DE4435606A1 - Size adjustable blade for wind power rotor - Google Patents

Size adjustable blade for wind power rotor

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DE4435606A1 DE19944435606 DE4435606A DE4435606A1 DE 4435606 A1 DE4435606 A1 DE 4435606A1 DE 19944435606 DE19944435606 DE 19944435606 DE 4435606 A DE4435606 A DE 4435606A DE 4435606 A1 DE4435606 A1 DE 4435606A1
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Manfred Dipl Ing Maibom
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    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y02E10/723Control of turbines

Abstract

The blade has sections, which are moveable in direction of its longitudinal axis during operation. This alters the size of the area covered by the blade. The moveable parts are telescopic. The blade is turned during the adjusting movement. The tips of the blades are connected by a rotatable cutter type retainer with a reciprocating rod holder. Adjustment is controlled by wind measuring devices. These are at such a distance from the rotor, that the blades can be adjusted before they are hit by a stronger gust of wind.

Description

Der Stand bezüglich der Schiffbau-Technik ist in dem Buch "Hydromechanik zum Schiffsentwurf", H. Schneekluth, Koehler-Verlag, 1988, dargestellt. The state with respect to the shipbuilding technology in the book "Hydromechanics for ship design," H. Snow Kluth, Koehler-Verlag, 1988, is shown.

Der Antrieb beim Voith-Schneider-Propeller (VSP) erfolgt mit verstellbaren Flügeln, deren Achsen sich - im wesentlichen auf Zykloiden - um eine Achse bewegen, die sich senkrecht zur Bewegungsrichtung befindet. Drive for the Voith-Schneider propeller (VSP) is carried out with adjustable blades, the axes of which - move about an axis which is perpendicular to the direction of movement - substantially cycloid. Die Flügel werden durch ein kinematisches Getriebe angetrieben. The blades are driven by a kinematic transmission.

Der VSP ist - wie der Schraubenpropeller mit veränderlicher Steigung - ein Verstellpropeller. The VSP is - as the screw propeller with variable pitch - a propeller. Die Drehzahl der VSP ist nur ca. 20% derjenigen bei den Schraubenpropellern; The speed of the VSP only about 20% of those in the screw propellers; die VSP sind standardmäßig am Schiffboden angeordnet und die axiale Richtung ist annähernd vertikal. the VSP are located by default at the ship's bottom, and the axial direction is approximately vertical.

Bekannte Flügel bzw. Propeller im Schiffbau haben zeitlich konstante Abmessungen. Known vane or propeller in shipbuilding have time-constant dimensions.

Der Stand der Technik bezüglich der Windkraftanlagen ist beispielsweise in dem Buch von Jens-Peter Molly, "Windenergie", Verlag CF Müller, Karlsruhe, 1990, dargestellt. The prior art relating to the wind turbines, for example, in the book by Jens-Peter Molly, "wind energy", Verlag CF Müller, Karlsruhe, 1990 shown.

Bekannt ist weiterhin ein "Rotorbaltt für Windkraftwerke" (DE-PS 29 21 152), bei dem das Rotorblatt aus einzelnen aneinandergefügten Rotorblatt abschnitten hergestellt wird. Also known is a "Rotorbaltt for wind power plants" (DE-PS 29 21 152), wherein the rotor blade is made of individual sections joined to one another rotor blade.

In DE-AS 28 21 899 wird eine vertikalachsige Windturbine vorgeschlagen, bei der die Rotorblätter senkrecht stehen und diese nur durch - ausziehbare - Seilzüge mit dem achsenseitigen Rotorteil verbunden sind. In DE-AS 28 21 899 a vertical axis wind turbine is proposed in which the rotor blades are at right angles and this only by - are connected to cables to the axle side rotor part - extendable.

Bekannt sind Flügelblattverstellungen für Windkraftanlagen und im Flugwesen (DE-OS 32 17 765). are known fan blade adjustments for wind turbines and in the flying (DE-OS 32 17 765).

Bekannt ist weiterhin (DE-PS 34 35 458) eine Windturbine mit Horizontalrohr, der ua mit einem "an jeder Stelle im Querschnitt gleichen Rotorarm versehen ist". It is also known (DE-PS 34 35 458) a wind turbine with horizontal tube, the "is provided at each location in the cross-section of the same rotor arm", etc. with a. Es werden dünnwandige Hohlprofile zu einem Rotor fester Länge zusammengesteckt. There are plugged together to form a rotor fixed-length thin walled hollow profiles.

Weiterhin sind (DE-PS 36 07 278) Windkraftmaschinen mit vertikal stehenden Flügelrotoren, die bis zur gewünschten Höhe - statisch - aus Flügelkörperteilen aufstockbar sind. Furthermore, (DE-PS 36 07 278) wind power machines with vertically positioned wing rotors to the desired level - are further segments of wing parts of the body - static.

Eine Vorrichtung zur Verstellung von Rotorblättern, dh zur Blattwinkeleinstellung, ist in DE-PS 42 21 783 beschrieben. A device for adjustment of rotor blades, ie the blade angle setting is described in DE-PS 42 21 783rd

Bekannte Flügel haben auch im Windkraftanlagenbau zeitlich konstante Längen. Known vanes have constant over time even in the wind power plant lengths.

Der Wirkungsgrad ist beim Schiffsantrieb um so günstiger, je kleiner die Geschwindigkeit des beschleunigten Mediums ist. The efficiency is for ship propulsion more favorable, the smaller the speed of the accelerated medium. Die maßgebende Antriebskraft wird vom Impuls, dh vom Produkt aus der jeweiligen Masse und Geschwindigkeit, bestimmt. The relevant driving force from the pulse, that is determined by the product of the respective mass and velocity. Die dabei abgeführte Energie ist jedoch proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit der ausströmenden Masse. However, this power dissipated is proportional to the square of the velocity of the flowing mass. Der Verlust ist also um so geringer, je langsamer die beschleunigten Teilchen sind bzw. je größer die erregende Fläche ist. The loss is therefore the smaller the slower the accelerated particles or the larger the exciting surface is.

Bekannte Windräder laufen erst bei relativ hohen Windgeschwindigkeiten an, da die Maschinen auch bei hoher Windgeschwindigkeit noch arbeiten können sollen und in diesem Fall eine große Rotor-Fläche, die das Anlaufen bei geringen Windstärken ermöglichen würde, zu große Kräfte verursachen würde. Known wind turbines run at relatively high wind speeds, since the machines can still work even at high wind speeds are and in this case, a large rotor surface, which would allow the start-up at low wind speeds that would cause excessive forces. Bei dem erfindungsgemäßen Flügel wird bei geringen Windgeschwindigkeiten der Flügel durch Ausfahren der Teile auf die maximale Länge gebracht. In the inventive wings of the wing is brought by the extension of the parts to the maximum length at low wind speeds. - Bei zu starker Windbelastung kann die wirksame Windangriffsfläche durch Drehen oder Verkürzen der Flügel verringert werden. - In case of too strong wind load the effective wind attack area can be reduced by turning or shortening of the wings.

Bei hohen Winkelgeschwindigkeiten treten, da die Radialkräfte quadratisch mit der Geschwindigkeit zunehmen, hohe Kräfte auf die Halterungen und Rückführvorrichtungen der ausfahrbaren Flügelteile auf. , Occur because the radial forces increase with the square of speed, high forces on the brackets and feedback devices of the extendable wing parts at high angular velocities. Daher ist die Erfindung insbesondere bei niedrigen Drehzahlen einsetzbar. Therefore, the invention is applicable especially at low speeds.

Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die wirksame Fläche der Flügel den Betriebserfordernissen besser anzupassen. The specified in the claims the invention is based on the problem to better adapt the effective area of ​​the wing the operating requirements.

Dieses Problem wird durch die in dem Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst, indem die vom Flügel überstrichene Fläche durch Verschiebung zumindest von Teilen des Flügels in Richtung seiner Längsachse während des Betriebs verändert werden kann. This problem is solved by the features recited in the patent claim 1, by the swept from the wing surface can be changed by displacement of at least parts of the wing in the direction of its longitudinal axis during operation.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen - beim Medium Wasser - insbesondere darin, daß im flachen Wasser die Flügel nicht weit aus dem Schiff herausragen und das Fahrzeug mit verringertem Wirkungsgrad betrieben werden kann; The advantages achieved by the invention are - in water medium - in particular, that in shallow water close protrude from the wings of the ship and the vehicle can be operated with reduced efficiency; jedoch bei genügendem Tiefgang die Leistung vergrößert bzw. die Verlustleistung verringert werden kann. However, with sufficient depth increases the performance and the power dissipation can be reduced.

Im Falle der Windenergieanlagen läßt sich die Energie auch bei geringen Windstärken nutzen und die Lebensdauer der Anlage wird vergrößert, da die Materialbeanspruchung verringert wird. In the case of wind turbines, the energy can be used even at low wind speeds and the life of the system is increased because the material stress is reduced.

Nachteilig sind der höhere konstruktive Aufwand und der höhere Wartungsaufwand. The disadvantage of higher structural complexity and higher maintenance costs are.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. An advantageous embodiment of the invention is set out in claim. 2 Sie besteht darin, daß der Flügel teleskopartig aufgebaut ist. It consists in that the wing is constructed telescopically.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht - nach Patentanspruch 3 - darin, daß der Flügel während der Verschiebung eine Drehung erfährt, so daß der Anstellwinkel korrigiert werden kann. A further embodiment of the invention is - according to claim 3 - is that the wing undergoes a rotation during the displacement, so that the setting angle can be corrected.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht - nach Patentanspruch 4 - darin, daß die Spitzen der Flügel durch jeweils eine drehbar gelagerte messerartige Halterung senkrecht zur Flügelachse mit einer aus- und einfahrbaren stabförmigen Halterung, deren Achse parallel zu derjenigen der Flügel ist und ebenfalls unter dem zylinderförmigen Befestigungskörper der Flügel montiert wird, verbunden sind. A further embodiment of the invention is - according to claim 4 - the fact that the tips of the wings in each case by a rotatably mounted blade-like support perpendicular to the blade axis with an extendable and retractable bar-shaped holder, the axis to that of the wing is parallel and also below the cylindrical is mounted fastening body of the wings are connected.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 5 angegeben; Another embodiment of the invention is indicated in claim 5; sie besteht darin, daß die Änderung der Flügeleinstellung durch Wind-Meßfühler gesteuert werden kann, die von den Flügeln so weit entfernt sind, daß die Verstellung des Flügels vor dem Eintreffen eines größeren Windstoßes eingeleitet werden kann. it consists in that the change of wing setting can be controlled by wind-measuring sensor which are so far removed from the wings in that the adjustment of the wing can be introduced prior to the arrival of a larger wind buffet.

Im folgenden wird zunächst eine Flügel-Anordnung, wie sie beispielsweise bei Windkraftanlagen eingesetzt werden könnte, beschrieben. In the following, first, a wing assembly, such as might be used for example in wind turbines described.

Die Flügel sind an einem Holm befestigt, der in der Rotornabe bewegt werden kann, z. The wings are fixed to a strut, which can be moved in the rotor hub, for example. B. mittels einer mit dem Holm verbundenen Zahnstange, die von einer Spindel verschoben wird. B. means of a beam connected to the rack which is moved by a spindle. Bei einer derartigen Konstruktion ist eine gleichzeitige Drehung dadurch möglich, daß die Zahnstange gewunden ist und in einer Vertiefung der Rotornabe gleitet. In such a construction a simultaneous rotation is thereby possible that the rack is wound and slides in a recess of the rotor hub.

Weiterhin wird eine Flügel-Anordnung, wie sie beispielsweise beim Voith- Schneider-Propeller eingesetzt werden könnte, beschrieben. Further, a wing assembly, such as might be used for example in Voith-Schneider propeller described. - Die Flügel beim Voith-Schneider-Propeller weisen ia eine ebene, ungeteilte, im wesentlichen spatenförmige, jedoch nicht gekrümmte Form auf. - The wing in Voith-Schneider propellers have ia on a flat, undivided, spade shaped substantially, but not curved shape.

Der an der Befestigung sitzende Teil wird erfindungsgemäß hohl - mit annähernd gleicher Wanddicke - gebaut, aus der flachen Höhlung kann ein Teil mit etwas geringeren Querschnittsabmessungen ausgefahren werden, so daß die ursprüngliche Antriebsfläche vergrößert wird. The seated on the fixing part according to the invention hollow - with approximately the same wall thickness - built from the flat cavity can be moved out a part of somewhat smaller cross-sectional dimensions, so that the original driving surface is increased. Das bewegliche Teil kann z. The movable member such can. B. mittels einer elektrisch angetriebenen Spindel ausgefahren werden. B. be extended by means of an electrically driven spindle. Die Zuleitungen lassen sich durch bewegliche Drähte oder Schleifringe im Innern des zylinderförmigen Befestigungskörpers zuführen. The leads can be performed by moving wires or slip rings on the inside of the cylindrical fastener body. - Zur Stabilisierung können die Mitten der Flügelspitzen durch flache Stege mit einem in gleichem Maße wie die Flügel ausfahrbaren stabförmigen Halterung, die sich im einfachsten Fall unter dem Mittelpunkt des zylinderförmigen Befestigungskörpers der Flügel befindet, verbunden werden. - In order to stabilize the centers of the wing tips may be connected by flat webs with an extendable in the same extent as the wings rod-shaped holder which is located in the simplest case below the center of cylindrical mounting body of the wing. Vorteilhaft ist, daß sich die Längen-Verstellung im unbelasteten Zustand der Flügel vornehmen läßt, da sich die VSP jederzeit antriebslos schalten lassen. It is advantageous that the length adjustment in the unloaded condition of the wings can make because the VSP can always turn listless.

Claims (5)

1. Flügel mit veränderbarer Form bezüglich der Wechselwirkung mit dem strömenden Medium, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Flügel überstrichene Fläche durch Verschiebung zumindest von Teilen des Flügels in Richtung seiner Längsachse während des Betriebs verändert werden kann. 1. Wing of variable shape with respect to the interaction with the flowing medium, characterized in that the swept from the wing surface can be changed by displacement of at least parts of the wing in the direction of its longitudinal axis during operation.
2. Flügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Teil des Flügels teleskopartig aufgebaut ist. 2. A wing according to claim 1, characterized in that the displaceable part of the wing is constructed telescopically.
3. Flügel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel während der Verschiebung eine Drehung erfährt. 3. A wing according to claim 1 or 2, characterized in that the blade undergoes a rotation during the displacement.
4. Flügel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei parallelachsigen Flügeln die Spitzen der Flügel durch jeweils eine drehbar gelagerte messerartige Halterung mit einer aus- und einfahrbaren stabförmigen Halterung, deren Achse parallel zu derjenigen der Flügel ist und die ebenfalls unter dem zylinderförmigen Befestigungskörper der Flügel montiert wird, verbunden sind. 4. A wing according to one of the preceding claims, characterized in that, in parallel-axis blades the tips of the wings in each case by a rotatably mounted knife-like holder with a extendable and retractable bar-shaped holder, the axis to that of the wing is parallel and also below the cylindrical mounting body of the vane is mounted, are connected.
5. Flügel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Flügeleinstellung durch Wind-Meßfühler gesteuert wird, die von den Flügeln so weit entfernt sind, daß die Verstellung des Flügels vor dem Eintreffen eines größeren Windstoßes eingeleitet werden kann. 5. A wing according to one of the preceding claims, characterized in that the change in the wing adjustment is controlled by wind-measuring sensor which are so far removed from the wings in that the adjustment of the wing can be introduced prior to the arrival of a larger wind buffet.
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