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Windkraftmaschine, deren Leistung bei zunehmender Drehzahl auf mehrere
Arbeitsmaschinen verteilt wird Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftmaschine,
deren Leistung auf mehrere Arbeitsmaschinen verteilt wird. Als Arbeitsmaschinen
finden solche Maschinen Anwendung, deren Leistungsaufnahme ungefähr nach der dritten
Potenz der Drehzahl steigt, z. B. Kreiselpumpen.
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Mit der fallenden oder steigenden Drehzahl des Windrades werden die
Arbeitsmaschinen selbsttätig und abwechselnd mit der Windkraftmaschine gekuppelt,
und zwar derart, daß immer nur eine einzige Arbeitsmaschine über einen bestimmten
Leistungsbereich des Windrades eingekuppelt ist. Die selbsttätige Einkupplung der
Arbeitsmaschine geschieht vorzugsweise mittels eines Fliehkraftreglers, der mittels
einer Nockensteue.-rung einen Schieber steuert, der je nach dem Ein- und Ausschalten
der Arbeitsmaschinen den Weg für ein Druckmittel freigibt oder absperrt. Durch das
Druckmittel wird eine entsprechend. angeordnete Kupplung gesteuert. Sinngemäß kann
das Zu- und Abschalten der Arbeitsmaschinen auch durch entsprechende Steuerung mittels
elektrisch betriebener Kupplungen geschehen.
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Man hat zwar bisher schon mehrere Arbeitsmaschinen mit einem Windrad
gekuppelt, indem bei steigender Leistung des Windrades beispielsweise ein Druckluftspeicher
mit einer zusätzlich arbeitenden Pumpe mit Druckluft versorgt wurde, der dann bei
fallender Leistung des Windrades zusätzlich eine Druckluftturbine speiste. Ebenso
hat man bei steigender Leistung mehrere Arbeitsmaschinen parallel an das Windrad
geschaltet, um eine größere Leistungsausnutzung zu bekommen. Dies geschah entweder
dadurch, daß mehrere Maschinen zugeschaltet wurden, oder daß bei einem Luftverdichter
die Steuerung der Aus- oder Einlaßventile von einem Fliehkraftregler beeinflußt
wurden, derart, daß zunächst ein Zylinder bei entsprechender Drehzahl arbeitete
und bei Steigerung der Leistung des Windrades ein oder mehrere weitere Zylinder
zugeschaltet wurden.
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Auch ist es bekanntgeworden, eine Schleuderpumpe mit einem Windrad
zu kuppeln. Nach der Erfindung werden nun bei zunehmender Drehzahl und zunehmender
Leistung des Windrades nicht weitere Arbeitsmaschinen zu einer von Anfang an mitlaufenden
Arbeitsmaschine zugeschaltet, sondern es wird über einen ersten bestimmten Leistungsbereich
des Windrades eine dieser Leistung des Windrades entsprechende Arbeitsmaschine eingekuppelt.
Steigt die Leistung des Windrades über den für diese Arbeitsmaschine vorgesehenen
Leistungsbereich, so wird die erste Arbeitsmaschine vollkommen ausgeschaltet und
eine zweite Arbeitsmaschine an das Windrad gekuppelt, deren Leistung wiederum auf
die Arbeitsleistung des Windrades innerhalb eines bestimmten Leistungsbereiches
abgestimmt
ist. Auf diese Art können zwei odermehrere Arbeitsmaschinen Verwendung finden.
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Die geschilderte Art des Zu- und Abkuppelns der Arbeitsmaschine muß
dann vorgenommen werden, wenn die Leistungsaufnahme der Arbeitsmaschine ungefähr
nach der dritten Potenz steigt, wie dies beispielsweise bei Schleuderpumpen der
Fall ist. Würde man nur eine Schleuderpumpe mit dem Windrad kuppeln, so steigt die
Leistungsaufnahme der Schleuderpumpe mit zunehmender Drehzahl des Windrades ungefähr
nach der dritten Potenz. Da die Leistungsabgabe eines Windrades mit zunehmender
Windgeschwindigkeit gleichfalls ungefähr nach der dritten Potenz steigt, so wird
bei einem Zusammenkuppeln eines Windrades mit einer Schleuderpumpe die Schleuderpumpe
immer die volle Leistung des Windrades aufnehmen. Damit ist aber nicht die Möglichkeit
gegeben, bei steigender Leistung des Windrades eine zweite Arbeitsmaschine zuzukuppeln,
da die Gesamtenergie bereits unabhängig von dem Zu- oder Abkuppeln einer zweiten
Maschine von der ersten Maschine verbraucht wird. Die Zunahme der Arbeitsleistung
der Arbeitsmaschine drückt sich bei der bekannten Einrichtung darin aus, daß die
Förderhöhe bzw. die Austrittsgeschwindigkeit des Wassers -aus dem Schleuderpumpenrad
entsprechend der Zunahme der abgegebenen Leistung des Windrades steigt.
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Da aber in den meisten Fällen eine derart sich ändernde Förderhöhe
nicht erwünscht ist, es vielmehr darauf ankommt, eine ungefähr gleichbleibende Förderhöhe
zu erzielen, so wird die Zunahme der Förderhöhe eine unerwünschte Leistung der Schleuderpumpe
darstellen, d. h. das Ziel, möglichst viel Wasser auf die gegebene Höhe zu fördern,
wird nicht erreicht. Um eine einigermaßen gleichbleibende Förderhöhe der Schleuderpumpe
zu erzielen und dabei die Mehrleistung des Windrades bei zunehmender Drehzahl möglichst
vollständig in geförderte Wassermenge umzusetzen, wird daher nach der Erfindung
vorgeschlagen, die erste Schleuderpumpe nur innerhalb eines bestimmten Leistungsbereiches
arbeiten zu lassen und bei entsprechend gesteigerter Leistungsabgabe des Windrades
die erste Schleuderpumpe vollkommen abzuschalten und eine zweite Schleuderpumpe
nunmehr einzuschalten, die eine größere Wassermenge -auf die vorher bestimmte gleichbleibende
Wasserhöhe fördert.
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Es ist selbstverständlich, daß hierbei -die Wasserhöhe in bestimmten
engen Grenzen geändert werden muß. Es wird jedoch durch die Schaltungsart nach der
Erfindung erreicht, daß unter Einhaltung einer gewissen Förderhöhe eine Zunahme
der Wasserfördermenge weit über das bisher mögliche Maß erreicht wird.
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Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgedanke in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt.
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In Fig. r ist ein Diagramm dargestellt, in dem die Linie
f, g, lt, i die Leistung des Windrades bei zunehmender Windgeschwindigkeit
darstellt. Hat die Windgeschwindigkeit von f nach a zugenommen, so wird die
erste Schleuderpumpe zugeschaltet. Bei b, c, d, e wird die zweite, dritte,
vierte und fünfte Schleuderpumpe derart zugeschaltet, daß die anderen Schleuderpumpen
sämtlich abgeschaltet sind.
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Es ergibt sich hieraus, daß die Arbeitsflächen der Schleuderpumpen
das Leistungsdiagramm des Windrades beinahe ganz ausfüllen. Würde man bei dem Punkt
a nur eine Schleuderpumpe zuschalten und diese über den ganzen Leistungsbereich
des Windrades zugeschaltet lassen, so würde die Leistungsabgabe dieser einen Schleuderpumpe
unter der Voraussetzung einer gleichbleibenden Förderhöhe eine Arbeitsfläche
a, j, k, i aufweisen, während der gesamte Rest -der Leistungsfläche
des Windrades in nutzloser Wasserhöhe, d. h. in zu großer Austrittsgeschwindigkeit
-aus dem Rade verlorengehen würde. Durch Umschalten der Pumpen nach der Erfindung
wird jedoch auch die Restfläche des Leistungsdiagramms der Schleuderpumpe dazu herangezogen,
eine größere Menge Wasser zu fördern.
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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit fünf Pumpen
dargestellt. Die Anzahl der zum Windrad zuzuschaltenden Pumpen wird hierbei selbstverständlich
nicht nur von dem Bemühen einer möglichst restlosen Ausnutzung des Leistungsdiagrammes
des Windrades abhängen, sondern es werden auch andere wirtschaftliche Gesichtspunkte
eine Rolle spielen, so daß man unter Umständen nur zwei Schleuderpumpen dem Windrad
zuordnen wird. In dem Ausführungsbeispiel sind fünf Pumpen m, bis mV gezeichnet.
Es ist schon aus der schematischen Darstellung zu sehen, daß bei geringer Drehzahl
zunächst die Pumpe m, arbeiten wird und hierbei eine geringere Menge Wasser auf
die erforderliche Höhe pumpen wird, während die Pumpe mV eine sehr viel größere
Menge Wasser bei höherer Drehzahl auf die vorbestimmte Wasserhöhe fördert. Das Zu-
und Abschalten der einzelnen Pumpen kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden.
Z. B. könnte die Zu- und Abkupplung durch elektrisch gesteuerte Kupplungen im Pumpengehäuse
selbst vorgenommen werden. Es können auch sämtliche Pumpen weiterlaufen,
wobei
dann die Wasserzu- und -abfuhr derart geregelt wird, daß jeweils nur eine Pumpe
fördert. Im Ausführungsbeispiel geschieht die Steuerung über eine Nockenscheibe,
die einen Steuerkolben verschiebt, der über einen Servomotor die Kupplungen aus-
und einschaltet.
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An der Welle l des Windrades ist ein Fliehkraftregler o angebracht,
der über ein Gestänge ein Zahnradsegmentp steuert. Durch das Zahnradsegment p wird
ein weiteres Zahnrad, das auf einer Welle q sitzt, gedreht. Auf der Welle q sind
Nocken r1 bis r5 (Fig. 3) angebracht, die je mit einem Stößel s1 bis s5 zusammenarbeiten.
Dadurch wird ein Steuerkolben S eingestellt und gibt in bekannter Weise den Weg
für ein Druckmittel durch eine Leitung ii oder 1a frei. Hierdurch wird ein Kolben
der Servomotoren t, bis tv derart eingestellt, daß -jeweils nur eine Schleuderpumpe
eingekuppelt wird. Dies kann in einfacher Weise durch entsprechende Anbringung der
Nocken auf der Welle q erreicht werden. Zur besseren Einstellung der einzelnen Pumpen
können diese auf besonderen Wellen angebracht werden und mittels einer Übersetzung
von der Welle des Windrades angetrieben werden.