EP2681448A1 - System for using wind power - Google Patents

System for using wind power

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EP2681448A1
EP2681448A1 EP12712901.3A EP12712901A EP2681448A1 EP 2681448 A1 EP2681448 A1 EP 2681448A1 EP 12712901 A EP12712901 A EP 12712901A EP 2681448 A1 EP2681448 A1 EP 2681448A1
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EP
European Patent Office
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rotor
wind power
rotor blades
rotation
wind
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12712901.3A
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Inventor
Rainer Samson
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Original Assignee
Individual
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    • F03D3/06—Rotors
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    • F03D3/005—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  the axis being vertical
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a system for using wind power with at least one rotor, wherein the rotor has a rotor shaft with vertically arranged axis of rotation and are arranged on the rotor shaft, in the direction of rotation of each offset by the same angle to each other rotor blades.
  • Wind turbines with a vertically arranged axis of rotation generally have a lower efficiency than those with a horizontal axis of rotation of the rotor lying in the wind direction, which has hitherto hindered an economical operation. This is especially the case when the rotors are designed as resistance runners.
  • the low efficiency is often due to the fact that the wind always impinges on the rotating with and also on the opposite direction of the wind rotor blades and flows only insufficiently against the counter-rotating rotor blades. Attempts are therefore being made, inter alia, to appropriately redirect or divert the air flow with housings arranged in part around the rotors, but there is the disadvantage that the wind can only be caught from one direction.
  • both wind turbines with horizontally arranged axis of rotation and wind turbines with vertically arranged axis of rotation after their erection are usually not expandable. Adjustments to an example changed performance profile are not possible without replacing essential parts, which usually requires disassembly of the entire wind turbine.
  • the object of the invention is to provide a system for the use of wind power, which is flexible and expandable and has a higher efficiency compared to previous resistance rotors with a vertical axis of rotation.
  • Rotor shafts can be connected to one another in a force-fitting manner so that two or more wind power modules can be attached to a common generator. Depending on the number of wind power modules and the total torque generated, then the required power of the generator can be set.
  • the frame racks in which the rotors are housed give a system composed of several wind power modules the necessary stability and stability.
  • the frame racks of the wind power modules advantageously have mounting means, via which the wind power modules can be connected to form a system and assembled in a modular manner. Due to the fact that individual wind power modules can be combined with one another to form a system, the size of the system for the use of wind power can be flexibly adapted to the power required in each case or the maximum possible power at the location of the system. Subsequent extensions are possible by attaching additional wind power modules and a possibly replaced generator without much effort.
  • Rotorschaufein necessary. These are preferably to be arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor at an angle of 120 °, whereby particularly compact dimensions of a wind power module can be achieved.
  • the space available around the circumference of the rotor shaft is thus optimally utilized.
  • a total of more than three rotor blades can be provided, which can then be arranged at smaller angular distances from one another.
  • six rotor blades are arranged in at least two planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor, wherein the angular distance of the rotor blades to each other in one plane is 120 ° and the rotor blades offset a first plane to a second plane at a total of two planes in a wind power module by 60 ° to each other are.
  • Another advantage of many rotor blades is that possibly occurring imbalances are reduced during operation of the device and thus acting on the rotor, direction-dependent changing loads are avoided. At the same time it is achieved that a torque generated by the rotation of the rotor is less subject to fluctuations.
  • the rotor blades are arranged radially spaced from the rotor shaft, wherein in each case at least one wind passage is formed between the rotor blades and the rotor shaft.
  • the surface areas of the wind outlets can be only one-seventh to one-eighth of the surface area of the rotor blades.
  • the wind passages formed between the rotor blades and the rotor shaft are advantageously limited in each case by a support arm.
  • These support arms are advantageously connected to the rotor shaft and form a support frame for the rotor blades, wherein the rotor blades between the support arms in the support frame are held.
  • the surface areas of the wind outlets are thus as large as possible.
  • air turbulence due to struts of the support frame are avoided.
  • the held on the respective support frame rotor blade is optimally fixed at the same time, with a simple design and lightweight support frame is created.
  • a strongly direction-dependent changing load of the rotor or individual support arms can be effectively counteracted that all arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor support arms are formed as a one-piece component.
  • the rotor blades and / or support arms can also be made heatable.
  • the rotor blades are formed as wells with in the direction of rotation of the axis of rotation arched outward blade back.
  • the trough is semi-cylindrically shaped, with the rotor blades, with the surface portions parallel to each other, attached to the support arms of the support frame. The wind presses during operation of the system in the open to the wind wells of the rotor blades.
  • the air flowing into the troughs is "captured” and builds up in this pressure, which is converted into a rotary motion of the rotor, and the wind is deflected around the blades of the rotor blades that are curved in the opposite direction to the wind Depressions acting on the curved, outer blade backs of the rotor blades back pressure.
  • the rotor blades may also have the shape of pyramids with convex curved blade back surfaces, wherein the base of the pyramids is formed as an open recess or has a trough. This shape comes very close to the advantageous flow behavior on a ball, so that the wind incident on the convexly curved outer blade back surfaces can optimally flow away from them.
  • a large inflow, with the most possible wind to create pressure for the propulsion of the rotor is "catchable" created, especially if the base is rectangular.
  • the torque that can be generated with the system can be increased by an optimized wind load distribution on the rotor blades.
  • the rotor blades have an asymmetrical curvature with a wind load center of gravity offset outwardly from its center.
  • the Windlastschwentician depends on the shape of the rotor blades and in a trained well most of the deepest region of the trough. Since the torque increases with the distance to the rotor shaft, the lowest point of the wells of the rotor blades is to be arranged with the greatest possible distance from the rotor shaft. This large distance is achieved with the asymmetric curvature, without increasing the dimensions of the rotor itself.
  • a high stability and stability of a built-up of wind turbine modules is advantageously achieved in that the frame of a wind power module has a cuboid shape with a square base surface, the edges of the base are longer than the edges arranged perpendicular to the frame edges of the frame.
  • the cuboid frame allows a particularly simple way that wind power modules can be arranged both adjacent to each other and side by side.
  • An overall low height of the wind power modules in relation to the width is particularly advantageous in the arrangement of several wind power modules on top of each other, so even with several wind power modules on each other without additional struts and / or Safeguards are ensured the necessary stability.
  • the rotor with the rotor blades on a span which is less than the length of the edges of the square base of the frame.
  • the receptacles for the rotor shaft of a wind power module are advantageously each arranged centrally in two mutually parallel outer surfaces of the wind power module. These outer surfaces are the base surface and a top surface of the wind power module, wherein the base surface and top surface of two mutually superposed wind power modules abut each other. About the two shots in the footprint of one wind power module and the top surface of the other wind power module then a frictional connection of the two rotor shafts is guaranteed.
  • the mutually arranged, a common generator driving wind power modules are thus adaptable in number to the respective generator.
  • the wind power modules can be provided to be brought together mounting plates, which are arranged in particular in the corners of the cuboid frame of a wind power module.
  • the mounting plates are advantageously to be arranged both on the standing and top surface as well as the side of the wind power modules.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a wind power module 1.
  • This wind power module 1 has a cuboid frame 2.
  • the frame 2 consists of mutually perpendicular frame bars 3 along the edges of the frame 2 and of intersecting diagonal struts 4 in two mutually parallel side surfaces of the cuboid frame 2.
  • the side surfaces with the diagonal struts 4 are formed as a base and top surface of the cuboid frame 2 and each have square areas.
  • In the intersections of the diagonal struts 4 are each a receptacle 5 and 5 'are arranged, wherein between the receptacles 5, 5' a rotor shaft 6 is mounted with a vertically arranged axis of rotation.
  • This rotor shaft 6 is on the receptacles 5, 5 'with the rotor shafts 6 further
  • Wind power modules 1 positively connected, wherein in each case a receptacle 5 and a receptacle 5 'are coupled together.
  • Rotor blades 7 are arranged on the rotor shaft 6 in two planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor shaft 6, each of the planes having three rotor blades 7 arranged offset by 120 ° from each other.
  • the rotor blades 7 are each held on a support frame of an upper support arm 8 and a lower support arm 9 on the rotor shaft 6, wherein each 6 support arms 8 and 6 support arms 9 are arranged perpendicular to the rotor shaft 6.
  • the rotor blades 7 are formed as asymmetrical troughs in the direction of rotation of the rotor shaft 6 outwardly curved blade back.
  • Each of the rotor blades 7 also has two opposing, arranged at an angle of approximately 20 ° to each other arranged surface segments, which bound the blade back to curved sections and to each of which the support arms 8, 9 are attached. Together with the blade back is thus formed between this and the two surface segments a Windanström simulation the rotor blades, wherein the surface segments are arranged towards the blade back towards each other.
  • a wind passage 10 is formed which is also bounded by the respective support arms 8, 9.
  • mounting plates 11 are respectively provided at corners of the standing surface with the receptacle 5 and the cover surface with the receptacle 5 'of a wind power module 1 arranged, which are connectable to the mounting plates 11 of a further wind power module 1.
  • the wind impinging on the curvatures of the rotor blades 7 rotating counter to the wind direction is deflected toward the rotor shaft 6 and outwards at the curvature and flows off easily on the side of the rotor shaft 6 via the respective wind passage 10.

Abstract

For a system for using wind power having at least one rotor, wherein the rotor has a rotor shaft having a vertically arranged rotational axis and rotor blades offset from each other by the same angle in the rotational direction of the rotor shaft are arranged on the rotor shaft, each rotor is accommodated in a frame of a wind power module, the rotor shaft is supported in receptacles of the frame in such a way that the rotor shaft can be rotated at both ends of the rotor shaft, and individual rotors of several wind power modules can be coupled to each other in a force-closed manner by means of the receptacles for the rotor shafts. Said system can be used flexibly and has a high efficiency.

Description

Anlage zur Nutzung von Windkraft  Plant for the use of wind power
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Nutzung von Windkraft mit wenigstens einem Rotor, wobei der Rotor eine Rotorweile mit vertikal angeordneter Drehachse aufweist und an der Rotorwelle, in Drehrichtung dieser jeweils um den gleichen Winkel versetzt zueinander Rotorschaufeln angeordnet sind. The invention relates to a system for using wind power with at least one rotor, wherein the rotor has a rotor shaft with vertically arranged axis of rotation and are arranged on the rotor shaft, in the direction of rotation of each offset by the same angle to each other rotor blades.
Windkraftanlagen mit vertikal angeordneter Drehachse weisen gegenüber denen mit in Windrichtung liegender, horizontaler Drehachse des Rotors meist einen niedrigeren Wirkungsgrad auf, welcher einem wirtschaftlichen Betrieb bisher entgegensteht. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Rotoren als Widerstandsläufer ausgebildet sind. Der geringe Wirkungsgrad ist häufig dadurch bedingt, dass der Wind immer auf die mit und auch auf die entgegen der Windrichtung drehenden Rotorschaufeln auftrifft und nur unzureichend an den entgegen drehenden Rotorschaufeln abströmt. Es wird daher unter anderem versucht, die Luftströmung mit teilweise um die Rotoren angeordneten Gehäusen entsprechend um- beziehungsweise abzuleiten, jedoch besteht dabei der Nachteil, dass der Wind nur noch aus einer Richtung eingefangen werden kann. Weiterhin sind sowohl Windkraftanlagen mit horizontal angeordneter Drehachse als auch Windkraftanlagen mit vertikal angeordneter Drehachse nach deren Errichtung zumeist nicht erweiterbar. Anpassungen an ein beispielsweise geändertes Leistungsprofil sind nicht möglich ohne wesentliche Teile auszutauschen, was zumeist eine Demontage der gesamten Windkraftanlage erfordert. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zur Nutzung von Windkraft zu schaffen, die flexibel einsetzbar und erweiterbar ist sowie einen höheren Wirkungsgrad gegenüber bisherigen Widerstandsläufern mit vertikaler Drehachse aufweist. Wind turbines with a vertically arranged axis of rotation generally have a lower efficiency than those with a horizontal axis of rotation of the rotor lying in the wind direction, which has hitherto hindered an economical operation. This is especially the case when the rotors are designed as resistance runners. The low efficiency is often due to the fact that the wind always impinges on the rotating with and also on the opposite direction of the wind rotor blades and flows only insufficiently against the counter-rotating rotor blades. Attempts are therefore being made, inter alia, to appropriately redirect or divert the air flow with housings arranged in part around the rotors, but there is the disadvantage that the wind can only be caught from one direction. Furthermore, both wind turbines with horizontally arranged axis of rotation and wind turbines with vertically arranged axis of rotation after their erection are usually not expandable. Adjustments to an example changed performance profile are not possible without replacing essential parts, which usually requires disassembly of the entire wind turbine. The object of the invention is to provide a system for the use of wind power, which is flexible and expandable and has a higher efficiency compared to previous resistance rotors with a vertical axis of rotation.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Anlage gemäß Schutzanspruch 1. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 angeführt. Bei einer Anlage zur Nutzung von Windkraft mit wenigstens einem Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle mit vertikal angeordneter Drehachse aufweist und an der Rotorwelle, in Drehrichtung dieser jeweils um den gleichen Winkel versetzt zueinander Rotorschaufeln angeordnet sind, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder Rotor in einem Rahmengestell eines Windkraftmoduls aufgenommen ist, dass die Rotorwelle mit ihren beiden Enden drehbar inThe solution of this object is achieved with a system according to protection claim 1. Further developments and advantageous embodiments of the system are given in the dependent claims 2 to 10. In a system for using wind power with at least one rotor, wherein the rotor has a rotor shaft with vertically arranged axis of rotation and on the rotor shaft, in the direction of rotation of each offset by the same angle to each other rotor blades are arranged according to the invention that each rotor in one Framework of a wind power module is added, that the rotor shaft with its two ends rotatable in
Aufnahmen des Rahmengestells gelagert ist, und dass einzelne Rotoren mehrerer Windkraftmodule über die Aufnahmen für die Rotorwellen kraftschlüssig miteinander koppelbar sind. Die Aufnahmen in denen die Rotorwellen gelagert sind und über die zweiRecordings of the frame is mounted, and that individual rotors of a plurality of wind power modules via the receptacles for the rotor shafts are positively coupled with each other. The pictures in which the rotor shafts are stored and about the two
Rotorwellen kraftschlüssig miteinander in Verbindung bringbar sind ermöglichen, dass zwei oder mehr Windkraftmodule an einen gemeinsamen Generator angesetzt werden. In Abhängigkeit von der Anzahl der Windkraftmodule und dem insgesamt erzeugten Drehmoment, kann dann die benötigte Leistung des Generators festgelegt werden. Die Rahmengestelle in denen die Rotoren aufgenommen sind geben einer aus mehreren Windkraftmodulen zusammengesetzten Anlage die nötige Stabilität und Standsicherheit. Dazu weisen die Rahmengestelle der Windkraftmodule vorteilhafterweise Montagemittel auf, über die die Windkraftmodule zu einer Anlage verbindbar und modulartig zusammensetzbar sind. Dadurch, dass einzelne Windkraftmodule miteinander zu einer Anlage kombinierbar sind, ist die Größe der Anlage zur Nutzung von Windkraft an die jeweils benötigte beziehungsweise am Standort der Anlage maximal mögliche Leistung flexibel anpassbar. Nachträgliche Erweiterungen sind durch die Anbringung zusätzlicher Windkraftmodule sowie einen gegebenenfalls auszutauschenden Generator ohne größeren Aufwand möglich. Rotor shafts can be connected to one another in a force-fitting manner so that two or more wind power modules can be attached to a common generator. Depending on the number of wind power modules and the total torque generated, then the required power of the generator can be set. The frame racks in which the rotors are housed give a system composed of several wind power modules the necessary stability and stability. For this purpose, the frame racks of the wind power modules advantageously have mounting means, via which the wind power modules can be connected to form a system and assembled in a modular manner. Due to the fact that individual wind power modules can be combined with one another to form a system, the size of the system for the use of wind power can be flexibly adapted to the power required in each case or the maximum possible power at the location of the system. Subsequent extensions are possible by attaching additional wind power modules and a possibly replaced generator without much effort.
Um einen Betrieb der Anlage unabhängig von der Anströmrichtung des Windes zu gewährleisten sind mindestens drei Rotorschaufein nötig. Diese sind vorzugsweise in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse des Rotors unter einem Winkel von 120° anzuordnen, wodurch besonders kompakte Abmessungen eines Windkraftmoduls erreicht werden. Der um den Umfang der Rotorwelie zur Verfügung stehende Raum ist somit optimal genutzt. Um ein gleichmäßigeres und höheres Drehmoment zu erhalten, können insgesamt mehr als drei Rotorschaufeln vorgesehen sein, die dann in jeweils geringeren Winkelabständen zueinander anordbar sind. Vorteilhafterweise sind sechs Rotorschaufeln in wenigstens zwei Ebenen senkrecht zu der Drehachse des Rotors angeordnet, wobei der Winkelabstand der Rotorschaufeln zueinander in einer Ebene 120° beträgt und die Rotorschaufeln einer ersten Ebene zu einer zweiten Ebene bei insgesamt zwei Ebenen in einem Windkraftmodul um 60° zueinander versetzt sind. In order to ensure operation of the system regardless of the wind direction of the wind at least three Rotorschaufein necessary. These are preferably to be arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor at an angle of 120 °, whereby particularly compact dimensions of a wind power module can be achieved. The space available around the circumference of the rotor shaft is thus optimally utilized. In order to obtain a more uniform and higher torque, a total of more than three rotor blades can be provided, which can then be arranged at smaller angular distances from one another. Advantageously, six rotor blades are arranged in at least two planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor, wherein the angular distance of the rotor blades to each other in one plane is 120 ° and the rotor blades offset a first plane to a second plane at a total of two planes in a wind power module by 60 ° to each other are.
Ein weiterer Vorteil vieler Rotorschaufeln liegt darin, dass bei Betrieb der Vorrichtung möglicherweise auftretende Unwuchten reduziert sind und somit auf den Rotor einwirkende, richtungsabhängig wechselnde Belastungen vermieden sind. Gleichzeitig ist erreicht, dass ein durch das Drehen des Rotors erzeugtes Drehmoment weniger Schwankungen unterliegt. Another advantage of many rotor blades is that possibly occurring imbalances are reduced during operation of the device and thus acting on the rotor, direction-dependent changing loads are avoided. At the same time it is achieved that a torque generated by the rotation of the rotor is less subject to fluctuations.
Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Rotorschaufeln zu der Rotorwelle radial beabstandet angeordnet sind, wobei zwischen den Rotorschaufeln und der Rotorwelle jeweils mindestens ein Winddurch!ass ausgebildet ist. Mit den Winddurchlässen ist erreicht, dass der dem Wind von den rückseitig angeströmten, entgegen der Windrichtung drehenden Rotorschaufeln entgegengesetzte Widerstand bei Betrieb der Anlage gegenüber an der Rotorwelle anliegenden Rotorschaufeln verringert ist. Der auf die rückseitig angeströmten Rotorschaufeln auftreffende Wind kann dann günstigerweise beidseitig, dass heißt sowohl an der zu der Rotorwelle zugewandten Seite als auch an der von der Rotorwelle abgewandten Seite der Rotorschaufel, abströmen. Da der auf die in Windrichtung drehenden Rotorschaufeln auftreffende Wind unverändert von diesen„eingefangen" wird, weist der erfindungsgemäße Rotor ein insgesamt verbessertes Strömungsprofil an den Rotorschaufeln mit einem besonders günstigen Verhältnis von Druck zu Gegendruck auf. Der Wirkungsgrad der Anlage ist dadurch besonders günstig. According to a development, it is provided that the rotor blades are arranged radially spaced from the rotor shaft, wherein in each case at least one wind passage is formed between the rotor blades and the rotor shaft. With the wind vents it is achieved that the wind of the resistance against which the rear side flows and the rotor blades rotate counter to the wind direction is reduced during operation of the installation with respect to rotor blades bearing against the rotor shaft. The wind impinging on the rotor blades impinging on the back can then advantageously flow away on both sides, that is to say both on the side facing the rotor shaft and on the side of the rotor blade facing away from the rotor shaft. Since the wind impinging on the rotor blades rotating in the wind direction is "captured" by them unchanged, the rotor according to the invention has an overall improved flow profile on the rotor blades with a particularly favorable ratio of pressure to counterpressure.
Um zu gewährleisten, dass die Winddurchlässe ausreichend bemessen sind, ist vorgesehen, dass deren Flächeninhalte zwischen den Rotorschaufeln und der Rotorwelle jeweils wenigstens ein Sechstel der Flächeninhalte der Rotorschaufeln, insbesondere jeweils wenigstens ein Viertel der Flächeninhalte der Rotorschaufeln, insbesondere jeweils wenigstens die Hälfte der Flächeninhalte der Rotorschaufeln, betragen. Mit diesen Abmessungen ist sichergestellt, dass die von den rückseitig angeströmten Rotorschaufeln abgelenkte Luftmenge in optimaler Weise und ohne Stauungen der Luft von den Rotorschaufeln ableitbar ist, wobei der mindestens benötigte Flächeninhalt von der Ausgestaltung der Rotorschaufeln abhängig ist. Bei entsprechend speziell geformten Rotorschaufeln können die Flächeninhalte der Winddurchlässe auch nur ein Siebtel bis ein Achtel der Flächeninhalte der Rotorschaufeln betragen. In order to ensure that the wind passages are sufficiently dimensioned, it is provided that their areas between the rotor blades and the rotor shaft in each case at least one sixth of the surface areas of the rotor blades, in particular at least a quarter of the surface area of the rotor blades, in particular in each case at least half of the surface area Rotor blades, amount. With these dimensions, it is ensured that the amount of air deflected by the rotor blades which have been flown back is optimally divisible from the rotor blades without congestion of the air, the surface area required being at least dependent on the configuration of the rotor blades. In accordance with specially shaped rotor blades, the surface areas of the wind outlets can be only one-seventh to one-eighth of the surface area of the rotor blades.
In vertikaler Erstreckung werden die zwischen den Rotorschaufeln und der Rotorwelle ausgebildeten Winddurchlässe vorteilhafterweise jeweils durch einen Tragarm begrenzt. Diese Tragarme sind vorteilhafterweise mit der Rotorwelle verbunden und bilden einen Tragrahmen für die Rotorschaufeln, wobei die Rotorschaufeln zwischen den Tragarmen in dem Tragrahmen gehalten sind. Die Flächeninhalte der Winddurchlässe sind damit möglichst groß. Zudem sind Luftverwirbelungen aufgrund von Streben des Tragrahmens vermieden. Die an dem jeweiligen Tragrahmen gehaltene Rotorschaufel ist gleichzeitig optimal fixiert, wobei ein einfach konstruierter und leichter Tragrahmen geschaffen ist. In a vertical extent, the wind passages formed between the rotor blades and the rotor shaft are advantageously limited in each case by a support arm. These support arms are advantageously connected to the rotor shaft and form a support frame for the rotor blades, wherein the rotor blades between the support arms in the support frame are held. The surface areas of the wind outlets are thus as large as possible. In addition, air turbulence due to struts of the support frame are avoided. The held on the respective support frame rotor blade is optimally fixed at the same time, with a simple design and lightweight support frame is created.
Einer stark richtungsabhängig wechselnden Belastung des Rotors beziehungsweise einzelner Tragarme kann dadurch effektiv entgegengewirkt werden, dass sämtliche in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse des Rotors angeordnete Tragarme als einstückiges Bauteil ausgebildet sind. Um Vereisungen bei entsprechender Witterung zu verhindern, können die Rotorschaufeln und/oder Tragarme zudem beheizbar ausgeführt sein. A strongly direction-dependent changing load of the rotor or individual support arms can be effectively counteracted that all arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor support arms are formed as a one-piece component. In order to prevent icing with appropriate weather, the rotor blades and / or support arms can also be made heatable.
Durch eine strömungstechnisch günstige Ausgestaltung der Rotorschaufeln kann insbesondere der auf die bei Betrieb entgegen der Windrichtung, rückseitig angeströmten Rotorschaufeln einwirkende Gegendruck minimiert werden. Es ist daher vorgesehen, dass die Rotorschaufeln als Mulden mit in Drehrichtung der Drehachse nach außen gewölbtem Schaufelrücken ausgebildet sind. In einer Ausführungsform ist die Mulde beispielsweise halbzylindrisch geformt, wobei die Rotorschaufeln mit den zueinander parallelen Flächenabschnitten an den Tragarmen des Tragrahmens befestigt sind. Der Wind drückt bei Betrieb der Anlage in die zum Wind hin offenen Mulden der Rotorschaufeln. Die in die Mulden hineinströmende Luft wird „eingefangen" und baut in diesen Druck auf, der in eine Drehbewegung des Rotors umgesetzt wird. Um die entgegen dem Wind gewölbten Schaufelrücken der Rotorschaufeln wird der Wind auf einfache Weise herumgeleitet. Dabei übersteigt der Druck in den jeweiligen Mulden den auf die gewölbten, äußeren Schaufelrücken der Rotorschaufeln einwirkenden Gegendruck. in einer alternativen Ausführung können die Rotorschaufeln auch die Form von Pyramiden mit konvex gewölbten Schaufelrückenflächen aufweisen, wobei die Grundfläche der Pyramiden als offene Vertiefung ausgebildet ist beziehungsweise eine Mulde aufweist. Diese Form kommt dem vorteilhaften Strömungsverhalten an einer Kugel sehr nahe, so dass der auf die konvex gewölbten äußeren Schaufelrückenflächen auftreffende Wind in optimaler Weise von diesen abströmen kann. Gleichzeitig ist mit der Grundfläche der Pyramide eine große Anströmfläche, mit der möglichst viel Wind zur Erzeugung von Druck für den Vortrieb des Rotors„einfangbar" ist, geschaffen, insbesondere, wenn die Grundfläche rechteckig ausgebildet ist. By a fluidically favorable configuration of the rotor blades, in particular the counterpressure acting on the rotor blades acting against the wind direction when operating against the wind direction can be minimized. It is therefore provided that the rotor blades are formed as wells with in the direction of rotation of the axis of rotation arched outward blade back. For example, in one embodiment, the trough is semi-cylindrically shaped, with the rotor blades, with the surface portions parallel to each other, attached to the support arms of the support frame. The wind presses during operation of the system in the open to the wind wells of the rotor blades. The air flowing into the troughs is "captured" and builds up in this pressure, which is converted into a rotary motion of the rotor, and the wind is deflected around the blades of the rotor blades that are curved in the opposite direction to the wind Depressions acting on the curved, outer blade backs of the rotor blades back pressure.in an alternative embodiment, the rotor blades may also have the shape of pyramids with convex curved blade back surfaces, wherein the base of the pyramids is formed as an open recess or has a trough. This shape comes very close to the advantageous flow behavior on a ball, so that the wind incident on the convexly curved outer blade back surfaces can optimally flow away from them. At the same time with the base of the pyramid, a large inflow, with the most possible wind to create pressure for the propulsion of the rotor is "catchable" created, especially if the base is rectangular.
Das mit der Anlage erzeugbare Drehmoment kann durch eine optimierte Windlastverteilung an den Rotorschaufeln erhöht werden. Dazu ist vorgesehen, dass die Rotorschaufeln eine asymmetrische Krümmung mit einem aus ihrer Mitte nach außen versetzt angeordneten Windlastschwerpunkt aufweisen. Der Windlastschwenpunkt ist abhängig von der Form der Rotorschaufeln und bei einer ausgebildeten Mulde zumeist der tiefste Bereich der Mulde. Da das Drehmoment mit dem Abstand zur Rotorwelle zunimmt, ist der tiefste Punkt der Mulden der Rotorschaufeln mit möglichst großem Abstand zur Rotorwelle anzuordnen. Dieser große Abstand ist mit der asymmetrischen Krümmung erreicht, ohne dass die Abmessungen des Rotors selbst zunehmen. The torque that can be generated with the system can be increased by an optimized wind load distribution on the rotor blades. For this purpose, it is provided that the rotor blades have an asymmetrical curvature with a wind load center of gravity offset outwardly from its center. The Windlastschwenpunkt depends on the shape of the rotor blades and in a trained well most of the deepest region of the trough. Since the torque increases with the distance to the rotor shaft, the lowest point of the wells of the rotor blades is to be arranged with the greatest possible distance from the rotor shaft. This large distance is achieved with the asymmetric curvature, without increasing the dimensions of the rotor itself.
Eine hohe Stabilität und Standsicherheit einer aus Windkraftmodulen errichteten Anlage ist vorteilhafterweise dadurch erreichbar, dass das Rahmengestell eines Windkraftmoduls eine Quaderform mit einer quadratischen Standfläche aufweist, wobei die Kanten der Standfläche länger sind als die senkrecht zur Standfläche angeordneten Kanten des Rahmengestells. Das quaderförmige Rahmengestell ermöglicht auf besonders einfache Weise, dass Windkraftmodule sowohl aufeinander als auch nebeneinander anordbar sind. Eine insgesamt niedrige Höhe der Windkraftmodule im Verhältnis zur Breite ist insbesondere bei der Anordnung mehrerer Windkraftmodule übereinander von Vorteil, so kann auch bei mehreren Windkraftmodulen übereinander ohne zusätzliche Streben und/oder Absicherungen die nötige Standsicherheit gewährleistet werden. Dabei weist der Rotor mit den Rotorschaufeln eine Spannweite auf, die geringer ist als die Länge der Kanten der quadratischen Standfläche des Rahmengestells. A high stability and stability of a built-up of wind turbine modules is advantageously achieved in that the frame of a wind power module has a cuboid shape with a square base surface, the edges of the base are longer than the edges arranged perpendicular to the frame edges of the frame. The cuboid frame allows a particularly simple way that wind power modules can be arranged both adjacent to each other and side by side. An overall low height of the wind power modules in relation to the width is particularly advantageous in the arrangement of several wind power modules on top of each other, so even with several wind power modules on each other without additional struts and / or Safeguards are ensured the necessary stability. In this case, the rotor with the rotor blades on a span, which is less than the length of the edges of the square base of the frame.
Die Aufnahmen für die Rotorwelle eines Windkraftmoduls sind vorteilhafterweise jeweils mittig in zwei sich parallel zueinander erstreckenden Außenflächen des Windkraftmoduls angeordnet. Diese Außenflächen sind die Standfläche sowie eine Deckfläche des Windkraftmoduls, wobei Standfläche und Deckfläche zweier aufeinander angeordneter Windkraftmodule aneinander anliegen. Über die beiden Aufnahmen in der Standfläche des einen Windkraftmoduls und der Deckfläche des anderen Windkraftmoduls ist dann eine kraftschlüssige Verbindung der beiden Rotorwellen gewährleistet. Die aufeinander angeordneten, einen gemeinsamen Generator antreibenden Windkraftmodule sind somit in ihrer Anzahl an den jeweiligen Generator anpassbar. The receptacles for the rotor shaft of a wind power module are advantageously each arranged centrally in two mutually parallel outer surfaces of the wind power module. These outer surfaces are the base surface and a top surface of the wind power module, wherein the base surface and top surface of two mutually superposed wind power modules abut each other. About the two shots in the footprint of one wind power module and the top surface of the other wind power module then a frictional connection of the two rotor shafts is guaranteed. The mutually arranged, a common generator driving wind power modules are thus adaptable in number to the respective generator.
Zur gegenseitigen Fixierung der Windkraftmodule können miteinander in Verbindung zu bringende Montageplatten vorgesehen werden, die insbesondere in den Ecken des quaderförmigen Rahmengestells eines Windkraftmoduls angeordnet sind. Die Montageplatten sind vorteilhafterweise sowohl an der Stand- und Deckfläche als auch seitlich der Windkraftmodule anzuordnen. For mutually fixing the wind power modules can be provided to be brought together mounting plates, which are arranged in particular in the corners of the cuboid frame of a wind power module. The mounting plates are advantageously to be arranged both on the standing and top surface as well as the side of the wind power modules.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine perspektivische Ansicht eines Windkraftmoduls 1. Dieses Windkraftmodul 1 weist ein quaderförmiges Rahmengestell 2 auf. Das Rahmengestell 2 besteht aus rechtwinklig zueinander angeordneten Rahmenstangen 3 entlang der Kanten des Rahmengestells 2 sowie aus sich kreuzenden Diagonalstreben 4 in zwei parallel zueinander angeordneten Seitenflächen des quaderförmigen Rahmengestells 2. Die Seitenflächen mit den Diagonalstreben 4 sind als Standfläche und als Deckfläche des quaderförmigen Rahmengestells 2 ausgebildet und weisen jeweils quadratische Flächeninhalte auf. In den Schnittpunkten der Diagonalstreben 4 ist jeweils eine Aufnahme 5 beziehungsweise 5' angeordnet, wobei zwischen den Aufnahmen 5, 5' eine Rotorwelle 6 mit vertikal angeordneter Drehachse gelagert ist. Diese Rotorwelle 6 ist über die Aufnahmen 5, 5' mit den Rotorwellen 6 weitererThe single FIGURE of the drawing shows a perspective view of a wind power module 1. This wind power module 1 has a cuboid frame 2. The frame 2 consists of mutually perpendicular frame bars 3 along the edges of the frame 2 and of intersecting diagonal struts 4 in two mutually parallel side surfaces of the cuboid frame 2. The side surfaces with the diagonal struts 4 are formed as a base and top surface of the cuboid frame 2 and each have square areas. In the intersections of the diagonal struts 4 are each a receptacle 5 and 5 'are arranged, wherein between the receptacles 5, 5' a rotor shaft 6 is mounted with a vertically arranged axis of rotation. This rotor shaft 6 is on the receptacles 5, 5 'with the rotor shafts 6 further
Windkraftmodule 1 kraftschlüssig verbindbar, wobei jeweils eine Aufnahme 5 und eine Aufnahme 5' miteinander koppelbar sind. Wind power modules 1 positively connected, wherein in each case a receptacle 5 and a receptacle 5 'are coupled together.
An der Rotorwelle 6 sind in zwei Ebenen senkrecht zu der Drehachse der Rotorwelle 6 Rotorschaufeln 7 angeordnet, wobei jede der Ebenen drei um jeweils 120° zueinander versetzt angeordnete Rotorschaufeln 7 aufweist. Die Rotorschaufeln 7 sind jeweils über einen Tragrahmen aus einem oberen Tragarm 8 und einem unteren Tragarm 9 an der Rotorwelle 6 gehalten, wobei je 6 Tragarme 8 und 6 Tragarme 9 senkrecht zu der Rotorwelle 6 angeordnet sind. Rotor blades 7 are arranged on the rotor shaft 6 in two planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor shaft 6, each of the planes having three rotor blades 7 arranged offset by 120 ° from each other. The rotor blades 7 are each held on a support frame of an upper support arm 8 and a lower support arm 9 on the rotor shaft 6, wherein each 6 support arms 8 and 6 support arms 9 are arranged perpendicular to the rotor shaft 6.
Die Rotorschaufeln 7 sind als asymmetrische Mulden mit in Drehrichtung der Rotorwelle 6 nach außen gewölbten Schaufelrücken ausgebildet. Jede der Rotorschaufeln 7 weist zudem zwei einander gegenüberliegende, in einem Winkel von ca. 20° zueinander angestellt angeordnete Flächensegmente auf, die den Schaufelrücken an kurvenförmigen Abschnitten begrenzen und an denen jeweils die Tragarme 8, 9 befestigt sind. Zusammen mit dem Schaufel rücken ist somit zwischen diesem und den beiden Flächensegmenten eine Windanströmfläche der Rotorschaufeln ausgebildet, wobei die Flächensegmente zum Schaufelrücken hin aufeinander zulaufend angeordnet sind. Zwischen der Rotorwelle 6 und den Rotorschaufeln 7 ist jeweils ein Winddurchlass 10 ausgebildet der zudem von den jeweiligen Tragarmen 8 ,9 begrenzt ist. Um mehrere Windkraftmodule 1 modulartig miteinander zusammenzufügen sind an Ecken der Standfläche mit der Aufnahme 5 und der Deckfläche mit der Aufnahme 5' eines Windkraftmoduls 1 jeweils Montageplatten 11 angeordnet, die mit den Montageplatten 11 eines weiteren Windkraftmoduls 1 verbindbar sind. Bei der Verbindung zweier Windkraftmodule 1 greifen dann die Aufnahmen 5 und 5' von aneinanderliegender Deck- und Standfläche ineinander, so dass die in den Aufnahmen 5, 5' gehaltenen Rotorwellen 6 kraftschlüssig miteinander gekoppelt sind. Für die Stromerzeugung ist die Rotorwelle 6 eines der Windkraftmodule 1 über die Aufnahmen 5 bzw. 5' mit einem Generator koppelbar. The rotor blades 7 are formed as asymmetrical troughs in the direction of rotation of the rotor shaft 6 outwardly curved blade back. Each of the rotor blades 7 also has two opposing, arranged at an angle of approximately 20 ° to each other arranged surface segments, which bound the blade back to curved sections and to each of which the support arms 8, 9 are attached. Together with the blade back is thus formed between this and the two surface segments a Windanströmfläche the rotor blades, wherein the surface segments are arranged towards the blade back towards each other. Between the rotor shaft 6 and the rotor blades 7 in each case a wind passage 10 is formed which is also bounded by the respective support arms 8, 9. In order to assemble a plurality of wind power modules 1 in a modular manner, mounting plates 11 are respectively provided at corners of the standing surface with the receptacle 5 and the cover surface with the receptacle 5 'of a wind power module 1 arranged, which are connectable to the mounting plates 11 of a further wind power module 1. When connecting two wind power modules 1 then engage the recordings 5 and 5 'of adjacent cover and standing surface into one another, so that in the receptacles 5, 5' held rotor shafts 6 are positively coupled together. For the power generation, the rotor shaft 6 of one of the wind power modules 1 via the receptacles 5 and 5 'can be coupled to a generator.
Bei Betrieb der Anlage drückt Wind in die jeweils zu dem Wind hin offenen Vertiefungen der Mulden der Rotorschaufeln 7 und die Rotorwelle 6 wird in Drehung versetzt. Der auf die entgegen der Windrichtung drehenden Wölbungen der Rotorschaufeln 7 auftreffende Wind wird zu der Rotorwelle 6 und nach außen an der Wölbung abgelenkt und strömt an der Seite der Rotorwelle 6 über den jeweiligen Winddurchlass 10 auf einfache Weise ab. During operation of the system, wind presses into the recesses of the wells of the rotor blades 7 that are open toward the wind and the rotor shaft 6 is set in rotation. The wind impinging on the curvatures of the rotor blades 7 rotating counter to the wind direction is deflected toward the rotor shaft 6 and outwards at the curvature and flows off easily on the side of the rotor shaft 6 via the respective wind passage 10.

Claims

Ansprüche claims
Anlage zur Nutzung von Windkraft mit wenigstens einem Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle mit vertikal angeordneter Drehachse aufweist und an der Rotorwelle, in Drehrichtung dieser jeweils um den gleichen Winkel versetzt zueinander Rotorschaufeln angeordnet sind, System for using wind power with at least one rotor, wherein the rotor has a rotor shaft with a vertically arranged axis of rotation and rotor blades are arranged on the rotor shaft in the direction of rotation of each offset by the same angle to each other,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass jeder Rotor in einem Rahmengeste!l (2) eines Windkraftmoduls (1) aufgenommen ist, that each rotor is accommodated in a frame gesture 1 (2) of a wind power module (1),
dass die Rotorwelle (6) mit ihren beiden Enden drehbar in Aufnahmen (5, 5') des Rahmengestells (2) gelagert ist, und that the rotor shaft (6) with its two ends rotatably mounted in receptacles (5, 5 ') of the frame (2), and
dass einzelne Rotoren mehrerer Windkraftmodule (1) über die Aufnahmen (5, 5') für die Rotorwellen (6) kraftschlüssig miteinander koppelbar sind. in that individual rotors of a plurality of wind power modules (1) can be positively coupled to one another via the receptacles (5, 5 ') for the rotor shafts (6).
Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufeln (7) eines Windkraftmoduls (1) in wenigstens einer Rotationsebene, insbesondere in wenigstens zwei Rotationsebenen, senkrecht zu der Drehachse des Rotors angeordnet sind. Installation according to claim 1, characterized in that the rotor blades (7) of a wind power module (1) in at least one plane of rotation, in particular in at least two planes of rotation, are arranged perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufeln (7) zu der Rotorwelle (6) radial beabstandet angeordnet sind, wobei zwischen den Rotorschaufeln (7) und der Rotorwelle (6) jeweils mindestens ein Winddurchlass (10) ausgebildet ist. Installation according to one of claims 1 or 2, characterized in that the rotor blades (7) to the rotor shaft (6) are arranged radially spaced, wherein between the rotor blades (7) and the rotor shaft (6) in each case at least one wind passage (10) is.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächeninhalte der Winddurchlässe (10) zwischen den Rotorschaufeln (7) und der Rotorwelle (6) jeweils wenigstens ein Sechstel der Flächeninhalte der Rotorschaufeln (7) betragen. Installation according to claim 3, characterized in that the areas of the wind passages (10) between the rotor blades (7) and the rotor shaft (6) each amount to at least one sixth of the surface areas of the rotor blades (7).
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rotorschaufeln (7) an einem Tragrahmen aus zwei mit der Rotorwelle (6) verbundenen Tragarmen (8, 9) gehalten ist. 5. Installation according to one of claims 1 to 4, characterized in that each of the rotor blades (7) on a support frame of two with the rotor shaft (6) connected to support arms (8, 9) is held.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche in einer Rotationsebene eines Windkraftmoduls (1) angeordnete Tragarme (8, 9) als einstückiges Bauteil ausgebildet sind. 7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufeln (7) als Mulden mit in Drehrichtung der Drehachse des Rotors nach außen gewölbtem Schaufelrücken ausgebildet sind. 6. Plant according to claim 5, characterized in that all in a plane of rotation of a wind power module (1) arranged support arms (8, 9) are formed as a one-piece component. 7. Installation according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotor blades (7) are formed as wells with in the direction of rotation of the axis of rotation of the rotor outwardly arched blade back.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufeln (7) die Form einer Pyramide mit konvex gewölbten8. Installation according to one of claims 1 to 7, characterized in that the rotor blades (7) has the shape of a pyramid with convex
Schaufelrückenflächen aufweisen, wobei die Grundfläche der Pyramiden als offene Vertiefung (8) ausgebildet sind. Have blade back surfaces, wherein the base of the pyramids are formed as an open recess (8).
9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufeln (7) eine asymmetrische Krümmung mit einem aus ihrer Mitte nach außen versetzt angeordneten Windlastschwerpunkt aufweisen. 9. Installation according to one of claims 1 to 8, characterized in that the rotor blades (7) have an asymmetrical curvature with a center offset outwardly of its center of gravity arranged wind load.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, das das Rahmengestell (2) eines Windkraftmoduls (1) eine Quaderform mit einer quadratischen Standfläche aufweist, wobei die Kanten der Standfläche länger sind als die senkrecht zu der Standfläche angeordneten Kanten. 10. Installation according to one of claims 1 to 9, characterized in that the frame (2) of a wind power module (1) has a cuboid shape with a square base, wherein the edges of the base are longer than the edges arranged perpendicular to the base.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mit den Rotorschaufeln (7) eine Spannweite aufweist, die geringer ist als die Länge der Kanten der quadratischen Standfläche des Rahmengestells (2). 11. Plant according to claim 10, characterized in that the rotor with the rotor blades (7) has a span which is less than the length of the edges of the square base of the frame (2).
12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (5, 5') für die Rotorwelle (6) eines Windkraftmoduls (1) jeweils mittig in zwei sich parallel zueinander erstreckenden Außenflächen des Windkraftmoduls (1) angeordnet sind. 12. Installation according to one of claims 1 to 11, characterized in that the receptacles (5, 5 ') for the rotor shaft (6) of a wind power module (1) are each arranged centrally in two mutually parallel outer surfaces of the wind power module (1) ,
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