DE4426444A1 - Windkraftwerk mit Düsenrotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Windkraftwerk mit Düsenrotor.

Energiefreisetzung und Gewinnung sind entgegengesetzte Vorgänge. In der Luftfahrt sind die Propeller weitgehend von Düsentriebwerken abgelöst worden. Es ist somit wahrscheinlich, daß zur Gewinnung erneuerbarer Energie die seit Jahrhunderten benutzten Flügelrotoren durch wirksamere Düsen ersetzt werden. Von DE P 40 30 559 C2 ausgehend, sind hierfür Modellversuche vor dem gleichen Gebläse vorgenommen worden. Die Ergebnisse mit Düsenrotoren sind in DE P 42 07 718.4, P 42 21 201.4, P 43 05 640.7, P 43 42 745.6 und P 44 14 208.0 dargelegt worden. Diese Wind­ rotoren mit Düsen besitzen offenbar die Merkmale und Eigen­ schaften der bekanntlich leistungsfähigen Niederdruckgasturbinen P 44 14 208.0 zur Orientierung seien genannt, der zylindroforme Windkräfte sammelnde Rotor, der hinten völlig verschlossen ist, dort ein um die axiale Welle/Hohlwelle angeordneter Konus zur Hinlenkung der Windkräfte auf den Umfang, wo sich etwa 10 radialen Windkammern zugeordnete hoch gegen den Wind gestellte, spaltförmige Düsen zur tangentialen Beaufschlagung befinden. Zur synergetischen Düsenkraft an günstiger Stelle, nämlich am Umfang des Windrotors, dürften noch sogenannte Schaufelkräfte treten. In Bezug auf die zu erlangende Leistung hat der Düsenrotor einen kleinen Durchmesser, besitzt parallel zur Welle bzw. zum Wind eine Tiefe bzw. einen Raum zum Sammeln der Windkraft und ein größeres Gewicht als herkömmliche Flügelrotoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei diesen verän­ derten technischen Bedingungen über den zweckmäßigen Aufbau von Windkraftwerken mit Düsenrotoren zu berichten.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß statt breit dimensionierter seit Jahr­ hunderten üblicher Flügelrotoren Windkräfte sammelnde Tiefe be­ sitzende zylindrische Hohlkörper benutzt werden, welche mit etwa 10 Windkammern an einer axialen biegungsfesten Hohlwelle/Welle befestigt sind. Dieser Rotor in der Art einer Niederdruckgastur­ bine ist hinten, zugleich dort einen Konus für die Windkraftlenkung auf den Umfang besitzend, verschlossen. Es werden also durch den bekannten Flügelstellwinkel keine Windkräfte zerstreut und nur zum Teil bei großem Windkreis genutzt; die Wind-Druckausnutzung ist bei der Art einer Niederdruckgasturbine deutlich besser als bei Flügelturbinen vergleichbaren Durchmessers. Für die neuartige Windturbine mit Düsen sind entsprechend auch nur geringere Boden­ flächen erforderlich. Die Befestigung/Aufhängung solcher Wind­ kraftwerke mit Düsen kann über dem Mast vorteilhaft bereits unter vorderen Teilen des Windkraftwerkes bzw. des Düsenrotors bei Verlagerung des Schwerpunktes nach hinten erfolgen. Erst jetzt bei geringerem Durchmesser des Windrotors ist es mit beschriebener winkliger und U-förmiger basaler Haltevorrichtung des neuarti­ gen Windkraftwerkes möglich, dieses vorn im Bereich des Rotors selbst und sogar bei Luvstellung im Wind mit weiteren Vorteilen für den Dauerbetrieb abzustützen. Der genannte nach hinten verlagerte Schwerpunkt des Windkraftwerkes fördert während des Betriebes deutlich die Stabilisation in Verbindung auch mit einer biegungsfesten/schwingungsarmen Hohlwelle, welche die gesamte Kraftwerkanlage durchzieht. Hohlwelle und der basale biegungsfeste Haltekörper sind durch breite verschleißfeste Buchsen/Lager verbunden. Das gesamte Windkraftwerk einschließlich basale Haltevorrichtung schwingen gedämpft horizontal auf einer Art Plattform um den senkrechten Haltebolzen, welcher im oberen Teil des Mastes befestigt ist. Über diese Haltevorrichtung wird das Wind­ kraftwerk vorn zugleich bei horizontalen variablen Bewegungen dauerhaft abgestützt. Dadurch wird für den Betrieb und die Wind­ ausnutzung für das gesamte Windkraftwerk Stabilisation und zugleich automatische und wirkungsvolle Justierung selbst bei Luvstellung erreicht.

Es zeigen

Fig. 1 den senkrechten Schnitt durch ein flügelloses Windkraft­ werk 1 mit Düsenrotor 2, dessen axiale Befestigung an der vorn einen Konus besitzenden Hohlwelle 9, welche hinten für den Rotor des Generators 10 verschmälert ist, den Sammelraum/Verdichter für Windkräfte 2, hierfür die hintere Platte 4, die parallel zur Welle 9 bzw. zum Wind gestellten spaltförmigen Düsen 3, die relativ kleine Windfahne 13, den winkligen Haltekörper 8 mit der Buchse 11 um die Hohlwelle, die Verlagerung des Schwerpunktes des Windkraftwerkes nach hinten, den unter den Düsenrotor dadurch gerückten Mast 6, den senkrechten Haltebolzen 7, um welchen automatisch das gesamte Windkraftwerk sich während des Betriebes im Wind gegen oder mit/im Sinne des Uhrzeigers dreht bei für die Stabilisation und Justierung mittels Winkelhaltekörper 8 deutlich nach vorn vorgerücktem Unterstutzungspunkt, welcher sich über dem Haltebolzen 7 befindet.

Fig. 2 den zugehörigen Horizontalschnitt durch ein solches Wind­ kraftwerk 1 mit dem Düsenrotor 2 als Sammelraum für Windkräfte (Pfeile), die Bodenplatte 4 für den zylindroformen um die Hohl­ welle 9 angeordneten/befestigten Raum 2, die Umlenkung der Wind­ kräfte auf den Umfang des Düsenrotors; die Buchse/das Lager 11 des Haltekörpers 8 um die Hohlwelle 9, den dadurch bei winkliger Form des Haltekörpers 8 nach vorn vorgezogene Unterstützungspunkt 7, der zugleich Drehpunkt für das insgesamt stabilisierte und im Wind justierte Windkraftwerk 1 bei variablen seitlichen Schwenkungsmöglichkeiten ist (seitlich auslassende Pfeile), den Generator 10 und die zusätzliche Windfahne 13.

Fig. 3 den senkrechten Schnitt durch ein zugleich bei Stabilisation doppelt an der Hohlwelle 9/9a gelagertes Windkraftwerk 1, was praktisch nur bei Benutzung von Düsenrotoren bei geringerem Durchmesser möglich ist, die vordere Abstützung 8 erfolgt an der nach vorn verlängerten Hohlwelle 9, zudem vor dem Hohlraum des Düsenrotors 2, eine Düse 3, die hintere Verschlußplatte 4, den unmittelbar vorgesetzten Konus 5 zur Wegleitung der verdichteten Windströmung auf die Düsen im/am Umfang des Düsenrotors 2, das zwei­ te hintere Lager 11 an der Hohlwelle 9, den nun u-förmigen basalen Haltekörper 8 am stabilisierten und selbst justierenden Wind­ kraftwerk 1, den Drehbolzen 7, zugleich nach vorn gerückter Unter­ stützungspunkt des Windkraftwerkes 1, die Plattform 6a möglichst mit kreisförmigem Gleisring für das variable an die Stabilisation stets angepaßte Schwenkvermögen des gesamten Windkraftwerkes 1, eine möglichst 3-Mastabstützung 6 der Plattform 6a eine Wind­ lenkungsplatte 17 für Zusatzwind in den Rotor 2.

Fig. 4 den senkrechten Schnitt durch die hintere und oder vordere Buchse/das Lager 11 um die Hohlwelle 9 und den Schwer­ punkt verlagerenden winkligen oder U-förmigen Haltekörper 8, welcher mit der Schmalseite dem Wind wenig Widerstand entgegen­ setzt.

Fig. 5 mit dem Wind den Blick auf eine Windturbine mit Düsen (3), die als Modell aus Stahlblech mit radiären Septen (21) um die Hohlwelle (9) hergestellt wurde, die Bodenplatte (4) des Düsenrotors (2) und die in diesem Fall 12 Windkammern (14) mit Tiefe zur Bodenplatte (4) zum Einfangen/Verdichten von Wind­ kräften und je Fortleitung auf die synergetischen Düsen (3).

Fig. 6 den senkrechten Schnitt durch ein Windkraftwerk 1 mit zwei hintereinandergeschalteten, an die gleiche Hohlwelle 9 an­ gekoppelte/befestigten Düsenrotoren 2, 4, 5, 3, wobei der hintere Düsenrotor mit deutlich größerem Durchmesser bei der nun ver­ stärkten Stromgewinnung zugleich der Stabilisation des gesamten Windkraftwerkes 1 dient, den Generator 10, die Buchse bzw. das relativ breite Lager 11 des Windkraftwerkes 1, den nun vor allem senkrechten Haltekörper 8 nach unten in den Drehbolzen 7 übergehend, die Drehscheibe 8a über der Plattform 6a über relativ breit auseinandergezogenen Masten 6.

Claims (12)

1. Windkraftwerk mit Düsenrotor, dadurch gekennzeichnet, daß das Windkraftwerk (1) mit Düsenrotor/Düsenrotoren (2, 3, 4, 5) in Windrichtung, auch für Aufwind oder Zwischenrichtungen räum­ liche Tiefe im zylindroformen Raum des Rotors (2, 3, 4, 5) besitzt und vergleichsweise zu Flügelrotoren einen geringen queren Durchmesser zur Welle/Hohlwelle (9, 9a) aufweist,
daß die Bauelemente des Windkraftwerkes (1) vor allem um die Hohlwelle/Welle (9, 9a) angeordnet/auch über Lager (11) der Hohlwelle, basalen Haltekörper (8, 8a) über dem auch mehrteiligen Mast (6) mit Plattform (6a) und Drehscheibe (8a) befestigt sind,
daß längere, horizontal oder vertikal, bei Zwischenstellungen eingesetzte Hohlwellen/Wellen (9, 9a) mehrfach durch Lager bzw. Buchsen (11) gehalten/geführt werden und auch Kardangelenke gegen stärkere Biegungen der Wellen oder Achsen (9) benutzt werden, daß das Windkraftwerk (1) als dem Wind ausgesetztem System mittels der Hohlwelle/Welle (9), durch Schwerpunktverlagerung nach hinten im Wind stabilisiert ist und zugleich bei nach vorn vorgezogenem Unterstützungspunkt (7) automatisch im Wind justiert wird.

2. Windkraftwerk mit Düsenrotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung solcher vergleichsweise "schlanker", in sich besser verfestigter Windkraftwerke (1) mit Düsenrotoren (2, 3, 4, 5) an der axialen Hohlwelle (9, 9a) desgleichen in Förderung der Stabilisation/Justierung im Wind mehrfach über relativ breite dauerhafte Buchsen/Lager vorgenommen werden kann.

3. Windkraftwerk mit Düsenrotor nach Patentanspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenrotor (2, 3, 4, 5) Bauelemente der bewährten Niederdruckgasturbine mit Turbinenschaufeln (21) und synergetisch beaufschlagbare Düsen (3) besonderer Form an günstiger Stelle - in/am Umfang des flügellosen Rotors - besitzt.

4. Windkraftwerk mit Düsenrotor nach Patenanspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Hohlwelle (9, 9a) in Verbindung mit Schwer­ punktverlagerung des Windkraftwerkes, Haltekörpervorrichtung (8, 7, 11) zur Stabilisation/Justierung im Wind beiträgt.

5. Windkraftwerk mit Düsenrotor nach Patentanspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß vorn am Windkraftwerk 1 für Zusatzwindkräfte Windlenkungsplatten 17 oder dem gleichen Zweck dienende trichter­ artige mitschwenkende Vorrichtungen 17 vorhanden/befestigt sind.

6. Windkraftwerk mit Düsenrotor nach Patentanspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Windkraftwerk (1) oder Düsen (3) besitzende Windrotor (2, 3, 4, 5) aus Stahl, rostfreiem Stahl, Aluminium, anderen Metallen, Holz, Kunststoff verschiedener Art, auch aus Verbundstoff, vor allem aus leichtem Material verschiedener Art, das sehr haltbar ist und über lange Zeit der Witterung widersteht, besteht.

7. Windkraftwerk mit Düsenrotor nach Patentanspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß airbagartige, sich bei Sturm im Inneren des Düsenrotors (2) aufblasende Vorrichtungen (18) vor­ bereitet/vorhanden sind, welche die lufthaltigen Räume besonders der etwa 10 radiär um die Hohlwelle (9) angeordneten Windkammern sturmabweisend ausfüllen und diese Vorrichtungen (18) besonders im Bereich des Konus (5) sowie der Bodenplatte (4) flach installiert sind.

8. Windkraftwerk mit Düsenrotor nach Patentanspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Windkraftweiterleitung auf Düsen (3) radiär um die Welle/Hohlwelle (9) angeordneten Wind­ kammern (4, 14, 21) über der Bodenplatte (4) sowie an dem der Düse (3) gegenüberliegendem Septum (21) zur zugeordneten Düse (3) ein z. T. konisches Gefälle (5) aerodynamisch aufweisen zur ver­ stärkten Beaufschlagung einer jeden im Umfang des Windrotors (2) vorhandenen synergetischen hoch gegen den Wind gestellten spaltför­ migen Düse (3).

9. Windkraftwerk mit Düsenrotor nach Patentanspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des zylindroformen, an der Welle (9) befestigten Windrotors (2, 3, 4) durch eingesetzten zweiten Zylinder (2, 4, 3) mit korrespondierenden Düsen (3) und zwischengesetzten basalen Federn und oder Luftkissen oder anderen - dem Windandruck entsprechend - modifiziert, verkleinert werden kann bei geringem Wind und das Volumen im Hohlraum des Düsenrotors (2) sich auto­ matisch vergrößert bei starkem Wind.

10. Windkraftwerk mit Düsenrotor nach Patentanspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet besonders in bezug auf Anspruch 9, daß bei Be­ nutzung eines eingesetzten zweiten Zylinder mit basalen Federn und korrespondierenden spaltförmigen Düsen variable vom Windandruck abhängige Verlängerung der Düsen oder Verkürzung bei schwache Wind zustandekommt.

11. Windkraftwerk mit Düsenrotor nach Patentanspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß längere durch Lager abgestützte Wellen/Hohlwel­ len (9, 9a) Kardangelenke oder ähnliche gegen Biegungen absichern­ de Vorrichtungen besitzen.

12. Windkraftwerk mit Düsenrotor nach Patentanspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Windrotor mit Düsen (3) nur aus drei Bau­ elementen besteht: 1. Aus der kreissägeförmigen Grundplatte (4), 2. Aus der Hohlwelle (9), 3. Aus den radiär mit der Hohlwelle (9) verbundenen dem Rotor (2) die Tiefe gebenden Septen (21), welche seitlich (endständig) gleichsinnig umgebogen sind zu zusätzliche Drehkraft gebende Turbinenschaufeln (21), wobei je zwei be­ nachbarte Turbinenschaufeln (21) die hoch gegen den Wind gestellten spaltförmigen Düsen (3) bilden.