DE917540C

DE917540C - High-speed wind turbine

Info

Publication number: DE917540C
Application number: DEK18146A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Koester Sen
Original assignee: FRIEDRICH KOESTER SEN
Current assignee: FRIEDRICH KOESTER SEN
Priority date: 1953-05-21
Filing date: 1953-05-21
Publication date: 1954-09-06

Description

Schnelläufiges Windrad Es sind schnelläufige Windräder sowohl mit feststehenden als auch mit verstellbaren Flügeln bekannt.High-speed wind turbine There are high-speed wind turbines with both fixed as well as adjustable wings.

Räder mit feststehenden Flügeln haben vor solchen mit verstellbaren Flügeln den Vorteil, daß sie sich mit geringeren Herstellungskosten stabiler bauen lassen, während Räder mit verstellbaren Flügeln besser in ihrer Drehzahl regelbar sind und auch bei entsprechender Einstellung der Flügel ein größeres Anlaufmoment aufbringen können.Wheels with fixed wings have before those with adjustable wings Wings have the advantage that they can be built more stable with lower manufacturing costs let, while wheels with adjustable blades can be controlled better in their speed are and also with a corresponding setting of the wings a greater starting torque can raise.

Nachteile dieser Bauart bestehen besonders darin, daß die Lagerung sehr langer verstellbarer Flügel in der Windradnabe sehr gut und kräftig sein muß und infolgedessen sehr teuer wird. Ebenso ist es mit den Steuerorganen; denn die Verstellung der langen Flügel und das Halten derselben in bestimmter Stellung erfordert besonders bei starkem Wind sehr große Kräfte.Disadvantages of this type are in particular that the storage very long adjustable wing in the wind turbine hub must be very good and strong and as a result becomes very expensive. It is the same with the control organs; because the Requires adjustment of the long wings and keeping them in a certain position very large forces, especially in strong winds.

Durch die Erfindung soll ein Windrad geschaffen werden, welches die Vorteile der feststehenden; mit denjenigen der verstellbaren Flügel verbindet.The invention aims to create a wind turbine which the Advantages of the fixed; connects with those of the adjustable wings.

Die Lösung besteht darin, daß die Flügel in Richtung ihrer Längsachse aus zwei aufeinanderfolgenden Teilen bestehen, deren innerer Teil feststehend und deren äußerer Teil um seine Längsachse verstellbar ausgebildet ist. Durch entsprechende Verstellung sollen die äußeren Teile bei starkem Wind entweder weniger oder gar nicht mitarbeiten oder ein Gegendrehmoment abgeben und dadurch die Drehzahl regulieren und begrenzen. Außerdem können die äußeren Teile so verstellt werden, daß das schnelläufige Windrad ein größeres Anlaufdrehmoment bekommt, und schließlich können sie auch so gestellt werden, daß das gegen den Wind gerichtete Rad in abgestelltem Zustand stillstehen bleibt.The solution is that the wings in the direction of their longitudinal axis consist of two consecutive parts, the inner part of which is fixed and the outer part of which is designed to be adjustable about its longitudinal axis. Through appropriate The outer parts should be adjusted either less or at all in strong winds do not cooperate or deliver a counter-torque and thereby regulate the speed and limit. In addition, the outer parts can be adjusted so that the fast-moving Wind turbine one gets bigger starting torque, and eventually you can they are also placed in such a way that the wheel facing the wind is in the parked position State remains still.

Da die Kräfte, welche an den äußeren verstellbaren Flügelteilen angreifen, nur verhältnismäßig gering sind, kann ihre Lagerung einfach und leicht ausgeführt werden. Aus demselben Grunde sind auch die Verstellkräfte nur gering, so daß sie durch kleinere Steuerorgane aufgebracht werden können.Since the forces acting on the outer adjustable wing parts, are only relatively small, their storage can be carried out simply and easily will. For the same reason, the adjustment forces are only small, so that they can be applied by smaller control organs.

Die Zeichnung zeigt in Fig. i das Windrad gemäß der Erfindung von vorn in Windrichtung gesehen. Mit i sind die inneren, größeren feststehenden Teile der Flügel bezeichnet und mit 2 die äußeren verstellbaren Flügelteile. Sie sind in der Stellung gezeichnet, in der sie gemäß Fig.3 die feststehenden Flügelteile i ohne gegenseitige Verdrehung fortsetzen.The drawing shows in Fig. I the wind turbine according to the invention of seen forward in the direction of the wind. With i are the inner, larger fixed parts the wing and with 2 the outer adjustable wing parts. they are drawn in the position in which they, according to Figure 3, the fixed wing parts i continue without twisting each other.

Die Flügelteile i sind mit rohrförmigen Holmen d starr an der Nabe 3 befestigt. Um noch größere Festigkeit zu erreichen, können diese Holme durch Streben 5 miteinander verbunden werden. Die verstellbaren Flügelteile 2 haben besondere Holme, welche durch die rohrförmigen Holme q. bis in die Nabe 3 hineingehen und sich darin drehen können. Die Vorrichtung zur Verstellung der äußeren. Flügelteile 2 kann zum Teil in der Nabe 3 sitzen und hier an den Holmen der Flügelteile 2 angreifen.The wing parts i are rigid with tubular spars d on the hub 3 attached. In order to achieve even greater strength, these spars can be braced 5 are connected to each other. The adjustable wing parts 2 have special Spars, which through the tubular spars q. go into the hub 3 and can turn in it. The device for adjusting the outer. Wing parts 2 can partially sit in the hub 3 and attack the spars of the wing parts 2 here.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen in größerem Maßstab als in Fig. i die verschiedenen Stellungen der beiden Flügelteile zueinander, wie sie im Schnitt A-A sichtbar sein würden. Die schraffierten Profile sind diejenigen des feststehenden Flügelteiles, während die mit Strich umrandeten die in Fig. i in der angedeuteten Richtung gesehenen Profile des verstellbaren Flügelteiles zeigen. Durch die Pfeile W ist die Windrichtung und Windgeschwindigkeit, durch die Pfeile L' die Umlaufrichtung und Umlaufgeschwindigkeit angedeutet. Die für Erreichung des besten Wirkungsgrades erforderliche Verwindung der Flügel ist in der Zeichnung nicht dargestellt.FIGS. 2 to 5 show, on a larger scale than in FIG Positions of the two wing parts to one another, as can be seen in section A-A would. The hatched profiles are those of the fixed wing part, while those outlined with a line are those seen in the direction indicated in FIG Show profiles of the adjustable wing part. The arrows W indicate the wind direction and wind speed, the direction and speed of rotation by the arrows L ' indicated. The twist required to achieve the best efficiency the wing is not shown in the drawing.

Fig. 2 zeigt die Anlaufstellung, bei welcher der verstellbare Flügelteil 2 in einem nur geringen Winkel zur Windrichtung steht. In dieser Stellung erzeugt der Wind am äußeren Flügelteil e eine größere Kraft als am inneren Teil in Umlaufrichtung. Diese Kraft wird am größtmöglichen Hebelarm ausgeübt. Deshalb entsteht ein großes Anlaufdrehmoment.Fig. 2 shows the starting position in which the adjustable wing part 2 is only at a small angle to the wind direction. Generated in this position the wind on the outer wing part e has a greater force than on the inner part in the direction of rotation. This force is exerted on the largest possible lever arm. That's why a big one is created Starting torque.

Fig. 3 zeigt die Betriebsstellung bei allen mittleren. gut ausnutzbaren Windgeschwindigkeiten. Dabei ist das Profil des verstellbaren Flügelteiles 2 vollkommen durch das Profil i verdeckt. Das Windrad läuft also mit einer Geschwindigkeit, weiche in einem bestimmten Verhältnis zur Windgeschwindigkeit steht, bei ungleichmäßiger Windgeschwindigkeit also mit ungleichmäßiger Umlaufgeschwindigkeit. Das braucht kein Nachteil zu sein, sondern kann zur optimalen Ausnutzung der Windkraft führen, wenn nur die angetriebene Maschine mit ihrem Kraftbedarf und ihrer Charakteristik der wechselnden Leistung des Windrades angepaßt ist. Fig. 4. zeigt, wie das Profil des verstellbaren Flügelteiles 2 durch Einwirkung eines Fliehkraftreglers bei starkem Wind in eine Bremsstellung übergegangen ist. Zwischen dieser Stellung und derjenigen, die in Fig. 3 dargestellt ist, können noch eine Reihe weiterer Stellungen durch den Fliehkraftregler eingestellt werden, so daß bei stärker werdendem Wind zuerst nur die Windkraftkomponente in Umlaufrichtung auf diesem Flügelblatt 2 geringer wird und danach erst die Bremsung in der Luft eintritt.Fig. 3 shows the operating position for all middle. well exploitable Wind speeds. The profile of the adjustable wing part 2 is complete covered by the profile i. So the wind turbine runs at a soft speed is in a certain relationship to the wind speed, if the wind speed is uneven Wind speed with an uneven speed of rotation. That needs not being a disadvantage, but can lead to the optimal use of wind power, if only the driven machine with its power requirement and its characteristics is adapted to the changing power of the wind turbine. Fig. 4. shows how the profile of the adjustable wing part 2 by the action of a centrifugal governor at strong Wind has passed into a braking position. Between this position and the one which is shown in Fig. 3, can still through a number of other positions the centrifugal governor can be adjusted so that when the wind gets stronger first only the wind power component in the direction of rotation on this blade 2 is less and only then does braking occur in the air.

Bei entsprechender Bauart der Steuerorgane und Einstellung des Fliehkraftreglers ist es z. B. möglich, bei Winden über 8 m/Sek. eine nur noch wenig ansteigende, fast gleichmäßige Umlaufgeschwindigkeit des Windrades zu erzielen.With the appropriate design of the control elements and the setting of the centrifugal governor is it z. B. possible with winds over 8 m / sec. one that only rises slightly, to achieve almost constant speed of rotation of the wind turbine.

Fig.5 zeigt eine noch stärkere Verstellung des äußeren Flügelteiles, welche durch Betätigung der Abstellvorrichtung entstanden ist. Die beiden Flügelteile i und 2 werden so zueinander eingestellt, daß das Drehmoment, welches in der Umlaufrichtung U auf den feststehenden Flügelteil i vom Winde bei stillstehendem Windrad erzeugt wird, genau so groß ist wie dasjenige, welches auf den äußeren Flügelteil 2 vom Wind ausgeübt wird. Die Drehmomente sollen sich in dieser Stellung gegenseitig aufheben, so daß das Windrad bei jeder Windgeschwindigkeit praktisch stillsteht. Damit es aber tatsächlich vollkommen stillsteht, kann evtl. gleichzeitig mit der Betätigung der Abstellvorrichtung eine Reibungsbremse an der Nabe 3 oder sonst an passender Stelle eingelegt werden:.Fig. 5 shows an even greater adjustment of the outer wing part, which was created by actuating the parking device. The two wing parts i and 2 are set to each other so that the torque, which in the direction of rotation U generated on the fixed wing part i by the wind when the wind turbine is at a standstill is exactly as large as that which is on the outer wing part 2 from Wind is exerted. The torques should cancel each other out in this position, so that the wind turbine practically comes to a standstill at any wind speed. So that but actually comes to a standstill, can possibly be done simultaneously with the actuation the parking device a friction brake on the hub 3 or otherwise on a suitable one Place to be inserted :.

Die Organe der selbsttätigen Steuerung sowie der Abstellvorrichtung sind nicht dargestellt. Sie können ähnlich ausgeführt werden, wie sie für verstellbare Flügel bereits bekannt sind.The organs of the automatic control as well as the parking device are not shown. They can be designed similarly to those for adjustable ones Wings are already known.

Claims

PATENT CLAIMS: i. High-speed wind turbine, characterized in that that the blades in the direction of their longitudinal axis consist of two consecutive There are parts whose inner part (i) is fixed and whose outer part (2) is around its longitudinal axis is adjustable.

2. High-speed wind turbine according to claim i, characterized in that the regulation and limitation of the speed by adjustment the outer wing parts (2) is reached.

3. High-speed wind turbine according to the claims i and 2, characterized in that the wing parts at medium wind speeds (i and 2) are adjusted to each other so that the outer adjustable wing part (2) forms the continuation of the inner fixed part (i), the wing as a whole in order to achieve optimal performance at the assumed wind speed has the best setting and torsion (Fig. i and 3). ¢.

High-speed wind turbine according to claims i and 2, characterized in that the outer wing parts (2) before reaching a certain speed a1> by action of a centrifugal governor can be set so that the wind pressure component in the direction of rotation on this wing part is less.

5. High-speed wind turbine according to the claims z and 2, characterized in that the outer wing parts (2) when exceeded a certain speed can be set so that it corresponds to the torque of the inner wing parts deliver counteracting torque (Fig. 4.).

6. Fast moving Wind turbine according to claim 5, characterized in that the torques which the fixed wing parts (z) and the outer adjustable wing parts (2) exerted by the wind, balancing each other out, so that the Wind turbine enters (Fig. 5).

7. High-speed wind turbine according to claims r and 2, characterized in that the outer wing parts (2) in such a position can be rotated so that a greater starting torque can be generated by the wind (Fig. 2). B. high-speed wind turbine according to claim 6, characterized in that In addition, a brake is applied in a manner known per se, which the Holds the wind turbine completely. Attached publications: German patent specification 726458,