WO2006050711A1 - Rotor for transforming free flows in flow devices - Google Patents

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WO2006050711A1
WO2006050711A1 PCT/DE2005/002027 DE2005002027W WO2006050711A1 WO 2006050711 A1 WO2006050711 A1 WO 2006050711A1 DE 2005002027 W DE2005002027 W DE 2005002027W WO 2006050711 A1 WO2006050711 A1 WO 2006050711A1
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a rotor for the conversion of free flows in flow devices, in particular for use in gases, air or liquids, such as. Wind or water turbines for power generation.
  • EP 1 422 422 A1 discloses a Darrieus wind turbine.
  • the document EP 0 891 487 A1 discloses a wind turbine with a funnel-shaped wind catcher.
  • the rotors in water turbines with a horizontal shaft can be designed according to DE 101 34 522 Al as underschlberichte water wheels or as devisschlachtige water wheels.
  • DE 198 01 849 A1 discloses a flow machine for liquids of the Fancis type, wherein the corresponding rotor according to DE 103 11 504 A1 can be embodied as a spiral rotor.
  • turbine rotors which are predominantly propeller or vane rotors, are used for the conversion of free flows, such as wind or ocean currents, wherein the flow area and the force acting on the propeller or wings are essential for the movement of these.
  • the invention is therefore the object of Grande to provide a rotor for the conversion of free flows in flow devices, which avoids the disadvantages of the prior art, especially in wind turbines or water turbines causes a higher efficiency than the previously known turbines.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the rotor according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows the rotor according to FIG. 1 in a plan view
  • FIG. FIG. 3 shows the rotor according to FIG. 1 in a side view
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the rotor according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 5 shows a side view of two rotors according to FIG. 1 with opposite directions of rotation
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the attachment of the rotor according to FIG. 1.
  • the rotor according to the invention for the conversion of free flows (FIGS. 1, 2 and 3) consists of a rotor body 1, which is rotatably supported by means of a shaft 4 in a mounting.
  • the rotor body 1 is constructed from a baffle surface 2 with baffle edge 3, wherein the baffle surface 2 about the axis -XX-, in the Shaft 4 extends, rotatably mounted and is firmly connected to the shaft 4.
  • the rotor body 1 may be constructed such that it consists of a, the baffle 2 rotatable about the axis -X-X-, which runs in the shaft 4, immediately upstream and radf ⁇ rmig held
  • Baffle edge 3 exists, the baffle edge 3 with the shaft
  • Wave 4 passes through the baffle 2 passes.
  • the baffle surface edge 3 is provided with outlet openings 31 and with fins 32, wherein the fins 32 have an angle of attack and are connected to an outer edge 5 or the baffle surface 2 and an outer edge 5, so that the outlet openings 31 of the baffle surface edge 3 between the fins 32, the outer edge 5 and the baffle 2 are formed.
  • the diameter of the media flow at the time of impinging on the rotor is greater than the diameter of the rotor.
  • the cross section of the rotor according to the invention is particularly advantageously round, wherein the lamellae 32 are arranged on a circular path and parallel to the axis -X-X-.
  • the slats 32 may be permanently or adjustably connected to the outer edge 5 or the baffle surface 2 and the outer edge 5.
  • the fins 32 are evenly spaced from each other, wherein the angle of attack is the same for all fins 32 and is between 1 ° and less than 90 °.
  • the outer edge 5 is held parallel to the baffle surface 2 and has an area less than 40% of the surface of the baffle surface 2.
  • the baffle 2 may be flat, profiled, conical, concave or convex.
  • an electric generator can be set up.
  • This back pressure can escape in the current-flowed state along the slats 32 through the outlet openings offset almost 90 ° to the direction of force of the mass flow of the rotor according to the invention, in which the baffle surface edge 3 rotates about the axis -X-X-.
  • Characteristic of the rotor according to the invention in addition to an efficiency of up to 0.92, that the sound level compared to propeller wind turbines is considerably lower. Furthermore, the simple design allows the use of many suitable materials, such as. Steel, wood, aluminum or composite materials. Plant sizes up to a range of more than 10 MW rated output at approx. 12 m / s wind speed can be realized well.
  • the rotor according to the invention is suitable for the conversion of free flows in flow devices in the form of small systems for island solutions, even in residential areas.
  • systems can be used with the rotor according to the invention in extreme weather conditions. If two turbines with their baffles 2 are arranged relative to one another (FIG. 5) such that an opposite direction of rotation of the rotors is produced, with one turbine being connected to the rotor and the second turbine being connected to the stator of a generator, a drive is created which does not Force moments to the outside and at the same time acts as a transmission.
  • a drive is created which does not Force moments to the outside and at the same time acts as a transmission.
  • such a system can only be kept or pulled on a rope or on a cable in a flow, wherein the torques are converted into electricity.
  • the generator is driven at twice the speed. The torques are in opposite directions and cancel each other out.
  • the rotor according to the invention can be used for example in place of the previously known rotors in wind or hydroelectric power plant, or may be part of a gas turbine or a drive turbine.
  • a system with the rotor according to the invention can "harvest" 50 to 90% of the wind power.

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Abstract

The invention relates to a rotor for transforming free flows in flow devices, particularly for use with gases, air or liquids, such as, e.g. wind turbines or water turbines for generating electricity. The aim of the invention is to provide a rotor for transforming free flows in flow devices, which avoids the drawbacks associated with the the prior art, whereby achieving, particularly in wind turbines or water turbines, a higher efficiency than that of prior art turbines. To this end, the invention provides that the rotor is comprised of a rotor body, which can be mounted in a fixing device by means of a shaft in a manner that enables it to rotate. The rotor body (1) has an impingement surface (2) with an impingement surface edge (3). The impingement surface (2) is connected in a fixed manner to the shaft (4) and can rotate about the X-X axis extending in the shaft (4). The impingement surface edge (3) is provided with exit openings (31) and with lamellae (32). These lamellae (32) have an angle of attack and join the impingement surface (2) to an outer edge (5) so that the exit openings (31) of the impingement surface edge (3) are formed between the lamellae (32), the outer edge (5) and the impingement surface (2), and when the rotor is being flown against, the cross-section of the flowing medium is greater than the diameter of the rotor.

Description

Rotor für die Wandlung freier Strömungen bei StrömungsvorrichtungenRotor for the conversion of free flows in flow devices
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen Rotor für die Wandlung freier Strömungen bei Strömungsvorrichtungen, insbesondere zur Anwendung bei Gasen, Luft oder Flüssigkeiten, wie bspw. Wind- oder Wasserturbinen zur Stromerzeugung.The invention relates to a rotor for the conversion of free flows in flow devices, in particular for use in gases, air or liquids, such as. Wind or water turbines for power generation.
Die Nutzung von Wind- und Wasserkraft zur Stromerzeugung ist seit Jahrzehnten bekannt.The use of wind and hydro power to generate electricity has been known for decades.
Gemäß dem Stand der Technik sind verschiedenste Wind- und Wasserturbinen bekannt.According to the prior art, a wide variety of wind turbines and water turbines are known.
Bei den Windturbinen sind gemäß der Schrift EP 1 544 458 Al Flügelrotoren mit waagerechter Welle bekannt, wobei eine Winkelregelung zur Rotorblatteinstellung vorgesehen sein kann, bzw. es sind, bspw. aus DE 692 20 857 T2, Windturbinen mit senkrechter Welle und zylindrischem Rotor bekannt.In the wind turbines are known according to the document EP 1 544 458 Al wing rotors with horizontal shaft, with an angle control can be provided for rotor blade adjustment, or there are, for example. From DE 692 20 857 T2, known wind turbines with a vertical shaft and cylindrical rotor.
Darüber hinaus wird durch die Schrift EP 1 422 422 Al eine Darrieus- Windturbine offenbart.In addition, EP 1 422 422 A1 discloses a Darrieus wind turbine.
Aus der Schrift EP 0 891 487 Al ist eine Windturbine mit trichterförmigem Windfanger bekannt.The document EP 0 891 487 A1 discloses a wind turbine with a funnel-shaped wind catcher.
Der Einbau von Windturbinen in Dachkonstruktionen wird in der Schrift DE 198 28 324 Al offenbart.The installation of wind turbines in roof structures is disclosed in the document DE 198 28 324 Al.
Bei den Wasserturbinen sind gemäß der Schrift DE 601 03 982 T2 radiale Turbinen mit senkrechter Welle bzw. gemäß DE 201 14 752 Ul mit waagerechter Welle bekannt. Die Rotoren bei radialen Wasserturbinen sind gemäß DE 101 00 983 Al als schaufeiförmige bzw. gemäß EP 0 941 402 Al schraubenförmige Flügelrotoren ausgeführt.In the water turbines according to the document DE 601 03 982 T2 radial turbines with vertical shaft or according to DE 201 14 752 Ul with horizontal wave known. The rotors in the case of radial water turbines are designed according to DE 101 00 983 A1 as hooped rotors or, according to EP 0 941 402 A1, helical vane rotors.
Die Rotoren bei Wasserturbinen mit waagerechter Welle können gemäß DE 101 34 522 Al als unterschlächtige Wasserräder oder auch als oberschlächtige Wasserräder ausgeführt sein.The rotors in water turbines with a horizontal shaft can be designed according to DE 101 34 522 Al as unterschlächtige water wheels or as oberschlachtige water wheels.
Darüber hinaus offenbart bspw. DE 198 01 849 Al eine Strömungsmaschine für Flüssigkeiten nach Fancis-Bauart, wobei der entsprechende Rotor gemäß DE 103 11 504 Al als Spiralrotor ausgeführt sein kann.In addition, DE 198 01 849 A1, for example, discloses a flow machine for liquids of the Fancis type, wherein the corresponding rotor according to DE 103 11 504 A1 can be embodied as a spiral rotor.
Alle bekannten Turbinenrotoren, die vorwiegend Propeller- bzw. Flügelrotoren sind, werden für die Wandlung freier Strömungen, wie Wind- oder Meeresströmungen, eingesetzt, wobei die durchströmte Fläche und die Kraftwirkung auf die Propeller bzw. Flügel wesentlich für die Bewegung dieser sind.All known turbine rotors, which are predominantly propeller or vane rotors, are used for the conversion of free flows, such as wind or ocean currents, wherein the flow area and the force acting on the propeller or wings are essential for the movement of these.
Der Nachteil aller bekannten Wind- und Wasserturbinen ist, dass deren Wirkungsgrad in der Praxis vergleichbar mit dem Wirkungsgrad von Benzinmotoren ist, der bei etwa 0,3 liegt.The disadvantage of all known wind turbines and water turbines is that their efficiency in practice is comparable to the efficiency of gasoline engines, which is about 0.3.
Außerdem treten, insbesondere bei großen Windkraftanlagen, Schwingungen bei dem Betrieb der Rotoren auf, die selbst die Fundamente der Windkraftanlagen nach wenigen Betriebsmonaten beschädigen können. Ursachen hierfür sind, neben den besonders guten Eigenschaften als überdimensionale ' technische Feder, die Wandlungsvorgänge an den Propellerflügeln. Zunächst wird bei den bekannten Turbinenrotoren die kinetische Energie einer Wind- oder Flüssigkeitsströmung in Druck gewandelt. Dies geschieht nur bis zum physikalischen Optimum (so genannter Betz-Faktor). Dieser aufgebaute Druck wird durch Formgebung der bekannten Rotorflügel in eine Drehbewegung gewandelt. Durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten entlang eines Rotorflügels entstehen Druckunterschiede und damit verbundenen Nebenerscheinungen, wie die Kavitation, Reibung usw. Außerdem sorgt bei Druckunterschieden in der Umgebungsluft oder in der umgebenden Flüssigkeit des Rotors die Schwerkraft für eine zweite Kraftrichtung beim Druck- und Dichteausgleich. Es überlagern sich somit Kräfte und Kraftrichtungen. Schwingungen, Kreiselkräfte und andere unerwünschte ' Nebenerscheinungen entstehen.In addition, occur, especially in large wind turbines, vibrations in the operation of the rotors, which can even damage the foundations of the wind turbines after a few months of operation. The reasons for this, in addition to the particularly good properties as an oversized 'technical spring, are the changes in the propeller blades. First, in the known turbine rotors, the kinetic energy of a wind or liquid flow is converted into pressure. This only happens up to the physical optimum (so-called Betz factor). This built-up pressure is converted into a rotary motion by shaping the known rotor blades. Due to the different speeds along a rotor blade pressure differences and associated by-effects, such as cavitation, friction, etc. Also provides pressure differences in the Ambient air or in the surrounding liquid of the rotor, the gravitational force for a second force direction in the pressure and density compensation. Thus, forces and forces are superimposed. Vibrations, centrifugal forces and other undesirable side effects arise.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grande, einen Rotor für die Wandlung freier Strömungen bei Strömungsvorrichtungen bereit zu stellen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere bei Wind- oder Wasserturbinen einen höheren Wirkungsgrad als die bisher bekannten Turbinen bewirkt.The invention is therefore the object of Grande to provide a rotor for the conversion of free flows in flow devices, which avoids the disadvantages of the prior art, especially in wind turbines or water turbines causes a higher efficiency than the previously known turbines.
Diese Aufgabe wird gemäß den Ansprüchen 1, 2, 18 und 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den nachgeordneten Ansprüchen 3 bis 17 entnehmbar.This object is achieved according to claims 1, 2, 18 and 19. Advantageous embodiments are the dependent claims 3 to 17 can be removed.
Die Erfindung soll an Hand der Figuren erläutert werden. Es zeigt dabei:The invention will be explained with reference to the figures. It shows:
Fig. 1 : eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors in schematischer Darstellung; Fig. 2: den Rotor gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht; Fig. 3 : den Rotor gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht;1 shows an embodiment of the rotor according to the invention in a schematic representation; FIG. 2 shows the rotor according to FIG. 1 in a plan view; FIG. FIG. 3 shows the rotor according to FIG. 1 in a side view; FIG.
Fig. 4: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors in schematischer Darstellung;4 shows a further embodiment of the rotor according to the invention in a schematic representation;
Fig. 5: eine Seitenansicht zweier Rotoren gemäß Fig. 1 mit gegenläufigem Drehsinn;5 shows a side view of two rotors according to FIG. 1 with opposite directions of rotation;
Fig. 6: eine schematische Darstellung der Befestigung des Rotors gemäß Fig. 1.6 shows a schematic representation of the attachment of the rotor according to FIG. 1.
Der erfindungsgemäße Rotor für die Wandlung freier Strömungen (Fig. 1, 2 und 3) besteht aus einem Rotorkörper 1, der vermittels einer Welle 4 in einer Befestigung drehbar gelagert halterbar ist.The rotor according to the invention for the conversion of free flows (FIGS. 1, 2 and 3) consists of a rotor body 1, which is rotatably supported by means of a shaft 4 in a mounting.
Der Rotorkörper 1 ist dabei aus einer Prallfläche 2 mit Prallflächenrand 3 aufgebaut, wobei die Prallfläche 2 um die Achse -X-X-, die in der Welle 4 verläuft, drehbar gelagert und dabei mit der Welle 4 fest verbunden ist.The rotor body 1 is constructed from a baffle surface 2 with baffle edge 3, wherein the baffle surface 2 about the axis -XX-, in the Shaft 4 extends, rotatably mounted and is firmly connected to the shaft 4.
Alternativ dazu kann der Rotorkörper 1 derart aufgebaut sein, dass er aus einem, der Prallfläche 2 drehbar um die Achse -X-X-, die in der Welle 4 verläuft, unmittelbar vorgelagerten und radfδrmig gehaltertenAlternatively, the rotor body 1 may be constructed such that it consists of a, the baffle 2 rotatable about the axis -X-X-, which runs in the shaft 4, immediately upstream and radfδrmig held
Prallflächenrand 3 besteht, wobei der Prallflächenrand 3 mit der WelleBaffle edge 3 exists, the baffle edge 3 with the shaft
4, bspw. über Speichen / Streben 41, fest verbunden ist (Fig. 4) und die4, for example via spokes / struts 41, is firmly connected (FIG. 4) and the
Welle 4 durch die Prallfläche 2 hindurch fuhrt.Wave 4 passes through the baffle 2 passes.
Der Prallflächenrand 3 ist in beiden dieser Fälle mit Austrittsöffhungen 31 und mit Lamellen 32 versehen, wobei die Lamellen 32 einen Anstellwinkel aufweisen und mit einem äußeren Rand 5 oder der Prallfläche 2 und einem äußeren Rand 5 verbunden sind, so dass die Austrittsöffhungen 31 des Prallflächenrands 3 zwischen den Lamellen 32, dem äußeren Rand 5 und der Prallfläche 2 gebildet sind.In both of these cases, the baffle surface edge 3 is provided with outlet openings 31 and with fins 32, wherein the fins 32 have an angle of attack and are connected to an outer edge 5 or the baffle surface 2 and an outer edge 5, so that the outlet openings 31 of the baffle surface edge 3 between the fins 32, the outer edge 5 and the baffle 2 are formed.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass im beströmten Zustand des Rotors der Durchmesser des Medienstromes zum Zeitpunkt des Auftreffens auf den Rotor größer als der Durchmesser des Rotors ist.It is essential to the invention that in the current-flow state of the rotor, the diameter of the media flow at the time of impinging on the rotor is greater than the diameter of the rotor.
Der Querschnitt des erfindungsgemäßen Rotors ist besonders vorteilhaft rund, wobei die Lamellen 32 auf einer Kreisbahn und parallel zur Achse -X-X- angeordnet sind.The cross section of the rotor according to the invention is particularly advantageously round, wherein the lamellae 32 are arranged on a circular path and parallel to the axis -X-X-.
Dabei können die Lamellen 32 fest oder verstellbar mit dem äußeren Rand 5 oder der Prallfläche 2 und dem äußeren Rand 5 verbunden sein.In this case, the slats 32 may be permanently or adjustably connected to the outer edge 5 or the baffle surface 2 and the outer edge 5.
Vorteilhaft ist, wenn die Lamellen 32 gleichmäßig voneinander beabstandet sind, wobei der Anstellwinkel bei allen Lamellen 32 gleich ist und zwischen 1° und kleiner 90° beträgt.It is advantageous if the fins 32 are evenly spaced from each other, wherein the angle of attack is the same for all fins 32 and is between 1 ° and less than 90 °.
Der äußeren Rand 5 ist dabei parallel zur Prallfläche 2 gehaltert und weist eine Fläche unter 40% der Fläche der die Prallfläche 2 auf. Die Prallfläche 2 kann dabei eben, profiliert, kegelförmig, konkav oder konvex sein.The outer edge 5 is held parallel to the baffle surface 2 and has an area less than 40% of the surface of the baffle surface 2. The baffle 2 may be flat, profiled, conical, concave or convex.
Im Rahmen der Erfindung liegt, dass bspw. auf der Welle 4 ein Elektrogenerator einrichtbar ist.In the context of the invention is that, for example, on the shaft 4, an electric generator can be set up.
Dies ermöglicht die Verwendung des Rotors in einer Turbine zur Nutzung oder Erzeugung von Gas- und Flüssigkeitsströmungen, insbesondere wenn die Turbine einseitig mit einer Prallfläche 2 ganz oder teilweise verschlossen ist, wobei die Durchströmung der Lammellen 32 vorwiegend senkrecht zur Stromröhre des erzeugten oder genutzten Gas- oder Flüssigkeitsstromes erfolgt.This allows the use of the rotor in a turbine for the use or generation of gas and liquid flows, in particular if the turbine is completely or partially closed on one side with a baffle 2, wherein the flow through the Lammellen 32 predominantly perpendicular to the flow tube of the generated or used gas or liquid flow takes place.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Verwendung von zwei erfindungsgemäßen Rotoren, wobei die Rotoren mit ihren Wellen 4 auf der Achse -X-X-zueinander so angeordnet sind, dass sie mit ihren Prallflächen 2 zueinander stehen und im beströmten Zustand einen zueinander entgegen gesetzten Drehsinn aufweisen (Fig. 5).In the context of the invention is also the use of two rotors according to the invention, wherein the rotors are arranged with their shafts 4 on the axis -XX to each other so that they face each other with their baffles 2 and in the current-flowed state have an opposite direction of rotation ( Fig. 5).
Die Befestigung dieser Turbinen erfolgt an einer festen Oberfläche, bspw. an einem Mast 6 (Fig. 6), an einer Häuserfassade, in oder an einem Dach, an einem Seil oder an der inneren Wand einer Röhre.The attachment of these turbines takes place on a solid surface, for example on a mast 6 (FIG. 6), on a house facade, in or on a roof, on a cable or on the inner wall of a tube.
Durch den erfinduήgsgemäßen Rotor erfolgt die Wandlung einer weitgehend laminaren Strömung mit kinetischem Energiegehalt in eineBy virtue of the rotor according to the invention, the conversion of a largely laminar flow with kinetic energy content into one takes place
Drehbewegung mit Drehmoment und Drehzahl dadurch, dass beimRotational movement with torque and speed thereby, that at
Auftreffen der Strömung auf die Prallfläche 2 des erfindungsgemäßenImpact of the flow on the baffle 2 of the invention
Rotors aus der Masse und der Geschwindigkeit der Luft- oderRotor from the mass and the speed of the air or
Flüssigkeitsströmung ein Druck generiert wird, in dem die Luft oder Flüssigkeit nur durch die Austrittsöffhungen 31 des Prallflächenrandes 3 entlang der mit einem Anstellwinkel versehenen Lammellen 32 entweichen kann.Liquid flow, a pressure is generated in which the air or liquid can escape only through the Austrittsöffhungen 31 of the baffle edge 3 along the provided with an angle Lammellen 32.
Erfindungswesentlich dabei ist, dass beim Beströmen des erfindungsgemäßen Rotors der Querschnitt des beströmenden Mediums größer als der Durchmesser des Rotors ist. Dadurch kann der nicht von der Prallfläche 2 des Rotors erfasste Massestrom ungehindert an dem Rotor vorbeiströmen. Auf der Prallfläche 2 entsteht im beströmten Zustand ein Staudruck, in dem die Kraft der Gas- oder Flüssigkeitsströmung nahezu senkrecht auf diese Fläche einwirkt.It is essential to the invention that, when the rotor according to the invention flows through, the cross section of the flowing medium is greater than the diameter of the rotor. As a result, the mass flow which is not detected by the baffle surface 2 of the rotor can flow unhindered past the rotor. On the baffle 2 is created in the current-flowed a dynamic pressure in which the force of the gas or liquid flow acts almost perpendicular to this surface.
Dieser Staudruck kann im beströmten Zustand entlang der Lammellen 32 durch die Austrittsöffnungen nahezu 90° versetzt zur Kraftrichtung des Massestroms aus dem erfindungsgemäßen Rotor entweichen, in dem sich der Prallflächenrand 3 um die Achse -X-X- dreht. Dadurch entsteht zwischen gestauter Masse auf der Prallfläche 2 und der ungehindert an dem Rotor vorbeiziehenden Laminarströmung ein Druckausgleich, der durch die Austrittsöffhungen 31 des Prallflächenrandes 3 hindurch geht und dabei mit einer Kraft auf die mit einem Anstellwinkel versehenen Lammellen 32 wirkt, so dass der Rotor um die Achse -X-X- bewegt wird.This back pressure can escape in the current-flowed state along the slats 32 through the outlet openings offset almost 90 ° to the direction of force of the mass flow of the rotor according to the invention, in which the baffle surface edge 3 rotates about the axis -X-X-. This creates between the accumulated mass on the baffle 2 and the laminar flow freely passing on the rotor pressure equalization, which passes through the Austrittsöffhungen 31 of the baffle edge 3 and thereby acts with a force on the provided with an angle Lammellen 32, so that the rotor to the axis -XX- is moved.
Kennzeichnend für den effindungsgemäßen Rotor ist, neben einem Wirkungsgrad von bis zu 0,92, dass der Schalldrackpegel gegenüber Propellerwindkraftanlagen erheblich niedriger ist. Weiterhin erlaubt die einfache Bauweise den Einsatz vieler geeigneter Materialien, wie bspw. Stahl, Holz, Aluminium- oder Verbundwerkstoffe. Dabei können Anlagengrößen bis in den Bereich von über 10 MW Nennleistung bei ca. 12 m/s Windgeschwindigkeit gut realisiert werden.Characteristic of the rotor according to the invention, in addition to an efficiency of up to 0.92, that the sound level compared to propeller wind turbines is considerably lower. Furthermore, the simple design allows the use of many suitable materials, such as. Steel, wood, aluminum or composite materials. Plant sizes up to a range of more than 10 MW rated output at approx. 12 m / s wind speed can be realized well.
Vor allem aber eignet sich der erfindungsgemäße Rotor für die Wandlung freier Strömungen bei Strömungsvorrichtungen in Form von kleinen Anlagen für Insellösungen, auch in Wohngebieten. Weiterhin können Anlagen mit dem erfindungsgemäßen Rotor in extremen Wettergebieten zum Einsatz kommen. Werden dabei zwei Turbinen mit ihren Prallflächen 2 so zueinander geordnet (Fig. 5), dass ein gegenläufiger Drehsinn der Rotoren entsteht, wobei die eine Turbine mit dem Rotor und die zweite Turbine mit dem Stator eines Generators verbunden ist, entsteht ein Antrieb, der keine Kraftmomente nach Außen gibt und gleichzeitig als Getriebe wirkt. Mit dieser erfinderischen Lösung kann eine solche Anlage nur an einem Seil oder an einem Kabel in einer Strömung gehalten oder gezogen werden, wobei die Drehmomente in Strom umgewandelt werden. Damit wird der Generator mit doppelter Drehzahl angetrieben. Die Drehmomente sind dabei gegenläufig und heben sich auf.Above all, however, the rotor according to the invention is suitable for the conversion of free flows in flow devices in the form of small systems for island solutions, even in residential areas. Furthermore, systems can be used with the rotor according to the invention in extreme weather conditions. If two turbines with their baffles 2 are arranged relative to one another (FIG. 5) such that an opposite direction of rotation of the rotors is produced, with one turbine being connected to the rotor and the second turbine being connected to the stator of a generator, a drive is created which does not Force moments to the outside and at the same time acts as a transmission. With this inventive solution, such a system can only be kept or pulled on a rope or on a cable in a flow, wherein the torques are converted into electricity. Thus, the generator is driven at twice the speed. The torques are in opposite directions and cancel each other out.
Der erfindungsgemäße Rotor kann bspw. an Stelle der bisher bekannten Rotoren in Wind- oder Wasserkraftanlage eingesetzt werden, bzw. kann ein Teil einer Gasturbine oder eine Antriebsturbine sein.The rotor according to the invention can be used for example in place of the previously known rotors in wind or hydroelectric power plant, or may be part of a gas turbine or a drive turbine.
Im Vergleich zu einer Propelleranlage (durchströmte Fläche), die zwischen 5 und 40% der Windleistung nutzen kann, kann eine Anlage mit dem erfindungsgemäßen Rotor 50 bis 90% der Windleistung „ernten".In comparison to a propeller system (flow area), which can use between 5 and 40% of the wind power, a system with the rotor according to the invention can "harvest" 50 to 90% of the wind power.
Alle in der Beschreibung und den nachfolgenden dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. All features described in the description and the following may be essential to the invention both individually and in any combination with one another.
- R -- R -
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Rotorkörper1 rotor body
2 Prallfläche2 baffle
3 Prallflächenrand3 baffle edge
31 Austrittsöffhungen31 outlet openings
32 Lamellen32 lamellas
4 Welle4 wave
41 Streben / Speichen41 struts / spokes
5 äußerer Rand5 outer edge
6 Mast 6 mast

Claims

Patentansprüche claims
1. Rotor für die Wandlung freier Strömungen bestehend aus einem Rotorkörper, der vermittels einer Welle in einer Befestigung drehbar gelagert halterbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der1. rotor for the conversion of free flows consisting of a rotor body which is rotatably supported by means of a shaft in a mounting, characterized in that the
Rotorkörper (1) eine Prallfläche (2) mit Prallflächenrand (3) aufweist, die Prallfläche (2) mit der Welle (4) fest verbunden und um die Achse -X-X-, die in der Welle (4) verläuft, drehbar ist, der Prallflächenrand (3) mit Austrittsöffnungen (31) und mit Lamellen (32) versehen ist, wobei die Lamellen (32) einenRotor body (1) has a baffle surface (2) with baffle surface edge (3), the baffle surface (2) fixedly connected to the shaft (4) and about the axis -XX-, which runs in the shaft (4) is rotatable, the Baffle surface edge (3) with outlet openings (31) and with fins (32) is provided, wherein the fins (32) has a
Anstellwinkel aufweisen und die Prallfläche (2) mit einem äußeren Rand (5) verbinden, so dass die Austrittsöffhungen (31) des Prallflächenrands (3) zwischen den Lamellen (32), dem äußeren Rand (5) und der Prallfläche (2) gebildet sind, wobei im beströmten Zustand des Rotors der Durchmesser desAnstellwinkel have and connect the baffle (2) with an outer edge (5), so that the Austrittsöffhungen (31) of the baffle surface edge (3) between the fins (32), the outer edge (5) and the baffle (2) are formed , In the current-flowed state of the rotor, the diameter of the
Medienstromes größer als der Durchmesser des Rotors ist.Media flow is greater than the diameter of the rotor.
2. Rotor für die Wandlung freier Strömungen bestehend aus einem Rotorkörper, der vermittels einer Welle in einer Befestigung drehbar gelagert halterbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der2. Rotor for the conversion of free currents consisting of a rotor body which is rotatably supported by means of a shaft in a mounting, characterized in that the
Rotorkörper (1) eine Prallfläche (2) und einen Prallflächenrand (3) aufweist, wobei der Prallflächenrand (3) radfδrmig fest mit der Welle (4) verbunden ist und um die Achse -X-X-, die in der Welle (4) verläuft, drehbar der Prallfläche (2) unmittelbar vorgelagert ist, wobei die Welle (4) durch die Prallfläche (2) hindurch fährt, der Prallflächenrand (3) mit Austrittsöffhungen (31) und mit Lamellen (32) versehen ist, wobei die Lamellen (32) einen Anstellwinkel aufweisen mit einem äußeren Rand (5) verbunden sind, so dass die Austrittsöffhungen (31) des Prallflächenrands (3) zwischen den Lamellen (32), dem äußeren Rand (5) und derRotor body (1) has a baffle surface (2) and a baffle surface edge (3), wherein the baffle surface edge (3) is radfδrmig firmly connected to the shaft (4) and about the axis -XX-, which runs in the shaft (4), the baffle surface (2) is directly upstream, the shaft (4) passing through the baffle surface (2), the baffle surface edge (3) being provided with exit openings (31) and with fins (32), the fins (32) having an angle of attack are connected to an outer edge (5), so that the Austrittsöffhungen (31) of the baffle surface edge (3) between the fins (32), the outer edge (5) and the
Prallfläche (2) gebildet sind, wobei im beströmten Zustand des Rotors der Durchmesser des Medienstromes größer als der Durchmesser des Rotors ist.Baffle surface (2) are formed, wherein in the current-flowed state of the rotor, the diameter of the media flow is greater than the diameter of the rotor.
3. Rotor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Rotors rund ist. 3. Rotor according to claim 1 or 2, characterized in that the cross section of the rotor is round.
4. Rotor gemäß Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (32) auf einer Kreisbahn und parallel zur Achse -X-X- angeordnet sind.4. Rotor according to spoke 1 or 2, characterized in that the lamellae (32) are arranged on a circular path and parallel to the axis -X-X-.
55
5. Rotor gemäß Ansprach I5 dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (32) fest oder verstellbar mit der Prallfläche (2) und dem äußeren Rand (5).5. rotor according to spoke I 5 characterized in that the slats (32) fixed or adjustable with the baffle surface (2) and the outer edge (5).
0 6. Rotor gemäß Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (32) fest oder verstellbar mit dem äußeren Rand verbunden sind.0 6. Rotor according to spoke 2, characterized in that the slats (32) are fixed or adjustable connected to the outer edge.
7. Rotor gemäß Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 5 Lamellen (32) gleichmäßig voneinander beabstandet sind.7. Rotor according to spoke 1 or 2, characterized in that the 5 lamellae (32) are equally spaced from each other.
8. Rotor gemäß Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel bei allen Lamellen (32) gleich ist.8. Rotor according to spoke 1 or 2, characterized in that the angle of attack in all slats (32) is the same.
0 9. Rotor gemäß Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel der Lamellen (32) zwischen 1° und kleiner 90° beträgt.0 9. Rotor according to spoke 1 or 2, characterized in that the angle of attack of the slats (32) is between 1 ° and less than 90 °.
10. Rotor gemäß Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußeren Rand (5) parallel zur Prallfläche (2) gehaltert ist. 510. Rotor according to spoke 1 or 2, characterized in that the outer edge (5) parallel to the baffle surface (2) is supported. 5
11. Rotor gemäß Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußeren Rand (5) eine Fläche unter 40% der Fläche der die Prallfläche (2) besitzt.11. Rotor according to spoke 1 or 2, characterized in that the outer edge (5) has an area less than 40% of the area of the baffle surface (2).
ό 12. Rotor gemäß Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallfläche (2) eben, profiliert, kegelförmig, konvex oder konkav ist.12. Rotor according to spoke 1 or 2, characterized in that the baffle surface (2) is flat, profiled, conical, convex or concave.
13. Rotor gemäß einem oder mehrerer der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (4) ein Elektrogenerator 5 einrichtbar ist. 13. Rotor according to one or more of the preceding claims, characterized in that on the shaft (4), an electric generator 5 can be set.
14. Rotor gemäß einem oder mehrerer der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung eine feste Oberfläche ist.14. Rotor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the attachment is a solid surface.
15. Rotor gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung ein Mast (6) ist.15. Rotor according to claim 13, characterized in that the attachment is a mast (6).
16. Rotor gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung ein Seil ist.16. Rotor according to claim 13, characterized in that the attachment is a rope.
17. Rotor gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung die innere Wand einer Röhre ist.17. A rotor according to claim 13, characterized in that the attachment is the inner wall of a tube.
18. Verwendung eines Rotors nach einem oder mehrerer der voran stehenden Ansprüche in einer Turbine zur Nutzung oder Erzeugung von Gas- und Flüssigkeitsströmungen.18. Use of a rotor according to one or more of the preceding claims in a turbine for the use or generation of gas and liquid flows.
19. Verwendung von zwei Rotoren nach einem oder mehrerer der voran stehenden Ansprüche, wobei die Rotoren mit ihren Wellen (4) auf der Achse -X-X- zueinander so angeordnet sind, dass sie mit ihren19. The use of two rotors according to one or more of the preceding claims, wherein the rotors are arranged with their shafts (4) on the axis -X-X- to each other so that they coincide with their
Prallflächen (2) zueinander stehen und im beströmten Zustand einen zueinander entgegen gesetzten Drehsinn aufweisen. Baffles (2) to each other and in the current-flowed state have an opposite direction of rotation.
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