NL1007538C1 - Windmill for generating electric power - Google Patents
Windmill for generating electric power Download PDFInfo
- Publication number
- NL1007538C1 NL1007538C1 NL1007538A NL1007538A NL1007538C1 NL 1007538 C1 NL1007538 C1 NL 1007538C1 NL 1007538 A NL1007538 A NL 1007538A NL 1007538 A NL1007538 A NL 1007538A NL 1007538 C1 NL1007538 C1 NL 1007538C1
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- rotor blade
- rotor
- axis
- blade
- rotation
- Prior art date
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 12
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 11
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010921 in-depth analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
- F03D7/0224—Adjusting blade pitch
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/06—Rotors
- F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
- F03D1/0658—Arrangements for fixing wind-engaging parts to a hub
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/06—Rotors
- F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
- F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
- F05B2260/79—Bearing, support or actuation arrangements therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Abstract
Description
Rotorbladophanging van een windturbineRotor blade suspension of a wind turbine
De uitvinding betreft een rotorbladophanging en regeling van een horizontale as windturbine met een of meer rotorbladen (fig.l).The invention relates to a rotor blade suspension and control of a horizontal axis wind turbine with one or more rotor blades (fig. 1).
5 Horizontale as windturbines zijn in velerlei uitvoeringsvormen bekend, waarbij de rotorbladen op diverse manieren zijn verbonden met de rotomaaf, welke aan de horizontale aandrijfas is bevestigd. Indien de verstelling van de rotorbladen om hun lengteas mogelijk is,spreekt men van bladgeregelde windturbines, indien de rotorbladen vast aan de rotomaaf zijn verbonden ,zijn dit veelal overtrek 10 geregelde windturbines. Daarnaast kan het toerental van de horizontale as konstant of variabel zijn.Horizontal shaft wind turbines are known in many embodiments, in which the rotor blades are connected in various ways to the rotor hub, which is attached to the horizontal drive shaft. If the rotor blades can be adjusted about their longitudinal axis, this is referred to as blade-controlled wind turbines, if the rotor blades are fixedly connected to the rotor hub, these are usually cover 10 regulated wind turbines. In addition, the speed of the horizontal axis can be constant or variable.
Doordat de wind varieert in snelheid en in richting treden er grote krachtenvaraties op, waardoor de rotorbladen en dus de gehele windturbine zwaar op vermoeiing belast wordt, hetgeen een sterk nadelige invloed heeft op 15 de dimensionering en levensduur van de windturbine, waardoor de verhouding kostprijs/opbrengst, verder genoemd efficiency nog niet optimaal is.Because the wind varies in speed and direction, large force variations occur, as a result of which the rotor blades, and thus the entire wind turbine, are subjected to heavy fatigue, which has a strong adverse effect on the dimensioning and service life of the wind turbine, resulting in a cost / cost ratio. yield, further referred to as efficiency is not yet optimal.
De uitvinding beoogt een hogere efficiency te verkrijgen, door de fluktuaties van de optredende krachten te verkleinen, waardoor bij eenzelfde windbelasting op de windturbine en grotere rotordiameter kan worden toegepast, 20 zodat de opbrengst en efficiency vergroot wordt.Dit wordt bereikt door de rotorbladen te laten roteren om een langwerpig cilindrisch draagelement welke aan de rotomaaf is bevestigd, waarbij de rotorbladen van de wind af draaien in Y-X richting volgens fig.4 en de rotorbladen een bladhoekstand innemen, welke optimaal is en bij hogere windsnelheden het gewenste maximale vermogen 25 konstant houden en niet laten overschrijden.The object of the invention is to obtain a higher efficiency, by reducing the fluctuations of the occurring forces, so that with the same wind load on the wind turbine a larger rotor diameter can be applied, so that the yield and efficiency are increased. This is achieved by leaving the rotor blades rotate about an elongated cylindrical support element which is attached to the rotor hub, wherein the rotor blades rotate away from the wind in the YX direction according to fig. 4 and the rotor blades assume a blade angle position, which is optimal and at desired wind speeds keep the desired maximum power constant and do not exceed.
Het resultaat is een verbeterde vermogens-windsnelheidscurve de z.g.The result is an improved power-wind speed curve called the so-called.
P-Vcurve (fig.2) en daardoor een grotere efficiency.P-V curve (fig. 2) and therefore greater efficiency.
Een grotere efficiency is getracht te bereiken door vele windturbine-bouwers en ontwerpers.Greater efficiency has been sought by many wind turbine builders and designers.
30 Overtrek of z.g. stall geregelde windturbines zullen nooit optimaal zijn, doordat bij hogere windsnelheden de benodigde vermogensreduktie wordt bereikt, door meer aërodynamische weerstand te creeren, waardoor de windturbine zwaar wordt belast. Tevens treden bij windrichtings en windsnelheidvariaties, sterke belastingvariaties op.30 Coverage or so-called wind-controlled turbines will never be optimal, because at higher wind speeds the required power reduction is achieved, by creating more aerodynamic resistance, which places a heavy load on the wind turbine. Strong load variations also occur with wind direction and wind speed variations.
1 0 0 7 5 3 8 21 0 0 7 5 3 8 2
Een andere groep windturbines zijn de actief bladgeregelde windturbines. Hierbij wordt de bladverstelling geregeld door een actief element zoals een mechanisch,electrisch , pneumatisch of hydraulisch element, welke het rotorblad een bepaalde bladhoekstand geeft.Another group of wind turbines are the actively blade-controlled wind turbines. The blade adjustment is controlled by an active element such as a mechanical, electrical, pneumatic or hydraulic element, which gives the rotor blade a specific blade angle position.
5 De gebleken nadelen van deze oplossing zijn: - De snelheid van de bladhoekregeling is te laag t.o.v.de snelheid van de verandering van de windsnelheid en windrichting. Daardoor treden juist extra hoge kracht en vermogensfluktuaties op.The disadvantages of this solution have been found to be: - The speed of the blade angle control is too low compared to the speed of the change of the wind speed and wind direction. As a result, extra high power and power fluctuations occur.
- De draaibare bevestiging van het rotorblad aan de rotomaaf en de uitvoering 10 van de bladhoekverstelling en regeling is ingewikkeld, kwetsbaar en duur.The rotatable attachment of the impeller to the rotor hub and the 10 blade angle adjustment and control arrangement is complicated, delicate and expensive.
Een andere groep ontwerpers heeft getracht de bladhoek van het rotorblad te regelen door middel van de aërodynamische krachten op het rotorblad.Another group of designers has attempted to control the blade angle of the impeller by means of the aerodynamic forces on the impeller.
Het resultaat van deze pogingen is veelal: - De gewenste P-Vcurve wordt toch niet bereikt.The result of these attempts is often: - The desired P-V curve is nevertheless not achieved.
15 - Er treden ongewenste trillingen en krachtenfluctuaties op.15 - Undesired vibrations and force fluctuations occur.
- De konstruktie is toch ingewikkeld en duur, vooral voor grotere rotordiameters.- The construction is still complicated and expensive, especially for larger rotor diameters.
De belangrijkste oorzaak van deze slechte resultaten is, dat het aërodynamische regelmoment Maer volgens fig.4 , welke het rotorblad van de wind af moet 20 laten draaien, relatief klein is en welk moment niet groot genoeg is ten opzichte van het tegengestelde moment welke bestaat uit de som van het wrijvingsmoment Mw, het massatraagheidsmoment Mm, en het tegenwerkend moment Mt.The main cause of these poor results is that the aerodynamic control moment Maer according to fig. 4, which has to rotate the rotor blade away from the wind, is relatively small and which moment is not large enough compared to the opposite moment which consists of the sum of the frictional moment Mw, the mass moment of inertia Mm, and the opposing moment Mt.
Voor een goede bladhoekregeling is dan ook een eis: 25 Maer Mw + Mm + MtFor good blade angle control, a requirement is therefore: 25 Maer Mw + Mm + Mt
Een andere oorzaak van de slechte resultaten is, dat men het zwaartepunt van het rotorblad inclusief eventueel kontragewicht op een te grote afstand van de rotatieas van het rotorblad positionneert.Another cause of the poor results is that the center of gravity of the rotor blade, including any counterweight, is positioned at too great a distance from the axis of rotation of the rotor blade.
Bij niet gekoppelde rotorbladen treden dan als gevolg van de zwaartekracht, bij 30 rotatie om de aandrijfas, krachtenfluktuaties op welke bladhoekvariaties geven, hetgeen weer aërodynamische krachtenfluktuaties geeft, met als totaal gevolg; trillingen en sterke belastingvariaties. Men lost de trillingen dan op door het bladverstelmechanisme van de rotorbladen te koppelen. Door optredende momentane windsnelheids en richtingsveranderingen in het rotatievlak van de 35 rotor, treden dan echter weer sterke belastingsvariaties op, omdat ieder rotorblad afzonderlijk geen optimale stand heeft ten opzichte van windrichting en snelheid.In the case of non-coupled rotor blades, as a result of gravity, when rotating about the drive shaft, force fluctuations occur which give blade angle variations, which in turn gives aerodynamic force fluctuations, with the total result; vibrations and strong load variations. The vibrations are then solved by coupling the blade adjustment mechanism of the rotor blades. However, due to instantaneous wind speed and direction changes in the rotational plane of the rotor, strong load variations occur again, because each rotor blade individually does not have an optimum position with respect to wind direction and speed.
1007538 31007538 3
Een aantal octrooiaanvragen en octrooien hebben als doel een optimaal door aërodynamische krachten bladhoekgeregelde turbine te realiseren zoals 8202174, 8202174, 8802485, W O 91/12429, 8603304, 4,366,387,8204927, 0 009 767 BI,DE 3335027 Al,DE 3219930 Al,DE 3446843 Al.A number of patent applications and patents aim to realize an optimally blade angle controlled turbine, such as 8202174, 8202174, 8802485, WO 91/12429, 8603304, 4,366,387,8204927, 0 009 767 BI, DE 3335027 Al, DE 3219930 Al, DE 3446843 Already.
5 Het beoogde optimale resultaat wordt niet bereikt om een of meer van de volgende redenen: le. De plaats en richting van de rotatieas van het rotorblad t.o.v.de lengteas van het rotorblad wordt niet juist gekozen, waardoor het benodigde aërodynamische regelmoment voor bepaalde bladhoeken te klein is.5 The intended optimal result is not achieved for one or more of the following reasons: le. The position and direction of the axis of rotation of the impeller relative to the longitudinal axis of the impeller is not correctly selected, so that the required aerodynamic control moment for certain blade angles is too small.
10 2e. Het gewicht van het rotorblad is te hoog en het zwaartepunt ligt op een te grote afstand van de rotatieas.10 2nd. The weight of the impeller is too high and the center of gravity is too far away from the axis of rotation.
3e. Het bladverstelmechanisme van de rotorbladen is gekoppeld.3rd. The blade adjustment mechanism of the rotor blades is coupled.
4e. De rotorbladen maken te grote klapbewegingen in stroomafwaartse richting van de wind.4th. The rotor blades make too large flapping movements in the downstream direction of the wind.
15 5e. De scharnieren of lagers waarmee de rotorbladen aan de rotomaaf zijn bevestigd hebben een te grote wrijvingsweerstand.15 5th. The hinges or bearings with which the rotor blades are attached to the rotor hub have an excessive frictional resistance.
6e. De gekozen veermechanismen hebben niet de vereiste veerkarak-teristiek.6th. The spring mechanisms selected do not have the required spring characteristics.
7e. Het zwaartepunt van het rotorblad ligt op een te grote afstand van de 20 rotatieas, waardoor het massatraagheidsmoment ten opzichte van de rotatieas te groot is, waardoor de bladhoekverstelling te traag wordt.7th. The center of gravity of the rotor blade is too far away from the axis of rotation, so that the moment of inertia relative to the axis of rotation is too great, making the blade angle adjustment too slow.
Een uitvinder en fabrikant welke door middel van aërodynamische bladhoekregeling erg ver gekomen is in de efficiencyverbetering van horizontale 25 as windturbines ,is Lagerwey.Lagerwey is an inventor and manufacturer who has come a long way in improving the efficiency of horizontal 25-axis wind turbines by means of aerodynamic blade angle control.
De Lagerwey windturbines van circa 80 en 250 Kw hebben een 2-bIadige rotor. De rotorbladen zijn door middel van een dubbelschamier aan de rotomaaf verbonden. De rotorbladen kunnen in stroomafwaartse richting van de wind (Z-X richting volgens fig. 1) klappen en de bladhoek kan variëren.The Lagerwey wind turbines of approximately 80 and 250 Kw have a 2-blade rotor. The rotor blades are connected to the rotor hub by means of a double hinge. The rotor blades can fold downstream of the wind (Z-X direction according to fig. 1) and the blade angle can vary.
30 Het benodigde aërodynamisch moment Maer,om de bladhoek bij hogere windsnelheden de gewenste stand te geven, wordt hoofdzakelijk bereikt, door het toerental van de rotor te verhogen.The required aerodynamic moment Maer, to give the blade angle the desired position at higher wind speeds, is mainly achieved by increasing the speed of the rotor.
Het zwaartepunt van het rotorblad ,de rotatieas van de bladverstelling vallen nagenoeg samen met de 1/4 koordeas van het rotorblad. Doordat de rotorbladen 35 tevens een klapbeweging in Z-X richting kunnen maken, worden er veel vrijheidsgraden geïntroduceerd.The center of gravity of the rotor blade, the axis of rotation of the blade adjustment almost coincide with the 1/4 cord axis of the rotor blade. Because the rotor blades 35 can also make a flapping movement in Z-X direction, many degrees of freedom are introduced.
1 0 C 7 5 3 8 41 0 C 7 5 3 8 4
De nadelen van de genoemde Lagerwey turbine zijn de volgende: le. Het toerental moet variabel zijn. Dit maakt een windturbine ingewikkelder en duurder. Daardoor is dit concept niet geschikt voor de grote groep windturbines met een konstant toerental.The disadvantages of the said Lagerwey turbine are the following: le. The speed must be variable. This makes a wind turbine more complicated and expensive. Therefore, this concept is not suitable for the large group of wind turbines with a constant speed.
5 Door het dubbelschamier van de rotorbladophanging kunnen de rotorbladen in de stroomafwaartse richting van de wind klappen.5 Due to the double hinge of the rotor blade suspension, the rotor blades can fold in the downstream direction of the wind.
Daardoor wordt een groot aantal vrijheidsgraden geïntroduceerd.As a result, a large number of degrees of freedom are introduced.
Het ontwerp en berekeningen zijn ingewikkeld en betreffen de gehele windturbine voor een bepaald vermogen en diameter. Het rotor-10 concept kan niet zonder meer op een andere turbine worden toege past.The design and calculations are complicated and concern the entire wind turbine for a certain power and diameter. The rotor-10 concept cannot simply be applied to another turbine.
3e. De uitslag van de klapbewegingen van de rotorbladen moet bij zeer hoge windsnelheden beperkt worden. Deze uitslagbegrenzers geven hoge belastingen op rotorbladen en konstruktie.3rd. The deflection of the flapping movements of the rotor blades must be limited at very high wind speeds. These travel limiters give high loads on rotor blades and construction.
15 4e. Het scharnier van de rotorbladverstelling is uitgevoerd als astap aan het rotorblad en lager in het dubbelschamier van de rotomaaf.15 4th. The hinge of the rotor blade adjustment is designed as a journal on the rotor blade and lower in the double hinge of the rotor hub.
Bij kleinere rotordiameters en beperkte astapdiameter is de weerstand nog acceptabel. Bij grotere rotordiameters en astapdiameters wordt de weerstand te groot.The resistance is still acceptable for smaller rotor diameters and limited shaft diameter. The resistance becomes too great for larger rotor diameters and shaft diameters.
20 5e. Het dubbelschamier van de rotorbladophanging en bevestiging van het rotorblad aan de astap is ingewikkeld, niet universeel en duur, vooral voor grotere rotordiameters.20 5th. The double hinge of the impeller suspension and attachment of the impeller to the shaft journal is complicated, not universal and expensive, especially for larger rotor diameters.
6e. Door de klapbewegingen van de rotorbladen moet het middelpunt van het rotatievlak van de rotor op een grotere afstand dan normaal, van de 25 mast gelegen zijn. De wisselende krachten op het kruimechanisme worden dan groter, waardoor het kruimechanisme en overige draag-konstruktie zwaarder en duurder worden, vooral voor grotere rotordiameters.6th. Due to the folding movements of the rotor blades, the center of the rotary plane of the rotor must be at a greater distance than normal from the mast. The varying forces on the crimping mechanism then increase, making the crimping mechanism and other support structure heavier and more expensive, especially for larger rotor diameters.
Een uitvinding welke een oplossing geeft ,is die welke beschreven 30 wordt in octrooi nummer 1002324.An invention that provides a solution is that described in patent number 1002324.
Deze uitvinding is een verbetering van octrooi 1002324 en wel op de volgende punten.Ten eerste wordt geen kontragewicht meer toegepast.This invention is an improvement of patent 1002324 on the following points. First, no counterweight is used anymore.
Ten tweede wordt nu een langwerpig draagelement toegepast, waardoor het rotorblad minder gewicht heeft en de reaktiekrachten op de lagering kleiner zijn. 35 Ten derde wordt nu het tegenwerkende moment Mt gerealiseerd door een luchtcilinder met veer i.p.v. het ingewikkelder nok-rol-veermechanisme 1 0 0 7 5 3 8 5Secondly, an elongated support element is now used, as a result of which the rotor blade has less weight and the reaction forces on the bearing are smaller. 35 Thirdly, the counteracting moment Mt is now realized by an air cylinder with spring instead of the more complicated cam-roller-spring mechanism 1 0 0 7 5 3 8 5
Deze uitvinding beoogt het doel te bereiken en de bovengenoemde bezwaren op te heffen met een windturbinerotor, die zich kenmerkt, doordat elk rotorblad kan roteren om een langwerpig draagelement welke is bevestgd aan de rotomaaf, waarbij de rotorbladen onafhankelijk van elkaar een zodanige 5 bladhoekstand innemen, dat deze bladhoekstand op ieder moment optimaal is en bij hogere windsnelheden het gewenste maximale vermogen konstant houdt.The object of the present invention is to achieve the object and to eliminate the above-mentioned drawbacks with a wind turbine rotor, which is characterized in that each rotor blade can rotate about an elongated supporting element which is attached to the rotor hub, the rotor blades taking up such a blade angle position independently of each other, that this blade angle position is optimal at all times and keeps the desired maximum power constant at higher wind speeds.
Het benodigde aërodynamische regelmoment Maer wordt verkregen door de rotatieas een bepaalde hoek te laten maken en eventueel een bepaalde afstand ,met de lengteas van het rotorblad.The required aerodynamic control moment Maer is obtained by having the axis of rotation make a certain angle and possibly a certain distance, with the longitudinal axis of the rotor blade.
10 Daarbij is de lengteas veelal dezelfde als de z.g. 1/4 koordeas welke in deze beschrijving samenvalt met de Z-as. De rotatieas en de 1/4 koordeas liggen in het Y-Z vlak,welk vlak binnen bepaalde grenzen loodrecht staat op de windrichting.De afstand tussen de rotatieas en de 1/4 koordeas is nabij de rotoras groter dan aan het uiteinde van het rotorblad. Daardoor is een voldoende 15 aerodynamiisch moment Maer beschikbaar bij verschillende blad-hoeken β .The longitudinal axis is usually the same as the so-called 1/4 cord axis which coincides with the Z axis in this description. The axis of rotation and the 1/4 chord axis are in the Y-Z plane, which plane is perpendicular to the wind direction within certain limits.The distance between the axis of rotation and the 1/4 chord axis is greater near the rotor axis than at the end of the rotor blade. Therefore, a sufficient aerodynamic moment Maer is available at different blade angles β.
Het zwaartepunt van het rotorblad ligt zo dicht mogelijk bij de rotatieas, om variabele zwaartekrachteffecten tijdens rotatie van de rotor om de aandrijfas te elimineren,en om het massatraagheidsmoment van het rotorblad t.o.v. de 20 rotatieas te minimaliseren.The center of gravity of the impeller is as close as possible to the axis of rotation, to eliminate variable gravitational effects during rotation of the rotor to eliminate the drive shaft, and to minimize the moment of inertia of the impeller relative to the axis of rotation.
De langwerpige veelal cilindrische draagelementen waar de rotorbladen aan zijn bevestigd,nemen een groot gedeelte van de krachten en momenten op, waardoor de rotorbladen zelf licht kunnen worden gekonstrueerd en het moment Mm,als gevolg van het roteren van de bladmassa t.o.v. de rotatieas 25 laag is.The elongated, mostly cylindrical, supporting elements to which the rotor blades are attached absorb a large part of the forces and moments, so that the rotor blades themselves can be lightly constructed and the moment Mm, due to the rotation of the blade mass relative to the axis of rotation, is low. .
De lagers waarmee de rotorbladen aan de langwerpige draagelementen zijn bevestigd hebben een minimale wrijving met als gevolg een laag wrijvingsmoment Mw.The bearings with which the rotor blades are attached to the elongated supporting elements have a minimal friction, resulting in a low friction moment Mw.
Om het rotorblad een optimale bladhoekstand boven een bepaalde windsnelheid 30 te geven en in relatie tot windsnelheid en windrichting, is een speciale luchtcilinder met veer toegepast, welke zodanig is ontworpen en ingesteld, dat ten opzichte van het aërodynamisch regelmoment Maer een tegenwerkend moment Mt wordt geleverd, welke voldoet aan de eis: 35 Maer ^ Mw + Mm + Mt l Ü 0 7 5 3 8 6In order to give the rotor blade an optimum blade angle position above a certain wind speed and in relation to wind speed and wind direction, a special air cylinder with spring has been used, which has been designed and adjusted in such a way that an opposing moment Mt is delivered relative to the aerodynamic control moment Maer. , which meets the requirement: 35 Maer ^ Mw + Mm + Mt 1 0 7 5 3 8 6
Doordat Maer voldoende groot is en Mm en Mw klein,is de regelsnelheid van het bladverstelhoekmechanisme zodanig groot, dat veranderingen van windsnelheid en windrichting voldoende snel gevolgd worden door verandering van de bladhoek, zodanig, dat boven een bepaalde 5 windsnelheid,belastingsvariaties op het rotorblad en vermogenfluktuaties vermeden worden.Because Maer is sufficiently large and Mm and Mw are small, the control speed of the blade adjustment angle mechanism is so great that changes in wind speed and wind direction are followed sufficiently quickly by changes in the blade angle, such that above a certain wind speed, load variations on the rotor blade and power fluctuations are avoided.
Het bladverstelmechanisme van ieder rotorblad is niet gekoppeld aan een ander rotorblad. Daardoor worden momentane windsnelheids en windrichtingsveranderingen, welke in het rotatievlak van de rotor optreden door 10 ieder rotorblad afzonderlijk opgevangen door bladhoekverstelling, waardoor minimale belastingfluktuaties op de rotorbladen optreden.The blade adjustment mechanism of each rotor blade is not linked to another rotor blade. As a result, instantaneous wind speed and wind direction changes, which occur in the rotational plane of the rotor, are individually absorbed by each rotor blade by blade angle adjustment, so that minimum load fluctuations on the rotor blades occur.
Deze uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de hieronder staande figuurbeschrijving en uitvoeringsvoorbeelden.This invention will be further elucidated with reference to the figure description and exemplary embodiments below.
In tekening toont: 15 Fig 1 Een driebladige horizontale as windturbine.In drawing shows: 15 Fig 1 A three-bladed horizontal axis wind turbine.
Fig.2 Vermogen-windsnelheidscurves voor diverse windturbinetypes Fig.3 Een Cl/Cd- cL· kromme.Fig.2 Power wind speed curves for various wind turbine types Fig.3 A Cl / Cd-cL curve.
Fig.4 Een doorsnede van een rotorbladelement met de diverse gebruikte eenheden.Fig. 4 A cross section of a rotor blade element with the various units used.
20 Fig.5 t/m 7 Een uitvoeringsvoorbeeld van deze uitvinding.Fig. 5-7. An exemplary embodiment of the present invention.
Fig.8 De relatie tussen het veermoment Mv en de verandering van de bladhoek4$ en de windsnelheid VFig. 8 The relationship between the spring moment Mv and the change of the blade angle4 $ and the wind speed V
De in fig. 1 getoonde horizontale as windturbine bestaat in hoofdzaak uit een mast 1, welke vast aan de grond is bevestigd. De mast is aan de bovenzijde 25 voorzien van een draaibaar kruimechanisme 2, welke de windturbinerotor en gondel 3 in de gewenste stand ten opzichte van de wind kan positioneren. De windturbinerotor bestaat uit een rotomaaf 6, waaraan de rotorbladen 4 zijn bevestigd. De rotomaaf is bevestigd aan een nagenoeg horizontale aandrijfas 7, welke veelal via een tandwieloverbrenging een generator aandrijft.The horizontal axis wind turbine shown in Fig. 1 mainly consists of a mast 1, which is fixed to the ground. The mast is provided on the top side with a rotatable crumb mechanism 2, which can position the wind turbine rotor and nacelle 3 in the desired position with respect to the wind. The wind turbine rotor consists of a rotor hub 6 to which the rotor blades 4 are attached. The rotor hub is attached to a substantially horizontal drive shaft 7, which usually drives a generator via a gear transmission.
30 De rotor roteert met een hoeksnelheid w om de aandrijfas. De buitenstraal van de rotor is R, een willekeurige straal is r ,X,Yen Z zijn de gebruikte coordinaatassen.The rotor rotates at an angular speed w about the drive shaft. The outer radius of the rotor is R, an arbitrary radius is r, X, Y and Z are the coordinate axes used.
Fig.2 geeft in principe een aantal P-V karakteristieken weer voor een horizontale as windturbine, waarbij het belastingspatroon gelijk is voor 35 zowel statische als dynamische belasting.Fig. 2 basically shows a number of P-V characteristics for a horizontal axis wind turbine, the load pattern being equal for both static and dynamic load.
Curve 1 geeft de theoretisch maximaal haalbare P-V curve voor 1007538 7 een bepaalde rotordiameter D (D= 2R) in relatie tot curve 2 en 3 Curve 2 geeft de curve voor een stall-geregelde windturbine.Curve 1 gives the theoretically maximum achievable P-V curve for 1007538 7 a certain rotor diameter D (D = 2R) in relation to curve 2 and 3 Curve 2 gives the curve for a stall-controlled wind turbine.
Curve 3 geeft de curve voor een actief bladgeregelde windturbine.Curve 3 gives the curve for an active blade-controlled wind turbine.
Curve 4 geeft de curve weer van de windturbine volgens deze uitvinding 5 met een rotordiameter groter van D,maar met dezelfde windbelasting als curve 1,2 en 3.Curve 4 shows the curve of the wind turbine according to this invention 5 with a rotor diameter greater than D, but with the same wind load as curves 1,2 and 3.
Fig.3 geeft een gebruikelijke Cl /Cd - ok karakteristiek van een willekeurig profiel van een rotorblad.Fig. 3 shows a typical Cl / Cd - ok characteristic of an arbitrary profile of a rotor blade.
Cl is de liftcoefficient, welke rechtevenredig is met de liftkracht, welke op het 1 o rotorblad wordt uitgeoefend.Cl is the lift coefficient which is directly proportional to the lift force exerted on the rotor blade.
Cd is de weerstandscoefficient, welk rechtevenredig is met de weerstandkracht, welke op het rotorblad wordt uitgeoefend. cO is de relatieve aanstroomhoek.Cd is the resistance coefficient, which is directly proportional to the resistance force applied to the rotor blade. cO is the relative approach angle.
Fig.4 toont de doorsnede van een rotorbladelement op een willekeurige 15 straal r.Daarin stellen de symbolen het volgende voor: β is de bladhoek t.o.v. het rotatievlak Z-Y .Fig. 4 shows the cross section of a rotor blade element at any radius r, in which the symbols represent the following: β is the blade angle relative to the rotation plane Z-Y.
V is de richting en grootte van de windsnelheid, tv is de rotatiehoeksnelheid van de rotor.V is the direction and magnitude of the wind speed, TV is the rotational angle speed of the rotor.
Oo.T. is de omtreksnelheid van de betreffende doorsnede.Oo.T. is the circumferential speed of the respective cross-section.
20 Vrel is de relatieve windsnelheid, welke is samengesteld uit V en u>. r.20 Vrel is the relative wind speed, which is composed of V and u>. r.
L is de liftkracht L= 1/2. ƒ .VrelZ Cl. A waarin ƒ = soortelijke massa van de lucht.L is the lift force L = 1/2. ƒ .VrelZ Cl. A where ƒ = specific mass of the air.
A = oppervlak van het bladelement.A = area of the blade element.
D is de weerstandskracht D = 1/2 .j> -Vrel. Cd.A 25 Lx, Ly, Dx, Dy zijn ontbondenen van L en D in X en Y richting, o6 is de relatieve aanstroomhoek.D is the resistance force D = 1/2 .j> -Vrel. Cd.A 25 Lx, Ly, Dx, Dy are decomposed from L and D in X and Y direction, o6 is the relative approach angle.
JP is de hoek tussen Vrel en ^.r.JP is the angle between Vrel and ^ .r.
Fr is de resulterende kracht op het bladelement.Fr is the resulting force on the blade element.
Maer is het aërodynamische regelmoment van het rotorblad in Y-X richting 30 t.o.v. de rotatieas 8-8.Maer is the aerodynamic control moment of the impeller in Y-X direction 30 relative to the axis of rotation 8-8.
Δβ is de verandering van de bladhoek 8- 8 is de rotatieas waarom het rotorblad kan roteren in Y-X richting, a is de afstand van de rotatieas 8-8 tot de 1/4 koordeas van het rotorblad, waarbij hier de 1/4 koordeas gelijk is aan de Z-as.Δβ is the change of the blade angle 8-8 is the axis of rotation around which the impeller can rotate in YX direction, a is the distance from the axis of rotation 8-8 to the 1/4 chord axis of the impeller, here the 1/4 chord axis is equal is on the Z axis.
35 Zoals blijkt uit fig. 4, 3 en 2 zal om het vermogen te beperken bij hogere 1007538 8 windsnelheden bij stallregeling ,bij hogere V, 06 toenemen en waardoor Cl afneemt en Cd toeneemt.As can be seen from Figs. 4, 3 and 2, in order to limit the power at higher 1007538, 8 wind speeds in stall control will increase at higher V, 06 and cause Cl to decrease and Cd to increase.
Fr. zal groot blijven. Bij verandering van V qua richting en snelheid zal bij een vaste hoek β , Fr.sterk fluctueren. Daarom geven stallgeregelde windturbines 5 een zwaar belastingspatroon.Fr. will remain great. When V changes in direction and speed, at a fixed angle β, Fr will fluctuate strongly. Therefore, stall-controlled wind turbines 5 give a heavy load pattern.
Bij bladgeregelde windturbines is Cd laag en neemt bij kleinere cL ,C1 sterk af. Deze regeling verdient dus de voorkeur. Voor het regelgebied 0 <(\ 0 ° is de Cl -d curve stijl. Er moet dus snel geregeld worden en zoals reeds genoemd, voldoen vele aktief bladgeregelde windturbines daar niet aan. io Bij intensieve bestudering van fig. 3 en 4 blijkt, dat bij een te trage bladverstelling t.o.v. een snelle verandering van V qua richting en grootte en een te trage verandering van β , juist extra grote belastingfluktuaties op kunnen treden.Cd is low with blade-controlled wind turbines and sharply decreases with smaller cL, C1. This arrangement is therefore preferable. For the control area 0 <(\ 0 ° the Cl -d curve is style. So it is necessary to regulate quickly and as already mentioned, many active blade-controlled wind turbines do not comply with this. Intensive study of Figures 3 and 4 shows that with a too slow blade adjustment compared to a fast change of V in direction and size and a too slow change of β, extra large load fluctuations can occur.
Een snelle bladhoekregeling is dan ook een vereiste.A quick blade angle adjustment is therefore a requirement.
15 Aangezien bij vele bestaand bladgeregelde windturbines de bevestiging van het rotorblad aan de rotomaaf met behulp van een groot draaikranslager geschiedt, (welk lager een grote wrijving heeft), is de technische realisatie van een snelle bladregeling technisch gekompliceerd en duur en een passieve aërodynamische bladhoekregeling bijna niet mogelijk, omdat Maer kleiner is 20 dan het wrijvingsmoment Mw; bovendien is Mm groot door de veelal grote rotorbladmassa.15 Since many existing blade-controlled wind turbines attach the rotor blade to the rotor hub using a large slewing ring bearing (which has a high friction bearing), the technical realization of fast blade control is technically complicated and expensive and a passive aerodynamic blade angle control is almost not possible, because Maer is less than the frictional moment Mw; moreover, Mm is large due to the usually large rotor blade mass.
Fig 5 t/m 7 geeft een uitvoermgsvoorbeeld van deze uitvinding.Figures 5-7 show an embodiment of the present invention.
Rotorblad 1 is d.m.v.de lagers 4 en 5 aan een langwerpig cilindrisch draagelement 3 bevestigd.Rotor blade 1 is attached to an elongated cylindrical support element 3 by means of bearings 4 and 5.
25 Dit draagelement 3 heeft een lengte van 1/4 tot 1/2 van de lengte van het rotorblad en is vast bevestigd aan de rotomaaf 2.This support element 3 has a length of 1/4 to 1/2 of the length of the rotor blade and is fixedly attached to the rotor hub 2.
De rotomaaf 2 drijft d.m.v.de aandrijfas 6 het gebruikelijke mechanisme van de windturbine aan.The rotor hub 2 drives the conventional mechanism of the wind turbine by means of the drive shaft 6.
Het rotorblad 1 kan roteren of draaien in Y -X richting om het draagelement 3 , 30 waarbij de rotatieas 8 - 8 is.The rotor blade 1 can rotate or rotate in Y-X direction around the support element 3, 30, the axis of rotation being 8-8.
De rotatieas 8-8 van het draagelement 3 valt niet samen met de 1/4 koordeas ? van het rotorblad, maar heeft een bepaalde afstand en bepaalde hoek t.o.v.de 1/4 koordeas.?.The axis of rotation 8-8 of the support element 3 does not coincide with the 1/4 cord axis? of the impeller, but has a certain distance and angle from the 1/4 cord axis.?.
De koorde is de breedte van het rotorblad hoofdzakelijk in Y-richting.The chord is the width of the rotor blade mainly in the Y direction.
35 Op ieder gedeelte van het rotorblad grijpen de aërodynamische krachten aan op een 1/4 koorde vanaf de voorkant van het rotorblad.35 On each section of the impeller, the aerodynamic forces engage a 1/4 chord from the front of the impeller.
1 0 0 7 5 3 β 91 0 0 7 5 3 β 9
De rotatie van het rotorblad om de rotatieas wordt tegengehouden door een luchtcilinder met veer 10 , waarbij de zuigerstang verbonden is met het rotorblad en de cilinder met de rotomaaf 2.The rotation of the rotor blade about the axis of rotation is stopped by an air cylinder with spring 10, the piston rod being connected to the rotor blade and the cylinder to the rotor hub 2.
Bij lage windsnelheden en vermogens wordt de zuigerstang 9a tegen nok 12 5 gedrukt.At low wind speeds and powers, the piston rod 9a is pressed against cam 12 5.
De werking van deze rotorbladophanging is als volgt:This rotor blade suspension works as follows:
Bij een goed ontworpen aërodynamisch rotorblad, zal het rotorblad tot windsnelheden van 10-12 m/sec, een vaste bladhoek/2> hebben,wat gerealiseerd wordt, doordat de luchtcilinder het rotorblad tegen de aanslag 12 io drukt.With a well-designed aerodynamic rotor blade, the rotor blade will have a fixed blade angle up to wind speeds of 10-12 m / sec, which is achieved by the air cylinder pressing the rotor blade against the stop 12 °.
Bij hogere windsnelheden dan 12m/sec. wordt het aërodynamische moment Maer, zodanig groot, dat de luchtcilinder wordt ingedrukt, het rotorblad om rotatieas 8-8 draait in Y -X richting over een hoek a/3 en er nieuwe stand onder hoek β wordt ingenomen.At wind speeds higher than 12m / sec. the aerodynamic moment Maer becomes so large that the air cylinder is compressed, the rotor blade rotates about axis 8-8 in the Y-X direction at an angle α / 3 and a new position at angle β is assumed.
15 Het rotorblad zal zich verstellen volgens de volgende voorwaarden: a bij het verstellen, dus dynamisch : Maer ? Mw + Mm + Mt b als een bepaalde stand is bereikt, dus statisch : Maer = Mt 2015 The rotor blade will adjust according to the following conditions: a when adjusting, so dynamically: Maer? Mw + Mm + Mt b when a certain position is reached, so static: Maer = Mt 20
Het tegenwerkende moment Mt van de luchtcilinder met veer is zodanig, dat voor windsnelheden groter dan b.v. 12m/sec. er zich een zodanige bladhoeky3 instelt, dat het vermogen konstant blijft en de wisselende krachten op het rotorblad minimaal zijn.The counteracting moment Mt of the spring-loaded air cylinder is such that for wind speeds greater than e.g. 12m / sec. a blade angle 33 is set so that the power remains constant and the varying forces on the rotor blade are minimal.
25 Bij toenemende windsnelheden zal naarmate β groter wordt, tC kleiner worden en de liftkracht L veranderen. Deze verandering van L voor een rotorbladelement is ook sterk afhankelijk van de straal r.25 With increasing wind speeds, as β increases, tC decreases and the lift force L changes. This change of L for a rotor blade element is also highly dependent on the radius r.
De verandering van het vermogen is voor een rotorbladelement bij verandering van V ook zeer sterk afhankelijk van r.The change of power for a rotor blade element when V changes is also very much dependent on r.
30 Uit diepgaande analyse van dit dynamische proces is gebleken, dat voor een goede werking, Maer voldoende groot moet zijn in relatie tot a /3 en dit is te realiseren is door de rotatieas een bepaalde hoekje te laten maken met de 1/4 koordeas van het van het rotorblad (fig.5).30 In-depth analysis of this dynamic process has shown that for proper operation, Maer must be sufficiently large in relation to a / 3 and this can be achieved by having the rotation axis make a certain angle with the 1/4 chord axis of from the impeller (fig. 5).
De z.g. 1/4 koordeas van het rotorblad, valt in dit voorbeeld tevens samen met 35 de Z - as.The so-called 1/4 chord axis of the rotor blade, in this example, also coincides with the Z axis.
Door nu de luchtcilinder met veer een karakteristiek te geven, waarbij :007538 10By giving the air cylinder with spring a characteristic, where: 007538 10
Maer statisch = Mt en het verband te bepalen tussen Mt en de gewenste hoek & A en V (fig. 8),stellen de rotorbladen zich in op de gewenste bladhoek A .Maer static = Mt and to determine the relationship between Mt and the desired angle & A and V (fig. 8), the rotor blades adjust to the desired blade angle A.
Het rotorblad zal zich ook voldoende snel in moeten stellen, waarbij als eis 5 geldt, dat de bladhoekveranderingssnelheid groter moet zijn dan de snelheid, waarmee de windsnelheid-en richting verandert bij windsnelheden boven circa 12 m/sec.Tevens zal deze bladhoekveranderingssnelheid groter moeten zijn,dan de hoeksnelheid U> van de rotor.The rotor blade will also have to adjust sufficiently fast, with requirement 5 that the blade angle change speed must be greater than the speed at which the wind speed and direction changes at wind speeds above about 12 m / sec. This blade angle change speed will also have to be faster. , then the angular velocity U> of the rotor.
Uit het bovenstaande volgt dat Mw en Mm laag moeten zijn.From the above it follows that Mw and Mm must be low.
1 o Het wrijvingsmoment Mw wordt laag gehouden,doordat op de eerste plaats de het langwerpige draagelement een behoorlijke lengte heeft (circa 1/4 -1/2 van de rotorbladlengte), waardoor de reaktiekrachten in de lagers als gevolg van de krachten op het rotorblad laag worden.1 o The frictional moment Mw is kept low, because in the first place the elongated support element has a considerable length (approximately 1/4 -1/2 of the rotor blade length), so that the reaction forces in the bearings due to the forces on the rotor blade get low.
Ten tweede worden de lagers het dichts gelegen nabij de rotoras, uitgevoerd als 15 nokrollen 13, welke bevestigd zijn aan het rotorblad en welke nokrollen over het draagelement rollen bij rotatie van het rotorblad om de rotatieas.Secondly, the bearings closest to the rotor shaft are designed as cam rollers 13, which are attached to the rotor blade and which cam rollers roll over the support element when the rotor blade rotates about the axis of rotation.
Doordat de diameter van de lagers en de nokrollen relatief klein zijn t.o.v.de diameter van het draagelement is de wrijving laag.Because the diameter of the bearings and the cam rollers are relatively small compared to the diameter of the support element, the friction is low.
Het hoofdlager 5 in fig.6 is een tonlager met een relatief kleine diameter, 20 waardoor de wrijving laag is.The main bearing 5 in Fig. 6 is a spherical roller bearing with a relatively small diameter, so that the friction is low.
Het moment Mm veroorzaakt door de massatraagheidskrachten om de rotatieas 8-8, kan zo laag mogelijk gehouden worden, door de massa van het rotorblad te minimaliseren en de afstand van het zwaartepunt van het rotorblad tot de rotatieas zo klein mogelijk te houden.The moment Mm caused by the mass inertia forces about the axis of rotation 8-8 can be kept as low as possible by minimizing the mass of the impeller and keeping the distance from the center of gravity of the impeller to the axis of rotation as small as possible.
25 De massa van het rotorblad is bij deze uitvinding minimaal, doordat het rotorblad zeer licht gekonstrueerd kan worden, doordat de krachten en momenten op het rotorblad hoofdzakelijk door het langwerpige draagelement op de rotomaaf worden overgebracht.The mass of the rotor blade is minimal in this invention, because the rotor blade can be constructed very lightly, because the forces and moments on the rotor blade are mainly transferred to the rotor hub by the elongated support element.
Doordat de krachten en momenten in de rotorbladkonstruktie veel minder zijn 30 als gevolg van het toepassen van het langwerpige draagelement kan het zwaartepunt van het rotorblad dichter bij de rotatieas gebracht worden.Since the forces and moments in the rotor blade construction are much less as a result of the use of the elongated supporting element, the center of gravity of the rotor blade can be brought closer to the axis of rotation.
Een andere belangrijke reden om de massa van het rotorblad laag te houden en het zwaartepunt zo dicht mogelijk bij de rotatieas te leggen, is om wisselende momenten om de rotatieas te voorkomen, als gevolg van de zwaartekracht bij 35 rotatie van de rotor om de aandrijfas.Another important reason to keep the mass of the rotor blade low and to place the center of gravity as close to the axis of rotation as possible is to avoid alternating moments around the axis of rotation, due to the gravity of rotation of the rotor about the drive shaft.
Dit wisselende moment,is bij deze uitvinding minimaal.This varying moment is minimal in this invention.
1007538 111007538 11
Doordat de rotatieas 8-8 loodrecht staat op de aandrijfas en de tilthoek (hoek welke aandrijfas met X-as maakt in het X-Z vlak) minimaal is ,bij deze uitvinding, geven de centrifugaalkrachten geen of minimale wisselende momenten om de rotatieas, wanneer de rotor roteert om de aandrijfas.Because the axis of rotation 8-8 is perpendicular to the drive shaft and the tilt angle (angle which the drive axis makes with the X axis in the XZ plane) is minimal, in this invention, the centrifugal forces give no or minimal alternating moments around the axis of rotation when the rotor rotates about the drive shaft.
5 Een ander voordeel van de konstruktie is, dat dimensionering van rotomaaf en rotorblad, sterktetechnisch optimaal is.Another advantage of the construction is that the dimensioning of the rotor hub and rotor blade is optimally strength-wise.
Uit intensieve bestudering van fig. 4 blijkt, dat bij verandering van de windsnelheidsrichting, hoeken en krachten zodanig veranderen, dat het rotorblad zich in wil stellen naar de nieuwe windrichting, zodanig, dat ίο β een waarde krijgt, die hoort bij een bepaalde windsnelheid en richting.An intensive study of Fig. 4 shows that when the wind speed direction changes, angles and forces change so that the impeller wants to adjust to the new wind direction, such that ίο β is given a value corresponding to a certain wind speed and direction.
Door de rotorbladen onafhankelijk van elkaar op te hangen, zal ieder rotorblad zich afzonderlijk instellen bij een bepaalde windsnelheid en richting.By hanging the rotor blades independently of each other, each rotor blade will adjust independently at a certain wind speed and direction.
Dit is van belang, omdat vooral bij grotere rotordiameters de windsnelheid en richting momentaan in het rotatievlak Z-Y, zeer sterk kunnen verschillen.This is important, because especially with larger rotor diameters, the wind speed and direction instantaneously in the rotation plane Z-Y can differ greatly.
15 Daarom is de regelsnelheid groter dan u> .15 Therefore, the control speed is faster than u>.
De luchtcilinder met veer is zodanig ontworpen, dat ieder gewenste curve, zoals fig.8 weergeeft, gerealiseerd kan worden.The air cylinder with spring is designed in such a way that any desired curve, as shown in figure 8, can be realized.
Door de keuze van een juiste kombinatie van de parameters: luchtdruk, diameter zuiger a, diameter zuiger b, lengte cilinder, beginslaglengte, veerlengte en 20 veerkonstante, kan het gewenste verband volgens fig.8 bereikt worden.By choosing the correct combination of the parameters: air pressure, piston diameter a, piston diameter b, cylinder length, starting stroke length, spring length and spring constant, the desired relationship according to fig. 8 can be achieved.
Het principe van deze luchtcilinder met veer is het volgende:The principle of this air cylinder with spring is the following:
De cilinder bestaat uit 2 kamers a en b, welke normaal een open verbinding met elkaar hebben, waardoor de luchtdruk in beide kamers dezelfde is.The cylinder consists of 2 chambers a and b, which normally have an open connection to each other, so that the air pressure in both chambers is the same.
De zuigerstang is verbonden met het rotorblad, de cilinder met de rotomaaf.The piston rod is connected to the rotor blade, the cylinder to the rotor hub.
25 Doordat de kracht op zuiger in b groter is dan op a, zal tot V is circa 12m/sec. het rotorblad tegen de aanslag 12 gedrukt worden.Because the force on piston in b is greater than on a, up to V will be approximately 12m / sec. the impeller is pressed against the stop 12.
Wanneer Maer groter wordt en daarmede de kracht op de zuigerstang en deze groter wordt dan de tegenwerkende kracht, zal de zuiger zodanig bewegen, dat ruimte a groter wordt en ruimte b kleiner.When Maer becomes larger and thus the force on the piston rod and it becomes greater than the counteracting force, the piston will move such that space a becomes larger and space b smaller.
30 De evenwichtstoestand die zich instelt voldoet aan de vergelijking:30 The state of equilibrium that settles satisfies the equation:
Maer = P( Ab - Aa ) + Cv.Sv waarin c P - luchtdruk Ab = oppervlak zuiger bMaer = P (Ab - Aa) + Cv.Sv where c P - air pressure Ab = surface piston b
Cv= veerconstante c = arm rotatieas-zuigerstang 9a 35 Sv= indrukking veerCv = spring constant c = arm rotation shaft piston rod 9a 35 Sv = compression spring
Aa= oppervlak zuiger a 1007538 12Aa = piston surface a 1007538 12
Het totale volume van ruimte a en b verandert bij verplaatsing van de zuiger, waardoor P verandert en dus de kracht P.(Ab - Aa).The total volume of spaces a and b changes as the piston moves, causing P to change and thus the force P. (Ab - Aa).
Zoals reeds vermeld, is door een juiste keuze van parameters de gewenste karakteristiek te verkrijgen.As already mentioned, the desired characteristic can be obtained by a correct choice of parameters.
5 Een voordeel van dit systeem is, dat het verband tussen M^ren 4f5 vrij vlak is, waardoor het dynamische gedrag van de rotorbladverstelling nagenoeg geen 2e orde massaveersysteem is, hetgeen ongewenste trillingen en resonanties in de regeling voorkomt.An advantage of this system is that the relationship between motors 4f5 is quite flat, so that the dynamic behavior of the rotor blade adjustment is hardly a 2nd order mass spring system, which prevents unwanted vibrations and resonances in the control.
Een eis, welke aan windturbines wordt gesteld is, dat bij te hoge toerentallen, de 10 windturbine zichzelf aërodynamisch beveiligd. Bij deze uitvinding is hierin voorzien door in de open verbinding tussen ruimtes a en b van de luchtcilinder een driewegklep 11 te monteren.A requirement imposed on wind turbines is that at too high speeds, the wind turbine protects itself aerodynamically. The present invention provides this by mounting a three-way valve 11 in the open connection between spaces a and b of the air cylinder.
Indien de windturbine in overtoeren gaat, wordt de driewegklep zodanig gedraaid, dat ruimte b een verbinding krijgt met de buitenlucht en ruimte a wordt 15 afgesloten.If the wind turbine goes into overspeed, the three-way valve is turned in such a way that space b is connected to the outside air and space a is closed off.
Door de lucht in ruimte a, zal het rotorblad van de wind af draaien om de rotatieas en over een zodanige grote hoek^rè, dat het vermogen nihil wordt en het rotortoerental onder alle omstandigheden onder een veilige grens blijft.Due to the air in space a, the impeller will rotate away from the wind about the axis of rotation and over such a large angle that the power becomes zero and the rotor speed remains under a safe limit under all circumstances.
De driewegklep wordt op 2 manieren bedient bij overtoeren, enerzijds 20 mechanisch door een centrifugaal gewichtje + kabeltje in het rotorblad, anderzijds electrisch c.q electronisch, door toerentalmeting.The three-way valve is operated in 2 ways during overspeeding, on the one hand mechanically by a centrifugal weight + cable in the rotor blade, on the other hand electrically or electronically, by speed measurement.
10075381007538
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1007538A NL1007538C1 (en) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | Windmill for generating electric power |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1007538 | 1997-11-13 | ||
| NL1007538A NL1007538C1 (en) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | Windmill for generating electric power |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1007538C1 true NL1007538C1 (en) | 1999-05-17 |
Family
ID=19766011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1007538A NL1007538C1 (en) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | Windmill for generating electric power |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1007538C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018015647A1 (en) | 2016-07-21 | 2018-01-25 | DE BRISOULT, Dominique | Blade intended to be mounted on a wind turbine comprising a wing structure rotating about a beam slid inside |
-
1997
- 1997-11-13 NL NL1007538A patent/NL1007538C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018015647A1 (en) | 2016-07-21 | 2018-01-25 | DE BRISOULT, Dominique | Blade intended to be mounted on a wind turbine comprising a wing structure rotating about a beam slid inside |
| FR3054268A1 (en) * | 2016-07-21 | 2018-01-26 | Bertrand Richer | PALLET FOR MOUNTING ON A WIND TURBINE COMPRISING A TURNING SAIL AROUND A BEAM SLIDED INSIDE. |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5584655A (en) | Rotor device and control for wind turbine | |
| US4619585A (en) | Wind turbine apparatus | |
| US4545729A (en) | Wind turbine apparatus | |
| US4293274A (en) | Vertical axis wind turbine for generating usable energy | |
| US4110631A (en) | Wind-driven generator | |
| WO1996020343A9 (en) | Rotor device and control for wind turbine | |
| US4776762A (en) | Windmill | |
| US4299537A (en) | Interlinked variable-pitch blades for windmills and turbines | |
| US4324528A (en) | Automatic regulating device for keeping constant the speed of wind-powered propellers | |
| EP0087471A1 (en) | Wind energy conversion system | |
| US5096381A (en) | Regulating device for maintaining constant the rotary speed in turbines | |
| US4439108A (en) | Windmill having centrifically feathered rotors to control rotor speed | |
| NL2005954C2 (en) | Wind turbine. | |
| US4316698A (en) | Fluid-driven turbine with speed regulation | |
| PT1478849E (en) | Passive speed and power regulation of a wind turbine | |
| EP0025791B1 (en) | A wind turbine | |
| NL8102371A (en) | WIND TURBINE ON THE WIND. | |
| NL1007538C1 (en) | Windmill for generating electric power | |
| US20200132044A1 (en) | Wind turbine | |
| NL1002324C1 (en) | Windmill-blade-suspension system | |
| CA2309850C (en) | Straight-bladed, vertical axis wind turbine | |
| WO2012032244A1 (en) | Wind turbine of which the height can be adjusted according to aerodynamic forces | |
| WO2011039777A2 (en) | System for controlling cone and pitch angle of a rotor blade assembly of a wind turbine | |
| WO2020152590A1 (en) | Turbine for a vertical-axis wind turbine generator | |
| JPH01305167A (en) | Vertical-shaft wind force turbine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| VD2 | Lapsed due to expiration of the term of protection |
Effective date: 20031113 |