NO164258B

NO164258B - WIND WHEEL.

Info

Publication number: NO164258B
Application number: NO881677A
Authority: NO
Inventors: Juergen Schoenell
Original assignee: Juergen Schoenell
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1990-06-05
Also published as: NO881677D0; NO164258C; NO881677L

Description

Oppfinnelsen angår et trommeltormet vindhjul som nærmere angitt i innledningen til patentkrav l. The invention relates to a drum-shaped wind wheel as specified in more detail in the introduction to patent claim l.

Fra DE-OS 2 718 608 er det kjent en vindkraftmaskin som oppviset en sylinder, to endeskiver på de to sylinderendene og flere sylindersegmentformete plater. Disse segmentflåtene eller vingene er opplagret på svingaksler som er parallelle med dreieaksen til vindkraftmaskinen, nær kanten av endeskivene. Ved dette blir segmentflåtene hver for seg bevegelige omkring en dreieakse som er parallell med dreieaksen til vindkraftmaskinen, og som ligger usymmetrisk om flatemidtpunktet, og nemlig slik, at den bredere delen av segmentflåtene er fritt svingbare utover i en innstillbar begrenset vinkel inntil 90°. I utsvingbar tilstand rager den større delen av flatebredden utenfor konturen til vindkraftmaskinen, mens den smalere delen befinner seg innenfor. Når en horisontal vindstrøm treffet den vertikalt stående vindkraftmaskinen, så svinger de segmentflåtene som, sett i vindretningen, har bakenforliggende svingeakser, ut mot vinden, ut av sylindetkonturen til vindkraftmaskinen. Det dynamiske trykket som virker på disse flatene, dreier hele sylindersystemet, slik at den neste segmentflata løper inn i strømningen og svinger ut. På motsatt side på systemet i forhold til posisjonen der flatene blir svingt ut, treffer strømningen segmentflåtene slik, at svingeaksen ligger på framsida mot strømningen. From DE-OS 2 718 608 a wind power machine is known which had a cylinder, two end discs on the two cylinder ends and several cylinder segment-shaped plates. These segmental rafts or vanes are supported on pivot shafts parallel to the axis of rotation of the wind turbine, near the edge of the end discs. In this way, the segment rafts are individually movable around a rotation axis which is parallel to the rotation axis of the wind turbine, and which lies asymmetrically around the midpoint of the surface, namely in such a way that the wider part of the segment rafts can be freely pivoted outwards in an adjustable limited angle of up to 90°. In the swing-out state, the larger part of the surface width protrudes outside the contour of the wind turbine, while the narrower part is inside. When a horizontal wind current hits the vertically standing wind turbine, the segmental rafts which, seen in the direction of the wind, have rear-facing pivot axes swing out towards the wind, out of the cylindrical contour of the wind turbine. The dynamic pressure acting on these surfaces turns the entire cylinder system, so that the next segment surface runs into the flow and swings out. On the opposite side of the system in relation to the position where the surfaces are swung out, the flow hits the segment rafts so that the swing axis lies on the front side against the flow.

Denne kjente vindkraftmaskinen dreier seg i retning av bak-kantene til segmentflåtene. Det medfører at disse segmentflåtene virket som skovler og at hele vindkraftmaskinen dermed får samme virkning som et skovlhjul. Derav følger videre at den høyeste dteiehastigheten til denne kjente vindkraftmaskina vil tilsvare vindhastigheten. Dreiehastigheten og dermed også virkningsgraden blir sterkt avhengig av den til enhver tid foreliggende vindhastigheten. This well-known wind turbine rotates in the direction of the trailing edges of the segment rafts. This means that these segmental rafts act as vanes and that the entire wind turbine thus has the same effect as a vane wheel. It also follows that the highest dteie speed of this known wind power machine will correspond to the wind speed. The turning speed and thus also the degree of efficiency is strongly dependent on the prevailing wind speed at any given time.

Ved den kjente vertikalakserotoren fra DE-GM 82 28 078 med to skiver med utstrekning på tvers av rotoraksen, og akseparallelle rotorvinger anordnet mellom skivene, er rotorvingene opplagret fritt dreibart omkring en svingakse parallell med rotoraksen. Videre er det, for hver rotorvinge forsynt et anslag, slik at den aktuelle rotorvinge ved sitt anlegg mot det tilordnete anslag, blir fastholdt omtrent i radial utstrekning. Ved dette oppnås at bare de drivende rotorvingene i den aktuelle dreiefasen til vertikalakserotoren blir fastholdt mot trykket av den drivende strømningen, mens de rotorvingene som for øyeblikket ikke er drivende, og som bare blir påvirket av luftmotstanden, er frie til å svinge seg inn i en stilling som medfører minst mulig strømningsmotstad. In the case of the known vertical axis rotor from DE-GM 82 28 078 with two disks extending across the rotor axis, and axis-parallel rotor blades arranged between the disks, the rotor blades are stored freely rotatable around a pivot axis parallel to the rotor axis. Furthermore, a stop is provided for each rotor blade, so that the rotor blade in question is held approximately in radial extent when it abuts against the assigned stop. This achieves that only the driving rotor blades in the relevant turning phase of the vertical axis rotor are held against the pressure of the driving flow, while the rotor blades which are not currently driving, and which are only affected by air resistance, are free to swing into a position that results in the least possible flow resistance.

Også her gjelder det at denne! vertikalakserotoren i beste fall kan oppnå en dreiehastighet som tilsvarer den foreliggende vindhastigheten. 1 GB-PS 270 858 er ei vindkraftmaskin beskrevet, som har "blades or vanes", altså skovler, hhv. turbinskovler. Størrelsen på skovlene er valgt slik at de i stengt stilling danner en lukket sylinder og at skovlene fra denne posisjonen kan bevege seg ut i vinclen. Det innebærer også for denne kjente vindkraftmaskinen at dens høyeste rotasjonshastighet kan være den aktuelle vindhastigheten. Here, too, it applies that this! at best, the vertical axis rotor can achieve a rotation speed that corresponds to the current wind speed. 1 GB-PS 270 858 is a wind power machine described, which has "blades or vanes", i.e. vanes, respectively. turbine blades. The size of the vanes has been chosen so that in the closed position they form a closed cylinder and that the vanes can move out at an angle from this position. It also means for this known wind turbine that its highest rotation speed can be the wind speed in question.

Oppfinnelsen har som hovedformål å forbedre et vindhjul av det slaget som er nevnt i innledningen, slik at det får The main purpose of the invention is to improve a windmill of the type mentioned in the introduction, so that it has

i in

en særlig gunstig strømningsdynamikk, og slik at det har en særlig høy virkningsgrad og i stor.grad blir uavhengig av den foreliggende vindhastigheten. a particularly favorable flow dynamics, and so that it has a particularly high degree of efficiency and is largely independent of the prevailing wind speed.

Dette formålet oppnås i samsvar med oppfinnelsen, ved at det koaksialt til dreieaksen av vindhjulet er anbrakt et sylinderrør, at rotorvingene er dannet som bærevinger med en krum strømlinjeformet profil, og ved at bærevingene er svingbart opplagret med sine forkanter foran tyngdepunktet til hver bærevinge på svingeaksene i omcådet mellom kanten av endeskivene og sylinderrøret. This purpose is achieved in accordance with the invention, in that a cylinder tube is placed coaxially to the axis of rotation of the wind wheel, that the rotor blades are formed as carrier wings with a curved streamlined profile, and in that the carrier wings are pivotally supported with their leading edges in front of the center of gravity of each carrier wing on the pivot axes in the area between the edge of the end discs and the cylinder tube.

På denne måten har en lykkes i å framskaffe et trommelformet vindhjul av det forannevnte slag, som dreier seg i retning av forkantene til bæreflatene. Dette betyr samtidig, at bæreflatene kan bevege seg bare innenfor området mellom kanten av éndéskivene og sylinderrøret og ikke ut over den sylindriske konturen til vindhjulet. Av denne grunn kan dreiehastigheten til vindhjulet være større enn vindhastigheten. Dermed får vindhjulet en særlig gunstig strømningsdynamikk og én særlig høy virkninggtad. Ved videre utforming av oppfinnelsen kan den rette linjes avstand mellom forkanten til en bærevinge og bak-kanten til nabovingen være omtrent lik den tette linjes avstand mellom forkanten til bærevingen og sylinderrøret. Ved dette sikres at vinden som strømmer inn mot sida av vindhjulet, uten videre kan komme inn i vindhjulet og strømme gjennom dette. Ved dette vil det på innstrømningssida av vindhjulet virke em trykkraft, og samtidig på den motsatte utstrømningsida for vinden vil det virke en sugekraft på vindhjulet i vindhjulets dreieretning. In this way, one has succeeded in obtaining a drum-shaped wind wheel of the aforementioned type, which rotates in the direction of the front edges of the bearing surfaces. At the same time, this means that the support surfaces can only move within the area between the edge of the end discs and the cylinder tube and not beyond the cylindrical contour of the wind wheel. For this reason, the rotational speed of the wind wheel can be greater than the wind speed. In this way, the wind wheel has particularly favorable flow dynamics and a particularly high efficiency. In a further design of the invention, the straight-line distance between the front edge of an airfoil and the trailing edge of the neighboring wing can be approximately equal to the straight-line distance between the front edge of the airfoil and the cylinder tube. This ensures that the wind that flows in towards the side of the wind wheel can easily enter the wind wheel and flow through it. In this way, a compressive force will act on the inflow side of the wind wheel, and at the same time on the opposite outflow side of the wind, a suction force will act on the wind wheel in the direction of rotation of the wind wheel.

På hensiktsmessig måte, kan det på ytterflata til bærevingene være anordnet jevnt fordelte fordypninger. Fordypningen kan være anbrakt etter et regelmessig, men også etter et uregelmessig mønster på overflata til bærevingen. Dette fører til at vinden blir fanget opp og danner virvler på disse ujevne eller ru flatene av bærevingene som har fordypningene. Vinden vil følgelig ikke gli av fra flatene til bærevingene. Dermed er en sikret svært gode anløpsforhold for vingehjulet. In an appropriate manner, evenly distributed recesses can be arranged on the outer surface of the support wings. The recess can be placed according to a regular, but also according to an irregular pattern on the surface of the wing. This causes the wind to be caught and form vortices on these uneven or rough surfaces of the airfoils which have the depressions. Consequently, the wind will not slide off the surfaces of the wings. This ensures very good running-in conditions for the impeller.

På hver svingaksel kan det væte fast anordnet ei profillist. Ved dette oppstår det mellom profillista og den innsvingte bærevingen et rom, hvor det ved påstrømmende vind oppstår et dynamisk trykk. Profillista er glatt for at vinden her skal møte minst mulig friksjon. A profile strip can be fixed on each pivot shaft. This creates a space between the profile strip and the swing-in airfoil, where a dynamic pressure is created by the oncoming wind. The profile list is smooth so that the wind here encounters the least possible friction.

I samsvar med et ytterligere fordelaktig trekk for oppfinnelsen kan anordningen være utformet slik at bærevingen og profillista, i området til vingakselen er sammenføyd som et hengslet ledd. Ved dette oppnås at profillista blir stående fast på akselen, hvor bærevingen kan svinge til og fra. In accordance with a further advantageous feature of the invention, the device can be designed so that the carrier wing and the profile strip, in the area of the wing shaft, are joined as a hinged joint. This achieves that the profile strip remains fixed on the axle, where the carrier wing can swing to and fro.

Videre kan det anordnes anslag på kantene til de to endeflatene i området til bak-kantene av bærevingene. Ved dette sikres at bærevingene ikke svinger ut over den sylindriske konturen til vindhjulet. Furthermore, stops can be arranged on the edges of the two end surfaces in the area of the rear edges of the carrier wings. This ensures that the support wings do not swing out over the cylindrical contour of the wind wheel.

På hensiktsmessig måte, et sylinderrøret dreibart opplagret på en dreieaksel anordnet med samme akse som sylinderrøret. Conveniently, a cylinder tube rotatably supported on a pivot shaft arranged with the same axis as the cylinder tube.

Ved dette kan anordningen være utformet slik, at det innenfor sylinderrøret er opplagret en generator av hesniktsmessig slag, slik at generatorens stator er anordnet i sylinderrøret og med rotoren på den faststående dteieakselen. In this way, the device can be designed in such a way that a suitable generator is stored inside the cylinder tube, so that the generator's stator is arranged in the cylinder tube and with the rotor on the stationary shaft.

Det er også mulig å tilordne ei pumpe innenfor sylinderrøret. It is also possible to assign a pump inside the cylinder tube.

Det ovenfor beskrevne vindhjul, kan anvendes i vertikal og horisontal stilling. The wind wheel described above can be used in a vertical and horizontal position.

Oppfinnelsen blir i det etterfølgende forklart nærmere med hensvining til tegninger som viser to The invention is subsequently explained in more detail with reference to drawings which show two

utførelseseksempler. Tegningen viser i execution examples. The drawing shows i

fig.l et sideriss av et vindhjul utformet i samsvar med oppfinnelsen, fig.l a side view of a wind wheel designed in accordance with the invention,

fig.2 et grunnriss av fig.l, fig.2 a ground plan of fig.1,

fig.3 et forstørret grunnriss i snitt gjennom vindhjulet i fig.l, fig.3 an enlarged ground plan in section through the wind wheel in fig.l,

fig.4 en detalj i samsvar med en andre utførelsesform av oppfinnelsen og fig.4 a detail in accordance with a second embodiment of the invention and

fig.5 detaljen i fig.4 med frasvingt bærevinge. fig.5 the detail in fig.4 with the wing deflected.

Det trommeltormete vindhjulet i tegningen har et sylindercør 1 og ei øvre endeskive 2 såvel som ei nedre endeskive 3, som er festet til sy1 inder røretes 1 to ender. I nærheten av kantene 4 og 5 til endeskivene 2 og 3 er det anordet bærevinger 6, 7, 8, 9 som e<r svingbart opplagret på svingakslene 10, 11, 12, 13. The drum-shaped wind wheel in the drawing has a cylinder core 1 and an upper end disk 2 as well as a lower end disk 3, which is attached to sy 1 inside the two ends of the tubes 1. In the vicinity of the edges 4 and 5 of the end disks 2 and 3, there are support wings 6, 7, 8, 9 which are pivotably supported on the pivot shafts 10, 11, 12, 13.

Vindhjulet ec anordnet dreibart på en fot 14. The wind wheel ec arranged rotatably on a foot 14.

Bærevingene 6, 7, 8, 9 er svingbart opplagret på svingakslene 10, 11, 12, 13 i området mellom ytterkanten 4, 5 og sylinderrøret 1. Som det best framgår av fig.3 inntar bærevingene 6, 9 de ytterst mulige stillingene, mens bærevingen 8 befinner seg i helt innsvinget stilling, og bærevingen 7 inntar en midlere stilling mellom kanten 4, 5 av endeskivene 2,3 og sylinderrøret 1. I fig.3 er bærevingen 7 og 8 vist stiplet i den lengst mulig utsvingte stillingen og med henvisningstallene 15 og 16. The support wings 6, 7, 8, 9 are pivotally supported on the pivot shafts 10, 11, 12, 13 in the area between the outer edge 4, 5 and the cylinder tube 1. As can best be seen from fig.3, the support wings 6, 9 occupy the extreme possible positions, while the carrier wing 8 is in a fully swung-in position, and the carrier wing 7 occupies an intermediate position between the edge 4, 5 of the end discs 2,3 and the cylinder tube 1. In Fig.3, the carrier wing 7 and 8 are shown dashed in the furthest possible swing-out position and with the reference numbers 15 and 16.

Den rette linjes avstand 17 mellom forkanten 18 av bærevingen 8 og bak-kanten 19 til nabo-bærevingen er hovedsaklig lik den rette linjes avstand 20 mellom forkanten 21 til bærevingen 9 og sylinderrøret 1. The straight line distance 17 between the front edge 18 of the support wing 8 and the rear edge 19 of the neighboring support wing is essentially equal to the straight line distance 20 between the front edge 21 of the support wing 9 and the cylinder tube 1.

I et andre utførelseseksempel av oppfinnelsen vist i fig.4 og 5, er det på en svingaksel 22, som er sammenlignbar med svingakselen 13 ifølge fig.3, fast forankret ei profillist 23. Profillista 23 er ikke dreibar og beholder derved den stillingen som er viet i figurene 4 og 5 i enhver stilling av vindhjulet. I tillegg er det på svingakselen 22 anordnet en bærevinge 24, sammenlignbar med bærevingen 9 i fig.3, som er svingbart anordnet på svingakselen 22 i området mellom ytterkanten til endeskivene 2, 3 og sylinderrøret 1. In a second embodiment of the invention shown in fig. 4 and 5, a profile strip 23 is firmly anchored to a pivot shaft 22, which is comparable to the pivot shaft 13 according to fig. 3. The profile strip 23 is not rotatable and thereby retains the position that is devoted in Figures 4 and 5 in any position of the wind wheel. In addition, a carrier wing 24, comparable to the carrier wing 9 in fig.3, is arranged on the pivot shaft 22, which is pivotably arranged on the pivot shaft 22 in the area between the outer edge of the end discs 2, 3 and the cylinder tube 1.

Bærevingen 24 og profillista 23 er i området til svingeleddet 22 sammenføyd som et henglset ledd. The supporting wing 24 and the profile strip 23 are joined in the area of the pivot joint 22 as a hinged joint.

Ved innsvinging av bærevingen 24 slik som vist i fig. 5, oppstår et trekantformet rom 25 mellom profillista 23 og bærevingen 24. When swinging in the carrier wing 24 as shown in fig. 5, a triangular space 25 occurs between the profile strip 23 and the carrier wing 24.

For at ytterflata av profillista 23 kan gå over i ytterflata av bærevingen 24 uten å danne en kant, er det i bærevingen 24 laget en utsparing 26 som strekker seg langs hele lengden av bærevingen, hvor profillista 23 blir lagt ned når profillista 23 og bærevingen 24 inntar stillingen slik som vist i fig. 4. So that the outer surface of the profile strip 23 can transition into the outer surface of the carrier wing 24 without forming an edge, a recess 26 is made in the carrier wing 24 which extends along the entire length of the carrier wing, where the profile strip 23 is laid down when the profile strip 23 and the carrier wing 24 assumes the position as shown in fig. 4.

På endeskivene 2, 3 er det anordnet anslag som ikke er vist i tegningen, som forhindrer at bærevingen 6, 7, 8, 9 svinget så langt ut at de kommet utenfor konturen av vindhjulet. On the end discs 2, 3 there is a stop which is not shown in the drawing, which prevents the carrier wing 6, 7, 8, 9 from swinging out so far that they came outside the contour of the wind wheel.

I tillegg kan det, innenfor sylinderrøret l, være opplagret en generator av hensiktsmessig slag. (ikke vist) slik at statoren til generatoren er anordnet på sylinderrøret 1 og rotoren er anordnet på den faststående dreieaksen. In addition, a suitable type of generator can be stored within the cylinder tube l. (not shown) so that the stator of the generator is arranged on the cylinder tube 1 and the rotor is arranged on the stationary axis of rotation.

Når vinden kommer inn i vindhjulet i retning av pilen a, strømmer den gjennom vindhjulet i retning av pilen b og forlater det i retning av pilen c. Dermed blir bærvingen 8 svingt mot sylinderrøret 1 og samtidig utøves det en kraft på bærevingen 8 i dreieretningen d. I denne driftsstillingen inntar bærevingen 7 en mellomstiling slik som vist i fig.3. When the wind enters the wind wheel in the direction of arrow a, it flows through the wind wheel in the direction of arrow b and leaves it in the direction of arrow c. Thus, the carrier vane 8 is swung towards the cylinder tube 1 and at the same time a force is exerted on the carrier vane 8 in the direction of rotation d In this operating position, the carrier wing 7 takes an intermediate position as shown in fig.3.

Den utstrømmende vinden mellom bærevingen 6 og 9 i retning av pilen c forårsaker utenfor vindhjulet i området til forkanten 13 en virvel, som utøver en kraft i retning av pilen e og derved også i dreieretningen d på bærevingen 9. The outflowing wind between the airfoil 6 and 9 in the direction of the arrow c causes a vortex outside the wind wheel in the area of the leading edge 13, which exerts a force in the direction of the arrow e and thereby also in the direction of rotation d on the airfoil 9.

Når det, ved utførelsesformen vist i fig.4 og fig.5, blåser vind i retning av pilen f, så oppstår det i tillegg til de foran beskrevne kreftene i dreieretningen til vindhjulet en ytterligere kraft i retning av pilen g, som kommer av at vinden slår seg ned i det.trekantformete rommet 25 mellom profillista 23 og bærevingen 24 og utøver et trykk i retning av pilen g. When, in the embodiment shown in fig.4 and fig.5, wind blows in the direction of the arrow f, then in addition to the previously described forces in the direction of rotation of the wind wheel, a further force in the direction of the arrow g arises, which comes from the wind settles in the triangular space 25 between the profile strip 23 and the carrier wing 24 and exerts a pressure in the direction of the arrow g.

i in

Claims

1. Drum worm wind wheel with an axis of rotation perpendicular to the direction of the wind and with a circular end disk on each of the two ends of the wind wheel, where rotor blades with a streamlined profile are arranged, which are limited pivotably supported on pivot shafts arranged parallel to the axis of rotation of the wind wheel , whereby there are at least four support vanes (6, 7, 8, 9) distributed at equal distance around the circumference of the wind wheel, characterized in that a cylinder tube (1) is placed coaxially to the axis of rotation of the wind wheel, that the rotor blades are formed as carrier blades (6, 7, 8, 9) with a curved streamlined profile, and in that the carrier blades (6, 7, 8, 9 ) is pivotally supported with its front edges (18, 21) in front of the center of gravity of each carrier wing (6, 7, 8, 9) on the pivot axes in the area between the edge (4, 5) of the end discs (2, 3) and the cylinder tube (1).

2. Windwheel in accordance with claim 1, characterized in that the straight-line distance (17) between the leading edge (18) of an airfoil (8) and the rear edge (19) of a neighboring airfoil (9) is essentially equal to the straight-line distance (20) between the leading edge (21) ) to the carrier wing (9) and the cylinder tube (1).

3. Windwheel in accordance with claim 1 or 2, characterized in that evenly spaced depressions are arranged on the outer surfaces of the carrier wing (6, 7, 8, 9).

4. Windwheel in accordance with one of the preceding claims, characterized in that a profile strip (23) is firmly anchored to each of the pivot shafts (22).

5. Windwheel in accordance with claim 4, characterized in that the surfaces of the profile strips (23) are smooth.

6. Windwheel in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the carrier wing (24) and the profile strip (23) around the pivot shaft (22) engages with each other like a hinged joint.

7. Windwheel in accordance with one of the preceding claims, characterized in that at the edges (4, 5) of the two end surfaces (2, 3) in the area of the rear edges (19) of the carrier wing (6, 7, 8, 9 ) is provided as an estimate.

8. Windwheel in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the cylinder tube (1) is rotatably supported on a pivot shaft arranged with an axis common to the cylinder tube (1).

9. Windwheel in accordance with one of the preceding claims, characterized in that a generator is stored inside the cylinder tube (1), so that the stator of the generator is arranged on the cylinder tube (1), and so that the rotor is arranged on the stationary axis of rotation.

10. Windwheel in accordance with one of the preceding claims, characterized in that a pump is arranged inside the cylinder tube (1).