NL7901145A

NL7901145A - Wind driven turbine with prism shaped rotors - has wind deflecting shield which projects rotors moving against windward direction

Info

Publication number: NL7901145A
Application number: NL7901145A
Authority: NL
Original assignee: Lothar Louis Pohl
Priority date: 1979-02-13
Filing date: 1979-02-13
Publication date: 1980-08-15

Abstract

The wind driven turbine for converting kinetic energy to mechanical energy consists of a tower (1) supporting rotors (2, 3) formed as prisms with curved surfaces. A wind deflecting shield (7) directs the airflow to the surface of each rotor moving in a windward direction whilst shielding the surface moving against the windward direction. The rotors and shield are carried on an intermediate frame (5) which is rotatable about the tower. the shield may have adjustable guide vanes whereby the direction of air flow relative to the rotor surfaces may be varied.

Description

793094/M/Eay/cd >793094 / M / Eay / cd>

Aanvrager: 1QTHAR iOUIS POEL, te Toronto, Ontario, OanacLa»Applicant: 1QTHAR iOUIS POEL, Toronto, Ontario, OanacLa »

Titel: Vindturtine»Title: Vindturtine »

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het omzetten van de kinetische energie van de wind in mechanische energie, waarbij zeer compakt gebouwde rotoren met een vertikale draaias in kombinatie met een speciaal aangepaste toren- of kolomconstructie 5 worden toegepast0The invention relates to a device for converting the kinetic energy of the wind into mechanical energy, in which very compactly built rotors with a vertical rotary axis are used in combination with a specially adapted tower or column construction.

Een overzicht van de bestaande uitvoeringen van windmolens en windturbines met vertikale assen toont aan, dat deze uitvoeringen kannen worden verdeeld in twee groepene De eerste groep bestaat uit uitvoeringen waarbij windvangers en vlak gebogen oppervlakken worden 10 toegepast, zoals bijvoorbeeld de Savonius rotor, waarbij het weerstands verschil tussen de delen die met de windrichting mee en de delen die tegen de windrichting in bewegen de aandrijvende kracht vormte De andere groep bestaat uit windturbines met vertikaal aangebrachte rechte en gebogen bladen, die een dwarsdoorsnede bezitten in de vorm·van een 15 draagvlakprofiel en coaxiaal rond een as en ophangc ons truc tie roteren, zoals bijvoorbeeld de Darrieus rotoren, waarbij de rotatie in hoofdzaak tot stand komt door de liftkrachten» De eerste groep heeft vanwege het lage rendement slechts een beperkt toepassingsgebied in de instrumentenbouw en voor ventilatiedoeleinden0 Bij de andere groep 20 van windmolens met een vertikale as doen zich speciaal moeilijkheden voor indien het de toepassing betreft voor grote windkrachtstations, welke stations in grootte vergelijkbaar zijn met energiecentrales die fossiele brandstof gebruiken» De bouwkosten nemen hierbij progressief toe, en er treden ernstige constructie- en spanningsprobelemen op, die 25 tengevolge van het gebruik van relatief dunwandige bladen van aanzienlijke afmetingen niet gemakkelijk kunnen worden opgelost. Soortgelijke problemen doen zich voor bij het ontwerpen van windturbines met een horizontale as, die ook wel axiale stromingsturbines worden genoemd»An overview of the existing versions of windmills and wind turbines with vertical shafts shows that these versions can be divided into two groups. The first group consists of versions in which wind catchers and flat curved surfaces are applied, such as the Savonius rotor, where the resistance difference between the parts moving in the wind direction and the parts moving in the wind direction formed the driving force. The other group consists of wind turbines with vertically arranged straight and curved blades, which have a cross-section in the form of a bearing profile and coaxial rotate around an axis and suspension, such as the Darrieus rotors, for which the rotation is mainly caused by the lifting forces »The first group, due to the low efficiency, has only a limited area of application in instrument construction and for ventilation purposes0 In the other group 20 of windmills with a vertical a s particular difficulties arise when it comes to the application for large wind power stations, which are comparable in size to fossil fuel power plants »Construction costs are progressively increasing, and serious construction and stress problems arise, due to the the use of relatively thin-walled blades of considerable dimensions cannot be easily solved. Similar problems arise in the design of horizontal axis wind turbines, also known as axial flow turbines »

Hierbij is de grote roterende massa van de rotorbladen, welke continu 50 door de wisselende aërodynamische en inwendige belasting worden verbogen, een belemmering voor de ontwikkeling van grote windkrachtstations»The large rotating mass of the rotor blades, which are continuously bent by the varying aerodynamic and internal load, is an obstacle to the development of large wind power stations »

De uitvinding beoogt een windturbine te verschaffen met om een vertikale as draaiende rotoren van een zeer compakte en robuuste 790 1 1 45 2 * - ' f- "bouw, waarbij deze grote spanningsproblemen worden geëlimineerd, en het met lage fabricagekosten bouwen van grote windkrachtstations mogelijk wordt door middel van een materiaal- en gewichtbesparend ontwerp· Een tweede oogmerk van de uitvinding is het komhineren van 5 dergelijke vertikale rotoren met een kolomkonstructie, die is voorzien van aërodynamische eigenschappen en van mechanische middelen, teneinde het rendement van de turbinerotoren te verhogen en een doeltreffend regelsysteem voor de snelheid van de turbinerotoren te vormen·The object of the invention is to provide a wind turbine with rotational rotors of a very compact and robust 790 1 1 45 2 * - 'f- "construction, which eliminate these large voltage problems, and enable the construction of large wind power stations with low manufacturing costs. A second object of the invention is to combine such vertical rotors with a column construction, which are provided with aerodynamic properties and with mechanical means, in order to increase the efficiency of the turbine rotors and to form an effective control system for the speed of the turbine rotors

Een volgend oogmerk van de uitvinding is het verschaffen van 10 een windturbine, die is voorzien van turbinerotoren en van draagframes, die zijn opgehangen aan de top van de kolome ons truc tie voor iet verkrijgen van een goedkope constructie van de turbinerotoren en draagframes met een laag totaal gewicht«A further object of the invention is to provide a wind turbine fitted with turbine rotors and support frames suspended from the top of the column to obtain an inexpensive construction of the turbine rotors and low-profile support frames. total weight"

Deze oogmerken worden volgens de uitvinding bereikt, door-15 dat elke rotor is gevormd als een hol prisma met tenminste drie vertikaal in de windrichting gebogen oppervlakken, en is voorzien van een vertikale as, die via eindlagers in een onderste en een bovenste tussen-draagframe is gemonteerd, en de windmolen is voorzien van een kolom-constructie, die een dubbele rij turbinerotoren draagt, welke rotoren 20 stroomafwaarts vertikaal en symmetrisch achter de kolomeonstructie zijn aangebracht, welke kolom hoofdlagerbevestigingen bezit voor de tussendraagframes, die tenminste door de windkrachten om de kolom kunnen zwenken· Dij voorkeur is aan de voorkant van de kolom een windafbuigscherm aangebracht, dat stijf is verbonden met de tussen-25 draagframes· Dit windafbuigscherm is aan de voorkant van de kolomeon-s truc tie tegen de windrichting in convex gebogen, en strekt zich vervolgens symmetrisch langs beide zijkanten van de kolomconstructie uit tot dan de draaicirkels van de turbinerotoren· Zodoende worden geleadings oppervlakken voor de luchtstroom geirormd, die enigszins schuin 30 ten opzichte van de windrichting staan en een tangentiale luchtstroom over de gebogen oppervlakken van de turbinerotoren geleiden, waarbij de tegen de windrichting in roterende delen van de turbinerotor van de wind worden afgeschermd, en de tangentiale luchtstroom een richting verkrijgt, die een optimaal rendement voor de turbinerotoren verschaft, 35 De kolomconstructie is gewoonlijk vervaardigd van construc- tiestaal met een rechthoekige dwarsdoorsnede, maar voor het verlagen 790 1 1 4 5 ♦ 3 * van de bouwkosten kunnen bij deze inrichtingen evenzeer betonnen kolommen met een ronde dwarsdoorsnede worden toegepast* De wind wordt dan door het gladde oppervlak van de ronde kolom voor de turbineroto-ren afgebogen, terwijl gezien in de windrichting aan beide zijkanten 5 van de kolom rond een vertikale as draaibare leischoepen zijn aangebracht waarvan de voorste randen zich dichtbij het vlakke buitenoppervlak van de kolom bevinden* Deze leischoepen kunnen de luchtstroom met Verschillende invalshoeken tegen de gebogen oppervlakken van de turbinerotoren geleiden, zodat de draaisnelheid van de turbinerotoren 10 wordt beïnvloedeThese objects are achieved according to the invention, in that each rotor is formed as a hollow prism with at least three surfaces vertically curved in the wind direction, and is provided with a vertical shaft, which, via end bearings, in a lower and an upper intermediate support frame is mounted, and the windmill is provided with a column structure, which carries a double row of turbine rotors, which rotors 20 are arranged vertically and symmetrically downstream of the column structure downstream, which column has main bearing mountings for the intermediate support frames, which are at least by the wind forces around the column can pivot · The wind deflector screen is attached to the front of the column, which is rigidly connected to the intermediate support frames · This wind deflector screen is curved in a convex direction against the wind direction on the front of the column e-trick. then symmetrically along both sides of the column assembly to the turning circles of the turbine rotor and · Thus, airflow ducted surfaces are deformed, which are slightly oblique to the wind direction and conduct a tangential air flow over the curved surfaces of the turbine rotors, shielding the wind-rotating parts of the turbine rotor from the wind , and the tangential airflow obtains a direction, which provides an optimum efficiency for the turbine rotors. 35 The column construction is usually made of structural steel with a rectangular cross section, but for reducing 790 1 1 4 5 ♦ 3 * of the construction costs can be these devices are also used concrete columns with a round cross section * The wind is then deflected by the smooth surface of the round column for the turbine rotors, while seen in the wind direction on both sides 5 of the column are rotatable guide vanes about a vertical axis the front edges of which are close to the flat bu the column's surface * These guide vanes can direct the airflow at different angles against the curved surfaces of the turbine rotors, thereby influencing the rotational speed of the turbine rotors 10

Het gezamenlijke gewicht van de turbinerotoren en de tussen-draagframes veroorzaakt grote buigende momenten, waardoor hoge spanningen in de hoofdlagers ontstaan, waardoor de complexiteit en kosten van deze grote lagers dreigen toe te nemen*, Evenzo zal een groter vermogen 15 nodig zijn voor het in de wind richten van de turbinerotoren* Het is . daarom voordelig de tussendraagframes en de turbinerotoren aan een draaibare draagconstructie op te hangen, die boven op de kolom is geplaatst. De vertikale assen van de turbinerotoren, die door middel van flexibele koppelingen met elkaar zijn verbonden dienen slechts voor het 20 naar beneden toe overbrengen van het draaimoment naar een zwaarder hoofd-draagframe, dat dichtbij de voet van de kolom is gemonteerd, en dat is voorzien van een platform met installaties voor het omzetten van energie, zoals bijvoorbeeld een electrische generator, en hulpinrichtingen* Teneinde het rendement van de tangentiale turbinerotoren te 25 verhogen, zonder dat hierbij de compacte en robuuste bouw van dejrisma-vorm wordt veranderd, is in elk van de vertikale vlakken van de rotor een vertikale gleuf aangebracht, welk rotorvlak in de windrichting eerst convex, en vervolgens concaaf is gebogen. In de driehoekige dwarsdoorsnede loopt het convex gebogen deel van een veelhoekszijde vanaf 30 het voorste hoekpunt tot ongeveer de helft van een rechte lijn tussen twee naburige hoekpunten, terwijl het concaaf gebogen deel zich vanaf de volgende hoek tot minder dan de helft uitstrekt* Op deze wijze is het betreffende vertikale rotoroppervlak voorzien van een vertikale sleuf, die zich juist achter het convex gebogen oppervlak bevindt, en 35 zich over de gehele axiale lengte uitstrekt. Via de drie vertikale gleuven in de vertikale oppervlakken van de genoemde turbinerotor kan 7901145 ¢- 4 een bepaalde luchtstroom de turbinerotor passeren, welke rotor een doorgang in het centrale deel bezitoThe combined weight of the turbine rotors and the intermediate support frames causes large bending moments, creating high stresses in the main bearings, which threatens to increase the complexity and cost of these large bearings *. Likewise, greater power will be required for directing the wind from the turbine rotors * It is. therefore, it is advantageous to suspend the intermediate support frames and the turbine rotors from a rotatable support structure, which is placed on top of the column. The vertical shafts of the turbine rotors, which are connected together by flexible couplings, only serve to transfer the torque downwards to a heavier main supporting frame, which is mounted close to the base of the column, and which is provided of a platform with installations for converting energy, such as, for example, an electric generator, and auxiliary devices * In order to increase the efficiency of the tangential turbine rotors, without changing the compact and robust construction of the jrisma shape, each of the vertical surfaces of the rotor have a vertical slot, which rotor surface is first convex in the wind direction and then concave. In the triangular cross section, the convexly curved part of a polygonal side extends from the front vertex to about half a straight line between two adjacent vertices, while the concave curved part extends from the next corner to less than half * In this way the respective vertical rotor surface is provided with a vertical slot, which is located just behind the convex curved surface, and extends over the entire axial length. Through the three vertical slots in the vertical surfaces of the said turbine rotor 7901145 ¢ - 4 a certain airflow can pass through the turbine rotor, which rotor has a passage in the central part.

Se uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, die een aantal praktische uitvoeringsvormen toont» 5 Fig» 1 toont een dwarsdoorsnede van een van een scherm voor ziene kolome ons truc tie met hierachter een tweetal om een vertikale as draaiende turbinerotoren, die elk hun prismavormige dwarsdoorsnede bezitten»The invention is further elucidated with reference to the drawing, which shows a number of practical embodiments. »5 Fig» 1 shows a cross-section of one of the screens shown in the column with behind it two turbine rotors rotating about a vertical axis, each have their prism-shaped cross-section »

Fig. 2 is een gedeeltelijk aanzicht van een windturbine-10 krachtstation dat een samenstel toont van verschillende turbinerotoren met draagframes en een dienstplatform · lig. 3 toont een dwarsdoorsnede van een van een scherm voorziene kolome ons truc tie met een stel turbinerotoren hierachter, waarbij het scherm is voorzien van leischoepen.Fig. 2 is a partial view of a wind turbine power station showing an assembly of several turbine rotors with support frames and a service platform. 3 shows a cross section of a screened column of trick with a set of turbine rotors behind it, the screen being equipped with guide vanes.

15 Fig» 4 toont een dwarsdoorsnede van een betonnen kolom met een ronde dwarsdoorsnede, waarachter een stel turbinerotoren is aangebracht, welke kolom is voorzien van afaonderlijke leischoepen.Fig. 4 shows a cross section of a concrete column with a round cross section, behind which a set of turbine rotors is arranged, which column is provided with separate guide vanes.

Fig* 5 toont een uitvoering van een om een vertikale as draaiende rotor met een prismavormige constructie, die is voorzien 20 van vertikale gleuven.Fig. 5 shows an embodiment of a rotor rotating about a vertical axis with a prism-shaped construction, which is provided with vertical slots.

Figo 6 toont een ophangsysteem aan de bovenkant van de kolome lig, 7 toont een vooraanzicht van een windkrachtstation<>Figo 6 shows a suspension system at the top of the column, 7 shows a front view of a wind power station <>

De in fig. 1 weergegeven kolomeonstructie 1 bestaat uit een conventionele stalen vakwerk met een rechthoekige dwarsdoorsnede. Ach-25 ter de kolomeonstructie zijn in stroomafwaartse richting turbinerotoren 2 en 3 aangebracht, die elk de vorm van een prisma met een driehoekige dwarsdoorsnede bezitten0 De drie vertikale oppervlakken van een dergelijke turbinerotor zijn in de windrichting eerst een weinig convex en vervolgens concaaf gebogen langs een rechte lijn tussen twee 30 ' hoekpunten van de veelhoek. Met het verwijzingscijfer 4 zijn de lagers voor de assen van de turbinerotoren aangegeven terwijl het cijfer 5 een draagframe aanduidt, dat via een hoofdlager 6 met de kolomeonstructie 1 is verbonden. Het windafbuigscherm 7 is stijf verbonden met het draagframe 5» dat vrij om de kolomconstructie 1 kan draaien.The column construction 1 shown in Fig. 1 consists of a conventional steel lattice with a rectangular cross section. Behind the column structure, turbine rotors 2 and 3 are arranged downstream, each of which has the shape of a prism with a triangular cross-section. The three vertical surfaces of such a turbine rotor are first slightly convex in the wind direction and then curved concave along a straight line between two 30 'vertices of the polygon. The reference numeral 4 designates the bearings for the shafts of the turbine rotors, while the numeral 5 designates a support frame, which is connected via a main bearing 6 to the column structure 1. The wind deflecting screen 7 is rigidly connected to the supporting frame 5, which can rotate freely around the column construction 1.

35 Be opstelling van een dergelijk wind turbine systeem wordt be heerst door verschillende karakteristieke parameters, die de werking 790 1 1 45 Η 5 van het systeem "beïnvloeden* Deze parameters zijn afhankelijk van de luchtstroom, die via het gebied AA* toestroomt, welk gebied overeenkomt met de totale breedte van de turbine en van een aanzienlijk kleinere luchtstroom door het gebied BBr, waarvan de grootte kleiner is 5 doordat het scherm een deel van het vertikale vlak afschermt· Vervolgens is, afhankelijk van de toegepaste constructie, de diameter van de kolomconstructie van belang, welke diameter de minimale grootte van het scherm bepaalt, en de diameter van de turbinerotoren die op een afstand d van elkaar zijn gelegen* 10 Be via het gebied AA* naar turbinerotoren stromende lucht stroom wordt afgebogen naar het gebied 3B*, waarbij een gedeelte van de energieverliezen wordt teruggewonnen door de toenemende snelheid van de luchtstroom langs het scherm naar de turbinerotoren* Bit effekt kan worden vergeleken met het afbuigeffekt en de stromingsenergiewinst 15 van een omhulling rond een axiale stromingsturbine. Be uiteindelijke helling van het nabij de draaicirkel van de turbinerotor gelegen oppervlak van het scherm met een naar de windrichting toe gerichte afbuig-hoek («) moet daarom niet te groot zijn om ©1 optimale versnelling van de luchtstroom te verkrijgen* Indien de afbuighoek (a) te groot is, 20 neemt het verlies door het afbuigeffekt te veel toe* Eet is duidelijk dat de diameters van de turbinerotoren B_ en de afstand d de positie ïi van de turbinerotor en de grootte van het toestromingsgebied AA* bepalen. Ben te grote rotordiameter resulteert echter in een lage rotatie-snelheid, omdat de snelheid aan de omtrek van de rotor niet groter zal 25 zijn dan de windsnelheid en de gevoeligheid voor lage windsnelheden afneemt· Indien één vertikaal rotoroppervlak in een draaibare stand van de rotor in het verlengde ligt van het hellende oppervlak van het scherm, is bij een bepaalde rotordiameter tevens de afstand d en de stand van de turbinerotoren bepaald* Indien in deze roterende stand het 30 oppervlak van de turbinerotor wordt geraakt door een tangentiale stroom met een geschikte invalshoek ten opzichte van het convex gebogen deel van het rotoroppervlak, wordt een maximale lift verkregen met als resultante een aandrijvende kracht*35 The arrangement of such a wind turbine system is governed by several characteristic parameters, which influence the operation "790 1 1 45 Η 5 of the system" * These parameters depend on the airflow flowing through the area AA *, which area corresponds to the total width of the turbine and of a significantly smaller airflow through the area BBr, the size of which is smaller 5 because the screen shields part of the vertical plane · Then, depending on the construction used, the diameter of the column construction of importance, which diameter determines the minimum size of the screen, and the diameter of the turbine rotors spaced d from each other * 10 Be air flow flowing through the region AA * to turbine rotors is diverted to the region 3B *, where part of the energy losses are recovered by the increasing velocity of the airflow past the screen to the turbine rotors * Bit eff The comparison can be compared to the deflection effect and the flow energy gain of an enclosure around an axial flow turbine. Therefore, the final inclination of the area of the screen near the turning circle of the turbine rotor with a deflector angle («) facing the wind direction should not be too great to obtain © 1 optimum acceleration of the airflow * If the deflection angle ( a) is too large, the loss due to the deflection effect increases too much. It is clear that the diameters of the turbine rotors B_ and the distance d determine the position ii of the turbine rotor and the size of the inflow area AA *. However, a too large rotor diameter results in a low rotational speed, because the speed at the periphery of the rotor will not be greater than the wind speed and the sensitivity to low wind speeds decreases · If one vertical rotor surface in a rotatable position of the rotor in is the extension of the inclined surface of the screen, the distance d and the position of the turbine rotors are also determined for a certain rotor diameter. * In this rotating position, the surface of the turbine rotor is hit by a tangential current with an appropriate angle of incidence at with respect to the convexly curved part of the rotor surface, a maximum lift is obtained, resulting in a driving force *

In fig* 2,die overeenkomt met fig* 1, is een vertikale rij 35 turbinerotoren 3 weergegeven, die in stroomafwaartse richting achter 7901145 3 r 6 de kolomconstructie 1 zijn aangebrachte hè assen 10 van- de turbine-rotoren 3 zijn in de lagers 4 gemonteerd, die zijn bevestigd aan draag-frames, die door middel van het hoofdlager 6 aan de kolomconstructie 1 zijn bevestigde Het windafbuigscherm f strekt zich uit over de^hele 5 lengte van de vertikale rij turbinerotoren 3® Aan de voet van de kolom is een zwaar hoofddraagframe 8 aangebracht, dat draaibaar is om de kolomconstructie 1, en is gecombineerd met een dienstplatform 9 dat is voorzien van een installatie voor het omzetten van. energie, huls tuur inrichtingen en van controle-instrumenten0 De het moment overbrengen-10 de as 10 van een vertikale rij turbinerotoren 3 is via een flexibele hoofdkoppeling 11 verbonden met de tandwielkast 12· De afvoer van de elektriciteit uit de generator 13 geschiedt door middel van een sleepring 14·In fig. 2, corresponding to fig. 1, a vertical row of 35 turbine rotors 3 is shown, which are arranged downstream behind the column construction 1, the axes 10 of the turbine rotors 3 in the bearings 4 mounted on supporting frames, which are attached to the column construction 1 by means of the main bearing 6. The wind deflection screen f extends over the entire length of the vertical row of turbine rotors 3®. At the foot of the column heavy main supporting frame 8, which is rotatable about the column construction 1, and is combined with a service platform 9 which is provided with an installation for converting. energy, sleeve devices and control instruments 0 The moment-transmitting shaft 10 of a vertical row of turbine rotors 3 is connected via a flexible main coupling 11 to the gearbox 12 · The electricity is removed from the generator 13 by means of a slip ring 14

In fig· 3 strekt het stijf met het tussendraagframe 5 ver-15 bonden windafbuigscherm 7 aan de voorkant van de kolomconstructie 1 zich niet uit tot de draaicirkels van de turbinerotoren, maar is aan beide zijkanten van kolom vervangen door leischoepen 15 en 16* Deze schoepen zijn met een gladde overgang aan het scherm 7 bevestigd en zijn over een kleine hoek draaibaar vanaf de stand (a) tot de stand 20 (b)o Indien de schoep zich in stand (a) bevindt, wordt de tangentiale luchtstroom over het convex gebogen oppervlak van de turbinerotor geleid, als deze rotor zich in de in fig· 1 weergegeven stand bevindt, en zal de turbinerotor met de maximale' snelheid draaien. Indien de schoep wordt versteld naar de stand (b) zoals is aangegeven bij de 25 schoep 16, dan is de luchtstroom in hoofdzaak gericht naar de hartlijn van de turbinerotor· Hu ontstaan er enkel onregelmatige vervelingen en weerstandkrachten, zodat de rotor in een bepaalde stand ophoudt met draaien0 Door windvlagen veroorzaakte onregelmatige bewegingen of trillingen kunnen worden gedempt door een reminrichting· De 30 leischoepen worden bediend door een geschikt snelheidsregelsysteem·In Fig. 3, the wind deflector screen 7 rigidly connected to the intermediate support frame 5 on the front of the column construction 1 does not extend to the turning circles of the turbine rotors, but is replaced on both sides of the column by guide vanes 15 and 16 * These blades are attached to screen 7 with a smooth transition and are rotatable by a small angle from position (a) to position 20 (b) o If the blade is in position (a), the tangential airflow is bent over the convex surface of the turbine rotor, when this rotor is in the position shown in fig. 1, and the turbine rotor will rotate at maximum speed. If the vane is adjusted to the position (b) as indicated at the vane 16, then the airflow is directed mainly to the axis of the turbine rotor · Hu, only irregular deflections and resistance forces are created, so that the rotor in a certain position stops turning0 Irregular gusts or vibrations caused by gusts of wind can be damped by a braking device · The 30 guide vanes are operated by a suitable speed control system ·

In fig. 4 bestaat de kolomconstructie uit een van voorgespannen beton vervaardigde toren 17 met een ronde dwarsdoorsnede en een gif ad buitenoppervlak dat tevens dient als een voor de turbinerotoren geplaatst element voor het afbuigen van de wind. De draaibare 35 leischoepen 18, 19 zijn in de windrichting gezien aan beide zijkanten van de betonnen toren geplaatst, en zijn voorzien van assen 20,21 die 790 1 1 4 5 7 aan het tussendraagframe^iijn gemonteerd. Randen 22, 23 schermen de assen 20, 21 ten opzichte van de windrichting af, en sluiten aan op het gladde buitenoppervlak van de betonnen toren, als deze leischoe-pen 18, 19 zich in de stand (a) voor een maximale rotorsnelheid bevin-5 den, en de af gebogen luchtstroom vanaf de voorkant van de betonnen toren zonder turbulentie over de leischoepen stroomt. Toor deze randen kunnen stroken van een elastisch materiaal worden gebruikt, die met een minimale wrijving over het torenoppervlak kunnen glijden bij het verzwenken van het tüssendraagframe$ Doordat de diameter van de uit 10 voorgespannen beton vervaardigde toren 17 relatief klein kan worden gehouden, is de totale breedte V van de windturbine kleiner. De tur-binerotoren kunnen dan zonder verlies van bruikbare windenergie dichter bij elkaar worden geplaatst, waarbij beide rotatiecirkels elkaar overlappen, omdat de rotatie van de rotoren is gesynchroniseerd in de 15 tandwielkast 12. let weglaten van het grote scherm voor de turbinero-toren, de lagere winddruk op de kolomconstructie en de kleinere afmetingen van de draagconstructies, c ?agen alle bij tot lagere bouwkosten, In fig. 5a heeft de turbinerotor 25 een dwarsdoorsnede in de vorm van een driehoekige veelhoek. Elke zijde van de veelhoek is 20 gebogen langs de rechte lijn C-3? tussen de twee hoekpunten, en wel gezien in de windrichting eerst convex 26 en vervolgens concaaf 27, Het convex gebogen deel van de zijde van de veelhoek strekt zich uit vanaf de voorste hoekpunt C tot het punt D, dat het middelpunt is van de rechtelijn C-E, Het concaaf gebogen deel van de veelhoekzijde loopt 25 slechts vanaf het hoekpunt F tot het punt E. De gebogen veelhoekzijde is zodoende tussen het middelpunt D en het punt E onderbroken.In Fig. 4, the column construction consists of a tower 17 made of prestressed concrete with a round cross-section and a venom ad outer surface which also serves as an element for deflecting the wind placed in front of the turbine rotors. The rotatable 35 guide vanes 18, 19 are positioned on both sides of the concrete tower in the wind direction, and are provided with shafts 20, 21 which are mounted on the intermediate support frame. Edges 22, 23 shield the shafts 20, 21 from the wind direction, and connect to the smooth outer surface of the concrete tower, when these guide blades 18, 19 are in position (a) for maximum rotor speed 5, and the deflected airflow from the front of the concrete tower flows over the guide vanes without turbulence. Strips of an elastic material can be used for these edges, which can slide over the tower surface with minimal friction when pivoting the intermediate supporting frame $ Because the diameter of the tower 17 made of 10 prestressed concrete can be kept relatively small, the total width V of the wind turbine smaller. The turbine rotors can then be moved closer together without loss of usable wind power, with both rotation circles overlapping, because the rotation of the rotors is synchronized in the gearbox 12.Let out the large screen for the turbine tower, the lower wind pressure on the column structure and the smaller dimensions of the supporting structures all contribute to lower construction costs. In Fig. 5a the turbine rotor 25 has a cross section in the form of a triangular polygon. Each side of the polygon is curved along the straight line C-3? between the two vertices, seen in the wind direction first convex 26 and then concave 27, The convex curved part of the side of the polygon extends from the front vertex C to the point D, which is the center of the straight line CE The concave curved part of the polygon side extends only from the vertex F to the point E. The curved polygon side is thus interrupted between the center D and the point E.

In het in fig* 5"b weergegeven zijaanzicht van de turbinerotor zijn de oppervlakken 28,29, die corresponderen met de gebogen lijnen C-D en E-E en een gleuf 30 tussen de genoemde oppervlakken aangegeven. 30 De gleuf 30 heeft een breedte eh een positie die overeenkomt met de positie van de punten D en E, en strekt zich uit over de gehele lengte van de turbine-rotor 25» Vervolgens zijn een aantal cons truc tue le versterkingen 31 aangegeven voor het behoud van de vorm van de gebogen oppervlakken# Door het aanbrengen van de gleuf 30 wordt een doorgang 35 32 gevormd via welke een luchtstroom door het centrale deel van de ro tor kan stromen, waarbij in een bepaalde rotatiestand van de rotor de 790 1 1 4a ώ 8 stroming om de rotor en hiermee de'werking van de rotor wordt verbeterde ïïit fig. 4 blijkt bijvoorbeeld duidelijk dat de gerecirculeerde en de zich aan de achterkant van de kolome ons truc tie verzamelde lucht kan wegstromen via de open turbinerotor. Deze open uitvoering van de turbine-5 rotoren heeft geen invloed op de lift opwekkende capaciteit van de convex gebogen oppervlakken en vormt-geen verzwakking van de compacte en stevige prismavormige bouw van de turbinerotor·In the side view of the turbine rotor shown in Fig. 5 * b, the surfaces 28, 29, which correspond to the curved lines CD and EE, and a slot 30 is indicated between the said surfaces. The slot 30 has a width eh a position which corresponds to the position of points D and E, and extends over the entire length of the turbine-rotor 25. Next, a number of consu tual reinforcements 31 are indicated for maintaining the shape of the curved surfaces. the slot 30 forms a passage 35 32 through which an air flow can flow through the central part of the rotor, whereby in a certain rotational position of the rotor the 790 1 1 4a ώ 8 flow around the rotor and thus the effect The rotor is improved. For example, it is clear from Figure 4 that the recirculated air and the air collected at the back of the column can flow away via the open turbine rotor. 5 rotors does not affect the lift generating capacity of the convex curved surfaces and does not weaken the compact and sturdy prismatic construction of the turbine rotor

In fig· 6 is op de top van de kolomconstructie die als voorbeeld bestaat uit een stalen vakwerkconstructie een coaxiaal frame 33 10 gemonteerd, dat is voorzien van een as waarop een druklager 34 is aangebracht voor het draaibaar ondersteunen van een draagconstructie 35» Gezien tegen de windrichting in, zijn de rotoren met de assen weggelaten teneinde het geheb draagsysteem te tonen· De draaibare draagconstructie 35 is door middel van vertikale draagstaven 36,37»58 verbonden 15 met een hieronder gelegen tussendraagframe 5· Deze draagstaven zijn via koppelingen 39 met een volgende set draagstaven voor de volgende hieronder gelegen rotor verbonden· Bij de voet van de kolomconstructie zijn de draagstaven aan het hoofddraagframe 8 bevestigd, echter zonder dat er op dit draagframe vertikale krachten worden uitgeoefend· Teneinde 20 de stijfheid van het systeem van draagstaven te vergroten zijn kabels 40 aangebracht·In fig. 6 a coaxial frame 33 10 is mounted on top of the column construction, which is an example of a steel truss construction, which is provided with a shaft on which a thrust bearing 34 is arranged for rotatably supporting a supporting construction 35 ». in the direction of the wind, the rotors with the shafts have been omitted in order to show the desired carrying system · The rotatable supporting construction 35 is connected by means of vertical supporting bars 36,37 »58 to an intermediate supporting frame located below 5 · These supporting bars are connected via couplings 39 with a following set of load bars for the following rotor located below · At the foot of the column construction, the load bars are attached to the main support frame 8, but without vertical forces being exerted on this support frame · In order to increase the rigidity of the system of load bars, cables are 40 fitted

Fig. 6b toont een bovenaanzicht van de draaibare constructie 35 met het druklager 34 en de hoofdbevestigingen van de draagstaven 36, 37,38. De draaibare constructie 35 is voorzien van twee uitstekende 25 delen, die aan hun uiteinde lagers 4 voor de assen van de turbineroto-ren 2,3 bevatten· De kolomconstructie 1 en het windafbuigscherm 7 zijn eveneens weergegeven· Door deze ophanging van de turbinerotoren en de tussendraagframes wordt het grote hoofdlager ontlast van buigende momenten, die anders de goede werking van deze hoofdlegers zouden belem-30 meren. Deze lagers kunnen zodoende goedkope normale lagers van kleine breedte zijn, die slechts zijn gedimensioneerd voor belastingen die optreden bij horizontaal gerichte winddrukkrachten· Het druklager 34 heeft een relatief kleine diameter, maar een hoogte die groot genoeg is om er bijvoorbeeld een set dubbelrijige rollagers voor grote en com-35 plexe belastingen in te kunnen aanbrengen0 De ook door diagonale kabels versterkte draagstaven vormen een stijve constructie, die een verplaat- 7901145 9 $ 'Vfc. · sing ran de turbinerotoren uit een gemeenschappelijke vertik ale lijn "beperken en mogelijke trillingen in de vertikale rij turbinerotoren dempen.Fig. 6b shows a top view of the rotatable structure 35 with the thrust bearing 34 and the main attachments of the bearing bars 36, 37, 38. The rotatable construction 35 is provided with two protruding parts, which at their end contain bearings 4 for the shafts of the turbine rotors 2,3 · The column construction 1 and the wind deflector screen 7 are also shown · Due to this suspension of the turbine rotors and the intermediate support frames, the large main bearing is relieved of bending moments, which would otherwise hinder the proper functioning of these main armies. These bearings can thus be cheap normal bearings of small width, which are only dimensioned for loads that occur with horizontally oriented wind pressure forces. The thrust bearing 34 has a relatively small diameter, but a height which is large enough to accommodate, for example, a set of double row roller bearings for and be able to apply complex loads. The load bars, also reinforced by diagonal cables, form a rigid construction, which displaces a 7901145 9 $ Vfc. · Limit the turbine rotors from a common vertical line "and dampen possible vibrations in the vertical row of turbine rotors.

In fig. 7 is het vooraanzicht van een complete windkracht-5 centrale van een aanzienlijke grootte weergegeven waarbij de kolomcon-structie 1 bestaat uit een stalen vakwerk met een dwarsdoorsnede die tot aan de top een constante breedte heeft, maar waarbij nabij de voet van de kolom zwaardere vakwerksegmenten worden toegepast· Het gewicht van de gehele krachtcentrale rust op een enkel zichzelf instellend 10 lager 41» dat is gemonteerd op een fundatie 42. Hit lager bestaat bijvoorbeeld uit één grote, uit gelegeerd staal vervaardigde kogel, die kleine zijwaarts zwaaiende bewegingen van de kolomconstructie toelaat, zonder dat er gevaarlijke buigspanningen ontstaan· Aan de voet van de kolom 1 is het hoofddraagframe 8 gemonteerd, dat draaibaar is 15 om de kolomconstructieo Aan de onderzijde van het hoofddraagframe 8 is het dienstplatform 9 opgehangen· langs de kolomconstructie 1 zijn een aantal sets even grote turbinerotoren en de tussencraagframes 5 gemonteerd. Het windafbuigscherm 7 strekt zich uit vanaf het hoofddraagframe 8 tot de top van de kolomconstructie 1, waarop de roterende 20 constructie 35 is gemonteerd op een as van het frame 33, dat coaxiaal Λ op de top van de kolomconstructie is geplaatst· Boven de constructie 35 is een kleinere hulpturbine 43 gemonteerd op een verlenging van de as van het frame 33* Boven de hulpturbine 43 is vervolgens een anker-plaat 44 aanwezig voor kabels 45 voor het tuien van de kolomconstructie 25 1, Be algemene opzet van de windkrachtcentrale wordt bepaald door de eisen van eenvoud, laag gewicht, en kostprijs en de geschiktheid voor massaproduktie, zonder dat het rendement van de - krachtcentrale wordt verlaagd tot een onrendabele waarde, waarbij ook onder slechte weersomstandigheden een hoge graad van duurzaamheid wordt bereikt. Constructie-30 delen en turbinerotoren vormen bouwelementen van gestandaardiseerde afmetingen, die kunnen worden gecombineerd in verschillende aantallen voor verschillende vermogens* Ben turbinerotor heeft een gewichtsbesparende constructie, die gelijk is aan de constructie van een vlieg-tuigvleugel, maar bezit een eenvoudiger aluminium frame voor het be-35 Houden van de vorm van het dwarsprofiel bij een veel kleinere aërodynamische belasting· De vertikale oppervlakken van de turbinerotor zijn 790 1 1 45 t4 έ 1° bedekt met een weerbestendig licht materiaal zoals bijvoorbeeld aluminiumfolie en versterkte plastic platen, terwijl als constructiema-teriaal bij voorkeur honingraats truc turen en urethaanschuim kan worden toegepast. De horizontale bodem en bovenkant van de turbinerotor 5 zijn niet afgêdekt, hetgeen materiaal bespaart en in de winter voorkomt dat er sneeuwophopingen ontstaan hetgeen de werking van de krachtcentrale kan belemmereno Sen geringe mate van flexibiliteit van de vorm van de turbinerotoren, en het tijdelijk meegeven van oppervlakken, wat wordt veroorzaakt door uitzonderlijk hoge winddrukken en tempera-10 tuurinvloeden, zal nauwelijks afbreuk doen aan de werking, en kan worden getolereerde De assen van de turbinerotoren zijn gemonteerd in zelfinstellende lagers en flexibele koppelingen, waarbij de diameter van de as en de afmetingen van de lagers naar de voet van de kolom toe groter worden, teneinde het moment over te brengen dat toeneemt met 15 het aantal turbinerotoren en zodoende met de lengte van de totale as.Fig. 7 shows the front view of a complete wind power-5 power station of a considerable size, in which the column construction 1 consists of a steel lattice with a cross section that has a constant width up to the top, but where near the base of the column heavier truss segments are used · The weight of the entire power plant rests on a single self-adjusting bearing 41 »mounted on a foundation 42. The bearing consists, for example, of one large alloy steel ball, which has small side-swinging movements. allows the column construction, without creating dangerous bending stresses · The main supporting frame 8 is mounted at the foot of the column 1, which is rotatable around the column construction o The service platform 9 is suspended at the bottom of the main supporting frame 8 · along the column construction 1 number of sets of equally sized turbine rotors and the intermediate collar frames 5 mounted. The wind deflecting screen 7 extends from the main supporting frame 8 to the top of the column construction 1, on which the rotating construction 35 is mounted on an axis of the frame 33, which is coaxially placed on top of the column construction · Above the construction 35 a smaller auxiliary turbine 43 is mounted on an extension of the axis of the frame 33 * Above the auxiliary turbine 43, an anchor plate 44 is then present for cables 45 for operating the column construction 25 1, The general design of the wind power plant is determined by the requirements of simplicity, light weight, cost and mass production suitability, without reducing the efficiency of the power plant to an unprofitable value, achieving a high degree of durability even in adverse weather conditions. Construction-30 parts and turbine rotors form building elements of standardized dimensions, which can be combined in different numbers for different powers * Ben turbine rotor has a weight-saving construction, which is similar to the construction of an aircraft wing, but has a simpler aluminum frame for be-35 Keeping the shape of the cross section with a much smaller aerodynamic load · The vertical surfaces of the turbine rotor are 790 1 1 45 t4 έ 1 ° covered with a weather-resistant light material such as aluminum foil and reinforced plastic plates, while as construction ma material preferably honeycomb tricks and urethane foam can be used. The horizontal bottom and top of the turbine rotor 5 are not covered, which saves material and prevents snow build-up in winter, which can impede the operation of the power plant. O Little flexibility in the shape of the turbine rotors, and temporary yielding of surfaces, which are caused by exceptionally high wind pressures and temperature influences, will hardly affect operation, and can be tolerated The turbine rotor shafts are mounted in self-adjusting bearings and flexible couplings, with shaft diameter and dimensions from the bearings towards the base of the column, in order to transmit the moment which increases with the number of turbine rotors and thus with the length of the total shaft.

De ingebouwde mechanische flexibiliteit van de kolomeonstructie en de turbinerotoren vereist een geschikt, bij voorkeur electronisch geregeld systeem vonr het dempen van trillingen, maar aan de andere kant worden hierdoor de hoge bouwkosten verlaagd, die anders voor een abso-20 luut stijve constructie met grote sterkte nodig zouden zijn. Het toevoegen van tenminste een kleinere turbinerotor met een hoge rotorsnel-heid op de top van de kolomeonstructie verbetert bij matige windsnelheden de starteigensehappen van de krachtcentrale en verschaft ook als het krachtstation buiten werking is, het vermogen voor de hulpgereed-25 schappen. Het gebruik van een enkele uit voorgespannen beton vervaardigde kolom voor een krachtstation van middelbare grootte kan kostenbesparend zijn, speciaal omdat de grote afbuigschermen dan kunnen vervallen. Maar wanneer een zeer groot vermogen wordt gevraagd, wordt de voorkeur gegeven aan een stalen vakwerkconstructie. Verschillende van 30 dergelijke van tuikabels voorziene kolommen van een aanzienlijke hoogte kunnen worden gecombineerd tot een krachtstation, waarbij de kolommen bijvoorbeeld in een cirkel zijn geplaatst, en slechts zover van elkaar zijn verwijderd dat ze elkaar aërodynamisch gezien niet hinderen. De kolommen van een dergelijk krachtstation kunnen met tuikabels aan elkaar 35 zijn verbonden zodat een groep kolommen wordt gevormd met een hoge -V. , stabiliteit en duurzaamheid, die tevens geschikt zijn voor plaatsen 790 1 1 45The built-in mechanical flexibility of the column structure and the turbine rotors requires a suitable, preferably electronically controlled, vibration damping system, but on the other hand it reduces the high construction costs, which otherwise would be for an absolutely rigid, high strength construction. would be needed. The addition of at least a smaller turbine rotor with a high rotor speed at the top of the column structure at moderate wind speeds improves power take-off properties and also provides power for the auxiliary tools when the power station is inoperative. Using a single prestressed concrete column for a medium size multi-gym can be cost effective, especially since the large deflection screens can be eliminated. However, when very high power is required, preference is given to a steel truss construction. Several of such tabbed columns of considerable height can be combined into a power station, the columns being arranged in a circle, for example, and only spaced so far that they do not interfere with each other aerodynamically. The columns of such a power station can be connected to each other with string cables to form a group of columns with a high -V. , stability and durability, which are also suitable for places 790 1 1 45

Claims

2. Wind turbine as claimed in claim 1, characterized in that at the front of the column our trick is a deflection screen rigidly connected to the intermediate supporting frames, which is bent convexly against the wind direction on the Ix-jctê of the column construction, and then symmetrically extends along both sides of the column-20 structure to the rotation circles of the turbine rotors to form airflow guiding surfaces which are slightly oblique to the wind direction, thereby rotating counter-winding Shield parts of the turbine rotor and direct tangential air flow over the curved surfaces of the turbine rotors. »Wind turbine according to claim 1, characterized in that the column construction has a circular cross section, with a fixed and smooth outer surface, which functions as a wind shield. bending screen for the turbine rotors, viewed in the wind direction 30 on both sides of the column con Structural guide vanes are mounted which are rotatable about a vertical axis mounted in the intermediate support frames, which guide vanes extend symmetrically in the wind direction on both sides of the column construction to the rotary 790 1 1 45 J circles of the turbine rotors, whereby the edges of the guide vanes are arranged close to the smooth outer surface of the column our trick, so that if the guide vanes are slightly rotated the angle of incidence of the air flow on the curved surfaces 5 of the turbine rotors changes.

Wind turbine according to claims 1-3, characterized in that the vertical shafts of the turbine rotors are connected to each other by means of flexible couplings for transferring the moment to the main supporting frame, which is rotatable about the column construction, and preferably is mounted near the base of the column, the main supporting frame is provided with a service platform with an energy conversion installation and with auxiliary equipment, the column construction on top being provided with a separate supporting construction, which is mounted coaxially rotatable on the column construction 15, which support structure is at least provided with one arm which extends behind the turning circle of the shafts of the turbine rotors, which arm is rigidly connected by means of fasteners to the lower intermediate support frames, so that the turbine rotors and the intermediate supporting frames are at least partially suspended from the supporting structure on top of the column co nstruction. Wind turbine according to any one of the preceding claims, characterized in that each turbine rotor has a prism shape, with a cross section in the form of a polygon with at least three vertices, the sides of the polygon in the wind direction first convex and are then concave curved, and the convexly curved portion extends from a front vertex to the center of a straight line intersecting two adjacent vertices, while the concave curved portion extends from the next vertex to the center of the a straight line between two adjacent vertices, so that the vertically curved surfaces of the turbine rotors, which are bent in the wind direction, are interrupted by a vertical slot, which extends over the entire axial length of the turbine, etc. forming a passage for limited air flow through the turbine rotor. SSSSSSSS3 790 1 1 45