DK169688B1 - Vind- eller vandturbine - Google Patents

Description

i DK 169688 B1

Den foreliggende opfindelse angår en vind- eller 'vandturbine bestående af - en ramme - en i den nævnte ramme monteret rotor, som har en 5 rotoraksel og vinger, som hver afgrænser et hovedvinge- plan, som indbefatter rotorakslen, idet hver af de nævnte vinger omfatter - en holder, som er fastgjort til rotorakslen - i det mindste et blad, der kan dreje sig i forhold til 10 holderen omkring en hængselakse, der er beliggende parallelt med rotorakslen og - for det nævnte blad en stopindretning, der er fastgjort til holderen og er beliggende hovedsagelig i hovedvingeplanet, og 15 - et element, der er indrettet til at forbinde rotorakslen med en energiomsætningsenhed, fortrinsvis en generator eller en vekselstrømsgenerator.

Energiomsætteren modtager energi gennem dens rotor fra en mediestrøm og fører denne energi gennem rotor-20 akslen til energiomsætningsenheden bestående af f.eks. en vekselstrømsgenerator eller anden generator.

I kendte energiomsættere af den nævnte type består de nævnte vingeblade af et enkelt blad. Disse kendte energiomsættere kan ikke altid opsamle tilstrækkelig 25 meget kraft til mediestrømmen, specielt er dette til fældet, når strømmen har en begrænset hastighed.

Det norske patent nr. 2923 fra 1892 viser en rotor, hvor hver vinge kun omfatter et enkelt blad bestående af to hængslet forbundne bladdele. Der kan her ikke optræde 30 noget frit mellemrum mellem to blade på en vinge, som føres i retning modsat strømretningen, eftersom hver vinge kun omfatter et enkelt blad. Et blad, som omfatter to bladdele, kan næppe tilnærmelsesvis indtage formen, der giver minimal modstand, når den bevæges i retning 35 mod strømretningen. Desuden er den relative anbringelse DK 169688 B1 2 af bladdelene, når et blad føres i strømretningen, ikke bestemt af stop på en tilstødende bladdel, men kun af egernes form.

Den viste udførelsesform i det norske patent er 5 således et mindre heldigt kompromis mellem på den ene side en god optagelse af energien fra strømningen, og på den anden side mindst mulig modstand, når vingen bevæges imod strømningsretningen.

Schweizisk patentskrift nr. 84132 viser en rotor, 10 der omfatter et antal vinger.

Hver vinge består af et enkelt blad, som igen består af et antal hængslet indbyrdes forbundne bladdele, men det enkelte blad i hver vinge er direkte forbundet med den centralt anbragte tromle, og det kan ikke 15 udledes af dette skrift, hverken direkte eller indirekte, at hvert blads forbindelse med tromlen skulle være anbragt i afstand fra tromlen.

Der er intet frit mellemrum mellem to blade, når de bevæges modsat strømningsretningen, og der kræves ret 20 komplicerede foranstaltninger for at få vingerne bragt ud i deres stilling. Bladene i det schweiziske patent indtager deres arbejdsstilling ved en svingbevægelse i radialt udadgående retning, hvilket forøger bladenes modstand imod strømretningen.

25 Opfindelsen har til formål at frembringe en energi omsætter af den omtalte art, som opsamler tilstrækkelig megen kraft fra mediestrømmen, uanset at strømmen har en begrænset hastighed.

Opfindelsen har endvidere til formål at frembringe 30 en energiomsætter af den nævnte art, hvori forholdet imellem den energi, der transporteres til omsætningsmekanismen, og den energi, som er til rådighed i mediestrømmen, er større end i kendte energiomsættere.

Til opnåelse af dette består det nævnte blad i hver 35 vinge af mindst tre bladdele, der er hængslet til hinanden omkring sekundære akser som er parallelle med DK 169688 B1 3 rotorakslen, og at der findes midler, der, når de nævnte bladdele ligger i forlængelse af hinanden, og bladene er i indgreb med stopindretningerne, umuliggør den fortsatte gensidige hængslingsbevægelse for bladdelene i den 5 retning, der bringer aksen, omkring hvilken bladene er hængslet i forhold til hinanden, forbi det plan der bestemmes af en stopindretning og hængselaksen for bladet i forhold til holderen.

Skønt andre arrangementer ikke udelukkes, er ener-10 giomsætteren ifølge opfindelsen dog fortrinsvis indrettet således, at dens rotor er placeret fuldstændigt under vand med dens rotoraksel i det mindste hovedsagelig vandret og i en ret vinkel med strømningsretningen, og bladene beliggende ovenover rotorakslen af strømmen 15 presset mod disses stopindretninger.

I en foretrukket udførelse af opfindelsen som omtalt i krav 2 og 3 omfatter midlerne i det mindste en stopindretning på et blad, som et nærliggende blad støder til.

20 Bladene er fortrinsvis også forsynet med midler, som anført i krav 4,5,6 og 7, der begrænser den gensidige hængselbevægelse for disse under bevægelse mod strømmen, hvilket forøger energiomsætterens effektivitet grundet lavere hydraulisk modstand.

25 I en anden udførelse af opfindelsen omfatter hver vinge en flerhed af blade, som hver er hængslet til en holder, og som omfatter mindst tre bladdele.

Virkningsgraden i energiomsætteren ifølge opfindelsen påvirkes på fordelagtig måde, når hovedvinge-30 planerne for det mindste i et antal nær hinanden, forskelligt aksialt anbragte vinger danner en vinkel som anført i krav 8.

Af hensyn til virkningsgraden samt en kontinuerlig drift er vingerne fortrinsvis arrangerede som par, i 55 hvilke begge vinger har samme aksiale position og et fælles hovedvingeplan, men er beliggende på forskellige DK 169688 B1 4

Hensigtsmæssigt bærer rotorakslen da to symmetrisk anbragte rækker af vingepar, og hver række indbefatter n vingepar, af hvilke hosliggende par danner vinkler på 180°, som anført i krav 10.

n 5 Ved at placere elementet som forbinder rotorakslen med energiomsætningsenheden som anført i krav 12 opnåes at det interne drejningsmoment på rotorakslen nedsættes. Rotorakslen kan således udføres i et mindre stærkt materiale.

10 Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 skematisk viser et sidebillede af en energiomsætter ifølge opfindelsen, fig. 2 et skematisk frontbillede af den i fig. 1 15 viste energiomsætter, fig. 3 i mindre målestoksforhold og med flere enkeltheder en del af fig. 2, og fig. 4 et tværsnit langs linien IV-IV i fig. 3. Energiomsætteren, der vises i figurerne, består 20 hovedsagelig af en ramme 1, en deri monteret rotor, som har en aksel 2 og to rækker vinger 3, og et gearhjul 4, der er fastgjort imellem vingerækkerne 3 på akslen 2, og som er en del af en forbindelse imellem den nævnte aksel 2 og en energiomsætningsenhed. Den nævnte forbindelse er 25 i og for sig kendt og er eksempelvis en tandhjulsforbindelse. Af hensyn til overskuelighed er alene udvekslingshjulet 4 fra forbindelsen vist.

Energiomsætningsenheden er ligeledes i og for sig kendt. Denne enhed er fortrinsvis en mekanisme, som 30 omsætter drejningsbevægelser til elektrisk energi, f.eks. en vekselstrømsgenerator eller en anden generator. Af hensyn til overskuelighed er denne enhed heller ikke vist.

Omsætteren, som vises i figurerne, er placeret 33 fuldstændig under vand i en vandstrøm, Akslen 2, som understøttes i rammen 1, er anbragt på tværs af strøm- DK 169688 B1 5 ningsretningen i vandet. Arrangementet er fortrinsvis indrettet således, at akslen 2 er vandret. Et sådant arrangement er vist i figurerne. Akslen kan imidlertid også være anbragt lodret og kan endvidere danne en 5 vinkel med det horisontale plan.

Hver vingerække har otte vinger 3, som er anbragt parvis diamentralt overfor hinanden, hvorved de danner fire par, der ligger fuldstændigt op til hinanden i akslens aksialretning. De to vinger 3 i et og samme par 10 har således samme aksielle position og et fælles hoved-vingeplan, men er beliggende på forskellige sider af rotorakslen 2. De fire par er, betragtet fra det yderste par imod det inderste par, hver forskudt 180° eller 45° i forhold til hinanden i rotorens omdrejningsretning, 15 hvilken retning er vist i figurerne 1 og 4 med en pil 5.

De to rækker er placeret symmetrisk i forhold til hinanden med hensyn til udvekslingshjulet 4. Når hver række omfatter fire vingepar, bærer rotorakslen totalt seksten vinger 3.

20 Hver vinge 3 har to eger 6, som strækker sig hoved sageligt radialt ud fra rotorakslen 2, og som er beliggende i en afstand fra hinanden i aksialretningen. De to eger 6 afgrænser således et hovedvingeplan. De ender, som er modstående rotorakslen 2, på begge eger 6, er 25 imidlertid bukket om en vinkel på ca. 45° i bagudrettet retning i forhold til rotorakslens 2 rotationsretning.

De nævnte ender danner herved hver en med den øvrige del af egerne 6.

Egerne 6 er indbyrdes forbundne ved hjælp af en 30 forbindelsstang 7. Denne forbindelsesstang 7 danner sammen med begge egerne 6 en holder for tre blade 8.

Hver af de nævnte blade 8 er langs de af deres sider, som er længst væk fra akslen 2, hængslet til egerne 6 ved hjælp af to stifter 9, der understøttes af 35 de to eger 6. De to stifter 9 danner en hængselakse, omkring hvilken bladet 8 kan dreje sig i forhold til DK 169688 B1 6 egerne 6. Disse hængselakser er parallelle med rotorakslen 2.

For hvert blad 8 er der til egerne 6 fastgjort en understøtning 10. Denne understøtning 10 er beliggende 5 parallelt med rotorakslen 2 og foran bladet 8 i den med pilen 5 viste omdrejningsretning for rotorakslen 2 samt lige overfor den kant af bladet 8, som vender mod rotorakslen 2, når bladet 8 er beliggende i hovedvingeplanet.

I dets arbejdsposition ligger bladet 8 fortrinsvis 10 an mod understøtningen 10 i hovedvingeplanet, hvilken understøtning danner en stopindretning for bladet og er beliggende tilnærmelsesvis i hovedvingeplanet. Bladene 8 kan ikke svinge forbi egerne 6 , som udgør disses bærere, da dette er forhindret med stopindretningerne 10. I 15 den modsatte retning, dvs. bort fra stoppene 10, kan bladene imidlertid svinge frit omkring stifterne 9, dvs. bagefter egerne 6, som er stift ført frem ved hjælp af rotorakslen 2. I fig. 1 er bladene 8 på de vinger 3, som er beliggende ovenover rotorakslen 2, vist i hovedvinge-20 planet, og bladene 8 på de andre vinger vist i en position, hvor de er bagefter deres holdere.

Det skal bemærkes, at når et blad 8 kommer bagefter en holder 6, som bærer samme blad, vil dette blad svinge omkring dets hængselakse 9 i en retning, som vist med 25 pilen 5, dvs. i den retning, som rotorakslen drejer.

Bladet 8 længst væk fra rotorakslen på hver vinge 3 kan kun svinge ca. 120° bagefter dets holder 6, da en yderligere relativ bevægelse af det nævnte blad 8 i forhold til egerne 6 i denne føringsretning er 30 forhindret på grund af forbindelsesstangen 7, som udgør en anden stopindretning for bladet.

Hvert blad 8 omfatter tre bladdele 11, som er hængslet til hinanden. Den yderste bladdel 11 er ved hjælp af stifter 9 fastgjort drejeligt til egerne 6. Den 35 mellemste bladdel 11 er ved sin yderste kant forsynet med to stifter 12, som understøttes i fremspring 13 på DK 169688 B1 7 den yderste bladdel 11, mens den inderste bladdel 11 ved sin yderste kant er forsynet med to stifter 12, som er understøttet i fremspring 13 på den mellemste bladdel 11.

5 Stifterne 12 i bladdelene 11, der er placeret så ledes, at de geometriske akser er bestemt ved selve stifterne, hvorom bladene 11 drejer sig i forhold til hinanden, er parallelle med rotorakslen.

Den relative drejning af de tre bladdele 11 i hvert 10 blad 8 er imidlertid begrænset, dels på grund af stopindretninger 14 og dels på grund af stopindretninger 15.

Stopindretningerne 14 og 15 er fastgjort til den mellemste bladdel 11 på henholdsvis bag- og forsiden af bladdelen i forhold til rotorakslens 2 omdrejningsret-15 ning, der er vist med pilen 5.

Som det vil fremgå tydeligst af fig. 3 og fig. 4 er stopindretningerne 14 ender af to lige strimler, som er placeret på tværs af bladenes omdrejningsretning og fastgjort således til den mellemste bladdels 11 bagside, 20 at de rager ud over hver side af bladet.

Det nævnte stop 14 forhindrer, at der opstår krumning bagover af bladet 8 i forhold til rotorakslens omdrejningsretning, der vises med pilen 5, på grund af en relativ drejning af bladdelene 11 i forhold til den 25 position, hvor de nævnte bladdele er beliggende i forlængelse af hinanden.

I den position, der vises i figurerne 3 og 4, er bladdelene 11 placeret i forlængelse af hinanden, da de er beliggende i hovedvingeplanet; bladet 8 støder da på 30 understøtningen 10 med den inderste bladdels kant nærmest rotorakslen 2.

En bøjning af bladet 8 i modsat retning på grund af en relativ svingning af bladdelene 11 deri er mulig i begrænset omfang. Stopindretningerne 15 er dannet af de 35 udover den mellemste bladdels 11 sider ragende ender af to strimler, som er fastgjort til det nævnte mellemste DK 169688 B1 8 blads forside, hvilke ender dog ikke er parallelle med et plan i den mellemste bladdel 11, men er rettet fremefter i en vinkel på ca. 45°.

Af det anførte følger, at den mellemste bladdel vil 5 kunne svinge ca. 45° i forhold til den yderste bladdel 11 i modsat retning af rotorakslens 2 med pilen 5 viste omdrejningsretning, mens den inderste bladdel 11 kan svinge ca. 45° i den samme modsatte retning i forhold til den mellemste bladdel 11.

10 Når vingen 3 er beliggende ovenover rotorakslen 2, på tværs af strømningsretningen i vandet, som vist i figurerne 1 og 4 med en pil 16, vil bladene 11 i hvert blad 8 af denne vinge 3 være beliggende i forlængelse af hinanden imod stopindretningerne 14. Bladene 8 er belig-15 gende i hovedvingeplanet imod stopindretningerne 10.

Når vingen under sin nedadrettede bevægelse nærmer sig den position, hvor den strækker sig langs med strømningsretningen i vandet, er bladene 8 i et vist omfang bagefter rotorakslens drejning og følgelig bagefter 20 egerne. Bladet 8 frigøres som helhed fra stopindretningen 10 og udgør en begrænset svingningsbevægelse omkring dets hængselakse 9 i samme retning som rotorakslen 2. Samtidig hermed frigøres det yderste og det inderste blad 11 i hvert blad 8 fra stopindretningerne 25 14 på det mellemste blad, og bladdelene 11 drejer sig i forhold til hinanden indtil det yderste og det inderste blad rører stopindretningerne 15 på det mellemste blad.

Som det vil ses ud fra den højre del af fig. 1 er bladene 8 i niveauet med rotorakslen fortsat i det 30 mindste tilnærmelsesvis rettet i modsat retning af strømningsretningen 16 i vandet, men de forbliver som helhed bagefter hovedvingeplanet.

Når vingen er kommet nedenunder rotorakslens niveau, udfører bladene 8 en yderligere svingningsbevæg-35 else omkring akserne 9 stadigvæk i omdrejningsretningen som vist med pilen 5, indtil de er fuldstændig fladt DK 169688 B1 9 udstrakte i strømningsretningen for vandet som vist med pilen 16. Den inderste og den yderste bladdel 11 svinger nu i forhold til den mellemste bladdel, således at de frigøres fra stopindretningerne 15 og går i anlæg mod 5 stopindretningerne 14, og de tre blade 11 i et og samme blad 3 bliver herved udstrakt i forlængelse af hinanden.

På et tidspunkt vil bladene 8 i forhold til hovedplanet i vingen være beliggende i en vinkel, som er noget større end 90°. Den udadrettede drejning af det 10 yderst beliggende blad 8 er beregnet til en vinkel på ca. 135° i forhold til hovedvingeplanet ved hjælp af forbindelsesstangen 7, som udgør en stopindretning.

Når vingen 3 bevæger sig yderligere i den modsatte retning af vandets strømningsretning, som vises med 15 pilen 16, og derefter atter bevæger sig opad, forbliver bladene 8 i forhold til rotorakslens omdrejningsretning bagved hovedvingeplanet.

Så snart som vingen 3 igen er ovenover akslen 2, vil afvigelsen imellem bladene 8 og hovedvingeplanet på 20 grund af vandets tryk blive udlignet, og bladdelene 11 vil i forlængelse af hinanden blive presset imod stopindretningerne 14.

Den ovenfor beskrevne energiomsætter har en meget høj virkningsgrad.

25 Den beskrevne udførelse kan i flere henseender ændres, især med hensyn til udformning, opbygning, sammensætning og antallet af komponenter, som indeholdes i opfindelsen.

Især behøver antallet af vinger ikke nødvendigvis 30 at være seksten. Der behøver heller ikke nødvendigvis at være flere vingerækker. En række er nok.

Forbindelsen imellem rotorakslen og energiomsætningsmekanismen behøver ikke nødvendigvis at indbefatte et gearhjul på akslen. Det element, som er fastgjort til 35 akslen, er afhængig af den benyttede forbindelse og kan navnlig også være et kædehjul eller en remskive.

DK 169688 B1 10

Stopindretningerne for bladene behøver ikke nødvendigvis at være udformede som særskilte dele, som er fastgjort til holderen. Med undtagelse af det inderste blad kan stopindretningerne dannes af den yderste kant 5 på et tilstødende længere ind mod midten beliggende blad, i hvilket tilfælde de nævnte blade overlapper hinanden i en vis udstrækning, når de er beliggende i hovedvingeplanet.

10

Claims (12)

1. Vind- eller vandturbiné, bestående af en ramme (1), en, rotor, der er monteret i den nævnte ramme, og som omfatter en rotoraksel (2), og vinger (3), der hver afgrænser et hovedvingeplan, som indbefatter rotorakslen 5 (2), idet hver af de nævnte vinger består af en holder (6), som er fastgjort til rotorakslen (2), i det mindste to blade (8), som er hængslet i forhold til holderen (6) omkring en hængselakse (9), der er beliggende parallelt med rotorakslen (2), og en stop indretning (10) for hver 10 af de nævnte blade (8), som er fastgjort til holderen (6), og er beliggende hovedsagelig i hovedvingeplanet, og et maskinelement (4), som kan forbinde rotorakslen (2) med en energiomsætningsenhed, kendetegn-e t ved, at i hver af de nævnte blade (8) i hver vinge 15 (3) omfatter i det mindste tre bladdele (11), som er hængslet i forhold til hinanden omkring sekundære akser (12), som er parallelle med rotorakslen (2), og at der findes midler (14), der, når de nævnte bladdele 11 ligger i forlængelse af hinanden og bladene (8) er i ind-20 greb med stopindretningerne (10), umuliggør den fortsatte gensidige hængslingsbevægelse for bladdelene (11) i den retning, som bringer aksen (12), omkring hvilken bladene i forhold til hinanden, forbi et plan, der bestemmes af en stopindretning (10) og hængselaksen (9) 25 for bladet (8) i forhold til holderen (6).

2. Energiomsætter ifølge krav 1, kendetegnet ved, at midlerne omfatter i det mindste en stopindretning (14) på en bladdel (11), som den hosliggende bladdel (11) støder til.

3. Energiomsætter ifølge krav 2, kendeteg net ved, at den mellemste bladdel bærer i det mindste en stopindretning (14) for hver af de hosliggende bladdele. DK 169688 B1 12

4. Energiomsætter ifølge kravene 1-3 kendetegnet ved, at bladdelene (11) er forsynet med midler (15), der begrænser deres gensidige hængslings-bevægelse i modsat retning af den ovenfor definerede 5 retning.

5. Energiomsætter ifølge krav 4, kendetegnet ved, at midlerne (15), som begrænser den gensidige hængslingsbevægelse for bladdelene (11) i den nævnte modsatte retning, omfatter i det mindste en stop- 10 indretning (15) på en bladdel (11), som er i indgreb med den hosliggende bladdel (11).

6. Energiomsætter ifølge krav 1 og 5, kendetegnet ved, at den mellemste bladdel bærer i det mindste en stopindretning (15) for hver af de hoslig- 15 gende bladdele.

7. Energiomsætter ifølge kravene 4 eller 6, kendetegnet ved, at midlerne (15), som begrænser den gensidige hængslingsbevægelse for bladdelene (11) i den nævnte modsatte retning, tillader en hængslings- 20 bevægelse imellem den position, i hvilken bladdelene (11) strækker sig i fortsættelse af hinanden, og en position i hvilken bladdelene indbyrdes danner en vinkel på 135°.

8. Energiomsætter ifølge kravene 1-7, kende- 25 tegnet ved, at hovedvingeplaner i et antal i det mindste af hosliggende forskelligt aksialt anbragte vinger (3) danner en vinkel.

9. Energiomsætter ifølge krav 8, kendetegnet ved, at vingerne (3) er anbragt parvis, i hvilke 30 par begge vinger har en og samme aksiale position og et fælles hovedvingeplan, men er beliggende på forskellige sider af rotorakslen (2).

10. Energiomsætter ifølge krav 9, kendetegnet ved, at rotorakslen (2) bærer i det mindste en 33 række af n vingepar (3), af hvilke hosliggende vingepar danner vinkler på 180°/n. DK 169688 B1 13

11. Energiomsætter ifølge krav 10, kendetegnet ved, at rotorakslen (2) bærer to symmetrisk placerede rækker af vingepar (3).

12. Energiomsætter ifølge krav 11, kende- 5 tegnet ved, at elementet (4), som er indrettet til at forbinde rotorakslen (2) med en energiomsætningsenhed, er beliggende på rotorakslen (2) imellem begge rækker vingepar. ' 10