NL8202174A - Windmolen, rotor, rotorblad en mast daarvoor, alsmede werkwijze voor het vervaardigen van het rotorblad. - Google Patents

Description

*\< »

Hw/Mv/421 Multinorm

Windmolen, rotor, rotorblad en mast daarvoor, alsmede werkwijze voor het vervaardigen van het rotorblad

De uitvinding heeft betrekking op een windmolen, aan de mast waarvan de uit ten minste twee bladen bestaande rotor om een liggende rotoras draaibaar is verbonden.

Het doel van de uitvinding is om een windmolen 5 voor in het bijzonder energieopwekking, te verschaffen welke windmolen naast een eenvoudige opbouw tevens eenvoudig te bedienen is. De rotorbladen zijn zodanig kantelbaar aan de rotoras verbonden, dat bij alle windsnelheden en richtingen een konstant toerental is gewaarborgd ongeacht de energie-10 vraag op een bepaald moment van de dag. Een en ander wil zeggen dat bij vollast respectievelijk nullast de rotorbladen zich automatisch instellen zonder dat de rotor"op hol slaat".

De rotor voor een windmolen volgens de uitvinding onderscheidt zich doordat elk blad om een parallel daar-15 aan gerichte, naast het zwaartepunt daarvan verlopende as aan een bladdrager kantelbaar is gekoppeld, welke kantelas de rotoras op afstand kruist, waarvan middelen voor het naar het rotorvlak terugstellen van het blad op de drager zijn aangebracht.

20 Dankzij de kantelbare opstelling van de bladen zal bij toenemende windbelasting het blad uit het rotorvlak worden gedrukt, waardoor de winddruk op het blad afneemt, zodanig dat hetzelfde draaimoment bij een gelijkblijvend toerental wordt gewaarborgd.

25 Teneinde het toerental tevens te begrenzen bij het wegvallen van het gevraagde vermogen, waardoor de rotor Üop hol zou kunnen slaan, is het bladzwaartepunt ten opzichte van de windrichting achter het vlak door de kantelassen van \ de bladen teplaatst, waarbij de parallel aan de kantelas V 30 verlopende lijn door het zwaartepunt de rotoras aan dezelfde * zijde als de kantelas kruist.

8202174 V * -2-

Deze opstelling waarborgt dat bij het toenemen van het toerental het blad eveneens meer uit het rotorvlak kantelt, waardoor de rotor zelfremmend wordt. Hierdoor behoeven geen remmiddelen op de windmolen te worden aangebracht.

5 Bij voorkeur zijn de terugstelmiddelen gevormd door een rond de rotoras verdraaibaar element, dat enerzijds door middel van een scharnierstang met het blad is gekoppeld en anderzijds via veermiddelen'met de bladdrager is verbonden. Hiermee wordt niet alleen een gelijke verstelling van de 10 bladen van de rotor verzorgd maar tevens een gelijkmatige terugstelkracht op de bladen.

In een uitvoeringsvorm zijn de veermiddelen uitgevoerd als schroefveer waarvan de langsas bij de gemiddelde bladhoek ten opzichte van het rotatievlak meer dan 90* 15 insluit met de lijn door het.aangrijpingspunt met het element en de rotoras. Hiermee wordt verzekerd dat het terugstelmo-ment geleverd door de veer en het verdraaibare element kleiner wordt naar mate het blad meer uit het rotorvlak kantelt, aangezien de op het blad inwerkende terugstelkrachten ten 20 gevolge van windbelastingen toerental eveneens kleiner worden naar mate het blad meer uit zijn vlak is gekanteld.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een rotorblad voor een windmolen van het in de aanhef beschreven type, welk rotorblad op bijzonder eenvoudige en goedkope wij-25 ze kan worden vervaardigd. Daartoe is het rotorblad gekenmerkt doordat het blad is opgebouwd uit één Of meer profiel-elementen, waarvan de vorm en de wanddikte over de gehele lengte gelijk blijft. Dankzij deze profilering is in een continu vervaardigingsproces het profiel op de gewenste lengte 30 af te snijden, waardoor de bladen aan molens van diverse vermogens kunnen worden aangepast.

Bij voorkeur is het of elk element voor het rotorblad een geëxtrudeerd profiel.

Dit biedt volgens de uitvinding tevens de mo- 035 gelijkheid om het blad samen te stellen uit twee of meer langsprofielen, waarvan althans een deel van het buitenvlak \ “—‘s “ 8202 1 74 * -r -3- het blad, en waarbij aan het overige deel van het buitenvlak middelen voor het onderling bevestigen van het profiel zijn aangebracht.

Een bijzondere stijve konstruktie kan worden 5 verkregen door elk profiel uit te voeren als kokerprofiel.

De profielen kunnen onderling worden bevestigd door bijvoorbeeld het toepassen van een verbindingsmiddel in de vorm van een uithardbare stof, bijvoorbeeld twee componentenlijmen en dergelijke.

10 Teneinde het rotorblad zonodig te kunnen ver stijven zijn volgens de uitvinding in het of elk langsprofiel één of meer nauwsluitende, vast daaraan gehechte binnenpro-fielen aangebracht. Deze binnenprofielen kunnen dan een kortere lengte hebben dan de buitenprofielen, waarbij is verze-15 kerd dat althans de einden van de profielen allen bij de naafzijde op de voet van het blad liggen, welke einden dienen ter bevestiging van het blad aan de naaf.

Volgens de uitvinding is deze naaf bij voorkeur uitgevóerd als een eenzijdig open doosvormig element 20 voor het opnemen van de wortel van een rotorblad, waarbij de verbinding weer tot stand kan worden gebracht door bijvoorbeeld een uithardbare stof tussen naaf en profielen van het blad.

De profielen zijn bij voorkeur uit licht me-25 taal, bijvoorbeeld aluminium vervaardigd, waarbij de dunne wanddikte van het extrusieprofiel mogelijk blijft dankzij de in dwarsdoorsnede uit meerdere profielen opbouwen van het blad, hetgeen vooral bij grote afmetingen van voordeel is.

Het toepassen van langsprofielen biedt tevens 30de mogelijkheid om zonder veel extra handelingen een getordeerd rotorblad te verkrijgen door tijdens het samenstellen de bladen in een bank in een getordeerde stand te houden totdat de profielen definitief aan elkaar zijn bevestigd.

Volgens de uitvinding is de windmolen zodanig 35 uitgevoerd dat in de aanblaasrichting van de wind de rotor zich achter de mast bevindt. Daardoor is de rotor zelfinstel-I lend zonder dat krui-inrichtingen in de vorm van vanen of een 1 kruimotor noodzakelijk zijn.

8202174 * ’ » -4- c Dé mast is bijvoorkeur opgebouwd uit een onderste verticaal of nagenoeg verticaal gedeelte, en een daarop schuin verlopend gedeelte waaraan de rotor is bevestigd.

Volgens een uitvoeringsvorm is tussen het on-5 derste verticale, en het .schuine gedeelte een draaibare verbinding aangebracht.

De uitvinding heeft tenslotte betrekking op een mast voor diverse toepassingen, zoals licht- of hoogspanningsmasten of voor een windmolen van bij voorkeur het hier-10 boven beschreven type, welke mast zich onderscheidt doordat deze is vervaardigd uit een spiraalsgewijze gewonden conische koker van gedeeltelijk over elkaar liggend, met de randen aan elkaar bevestigde dunne metaalband.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan 15 de hand van de hieronderstaande figuurbeschrijving van een aantal uitvoeringsvoorbeelden.

In de tekening toont:

Fig. 1 een perspectivisch staand aanzicht van een windmolen volgens de uitvinding, 20 Fig. 2 een met de blikrichting in fig. 1 over eenkomend perspectivisch aanzicht van een detail van de ro-torbladophanging en terugstelinrichting,

Fig. 3 een doorsnede door een rotorblad volgens de lijn III-III in fig. 1, 25 Fig. 4 een perspectivisch aanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van een blad in getordeerde vorm,

Fig. 5 een dwarsdoorsnede van een blad volgens een andere uitvoeringsvorm.

De in fig. 1 getoonde windmolen bestaat in 30 hoofdzaak uit een mast 1, welke op elke passende wijze van een voet 2 zonder toepassing van tuidraden kan worden bevestigd. De mast is aan de bovenzijde voorzien van een draaila-ger 3, waaraan een schuin mastgedeelte 4 draaibaar om de lengteas van de staande mast 1 volgens de pijl PI heen en 35 weer zwenkbaar is. Aan het einde van het schuine gedeelte 4 % van de mast is een rotor 5 aangebracht, die in detail in fig.

1 2 nader wordt toegelicht. De rotor is om een liggende as A-A

\ draaibaar,zodanig dat bij de getekende windrichting volgens 8202174 a C* ν -5- de pijl P2 de rotor in de richting van de pijl P3 gaat roteren. Hierbij zij opgemerkt dat de rotor 5 ten opzichte van de aanblaasrichting van de wind achter de verticale mast 1 ligt.

De molen is daardoor zelfinstellend ten opzichte van de wind-5 richting P2, omdat bij het verdraaien van de wind de rotor om de verticale mast 1 zichzelf in de juiste stand zal zwenken.

De in de figuren getoonde rotor heeft drie bladen 6 die elk kantelbaar aan een bladdrager in de vorm van een driehoekige plaat 7 zijn bevestigd.. Zie figuur 2. De 10 plaat 7 is bij elke hoek uitgevoerd met steunen 8, waarop oren 9 van de in het verlengde van elk blad 6 liggende boom 10 zwenkbaar om een aslijn 11 zijn aangebracht. De positie van de oren 9 ten opzichte van de boom 10 en derhalve van het blad 6 is zodanig dat het vlak door de kantelassen 11 voor de 15 lijn 12 door de zwaartepunten van de dwarsdoorsneden van elk blad 6 in fig. 2 loopt. Dat wil zeggen dat het zwaartepunt achter dat vlak door de kantelassen 11 loopt ten opzichte van de windrichting P2. De opstelling is eveneens zodanig dat zowel de kantellijnen 11 als de zwaartelijnen 12 de rotoras 20 A-A kruist aan dezelfde zijde daarvan.

De booni 10 is eveneens voorzien van oren 13, welke een scharnierende verbinding vormen met een koppelstang 14, waarvan het andere einde scharnierbaar is verbonden met een hoekpunt van een driehoekig gevormd draaibaar element 15.

25 Elke hoek van het element 15 is verbonden met^ een koppelstang 14 van een blad. Dezelfde hoek is eveneens draaibaar gekoppeld aan een schroefveer 16, waarvan het andere einde is bevestigd op de bladdrager 7. De richting van de schroefveer 16 is zodanig dat de aslijn daarvan ten opzichte van de radiaal 30 van het verbindingspunt met het element 15 en de rotoras A-A meer dan 90° is in de gemiddelde bladstand van blad 6.

De hierboven beschreven ophangkonstruktie werkt als volgt.

Bij een windbelasting in de richting van de 35 pijl P2 zal het blad 6 om de aslijn 11 gaan draaien uit het vlak van tekening in fig. 2 naar voren toe, zodat ook de 8202174 ’ -6- koppelstang 14 wordt verplaatst zodanig dat het draaibare element 15 in de richting van de wijzers van de klok gaat draaien- Daardoor wordt de schroefveer 16 op druk belast en zal een terugstellende kracht gaan uitoefenen. Het terugstel-5 moment wordt bepaald door de krachtlijn door de veer 16 heen en de afstand van de krachtlijn ten opzichte van de rotoras A-A. De afstand zal bij toenemende verdraaiing van het element 15 verkleinen als de bladstand 6 meer uit het draaivlak zwenkt. Een en ander levert bij een bepaalde bladstand een 10 evenwicht op met de windsnelheid die zodanig kan worden ingesteld door de juiste afmetingen van de schroefveer 16 en de veerkonstante alsmede de lengte van de koppelstang 14 dat een bepaald evenwicht wordt bereikt. Bij dat evenwicht draait de rotor met het vooraf bepaald toerental.

15 Doordat het zwaartepunt Z ten opzichte van de rotoras A-A achter de zwenkas 11 ligt, zal door het roteren van de rotor de bladen ten gevolge van de centrifugale kracht eveneens gaan uitzwenken. Bij toenemende draaisnelheid zal' de bladhoek derhalve groter worden, waardoor bij een te grote 20 snelheid het blad een remmende werking ten opzichte van de windrichting gaat innemen, zodat het toerental nooit hoger kan zijn dan een bepaald gewenst toerental. Dit is van belang voor het geval het gevraagde vermogen plotseling wegvalt. De bladdrager 7 is vastgekoppeld op een flens 17, welke 25 via een tandwielkast 18 is verbonden met een energieopwekker 19, bijvoorbeeld in de vorm van een a-synchrone draaistroom-motor.

Elk blad is volgens de uitvinding opgebouwd uit profielen waarvan de wanddikte en de vorm over de gehele 30 lengte konstant zijn. Dergelijke profielen zijn in een extru-sieproces eenvoudig te vervaardigen en dankzij de gedeelde vorm in dwarsdoorsnede, zijn aluminiumprofielen van geringe wanddikte mogelijk. Een en ander draagt bij aan het lichte gewicht van de bladen. De koppeling van de profielen 20, 21 -λ 35 en 23 aan elkaar, zie fig. 3, kan plaatsvinden door een dook ) 24 verbinding, waartussen een lijmmiddel kan worden aange-A bracht. Hierdoor ontstaat een hechte verbinding. Het kan no- n dig zijn om in het buitenste profiel 20 één of meer binnen- * profielen 20', 20''aan te brengen, hetgeen eveneens kan gel- 8202174 - é -7- t > den voor de overige profielen 21, respectievelijk 23. De lengte van deze binnenprofielen behoeft niet gelijk te zijn maar kan bijvoorbeeld telkens voor een bepaalde afstand verminderen, hetgeen bijvoorbeeld met de stippellijnen 24 in 5 fig. 1 is aangegeven. Hierdoor ontstaat een rotorblad dat naast een lichtgewicht een grote sterkte nabij de wortel van het blad paart. De wortel van het blad kan zijn opgenomen in naven 25, welke de vorm heeft van een eenzijdig open doos, waarbij de ruimte tussen de naaf 25 en de profielen kan wor-10 den opgevuld door bijvoorbeeld een uithardbare massa. Zonodig kunnen bevestigingsbouten 26 worden aangebracht.

Fig. 4 toont een uitvoeringsvorm waarbij de profielen van een rotorblad getordeerd zijn, hetgeen op eenvoudige wijze tot stand kan worden gebracht door tijdens het 15 samenstellen van het blad de profielen in een bank in een getordeerde vorm te plaatsen waarna de in de dookverbinding aangebrachte massa kan uitharden.

Binnen het kader van de uitvinding zijn ook andere verbindingsmiddelen mogelijk. Zo toont fig. 5 een uit 20 profielen opgebouwd blad, welke profielen niet als kokerpro-fiel zijn uitgevoerd, maar slechts als een plaat welke overeenkomt met de gewelfde vorm van het gewenste stroomlijnprofiel aan de zijwanden waarvan flenzen 27 zijn aangebracht, waartussen verbindingsmiddelen 28 aan te brengen zijn. Een 25 uithardbare massa 29 verzorgt de definitieve verbinding.

Tenslotte wordt nog verwezen naar fig. 1 met betrekking tot de mast 1, die is opgebouwd uit een spiraals gewijs gewikkeld, conische koker van dunne metaalband. De zijwanden van de metaalband liggen hier over elkaar en kunnen 30 dan onderling door bijvoorbeeld een hoeklas aan elkaar zijn verbonden. Door het laten toe- of afnemen van de spoed van de spiraal kan de buigweerstand van de mast worden aangepast aan de gevraagde omstandigheden. Een dergelijke mast is in het bijzonder geschikt voor masten onderhevig aan een relatief 35 grote buigbelasting, waardoor deze masten zonder tuien en dergelijke kunnen worden verankerd.

I De uitvinding is niet beperkt tot de hierboven \ beschreven uitvoeringsvorm.

8202174

Claims (22)

1. Rotor voor een windmolen aan de mast waarvan de uit tenminste twee bladen bestaande rotor om een lig- • gende rotoras draaibaar is verbonden, met het kenmerk, dat elk blad om een parallel daaraan gerichte naast het • 5 zwaartepunt ervan verlopende as aan een bladdrager kantelbaar is gekoppeld, welke kantelas de rotoras op afstand kruist, waarbij middelen voor hét naar het rotorvlak terugstellen van het blad op de drager zijn aangebracht.

2. Rotor volgens conclusie 1, met het k e n -10 merk, dat het bladzwaartepunt ten opzichte van de windrichting achter het vlak door de kantelassen van de bladen ligt en de parallel aan de kantelas verlopende lijn door het zwaartepunt de rotoras aan dezelfde zijde als de kantelas kruist.

3. Rotor volgens conclusie 1 en 2, met het k e n m e r k, dat de middelen zijn gevormd door een rond de rotoras verdraaibaar element, dat enerzijds door middel van een scharnierstang met het blad is gekoppeld, en anderzijds via veermiddelen met de bladdrager is verbonden. 20 4, Rotor volgens conclusie 1-3, met het . kenmerk, dat de veermiddelen zijn uitgevoerd als schroefveer waarvan de langsas bij de gemiddelde bladhoek ten opzichte van het rotatievlak ongeveer meer dan 90° op de lijn door het aangrijpingspunt met het element en de rotoras staat 25 5. Rotorblad voor een windmolen, welke blad een langwerpige vorm vertoont, en aan een einde aan een naaf of dergelijke bevestigbaar is, met het kenmerk, dat het blad is opgebouwd uit een of meer profielelementen, waarvan de vorm en wanddikte of de gehele lengte gelijk zijn.

6. Rotorblad volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het of elk element een geëxtrudeerd pro- D\ fiel is.

7. Rotorblad volgens conclusie 5 en 6, met het kenmerk, dat het blad is samengesteld uit twee of meer 35 langsprofielen, waarvan althans een deel van het buitenvlak is gewelfd overeenkomstig het gewenste stroomlijnprofiel van 8202174 -9- het blad, en aan het overige deel van het buitenvlak middelen voor het onderling bevestigen van de profielen zijn aangebracht.

8. Rotorblad volgens conclusie 7, met het 5 kenmerk, dat de profielen zijn uitgevoerd als kokerpro-fielen.

9. Rotorblad volgens conclusie 7 en 8, met het kenmerk, dat de bevestigingsmiddelen als een op de aan elkaar te bevestigen buitenzijden van de profielen aange- 10 brachte dookverbinding is uitgevoerd.

10. Rotorblad volgens conclusie 7 en 9, met het kenmerk, dat de dookverbinding telkens een drietal kamers nabij de buitenzijde van het blad heeft voor het opnemen van een verbindingsmiddel.

11. Rotorblad volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat met behulp van een uithardbare verbin-dingspasta een blijvende verbinding wordt bewerkstelligd tussen de langsprofielen.

12. Rotorblad volgens één der voorgaande con- 20 clusies 5-TO met het kenmerk, dat in het of elk langsprof iel één of meer nauwsluitende, vast daaraan gehechte bin-nenprofielen zijn aangebracht.

13. Rotorblad volgens één der voorgaande conclusies 5-12, , met het kenmerk, dat de binnenprofielen 25 een kleinere lengte hebben dan het daarbuiten liggende binnen- respectievelijk buitenprofiel. .

14. Rotorblad volgens conclusie 12 Of 13, met het kenmerk, dat de einden van de buiten- en of binnenprof ielen bij de naafzijde is aangebracht, welke einden die- 30 nen ter bevestiging aan de naaf.

15. Rotorblad volgens één der voorgaande.conclusies, met het kenmerk, dat de profielen uit lichtmetaal, bijvoorbeeld aluminium zijn vervaardigd.

16. Rotorblad volgens één der voorgaande con- 35 clusies 4-15, met het kenmerk, dat de naaf is voorzien \van een eenzijdig open doosvormig element voor het opnemen van een wortel van het rotorblad. 8202174 . « -ΙΟΙ 7. Werkwijze voor het uit profielen samenstellen van een rotorblad volgens één der voorgaande conclusies 4-16, met het kenmerk, dat de verbindingsvlakken bij de bevestigingsmiddelen van de profielen en/of het doosvormig 5 element worden voorzien van een uithardbare stof, bijvoorbeeld pasta, de profielen worden aaneengevoegd, het wortel van het samengestelde blad in het doosvormig element wordt geschoven en de stof wordt uitgehard.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, met het 10 kenmerk, dat de profielen in een getordeerde stand worden gehouden totdat de stof is uitgehard.

19. Windmolen voorzien van een mast en een rotor met twee of meer rotorbladen volgens één der voorgaande conclusies 1-4 respectievelijk 4-16.

20. Windmolen volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat gezien in de aanblaasrichting van de wind, de rotor zich achter de mast bevindt.

21. Windmolen volgens conclusie 19, het met k e n m e r k, dat de mast is opgebouwd uit een onderste, 20 vertikaal of nagenoeg verticaal gedeelte en een daarop schuin verlopend gedeelte, waaraan de rotor is aangebracht.

22. Windmolen volgens conclusie 21, met het k e n m e r k, dat tussen het onderste vertikale of nagenoeg verticale mastgedeelte en het schuine mastgedeelte een draai- 25 bare verbinding is aangebracht.

23. Windmolen volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een met de rotoras gekoppelde energie-opwekker, bijvoorbeeld a-synchrone draai-stroomgenerator is aangebracht aan het boveneinde van het 30 schuine mastgedeelte.

24. Mast, voor diverse toepassingen, zoals licht- of hoogspanningspast of voor een rotor, met het ken merk, dat zij is vervaardigd uit een spiraalsgewijs gewonden conische koker van gedeeltelijk over elkaar liggend, en 35 aan elkaar bevestigde, dunne metaalband.

025. Mast volgens conclusie 24, met het k e n -n merk dat de spoed van de spiraal over de lengte van de n mast varieert. 8202174