NO160460B - Vindkraftmaskin. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en vindkraftmaskin med et hus,

i hvilket en vertikal rotor er dreibar om en eksentrisk stående rotoraksel, og anordninger som er tilordnet vertikalrotoren og forskyvbare i forhold til rotorakselen og som drives av vind.

Med en slik vindkraftsmaskin som eksempelvis er beskrevet i DE 2 800 551, skal den i naturen forhåndenværende vindenergi omvandles til teknisk utnyttbar energi, eksempelvis elektrisk energi. Avgjørende for øknomien for en slik vindkraf tmaskin er dens virkningsgrad og dens bruksmulighet. Bruksmulighetene må betraktes blant annet fra estetiske og byreguleringsmessige synspunkter. Ofte ønskes også en desentralisert energiforsyning som imidlertid ved kjente vindkraft-maskiner ofte faller på at de er meget lett synlige, da et slikt anlegg blir mer påfallende og uestetisk jo større det er.

En vindkraf tmaskin er likeledes kjent fra US 4 392 780 og omfatter asymmetrisk anordnede seil som imidlertid ikke kan forandre deres seilflate noe som medfører at vind-kraftens fulle effekt ikke kan omformes til rotasjon da vind-kraften også virker mot dreieretningen.

Det er oppfinnelsen oppgave å frembringe en vindkraftmaskin av den innledningsvis beskrevne type som kan instal-leres desentralisert og uten å påvirke byreguleringen og som videre har en høy virkningsgrad.

Denne oppgave løses ved at de anordninger som påvirkes av vinden, er utformet som inn- og utrullbare seil under ver-tikalrotorens omdreining, videre har rotorakselen i begge ender et rotorhode for opptak av rotorens dreiearmer, dreie-armene er forskyvbare gjennom rotorhodet og størrelsen av de flater av seilet som påvirkes av vinden kan bestemmes med rotordreiearmene. Ved hjelp av disse trekk kan en stor seilflate påvirkes av den innfallende vind. Ved tilbakeløp minskes denne flate og dermed den motsatt rettede motstand. Anlegget kan således bygges relativt lite med stor virkningsgrad og utføres som uanselig desentralisert installasjon.

For forbedring av den aerodynamiske virkning har huset et asymmetrisk profil og består av en lang ytre husvegg og en kort ytre husvegg, idet rotorakselen forløper i rett vinkel til husets profil. Ved disse tiltak utvikles et sug ved vind-ens uttaksåpning, som bevirker en ytterligere forbedring av seilets virkningsgrad.

Vindenergi står til enhver tid til rådighet med ulik intensitet. For regulering av den vindmengde som driver vindkraf tmaskinen har huset en vindinntaksåpning som kan lukkes med beskyttelsessjalusier og én vinduttaksåpning med førings-lameller. Ved hjelp av føringslamellene kan i tillegg det sug som oppstår i vinduuttaksåpningens område varieres, idet beskyttelsessjalusiene kan innstilles ved hjelp av innstillingsarmer og innstillingsarmene drives av innstillingsmotorer, samt at beskyttelsessjalusiene står vertikalt og er anordnet overlappende hverandre i husets vindinntaksåpning.

For å oppnå en føring uten driftsstans av anordningene som påvirkes av vinden, er rotordreiearmene ført mellom tannhjul og føringsruller horisontalt og mellom nedre føringsrul-ler og øvre føringsruller vertikalt i rotorhodes rotorhodehus, idet de øvre og nedre rotorhoders tannhjul er forbundet med hverandre via forbindelsesaksler som forløper synkront med hverandre for å hindre kanting og innspenning av seilene. For optimal utnyttelse av den innstrømmende vindenergi har rotordreiearmene på de ytre, bort fra rotorhodene, vendende ender innrullingsanordninger for inn- og utrulling av de mellom rotorakselen og de frie ender av rotordreiearmene opp-spente seil, samt hurtigløpende elektromotorer som hurtig kan endre deres dreieretning og er tilordnet innrullingsanordningene, idet innrullingsanordningene har vertikalt forløpende oppviklingsaksler.

For også å kunne innstille vindkraftmaskinen korrekt i vinden ved lave vindhastigheter, har huset ruller og er anordnet dreibar på en dreiekrans, idet en av rullene er tilordnet en innstillingsmotor for dreining av huset. Videre er et vindhjul tilordnet huset og den innstillingsmotor som dreier dreiekransen styres av vindhjulet.

Ytterligere fordelaktige trekk er anført i underkrav-ene.

Oppfinnelsen er vist på tegningen og nærmere beskrevet i det etterfølgende, idet fig. 1 viser et sideriss av en på et hus, installert desentralisert vindkraftmaskin, fig. 2 viser et grunnriss av en vindkraftmaskin ifølge fig. 1, fig. 3 viser et snitt gjennom takoppbygningen og rustningselementet for opptak av en vindkraftmaskin, sett fra siden,; fig. 4 viser et grunnriss i utsnitt av brystningselementet på fig. 3, fig. 5 viser en vindkraftmaskins hus ifølge fig. 1 sett fra siden, langs A-A på fig. 6, fig. 6 viser et grunnriss av en vindkraf tmaskins hus ifølge.fig. 5, i snitt, fig. 7 viser en vindkraf tmaskins hus ifølge fig. 1 i sideriss, med detaljer av seilanordningen langs B-B på fig. 8, fig. 8 viser et grunnriss av en vindkraftmaskins hus ifølge fig. 7, med seilanordningen i detalj og de relativt bevegelige rotordreiearmer, fig. 9 viser et sideriss av en vindkraftmaskins rotorhode ifølge fig. 1, langs C-C på fig. 10, fig. 10 viser et grunnriss av i rotorhodet på fig. 9, fig. 11 viser et sideriss av en vindkraf tmaskins hus ifølge fig. 1, med påsatt mast, og fig. 12 viser et grunnriss av huset på fig. 11.

Den på fig. 1 og 2 viste vindkraf tmaskin 10 består i det vesentlige av et hus 16 med en påsatt mast 18 som via et brystningselement 13 er forbundet med et hode på et tak-eller trappehus. En vindledeanordning 19 er dreibart anordnet på den påsatte mast 18 som er anordnet på huset 16. Ved hjelp av vindledeanordningen 19 er hele huset 16 dreibart om sin egen akse på en dreikrans 12. På vindledeanordningen 19 er et lettløpende vindhjul 20 anordnet som dreier allerede ved liten vindstyrke. Vindhjulet er, som vist på fig. 5, forbundet med en innstillingsmotor 7 hvormed huset 16 kan dreies på dreiekransen 12.

Som fig. 3 og 4 viser er brystningselementet 13 forbundet med hodet 11 på et tak- eller trappehus i en bygning 72, via et elastisk mellomlag 14. Brystningselementet 13 består av flere betohgferdige deler i hvilke forbindelsesklemmer 17 er støpt inn. Forbindelsesklemmene 17 tjener til feste av brystningselementet 13 på tak- eller trappehushode 11, over takavdekkingen 15. Brystningselementets 13 enkelte fer-digelementer er forbundet med hverandre ved hjelp av forbindelseselementer 49. Som forbindelseselementer 49 kan eksempelvis strekkankre eller skruer benyttes. Mellom de enkelte be-tongferdigdeler er likeledes elastiske mellomlag 14 anordnet. For forankring av vindkraftmaskinen 10 på tak- eller trappe-hushodet 11, hhv. med en takferdigdel 48 er et forankringsele-ment 50 anordnet som i form av en I-profil ståldrager er ført i en sliss. 70 i veggen, vertikalt til brystningselementet 13 og hele bygningen 72. For forsterkning av brystningselementet 13 er et avstivningselement 40 anordnet som forløper på tvers og er forbundet med forankringselementet 15. Avstiv-ningselementet 40 kan likeledes være fremstilt av stål.

Som fig. 5 viser er en dreiekran 12 anordnet i brystningselementet 13. Dreiekransen 12 hviler på en takferdigdel 48 i brystningselementet 13 og er fast forbundet med dette. Dreiekransen 12 er sirkelformet og består i det vesentlige av et i rett vinkel stående dreiekranssteg 57 med en løpeflate 55. På løpeflaten 55 løper flere ruller 51. Rullene 51 har rulleaksler 54 og holdes i ytre rullef øringer 52 og indre rulleføringer 53. Rulleføringene 52 og 53 er fast forbundet med husets 16 nedre ytre vegg 24u. For å hindre en vipping av huset 16 fra dreiekransen 12, er de indre, i det vesentlige i rett vinkel forløpende rulleføringer 53, utstyrt med horisontalt, radialt utad forløpende sikringsplater 56 som griper inn med liten avstand undre dreiekransens løpeflate 55. En innstillingsmotor 67 er tilordnet en av rullene 51 hvormed huset 16 kan dreies på dreiekransen 12 mot den til enhver tid riktige vindretning. Innstillingsmotoren 67 mottar herved sine innstillingsimpulser fra det ovenfor beskrevne, lett løpende vindhjul 20. På denne måte kan huset 16 også dreies mot vinden når vindstyrken ikke er tilstrekkelig til å dreie hele huset ved hjelp av den ovenfor beskrevne vindledningsanordning 19. Den elektriske energi som kreves for innstillingsmotoren kan eksempelvis lagres i akkumulatorer 71. Akkumula-torene 71 kan eksempelvis være anordnet i det indre rom av dreiekransen 12 under huset 16. I dette indre rom kan også en elektrisk generator 33 være anordnet som drives av vindkraf tmaskinen 10 via en flertrinns veksel 65. For å kunne komme inn i det indre rom, har den ytre vegg 24u et innstig-ningsdeksel 73.

Som fig. 6 viser har huset 16 i grunnriss en asymet-risk profil med en lang ytre husvegg 22 og en kort ytre husvegg 23. De i det vesentlige vertikalt stående ytre husvegger 23 og 24 er dekket øverst av en i det vesentlige horisontalt forløpende ytre husvegg 24o og nederst med en 'nedre husvegg 24u. Mellom de ytre vegger 23 og 24 er en vindinntaksåpning 25 og en overfor denne anordnet vinduttaksåpning 26 anbrakt. Ved hjelp av vindledeanordningen 19, hhv. vindhjulet 20 dreies vindinntaksåpningen 25 alltid slik mot vindretningen at luvsiden 39 og vinduttaksåpningen 26 danner husets 16 leeside 38. I vindinntaksåpningen 25 er inntakslameller 59 anordnet og uttakslameller 60 er anordnet i vinduttaksåpningen 26.

I tillegg til inn- og uttakslamellene 59, 60 er også ledelameller 43 og 62 anordnet i huset 16, som sammen med den lange ytre husvegg 22 sørger for et undertrykk ved husets bakre vegg 61. Ved hjelp av dette undertrykk oppstår i vindut-taksåpningens 26 område et sug hvormed gunstige strømningsfor-hold opprettholdes i huset 16. For å beskytte husets 16 indre rom mot skade ved sterkere vind, hhv. storm, kan vindinntaksåpningen delvis eller helt stenges med beskyttelsessjalusier 27. Beskyttelsessjalusiene 27 kan forskyves i de øvre og nedre ytre vegger 24o, 24u i huset ved hjelp av innstillingsarmer 58 og overlapper hverandre foran vindinntaksåpningen 25. Innstillingsarmene 58 kan dreies enkeltvis eller sammen ved hjelp av elektrisk drevne innstillingsmotorer 28.

Som fig. 7 og 8 viser er en rotor 30 anordnet i huset 16, med en i det vesentlige vertikalt forløpende, utenfor husets midtre anordnet rotoraksel 31. Rotorakselen 31 har i sine to ender et rotorhode 44 gjennom hvilke rotordreiearmene 37 er forskyvbare relativt. På rotorakselen 31 er seil 32 festet. Disse seil 32 er festet til oppviklingsaksler 35 på den ytre side som vender bort fra rotorakselen 31. Oppviklingsakslene 35 er utstyrt med elektromotorer 29 som kan starte hurtig og også hurtig kan endre deres dreieretning. Oppviklingsakslene 35 er oppe og nede forbundet med rotordreiearmene 37 og deres stilling relativt til rotorakselen 31 kan forskyves. Seilene 32 kan rulles ut eller opp på oppviklingsakslene 35. Seilene 32 ruller ved hver omdreining i opprullet tilstand 42 umiddelbart forbi rotorhodene 44. Oppviklingsakslene 35 forløper i profilbaner 36. Den øvre, ytre husvegg 24o og den nedre ytre husvegg 24u har hver tilordnet en profilbane 36. Profilbanene 36 er utformet tilnærmet lik ellipser. For forsterkning av seilene 32 har disse bånd 34 av ståltrådfletteverk. Båndene 34 forløper i det vesentlige parallelt med hverandre og er rettet radialt utad.

Rotordreiearmene 37 har, som fig. 9 og 10 viser, en fortanning 46 på en side, i hvilken tannhjul 45 griper inn, som er tilordnet rotorhodene 44. Tannhjulene 45 er forbundet med hverandre via forbindelsesaksler 41. Forbindelsesakslene 41 forløper i det vesentlige parallelt med rotorakselen 31,

hhv. oppviklingsakslene 35, vertikalt i huset 16. De på fig.

9 og 10 rotorhoder 44 består av et rotorhodehus 69 med gjen-nomgående, i det vesentlige horisontalt forløpende dreiearm-føringer 47. Ved den viste utførelse er i det hele fire gjen-nomgående rotordreiearmer 37 anordnet i rotorhodehuset 69. Rotordreiearmene 37 er forsatt i forhold til hverandre i høyd-en slik at de ikke berører hverandre. De kan forskyves i rotorhodehuset 39, hhv. i dreiearmeføringene 4 7 og krysser hverandre med en vinkel på 45°. Tannhjulene 45 griper inn i fortanningene 46 som har på andre siden av fortanningen anordnede føringsruller 63. For å hindre vertikal kanting har rotordreiearmene 37 øvre føringsruller 66 og nedre føringsruller 64 i rotorhodehusets 69 dreiearmføringer 47. Rotorhodehuset 69 er forbundet med rotorakselen 31 ved hjelp av festeelementer 68, eksempelvis med stiftskruer. Rotorakselen 31 virker i sin tur på en veksel 65. Vekselen 65 er anordnet nedenfor huset 16 i generatoren 33 område og er utformet med flere trinn, for å kunne drive generatoren 33 også ved lave dreiehastigheter. Fig. 11 og 12 viser vindkraf tmaskinen 10. fra siden og i grunnriss mer detaljert. Som fig. 11 viser har den påsatte mast 18 en vindledningsanordning 19 som i tillegg har et ' lett løpende vindhjul 20. Over vindledningsanordningen 19 er en sentrifugalregulator 21 anordnet hvormed vindhastigheten avleses og vindinntaksåpningens 25 inntaksstørrelse reguleres ved hjelp av beskyttelsessjalusiene 27. Således kan husets 16 vindinntaksåpning 25 være helt åpen ved liten vind og reguleres til helt lukket ved sterk storm. På grunnlag av den ovenfor beskrevne utførelse, beskrives i det etterfølgende oppfinnelsens funksjon.

Ved hjelp av vindledningsanordningen . 19, hhv. det lettløpende vindhjul 20 og en av dette regulert innstillingsmotor 27, dreies vindkraftmaskinens 10 hus 16 slik mot vinden at vindinntaksåpningen 25 danner luvsiden 39. Ved hjelp av ytterligere innstillingsmotorer 28 åpnes beskyttelsessjalusiene 27 i overensstemmelse med de herskende vindforhold. Regu-leringen foregår herved via en sentrifugalregulator 21 som er anordnet på den påsatte mast 18.

I huset 16 er seil 32 spent opp mellom rotorakselen 31 og oppviklingsakselen 35. Den til enhver tid nødvendige seilflate bestemmes av avstanden mellom rotordreiearmene 37 og rotorhodet. Rotordreiearmene 37 er dreibare om en eksentrisk stående, vertikalt forløpende motoraksel 31 og har på sine ytre ender elektromotorer 29. Ved hvert omløp rulles seilene ut av de hurtig startende og hurtig reverserende elektromotorer 29 under forløpet mot vindinntaksåpningen 25 og spennes og rulles ved tilbakeløpet igjen sammen. Et slikt seil danner i innrullet tilstand 42 ved tilbakeløpet mot vindretningen, en liten angrepsflate for vinden slik at rotorens 30 virkningsgrad kan økes betydelig. I tillegg befinner rotorakselen 31 og dermed de innrullede seil 42 seg i vindinntaksåpningens 25 vindskygge 74. Rotorakselen 31 påvirker på kjent måte en generator via en flertrinns veksel 65. Ved hjelp av flertrinnsvekselen 65 kan også små turtall for rotoren 30 og også dermed små vindmengder utnyttes.

Claims (19)

1. Vindkraf tmaskin med et hus i hvilket en vertikal-rotor er dreibart anordnet om en eksentrisk stående rotoraksel og har anordninger som kan forskyve vertikalrotoren i forhold til rotorakselen (31) og som kan påvirkes av vind, KARAKTERISERT VED at anordningene som kan påvirkes av vind er utformet som under omdreining av vertikalrotoren (30) inn- og utrullbare seil (32), at rotorakselen (31) i begge ender har et rotorhode (44) for opptak av rotordreiearmer (37), at rotordreiearmene (37) kan forskyves gjennom rotorhodet (44), og at størrelsen av seilenes (32) flater som påvirkes av vinden, kan bestemmes av rotordreiearmene (37).

2. Vindkraftmaskin ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at huset (16) har et asymmetrisk profil som består av en lang ytre husvegg (22) og en kort ytre husvegg (23), og at rotorakselen (31) forløper i rett vinkel til husets (16) profil.

3. Vindkraftmaskin ifølge krav 1-2, KARAKTERISERT VED at rotordreiearmene (37 } i det øvre rotorhode (44.) er forbundet med rotordreiearmene (37 ) i det nedre rotorhode (44'. ) via ytterligere, i det vesentlige parallelt med rotorakselen (31) forløpende aksler (35, 41).

4. Vindkraftmaskin ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at huset (16) har en vindinntaksåpning (25) som kan lukkes med beskyttelsessjalusier (27), og en vinduttaksåpning (26) med ledelameller (43, 60, 62).

5. Vindkraftmaskin ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at beskyttelsessjalusiene (27) kan innstilles ved hjelp av innstillingsarmer (58), og at innstillingsarmene (58) drives av innstillingsmotorer (28).

6. Vindkraftmaskin ifølge krav 4-5, KARAKTERISERT VED at beskyttelsessjalusiene (27) er anordnet vertikalt stående og overlapper hverandre i husets (16) vindinntaksåpning (25). '

7. Vindkraftmaskin ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at rotordreiearmene (37) på en side har fortanninger (46) som går i inngrep med tannhjul (45) anordnet i rotorhodene (44).

8. Vindkraftmaskin ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at rotorhodene (44) har dreiearmføringer (47) og at rotordreiearmene (37) er ført i ett stykke forskyvbare i dreiearme-føringene (47), gjennom rotorhodene (44).

9. Vindkraftmaskin ifølge krav 7-8, 'KARAKTERISERT VED at rotordreiearmene (37) krysser i flere over hverandre liggende plan uten å berøre hverandre, gjennom rotorhodene (44).

10. Vindkraftmaskin ifølge krav 7-9, KARAKTERISERT VED at rotordreiearmene (37) er ført mellom tannhjul (45) og føringsruller (63) horisontalt og mellom nedre føringsrul-ler (64) og øvre føringsruller (66) vertikalt i rotorhodets hus (69) i hvert rotorhode (44),

11. Vindkraftmaskin ifølge krav 7-10, KARAKTERISERT VED at tannhjulene (45) i de øvre og nedre rotorhoder (44) ved hjelp av forbindelsesaksler (41) er forbundet med hverandre synkront løpende.

12. Vindkraftmaskin ifølge krav 7-11, KARAKTERISERT VED at rotordreiearmene (37) i deres fra rotorhodene (44) vendende ytre ender, har innrullingsanordninger (29) for inn-og utrulling av de seil (32) som er spent opp mellom rotorakselen (31) og oppviklingsakselen (35).

13. Vindkraftmaskin ifølge krav 12, KARAKTERISERT VED at hurtigstartende og hurtigreverserende elektromotorer er tilordnet de øvre innrullingsanordninger (29).

14. Vindkraftmaskin ifølge krav 12-13, KARAKTERISERT VED at den øvre innrullingsanordning (29) er forbundet med oppviklingsakselen (35) via en veksel.

15. Vindkraftmaskin ifølge krav 12-14, KARAKTERISERT VED at innrullingsanordningen (29) på de øvre og nedre, plane husvegger (24) forløper i tilnærmet i ellipseformede profilbaner (36).

16. Vindkraftmaskin ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at huset (16) har ruller (51) og er anordnet dreibar på en dreiekrans (12), og at en av rullene (51) har tilordnet en innstillingsmotor (67) for dreining av huset (16).

17. Vindkraftmaskin ifølge krav 16, KARAKTERISERT VED at huset (16) har et vindhjul (20) og at innstillingsmotoren (67) som dreier dreiekransen (12) styres av vindhjulet (20).

18. Vindkraftmaskin ifølge krav 17, KARAKTERISERT VED at en påsatt mast (18) er anordnet på huset (16), og at den påsatte mast og vindhjulet (20) er tilordnet en vindledningsanordning (19) på masten (18).

19. Vindkraftmaskin ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at huset (16) er forankret til et tak- eller trappehushode (11) via et brystningselement (13) og at brystningselementet (13) er forankret til bygningen (72) via et forbindelsesele-ment (40), idet forbindelseselementet (40) er utformet i det vesentlige i rett vinkel til hele bygningen (72) og brystningselementet (13).