SE413799B

SE413799B - Wind turbine

Info

Publication number: SE413799B
Application number: SE7810268A
Authority: SE
Inventors: Olle Ljungstrom
Original assignee: Olle Ljungstrom
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1980-06-23
Also published as: SE7810268L

Abstract

Wind turbine having at least one propeller blade 1, 2 journalled rotatably around an axis 3 essentially orthogonal to the turbine axle 4 such that the pitch of the propeller blade is changed by rotation around the former axis 3. At least one aerodynamic brake turbine 5 of the crosswise brake type is rotatably journalled around an axle rotating together with the turbine axle 4. <IMAGE>

Description

Z0 40 7810268-8 form av en enbladig vindturbin, med bladet flöjlat i vindriktningen. lI de olika ritningsfigurerna har de delar som motsvarar varandra och har liknande funktion erhållit samma hänvisningsbeteckningar. Z0 40 7810268-8 shape of a single-bladed wind turbine, with the blade velvet in the wind direction. In the various drawing figures, the parts which correspond to each other and have a similar function have been given the same reference numerals.

Den i figur 1 visade vindturbinen av axialströmstyp är tvåbla- dig och innefattar propellerblad 1 och 2 vilka är lagrade vridbara kring en axel 3, som är förbunden med och orienterad vinkelrätt el- ler nära nog vinkelrätt mot vindturbinens huvudaxel 4. Varje pro- pellerblad 1 resp 2 är förenad med en aerodynamisk bromsturbin 5 resp 9 av tvärströmstyp som tillsammans med propellerbladet är vrid- bar kring den förutnämnda axeln 3. Propellerbladen 1, 2 och broms- turbinerna 5, 9 är statiskt och/eller dynamiskt balanserade med av- seende på axeln 3.The axial current type wind turbine shown in Figure 1 is two-bladed and comprises propeller blades 1 and 2 which are mounted rotatably about an axis 3, which is connected to and oriented perpendicularly or almost perpendicularly perpendicular to the main axis of the wind turbine 4. Each propeller blade 1 respectively 2 is connected to an aerodynamic brake turbine 5 and 9, respectively, of the transverse current type which together with the propeller blade is rotatable about the aforementioned shaft 3. The propeller blades 1, 2 and the brake turbines 5, 9 are statically and / or dynamically balanced with respect to shaft 3.

Uppträdandet vid olika vindförhâllanden för propellerbladen 1 och 2 vid den individuella vridningen runt axeln 3 är närmare be- skrivet i den ovannämnda svenska patentansökningen 7612500-4.The behavior at different wind conditions for the propeller blades 1 and 2 at the individual rotation around the shaft 3 is described in more detail in the above-mentioned Swedish patent application 7612500-4.

Vid normal drift i relativt jämna vindförhållanden kommer de aerodynamiska bromsturbinerna 5 och 9 att utsättas för en resulte- rande vind som är sammansatt av huvudvinden, vilken indikeras med pilen 15, och vinden som uppstår p g a rotationen kring turbin- axeln 4, vilken vid lämplig utformning av konstruktionen kommer att uppnå hastigheter pâ minst 30 m/s men mycket möjligt 45 m/s för bromsturbinernas 5 och 9 centrumdel.During normal operation in relatively even wind conditions, the aerodynamic brake turbines 5 and 9 will be exposed to a resulting wind composed of the main wind, which is indicated by the arrow 15, and the wind which arises due to the rotation about the turbine shaft 4, which in suitable design of the structure will achieve speeds of at least 30 m / s but very possibly 45 m / s for the center part of the brake turbines 5 and 9.

Smnförekommer i vinden 15 kommer alltså att i mycket liten utsträck- ning pâverka driftsförhållandena för turbinerna 5 och 9. Då broms- turbinerna 5 och 9 utföras som tvärströmsturbiner (av bägrotor- eller Darrieustyp) är de dessutom helt okänslíga för vindriktningen.The presence of wind in the wind 15 will thus to a very small extent affect the operating conditions of the turbines 5 and 9. As the brake turbines 5 and 9 are designed as transverse current turbines (of the cup rotor or Darrieus type), they are also completely insensitive to the wind direction.

Turbinerna 5 och 9 kommer därför att drivas med ett högt (400-500 rpm) och relativt konstant varvtal, även då propellerturbinen ut- formas att gå med varierande varvtal, vilket ger gynnsamma drifts- förhaiianaen (högt Re-tai 106-107) struktion eller att växlar helt elimineras.The turbines 5 and 9 will therefore be operated at a high (400-500 rpm) and relatively constant speed, even when the propeller turbine is designed to run at varying speeds, which gives favorable operating propulsion (high Re-tai 106-107) construction or that gears are completely eliminated.

De variationer, vindbyar etc samt möjliggör enklare växelkon- I den i figur 1 visade utföringsformen är visadetill turbinerna och 9 kopplade växellådor 6 resp 10 vilka via kopplingar 7 och 11 driver var sin generator 8 och 12. Vid gynnsamma driftsförhållan- den, såsom beskrivits ovan, kan sålunda växellådan 6 resp 10 helt elimineras. Genom att bromsturbinerna 5 och 9 direkt driver var sin generator 8 och 12 eventuellt via kopplingar och växellådor behöver inget vridmoment för energigenerering överföras till turbinaxeln 4, utan rotationen kring axeln 4 kan ske fritt. Vid start kommer genom detta arrangemang de effektalstrande turbinerna 5 och 9 att snabbt 40 7810268-'8 komma upp till gynnsamma driftsvarvtal och följaktligen producera energi även vid dåliga vindförhållanden. Dock måste beaktas att energiutbytet mellan primärturbinen-propellerturbinen och sekun- därturbinen-bromsturbinen innebär en energiförlust (verknings- grad ca 65-70%) vilket medför att propellerdiametern måste ökas (ca 20%) relativt en konventionell vindturbin. Turbinens bete- ende vid start och stopp finns beskrivet i ovannämnda patentan- sökning.The variations, gusts, etc. and enables simpler gear units. In the embodiment shown in Figure 1, the turbines and 9 connected gearboxes 6 and 10, respectively, which via generators 7 and 11 each drive their own generators 8 and 12, are operated under favorable operating conditions, as described above. , the gearbox 6 and 10, respectively, can be completely eliminated. Because the brake turbines 5 and 9 each drive their generators 8 and 12 directly, possibly via clutches and gearboxes, no torque for energy generation needs to be transmitted to the turbine shaft 4, but the rotation around the shaft 4 can take place freely. At start-up, through this arrangement, the power-generating turbines 5 and 9 will quickly reach favorable operating speeds and consequently produce energy even in poor wind conditions. However, it must be taken into account that the energy exchange between the primary turbine-propeller turbine and the secondary turbine-brake turbine entails an energy loss (efficiency approx. 65-70%), which means that the propeller diameter must be increased (approx. 20%) relative to a conventional wind turbine. The turbine's behavior at start and stop is described in the above - mentioned patent application.

För övrigt är i den i figur 1 visade utföringsformen visat ett hus 13 innehållande stödlager 14 och 16 för lagring av turbin- axeln 4.Incidentally, in the embodiment shown in Figure 1, a housing 13 is shown containing support bearings 14 and 16 for storing the turbine shaft 4.

En alternativ utföringsform av uppfinningen visas i figur 2.An alternative embodiment of the invention is shown in Figure 2.

Denna utföringsform skiljer sig från den ovan i samband med fi- gur 1 beskrivna därigenom att den endast har ett propellerblad 1 och en aerodynamisk bromsturbin 5, vilka är anordnade diagonalt med avseende på turbinaxeln 4. Till sin funktion skiljer den sig inte från utföringsformen enligt figur 1. Den blir totalt sett billigare att tillverka men propellerbladet 1 måste vara längre för samma genererad effekt, dvs större diameter för vindturbinen, än i utföringsformen enligt figur 1. Den automatiska bromsturbinen mâste på så sätt anpassas för ungefär dubbla effekten. Propel- lerbladet 1 och bromsturbinen 5 är vridbara kring en axel 3a för- bunden med och orienterad vinkelrätt eller i huvudsak vinkelrätt mot turbinaxeln 4.This embodiment differs from the one described above in connection with Figure 1 in that it has only a propeller blade 1 and an aerodynamic brake turbine 5, which are arranged diagonally with respect to the turbine shaft 4. In its function it does not differ from the embodiment according to FIG. 1. It will be cheaper to manufacture overall, but the propeller blade 1 must be longer for the same generated power, ie larger diameter for the wind turbine, than in the embodiment according to Figure 1. The automatic brake turbine must thus be adapted for approximately double the power. The propeller blade 1 and the brake turbine 5 are rotatable about an axis 3a connected to and oriented perpendicularly or substantially perpendicular to the turbine axis 4.

Propellerbladet 1 är i detta utförande statiskt balanserat medelst bromsturbinen 5, eventuellt med hjälp av extra ballast, dels kring turbinaxeln 4 och dels kring tväraxeln 3a. Jämvikts- läget vid normal drift påverkas (bibehâlles) genom ett samspel av luft- och tröghetskrafter verkande i systemet. I övrigt är tur- binen 5 försedd med växellåda 6, koppling 7 och generator 8 så- som i utföringsformen i figur 1 och turbinaxeln 4 är lagrad i ett hus 13.In this embodiment, the propeller blade 1 is statically balanced by means of the brake turbine 5, possibly by means of additional ballast, partly around the turbine shaft 4 and partly around the transverse shaft 3a. The equilibrium position during normal operation is affected (maintained) by an interplay of air and inertial forces acting in the system. Otherwise, the turbine 5 is provided with a gearbox 6, clutch 7 and generator 8 as in the embodiment in figure 1 and the turbine shaft 4 is stored in a housing 13.

Figur 3 visar en vy framifrån alltså sett i turbinaxelns 4 riktning av en alternativ utföringsform, där bromsturbinerna 5 och 9 är lagrade på armar 21, 22 som är fast förenade med turbin- axeln 4. Propellerbladen 1 och 2 är vridbara kring en mot turbin- axeln 4 väsentligen vinkelrät axel 3b och är statiskt balanserade med avseende på sistnämnda axel medelst motvikter 17, 18 sä att varje propellerblad 1 resp 2 tillsammans med sin motvikt 17 resp 18 är parvis individuellt vridbar kring axeln 3b. Armarna 21 7810268-8 resp 22 innehåller växellådor 6, 10, kopplingar 7, 11 och gene- ratorer 8, 12, såsom i utföringsformen i figur 1.Figure 3 shows a front view thus seen in the direction of the turbine shaft 4 of an alternative embodiment, where the brake turbines 5 and 9 are mounted on arms 21, 22 which are fixedly connected to the turbine shaft 4. The propeller blades 1 and 2 are rotatable about one towards the turbine shaft. the shaft 4 is substantially perpendicular to the shaft 3b and is statically balanced with respect to the latter shaft by means of counterweights 17, 18 so that each propeller blade 1 and 2 together with its counterweight 17 and 18, respectively, is individually rotatable about the shaft 3b. The arms 21 7810268-8 and 22 respectively contain gearboxes 6, 10, clutches 7, 11 and generators 8, 12, as in the embodiment in figure 1.

Figur 4 visar en alternativ utföringsform sedd framﬁrån, dvs i turbinaxelns 4a riktning. Ett propellerblad 1 och en bromstur- bin 5 är anordnade gemensamt vridbara kring en axel 3c som är i huvudsak vinkelrät mot turbinaxeln 4a, vilken senare uppbär en motvikt 19 på en arm 20, som är fast förenad med turbinaxeln 4a.Figure 4 shows an alternative embodiment seen from the front, ie in the direction of the turbine shaft 4a. A propeller blade 1 and a brake turbine 5 are arranged jointly rotatable about an axis 3c which is substantially perpendicular to the turbine shaft 4a, which later carries a counterweight 19 on an arm 20, which is fixedly connected to the turbine shaft 4a.

För övrigt är bromsturbinen 5 kopplad till en växellåda 6 kopp- ling 7 och generator 8, såsom i tidigare utföringsformer.Incidentally, the brake turbine 5 is connected to a gearbox 6, clutch 7 and generator 8, as in previous embodiments.

Figur 5 visar en alternativ utföringsform sedd från sidan, med propellerbladet flöjlat i vindriktningen. Ett propellerblad 1 och en i bladroten lagrad bromsturbin 5 är anordnade gemensamt och begränsat vridbara kring en axel 3d, som är i huvudsak vinkel- rät mot turbinaxeln 4b. Bladet 1 är sammanbyggt med en balans- viktsarm 20a med balansvikt 19a, vilka är anordnade att ge balans för systemet blad-bromsturbin med maskineri kring båda axlarna 3d och 4b. Bromsturbinen 5 är kopplad till en växellåda 6, kopp- ,ling 7 och generator 8, på liknande sätt som i tidigare utförings- former. Här kan de sistnämnda maskinerikmmmnentmma Dïaﬂefës m0f balanssidan som visas för generatorn 8 i figuren, för att bidra till turbinens balansering, varvid balansvikten 19a kan minskas.Figure 5 shows an alternative embodiment seen from the side, with the propeller blade velvet in the wind direction. A propeller blade 1 and a brake turbine 5 mounted in the blade root are arranged jointly and to a limited extent rotatable about an axis 3d, which is substantially perpendicular to the turbine shaft 4b. The blade 1 is assembled with a balance weight arm 20a with balance weight 19a, which are arranged to provide balance for the blade-brake turbine system with machinery around both axes 3d and 4b. The brake turbine 5 is connected to a gearbox 6, clutch, clutch 7 and generator 8, in a similar manner as in previous embodiments. Here, the latter machinery components can be used on the balance side shown for the generator 8 in the figure, in order to contribute to the balancing of the turbine, whereby the balance weight 19a can be reduced.

Claims

7810268-8 PATENT REQUIREMENTS

A wind turbine comprising one or more propeller blades (1, 2), which are rotatably mounted about an axis (3, 3b, 3c) substantially perpendicular to the turbine shaft (4, 4a), so that the pitch angle of the propeller blade changes when rotated about the latter shaft, characterized in that at least one aerodynamic brake turbine of the transverse current type (5, 9) is rotatably mounted about an axis rotating with the turbine shaft (4).

Wind turbine according to Claim 1, characterized in that the brake turbine or turbines (5, 9) are designed as arc rotor or Darrieus type turbines.

Wind turbine according to Claim 1 or 2, characterized in that the brake turbine or turbines (5, 9) are operatively connected to a separate generator (8, 10).

Wind turbine according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the brake turbine (5, 9) is a counterweight to the propeller blade (1, 2).

Wind turbine according to one of Claims 1 to 4, characterized in that two mirror-symmetrically arranged propeller blades (1, 2) and two aerodynamic brake turbines (5, 9) are individually rotatably arranged in pairs and balanced around one against the turbine shaft (4). perpendicular axis (3).

Wind turbine according to one of Claims 1 to 5 with a propeller blade, characterized in that the propeller blade (1) and the brake turbine (5) are arranged diagonally with respect to the turbine shaft (4).

Wind turbine according to one of Claims 1 to 4, characterized in that two mirror-symmetrically arranged propeller blades (1, 2) together with counterweights (17, 18) are mounted in pairs individually rotatably about an axis perpendicular to the turbine shaft (4). 3b) and that two brake turbines (5, 9) are mounted on an arm (21, 22) extending substantially perpendicular to the turbine shaft (4) and connected thereto.

Wind turbine according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a propeller blade (1) and a brake turbine (5) mounted in the blade root are rotatably mounted about a shaft arranged perpendicularly to the turbine shaft (4a). 3c), and the turbine shaft (4a) is fixedly connected to a counterweight (19).

Wind turbine according to one of Claims 1 to 3, characterized in that a propeller blade (1) and a brake turbine turbine (5) mounted in the bi-root are rotatably mounted around a substantially right-angled right. axis1 (3d) arranged against the turbine axis (4b), whereby the blade (1) is fixedly connected to a balance weight (19a) on the opposite side of the main axis (4b).