DE895128C

DE895128C - Drehzahlregelung eines Windrades durch Fluegelverstellung

Info

Publication number: DE895128C
Application number: DEW5899A
Authority: DE
Inventors: Walter Wiegmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-01-21
Filing date: 1950-01-21
Publication date: 1953-10-29

Description

Drehzahlregelung eines Windrades durch Flügelverstellung Bei den bisher bekannten einfachen Regeleinrichtungen treten unkontrollierbare Reibungskräfte auf, die durch Witterungseinflüsse (Vereisung, Versandung usw.) verstärkt werden können. Diese Nachteile werden bei komplizierten Regeleinrichtungen zum Teil vermieden, die jedoch im Aufbau und in der Herstellung sehr unübersichtlich und teuer sind.
Die Erfindung sieht nach Fig. i eine tangentiale Anordnung der Flügel i vor, die durch eine vollkommen Wasser- und staubdichte Lagerung 2 an einer Nabe 3 um die Längsachse der Flügel drehbar sind. Nach Fig. 2 werden .durch eine oder mehrere Federn 4., die sich beispielsweise an einer Seite gegen den Boden 5 einer Haube 6 und andererseits gegen eine Einstellmutter 7 der Welle 8 abstützen, die Flügel über die Gelenkstangen 9 in die Arbeitsstellung gebracht. Am freien Ende der durch die staub- und wasserdichte Lagerung hindurchgeführten Flügelwurzel io (Fig. i) ist an einer starr mit .der Flügelwurzel verbundenen Stange ii (Fig.2) je ein Fliehgewicht 12 angebracht. Um eine restlose Ausnutzung der Fliehkraft zu erreichen, schneiden .sieh die Schwingeibenen 13 (Fig. i) aller Fliehgewichte,i2 im Mittelpunkt der Nabe 3 (Fi.g.@i). Bekanntlich sind profilierte Flügel bei Überschreiten ihrer ungeregelten Höchstdrehzahl schwer um ihre Längsachse zu verstellen. Die Anordnung der Stangen üi mit ihren Fliehgewichten 12 ist daher nicht parallel zur Welle 8, sondern in einem bestimmten Anfangswinkel, der .sich nachdem Profilbeiwert des Flügels richtet, vorgenommen. Hierdurch wird erreicht, daß bei Überschreitung. der ungeregelten Höchstdrehzahl große Verstellkräfte frei werden, .die den noch mit normalem Anstellwinkel umlaufenden Flügel einwandfrei verstellen können. Durch die sich aus dieser Anordnung ergebende relative Verminderung der Verstellkräfte bei weiterem Ausschwingen der Fliehgewichte 12 tritt,. unterstützt durch die zunehmende Federwirkung, eine sanfte Dämpfung des Regelvorganges. ein. Diese hat zur Folge, daß die Drehzahl auch bei starken böigen Winden praktisch konstant gehalten wird und ein Übersteuern sicher vermieden wird. Die durch die tangentiale Lagerung der Flügel auftretende Lagerbeanspruchung der Flügelwurzel, hervorgerufen durch die Fliehkraft des umlaufenden Flügels, wird bei entsprechender Drehrichtung aufgehoben durch das entgegengesetzt wirkende Drehmoment, das durch den anströmenden Wind.-verursacht wird. Hierdurch wird eine $iegungsbeanspruchung der Flügelwurzel weitgehend vermieden, und die Lagerung der Flügelwurzel 'kann daher verhältnismäßig schwach gehalten werden. Durch die durch die Einstellmutter 7 auf eine bestimmte Krxft vorgespannte Feder 4 werden die Flügel i bis zu einer gewünschten Höchstdrehzahl in der Anfangsbetriebsstellung gehalten. Nach Überschreiten der hierdurch bestimmten eingestellten ungeregelten Höchstdrehzahl wird durch die zunehmende Zentrifugalkraft der Fliehgewichte 12 der Gleichgewichtszustand der Regelung .gestört. Die Fliehgewichte 12 -werden nach außen gezogen und verursachen durch ihre starre Verbindung mit der Flügelwurzel to über -die Stangen i r eine Vergrößerung des Einstellwinikels der Flügel gegenüber der Drehebene des Windrades. Die Vergrößerung des Einstellivinke@ls! paßt die Drehzahl .des Windmotors in einem bestimmten Bereich der augenblicklichen Windgeschwindigkeit an und hält die Drehzahl praktisch konstant. Um den Windmotor beliebig außer Betri.eb setzen zu können, ist beispielsweise die Welle 8 mit einer zentralen Bohrung versehen, durch die ein. Steuerungsstift 14 (Fig. 2 und 3) geführt -wird, der durch ein Hebelsystem 15 axial gegen die Haube 6 drückt, wodurch wiederum durch den Boden 5 die Feder 4 zusammengepreßt wird und über die Gelenkstangen 9 .die Flügel i um etwa 9o° in die Segelstellung gedreht werden. In dieser Stellung übt der Wind kein Drehmoment auf .das Windrad aus. Diese im Beispiel durch den Steuerungsstift 1i4 gezeigte Außerbetriebsetzung des Windmotors kann auch durch andere Einrichtungen vorgenommen werden.
Um bei Windmotoren mit hohen u/v-Werten (Umfangsgeschwindigkeit zu Windgeschwindigkeit = Schnellaufzahl) ein leichtes Anlaufen bei sanfter Regelung zu erzielen, kann nach Fig. 3 auch nachfolgend beschriebene Steuerung verwendet werden: Das- als Hilfsluftschraube ausgebildete Leitwerk 16 ist über eine Welle 17 mit einer Kurventasse i8 starr verbunden und in .den Punktenng um etwa 35o° drehbar gelagert. Auf der Kurvenbahn der Kurventasse 18 wird eine un dem Hebelsystem 15 und Arm 2o befestigte Rolle 21 geführt. Der Hebel 15 drückt mit seinem freien Ende gegen den Steuerungsstift 14, der in der vorbeschriebenen Weise über die Haube 6 die Stellung der Flügel i beeinflußt. Hierbei können die Fliehgewichte i2@ in Fortfall kommen oder in Zusammenwirkung mit der Regelkraft des Leitwerks 16 entsprechend leichter ausgeführt werden. Durch die Torsionsfeder 22 wird die Kurventasse 18 so verdreht, daß die Rolle ä1 auf einer ansteigenden Kurvenbahn in Ruhestellung gegen einen Anschlag anliegt. In dieser Stellung ist,der Einstellwinkel .der Flügel i gegenüber der Drehebene des Windrades- über die Hawbe 6 mit Steuerungsstift 14 und Hebelsystem 15 so vergrößert, daß bereits ganz schwache Winde den Windmotor durch die hierdurch zwangsläufige Vergrößerung des Drehmomentes zum Anlaufen bringen. Bei zunehmendem Wind wird durch das Leitwerk 16 und Spannung der Torsionsfeder 22 die Kurventasse i8 verdreht und das Hebelsystem i5@ in seine normale Betriebsstellung gebracht, wobei die Rolle 2r. d.ie tiefste Stelle der Kurve erreicht hat. Hierdurch verkleinert sich der Einstellwinkel der Flügel i, und die Drehzahl des Windr ades steigert sich auf .das gewünschte Maß bei höchstem Wirkungsgrad. Bei weiterer Vergrößerung .der Windgeschwindigkeit steigt die Rolle 21 durch die Weiterdrehung des Leitwerks 16 und die weitere Spannung :der Torsionsfeder 22 auf der Kurvenbahn und bewirkt wieder eine entsprechende Vergrößerung des Einstellwinkels der Flügel r gegenüber der Drehebene des Windrades. Durch diesen Regelvorgang wird die Drehzahl des Windrades in Unabhängigkeit von der Geschwindigkeit praktisch konstant gehalten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Drehzahlregelung eines Windrades durch Flügelverstellung, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel,(i) tangential zur NTabe so angeordnet sind, d'aß die Fliehkraft der Flügel (i) .dem durch den Wind erzeugten Drehmoment entgegenwirkt.
2. Drehzahlregelung eines Windrades durch Flügelverstellung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die tangential gelagerten Flügel (i) an ihrer Wurzel (io) am Hebel (ii) angeordnete Fliehgewichte (12) tragen, welche beim Umlauf mach außen .gedrückt -werden und deren Schwingebenen (i13) sich in -der Achse der Nabe (3) schneiden.
3. Drehzahlregelung eines Windrades durch Flügelverstellung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen in einer hohlen Welle (8) geführten zentralen Steuerungsstift (14) über eine Haube (6) und Gelenkstangen (9) die Flügel (u) gleichmäßig his zur Segelstellung verstellt werden können.
4. Drehzahlregelung eines Windrades durch Flügelverstellung nach Anspruchii bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine besonders ausgebildete Kurvenhahn einer Kurventasse (!18) in ihrer Ruhelage ein verhältnismäßig großer Einstellwinkel der Flügel (i) gegenüber