NL1035525C1 - Windmolen-propeller met uitschuifbare profieldelen. - Google Patents

Description

Windmolen-propeller met uitschuifbare profieldelen 5 Grote windmolens die generatoren aandrijven ten behoeve van stroomopwekking kampen met het euvel dat ze pas goed renderend draaien bij hogere windsnelheden.

Observatie leert ons dat de grotere windmolens niet eerder dan bij het bereiken van 2-3 Beaufort om hun centrale as beginnen te draaien.

10 Pas bij 4 en 5 Beaufort is een redelijk rendement mogelijk dat meestal piekt bij 6-7 Beaufort want bij het bereiken van 8 Beaufort moet alweer begonnen worden met het in werking stellen van een vorm van stormbeveiliging, bijvoorbeeld door de bladen in toenemende mate een ‘windneutrale’ of remmende stand in te laten nemen.

15

Bij propellers kunnen in de regel slechts de stand van het blad rond de eigen as worden gewijzigd.

Hiermee varieert de spoed per blad, ingesteld naar gelang de windsnelheid.

20 Bij lage windsnelheden zijn propellerbladen niet in staat de windkracht goed om te zetten in kinetische energie omdat zij in de eerste plaats ontworpen moeten zijn voor een goede functionering bij hogere windsnelheden.

Mediumsnelheid (v) is een belangrijk component (voorkomend als v3) in de formule die de theoretisch haalbare askoppel beschrijft.

25

De propellers kunnen veelal om hun eigen as draaien ter verandering van aërodynamische eigenschappen (zoals verandering van camber) per propeller, maar zijn tot deze aanpassing aan de windsnelheid beperkt en kennen geen extra 1035525 2 voorziening tot het functioneren bij lage mediumsnelheden zoals bijvoorbeeld het tijdelijk uitbrengen van ‘slats’ (voorste profieldeel), ‘flaps’ (achterkleppen) of andere profieldelen die het oppervlak van een propellerblad tijdelijk kunnen vergroten..

5 Bij lage windsnelheden speelt de dynamische lift een belangrijkere rol dan de aerofoil lift, druk die veroorzaakt wordt door medium stromend langs de vorm van het bladprofïel. Dynamische lift wordt veroorzaakt door de hoek die het vleugelblad inneemt t.o.v. de schijnbare windrichting, deze daarmee dwingend af te buigen van de ‘binnenzijde’ van een propeller naar buiten (of naar beneden).

10

Het om eigen as tegen de wind in draaien van propellerbladen, zoals dat nu geschiedt ter maximalisering van de bereikbare dynamische lift, zou daarom tenminste moeten worden aangevuld met een verlenging - in lengterichting - van de achterzijde van het vleugelblad, de richting van de bolle bovenzijde van 15 het aerofoil profiel voortzettend in een neerbuigende vleugelklep.

Als gevolg van dit gebrek wordt vermoedelijk zo’n 15% van de totale beschikbare windenergie ongebruikt gelaten, aangezien de gemiddelde windkracht op land vaker in de range 0-4 Beaufort verkeert dan daarboven.

Op zee is de situatie van het overheersend voorkomen van lichte wind iets 20 gunstiger.

Dit zijn windsnelheden waarbij een propellerblad op bestaande windmolens zo haaks als mogelijk op de wind wordt uitgezet om wind te vangen die de bladen in beweging kan brengen. Wordt deze hoek overdreven dan draait de molen in het geheel niet, de wind werkt dan remmend.

25 Het is de dynamische druk die de propellers in beweging brengt.

Met een vergroot en schuin staand staartoppervlak kan het blad zelfbij lichte wind een minder remmende stand innemen en zal dus eerder in beweging komen en een voor stroomopwekking geschikt toerental handhaven.

3

In de luchtvaart speelt een vergelijkbaar probleem met vaste vleugels.

Om voldoende opwaartse druk (lift) te behouden bij lage snelheden moet ook daar de vleugelvorm worden veranderd door o.a. vleugelkleppen (flaps) uit te brengen. Dit veroorzaakt weliswaar een remmende werking maar verhoogt de opwaartse 5 druk onder de vleugel onder omstandigheden dat de aerofoil druk afneemt, een werking die op zulke momenten als belangrijker wordt ervaren.

Een vleugel ontvangt opwaartse druk door 1. aerofoil druk ( opwaartse druk opgewekt door de overdruk/onderdruk die veroorzaakt wordt door de 10 vleugelvorm) en 2. dynamische druk (opgewekt door het camber van de vleugel, n.1. de stand van de vleugeloppervlakten t.o.v. de schijnbare windrichting).

Bij voldoende mediumsnelheid is het de aerofoil druk die de meeste lift biedt.

De vleugelstand die dynamische lift veroorzaakt remt dan alleen maar af en dit deel van het vleugeloppervlak wordt daarom verkleind door het intrekken van de 15 vleugelkleppen.

Met vergelijkbare hulpmiddelen kan de vorm van propellerbladen van een windmolen tijdelijk worden gewijzigd.

Propellerbladen hebben evenals vleugels een aerofoil profiel.

20 Uitbrengbare delen van de ronde aerofoil voorzijde van het blad kunnen een versnelling van de luchtstroom bovenlangs een propeller teweegbrengen door deze te voorzien van een toegevoegde luchtstroom aan de bovenzijde.

Aan de spitse uiteinden van de bladen kunnen tijdelijk vlakke delen worden 25 uitgebracht (in de lengte of in de breedte geleid op geleidesleuven of rails) om de dynamische druk te verhogen.

Hiermee worden de propellerbladen geschikter gemaakt voor aandrijving door wind bij lage (wind)snelheden.

4

Om dit toe te passen in holle windmolenbladen moeten deze voorzien zijn van uitschuifbare platen aan de achterzijde van het aerofoil profiel en/of uitschuifbare profieldelen van de voorzijde van het aerofoil profiel.

5 Deze delen hoeven de kracht van de wind niet te dragen want zij zijn slechts windsturende profielen die alleen worden uitgebracht in condities van lichte wind. Zodra de wind voldoende toeneemt om het effect van het aerofoil profiel van het blad in belangrijke mate het werk te laten overnemen worden deze delen ingetrokken in (of aangesloten aan) het bladprofiel.

10 Daarom kunnen deze relatief licht worden uitgevoerd.

In de eenvoudigste uitvoeringsvorm kan luchtdruk loodrecht drukkend tegen een (bewegende) propeller (tegen de kracht van een veer(mechanisme) in) een uitschuifbaar profieldeel aan de voorzijde van de aerofoil en tegelijkertijd een uitbrengbare vleugelklep ingedrukt houden 15 Deze delen bewegen t.o.v. elkaar in tegengestelde richting tegenover elkaar gekoppeld aan een gemeenschappelijke transportrol die evenals deze delen in een hol rotorblad aanwezig zijn.

Valt (een deel van) de luchtdruk weg dan schuiven aan de voor en achterzijde deze extra vleugeldelen uit, de gemeenschappelijke transportrol aan 2 kanten in 20 beweging brengend.

Zolang deze verlengende vleugeldelen zijn uitgeschoven heeft de wind een grotere werking op de propellers die volgens bekende wetten van aërodynamica de luchtdruk tegen de propellers eerder kunnen gaan benutten voor het opwekken 25 van kinetische energie aan de hoofdas van de windmolen, zonder de aërodynamische eigenschappen van de propellers (ontworpen om optimaal te functioneren bij 5-7 Beaufort) te veranderen.

5

De aërodynamische vorm van de propellers kan nu meer geschikt worden gemaakt voor hogere mediumsnelheden (bijvoorbeeld: geen remmend ingrijpen tot het bereiken van windkracht 9 of 10 Beaufort) bij aanwezigheid van een voorziening die de aërodynamische vorm van de propellers aanpast aan lagere 5 mediumsnelheden.

In de aanbevolen uitvoeringsvorm worden de uitschuifbare delen uitgebracht en ingetrokken d.m.v. hydraulische zuigers of d.m.v. hydraulisch of elektrisch aangedreven rollen met een vorm van vertanding.

10

Deze kunnen worden bediend door in het brede basisdeel van de holle propellers aanwezige regelapparatuur en/of pompen, op hun beurt bediend door regelapparatuur die voortdurend de stand van de uitbrengbare delen en de windkracht of draaisnelheid van de propeller detecteert.

15 Ongelijk uitgebrachte vleugeldelen zullen resulteren in onbalans.

Voeding kan contactloos d.m.v. inductie worden gerealiseerd.

De voeding kan indien gewenst stuursignalen bevatten.

20 De uitbrengbare delen kunnen in licht materiaal (kunststof, aluminium) worden uitgevoerd en zowel bij nieuwbouw als bij wijze van ‘retrofitting’ in de propellervleugel worden aangebracht.

In de regel zullen meerdere van deze voorzieningen per propeller nodig zijn afhankelijk van de lengte van het propellerblad.

25 Indien in de holle propellers inwendig een lichte overdruk gehandhaafd wordt kunnen deze nieuwe delen in aparte kasten worden ondergebracht zonder de hermetische afdichting te verstoren.

De vleugelkleppen kunnen inwendig of uitwendig worden aangebracht.

6

Deze kleppen hoeven slechts te bestaan uit een plaat die in een hol profiel of op rails uit de vleugel schuift, tot een stand diagonaal ten opzichte van de richting van de luchtstroom, het oppervlakte van de propellerblad tijdelijk vergrotend door zich t.o.v. de voorzijde horizontaal of vertikaal uit het profiel te laten bewegen.

5

Mogelijke storende turbulentie kan met z.g. ‘vortex generatoren’ (smalle opstaande delen op een vleugel, in tapse opstelling) worden onderdrukt, zoals dat met succes op vliegtuigvleugels is toegepast.

10 Aangezien deze voorziening zich gemakkelijk leent tot miniaturisatie kan deze in principe ook in hel ikopterpropel Iers worden aangebracht.

Met lage draaisnelheden van de hoofdas kan op deze zelfde wijze tijdelijk een vergrote opwaartse druk worden gegenereerd als tegendruk tegen zwaartekracht.

15 Tekeningen:

Al - dwarsdoorsnede propeller met ingetrokken vleugelklep en slat A2 - dwarsdoorsnede propeller met uitgerolde vleugelklep en slat A3 * dwarsdoorsnede propeller met ingetrokken vleugelklep 20 A4 - dwarsdoorsnede propeller met uitgerolde vleugelklep B1 - lengtedoorsnede propeller met ingetrokken vleugelklep B2 - lengtedoorsnede propeller met uitgerolde vleugelklep 25 10 3 5 5 2 5

Claims (5)

1. 5 Voorziening als beschreven in 1 - 4 waarbij beide delen op hun uitgeschoven plaats worden vastgehouden door een veer(mechanisme) en door de toenemende luchtdruk beide worden ingeschoven tegen de druk van het veermechanisme in, bijvoorbeeld via een getande gekoppelde of gemeenschappelijke transportrol(en). 10 6. Voorziening als beschreven in 1 - 4 waarbij de bedienbare inrichting bestaat uit d.m.v. hydraulische zuigers of d.m.v. hydraulisch of elektrisch aangedreven rollen met een vorm van vertanding waarmee de uitschuifbare delen op gecontroleerde wijze (geheel of gedeeltelijk) worden uitgebracht en ingetrokken.
2. 15 De haaks op de achterrand van de kleppen aanwezige geleideprofielen onderdrukken door hun stijfheid het door turbulentie klapperen van de achterrand. 7. Voorziening als beschreven in 1 - 4 waarbij de uitschuifbare delen kunnen worden 20 bediend door in het brede basisdeel van de holle propellers aanwezige regelapparatuur en/of pompen, op hun beurt bediend door regelapparatuur die de actuele positie van de uitbrengbare delen en de draaisnelheid van de propeller resp. de windsnelheid detecteert, en een signaal afgeeft dat de vleugelklep de voor de voorafbepaalde daarbij behorende positie laat innemen. 25 8. Voorziening als hierboven onder 7 beschreven voorzien van contactloos overgebrachte voeding (bijvoorbeeld d.m.v. inductie). Deze inductievelden kunnen indien gewenst stuursignalen bevatten voor de in het holle blad aanwezige aandrijfapparatuur. 9.
3. 5 Voorziening als hierboven beschreven voorzien van z.g. ‘vortex generatoren’, smalle haaks en taps opgestelde stroken op de bovenzijde/buitenzijde van de propellervleugels die turbulentie een richting geven en onderdrukken. 10.
4. 10 Deze vinding heeft betrekking op propellerbladen in het algemeen en beschrijft zowel een inrichting waarbij met het stromend medium ‘water’ als ‘lucht’ bedoeld wordt. 11.
5. 15 De hierboven beschreven zich aan veranderende windomstandigheden aanpassende voorzieningen kunnen eveneens gebruikt worden om rotorbladen zich te doen aanpassen aan lagere as-snelheden en daarmee het moment van te weinig opwaartse druk (tegenover zwaartekracht) van vliegtuigen en helikopters (‘stall’, of‘overtrek’) uit te stellen. 10 35 5 2 5