Kurs das Energieerzeugungsvermögen der Turbine beträchtlich verschlechtern.
Zur Beseitigung der Nachteile, die bei der Gierstabilisierung bei den bekannten Windturbinen auftreten, sind gemäß
der Erfindung die Blätter um ihre Wurzelteile drehbar gelagert, so daß die Schwenk- oder Wippbewegung der Blätter um den Gelenkstift 33 unter dem Einfluß eines vertikalen Windgeschwindigkeitsgradienten eine zyklische Verstellung des Blattanstellwinkels der Blätter in bezug auf die Windrichtung bewirkt. Wenn die Blätter vertikal ausgerichtet sind, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wird daher das obere Blatt 6 mit dem Wind um den Gelenkstift 33 schwenken oder wippen, wodurch die Vorderkante des Blattes in den Wind gedreht wird, um den Auftrieb an diesem Blatt zu verringern. Ebenso wird das untere Blatt 7 in den Wind (d.h. entgegengesetzt dem Wind) geschwenkt oder gewippt, wodurch die Vorderkante dieses Blattes etwas von dem Wind weggedreht und dadurch der Auftrieb an dem unteren Blatt auf einen Wert verringert wird, der insgesamt dem an dem oberen Blatt entspricht. Der Auftrieb an beiden Blättern wird auf diese Weise im wesentlichen gleichgemacht, wodurch die horizontale Präzession des Rotors aus der Ausrichtung mit dem Wind minimiert wird.
Das Ausmaß der Blattanstellwinkelverstellung, die durch eine besondere Schwenk- oder Wippamplitude bewirkt wird, wird selbstverständlich von dem Winkel abhängen, den der Gelenkstift 33 mit den Längsachsen der Blätter bildet. Der Wert dieses Winkels hängt von den vorherrschenden Windbedingungen an dem Aufstellungsort der Turbine sowie von der Geometrie der Turbine selbst ab. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Winkelversetzungen des Gelenkstiftes 33 gegenüber den Blattachsen von 40°-70° bei der Verwendung bei großen Turbinen, d.h. bei solchen, die eine Blattspannweite in der Größenordnung von 60 m oder mehr haben, zufriedenstellende Ergebnisse erbringen.
In Fig. 9 ist die Leistungsfähigkeit einer gierstabilisierten Turbine nach der Erfindung anhand der obersten Kurve als Gierbeschleunigung in Abhängigkeit von dem Anström (Gier)-Winkel gezeigt. Gemäß dieser Kurve ist die Gierbeschleunigung
bei einem Anströmwinkel von null (Ausrichtung der Turbine im wesentlichen direkt in den Wind)ebenfalls null. Wenn die Windturbine nach der Erfindung durch eine mechanische Vorrichtung oder durch den Wetterfahneneffekt auf einen solchen Kurs eingestell.L· ist, wird sie deshalb für eLne optimale abgegebene Leistung diesen Kurs beibehalten.
Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform sind die Blätter 6 und 7 an einer Stummelachse 36 so gehaltert, daß die Blätter um ihre Längsachsen schwenken können. Die Blätter werden deshalb auf geeigneten Lagern (nicht dargestellt) befestigt, die zwischen den Blättern und der Stummelachse angeordnet sind. Das Blatt schwenkt außerdem um eine Achse 39, die zu den Achsen des Blattes und der Welle insgesamt rechtwinkelig ist, ebenfalls in den Wind und aus dem Wind. Gemäß Fig. 11 ist die Achse durch einen Gelenkstift 42 festgelegt, der sich durch die Stummelachse 36 und die Hauptwelle 15 erstreckt. Das Blatt ist an einem äußeren Blatteil· mit der Welle 15 durch ein Verbindungsglied 45 verbunden, daß an seinem einen Ende an dem Blatt an einem Kopf oder Halter 48 und an seinem anderen Ende an der Hauptwelle an einem Halter 51 angelenkt ist. Wenn an einer Windturbine, die die Nabenkonfiguration von Fig. 11 hat, vertikale Windgeschwindigkeitsgradienten auftreten, werden die Blätter zuerst in der oben beschriebenen Weise um die Achse 39 schwenken oder wippen. Dieses Schwenken bewirkt jedoch aufgrund der Verbindung des Blattes mit der Welle durch das Verbindungsglied 45, daß die Blätter um ihre eigenen Längsachsen verschwenkt werden, wodurch eine Verstellung des Blattanstellwinkels zum Gleichmachen des Auftriebes über der Spannweite der Blätter in der oben beschriebenen Weise bewirkt wird.
Die Windturbine nach der Erfindung ist zwar in Verbindung mit Turbinen beschrieben worden, die zwei Blätter haben, es
ist jedoch klar, daß die Erfindung auch bei Turbinen benutzt werden kann, die irgendeine Anzahl von Gelenkblättern haben. Wenn mehr als zwei Blätter benutzt werden, werden die Blätter mit der Nabe durch eine Anordnung von kardanisch aufgehängten Lagern statt durch ein einzelnes Gelenk verbunden .
Leerseite

Claims (7)

  1. Patentansprüche :
    1J Windturbine mit oiner drehbaren Nabe (9) und mit wenigstems einem Flügelprofilblatt (6), das an seinem Wurzelteil an der drehbaren Nabe befestigt und auf vertikale Windgeschwindigkeit sgradienten hin, die auf das Blatt einwirken, um den Wurzelteil in den Wind und aus dem Wind schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt (6) mit der Nabe (9) so verbunden ist, daß die Schwenkbewegung des Blattes in den Wind und aus dem Wind den Blattanstellwinkel relativ zur Richtung des Windes verstellt, um das Gierungleichgewicht der Nabe aufgrund des Einflusses der vertikalen Windgeschw.indigkeitsgradienten an dem Blatt zu minimieren.
  2. 2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt (6) um eine zu der Längsachse des Blattes schräge Achse in den Wind und aus dem Wind schwenkbar ist.
  3. 3. Windturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schräye Achse gegen die Längsachse des Blattes (6) um
    einen Winkel von 40° bis 70° versetzt ist.
  4. 4. Windturbine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (9) eine Hauptwelle (15) aufweist und daß das Blatt (6) an seinem Wurzelteil an der Hauptwelle mittels eines längs der Schwenkachse angeordneten Gelenkstiftes (33). angelenkt ist.
  5. 5. Windturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt (6) an seinem Wurzelteil die Hauptwelle (15) aufnimmt und daß sich der Gelenkstift (33) durch miteinander fluchtende Bohrungen in der Hauptwelle und dem Wurzelteil erstreckt.
  6. 6. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt (6) um eine Achse (39), die zu der Längsachse des Blattes insgesamt rechtwinkelig ist, in den Wind und aus dem Wind schwenktür ist und daß das Blatt um die Längsachse schwenkbar ist und an einem äußeren Blatteil (48) mit der Nabe (9) verbunden ist, wodurch die Bewegung des Blattes (6) in den Wind und aus dem Wind ein Schwenken des Blattes um seine Längsachse zur Verstellung des Blattanstellwinkels bewirkt.
  7. 7. Windturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (9) eine Hauptwelle (15) aufweist, die in dem Blattwurzelteil aufgenommen und mit diesem durch einen Gelenkstift (42) verbunden ist, der in miteinander fluchtenden Bohrungen in der Hauptwelle und dem Wurzelteil aufgenommen ist und sich längs der Querachse (39) erstreckt.
DE19813119738 1980-05-19 1981-05-18 Windturbine Ceased DE3119738A1 (de)

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