NL9000042A - Windmolen. - Google Patents

Description

Titel: Windmolen._

De uitvinding heeft betrekking op een windmolen vanhet type met een een groot aantal wieken omvattende rotor.Dergelijke windmolens, die bekend staan onder de naam Ameri¬kaanse windturbine of poldermolen zijn op zichzelf bekenden worden voor verschillende doelen, zoals het oppompenvan water of het opwekken van elektriciteit, en dergelijketoegepast.

Een groot voordeel van dit type windmolen is, datreeds bij een geringe windsterkte een bruikbaar arbeidsvermogenwordt verschaft. Een ander voordeel is, dat een dergelijkewindmolen met een laag toerental van het rad, ook wel rotorgenoemd, werkt, zodat de mechanische belasting bij normaleomstandigheden relatief gering is en de schoepen eenvoudigen daardoor goedkoop kunnen zijn.

Een bezwaar van de Amerikaanse windturbine is, datdeze door het grote aantal wieken een groot windvangoppervlakheeft en daardoor slecht tegen sterke wind of zelfs stormbestand is. De bekende veelschoepige windmolens dienendan ook te zijn voorzien van een dwars geplaatste windvaan,die de rotor bij een vooraf bepaalde windsterkte automatischuit de wind draait. Op deze wijze kan weliswaar beschadigingvan de windmolen bij sterke wind worden voorkomen, dochde windmolen levert dan tevens geen arbeidsvermogen meer.

De uitvinding beoogt het geschetste bezwaar te onder¬vangen. Hiertoe wordt volgens de uitvinding een windmolenvan de beschreven soort daardoor gekenmerkt,· dat de wiekenachter elkaar op een centrale as van de rotor zijn gemonteerd;dat althans een aantal wieken vrij roteerbaar ten opzichtevan de centrale as van de rotor is gemonteerd; dat de vrijroteerbare wieken middels meeneemorganen met naburige wiekenzijn gekoppeld; en dat detectiemiddelen zijn voorzien diedreigende overbelasting van de rotor kunnen detecteren en wiekverstelmiddelen, die in responsie op een dergelijkedreigende overbelasting de ten opzichte van de centraleas vrij roteerbare wieken althans deels achter tenminsteéén vast met de centrale as verbonden wiek kunnen draaien.

In het volgende zal de uitvinding nader worden beschrevenmet verwijzing naar de bijgevoegde tekening van een uitvoe-ringsvoorbeeld.

Figuur 1 toont schematisch in vooraanzicht een deelvan een windmolen met relatief veel wieken; figuur 2 illustreert schematisch het principe vande uitvinding; figuur 3 toont schematisch in zij-aanzicht een deelvan een uitvoeringsvoorbeeld van een windmolen volgensde uitvinding; en figuur 4 toont schematisch een detail van een uitvoe¬ringsvoorbeeld van een windmolen volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont schematisch in vooraanzicht een voorbeeldvan een rotor 1 van een windmolen met relatief veel wieken.

De rotor heeft in het getoonde voorbeeld een centrale as2 en twaalf wieken of schoepen 3 t/m 14, die telkens paarsgewijzeop een gemeenschappelijke roede 15 t/m 20 zijn bevestigd.

Een dergelijke windmolen wordt wel een Amerikaanse windmolengenoemd en kan in de praktijk een ander veelal groter,aantal wieken hebben.

Figuur 2 illustreert het principe van de uitvinding.

Figuur 2 toont weer een soortgelijke rotor als figuur l,dochnu zijn slechts de wieken 3,4 en de bijbehorende wieken 9.10 zichtbaar. De andere wieken zijn achter de wieken 4.10 gedraaid met behulp van een meeneempal 21. Duidelijk¬heidshalve toont figuur 2 met onderbroken lijnen de anderewieken in de oorspronkelijke stand en ook de pal 21 isbij 21' in de ruststand weergegeven.

Bij normale windkracht heeft de rotor de in figuurgetoonde vorm. Bij sterke wind worden met behulp van demeeneempal of een ander geschikt mechanisme de wieken intoenemende mate achter elkaar geschoven. Daarbij wordteerst de wiek 8 (met de bijbehorende wiek 14) achter dewiek 7 (en wiek 13) gedraaid. Als de windsterkte verdertoeneemt wordt het pakket van wieken 8 en 7 (met de bijbehorendewieken 14 en 13) achter de wiek 6 (en de wiek 12) gedraaid,enz.. Bij zeer sterke wind zijn alle stellen wieken achterelkaar gedraaid, zodat een wiekenpakket ontstaat, dat zichals een enkel stel wieken gedraagt. In het getoonde voorbeeldzijn dan alle stellen wieken achter de wieken 3 en 9 gedraaid.

Aldus neemt bij toenemende windsterkte het windvangendeoppervlak van de rotor geleidelijk af, zodat beschadigingvan de windmolen wordt voorkomen.

Figuur 3 toont schematisch in zij-aanzicht een deelvan een uitvoeringsvoorbeeld van een windmolen volgensde uitvinding. In het getoonde voorbeeld zijn duidelijkheids¬halve slechts de centrale secties van drie stellen wiekengetoond. Figuur 3 toont een centrale as 30 van de rotor31 van een windmolen. Op de centrale as zijn drie parenwieken gemonteerd. Elk paar wieken heeft een gemeenschappe¬lijke roede 32,33,34, waarbij in dit voorbeeld elke roedeop afstand van de centrale as twee schoepen 35,36 respectie¬velijk 37,38, respectievelijk 39,40 draagt. De paren wiekenliggen niet zoals gebruikelijk alle in hetzelfe vlak, maarzijn achter elkaar op de centrale as gemonteerd. De wieken35,36 vormen het voorste stel wieken.

Achter de wieken is de centrale as gelagerd in schematischaangegeven lagers 41,42, die op delen 43 van een onderstelvan de windmolen zijn bevestigd. Voorts is nog schematischeen riemschijf 44 getoond met behulp waarvan een aan te drijven inrichting, zoals een pomp, een generator en dergelijkemet de centrale as gekoppeld kan worden. De aandrijvingkan echter ook op andere daartoe bekende wijzen, bijvoorbeeldmiddels getoonde riemschijven, kettingwielen, tandwielen,cardemkoppeling etc. geschieden.

De roede 32 is vast op de centrale as 30 bevestigd,zoals bij 45 schematisch is aangegeven. De roeden 33 en34 zijn echter ten opzichte van de centrale as roteerbaaren kunnen onder tussenkomst van een lagerbus 46,47 of zelfseen kogellager op de centrale as zijn bevestigd. De roeden33 en 34 zijn derhalve in beginsel vrij draaibaar ten opzichtevan de centrale as. De wieken, of de roeden van de opeen¬volgende stellen wieken zijn echter via meeneemorganenmet elkaar gekoppeld. Deze meeneemorganen staan een hoekver-draaiïng J. tussen twee opeenvolgende wieken toe die ligttussen 0 graden en een voorafbepaalde maximale hoek Jlmax.

In het algemeen is hoek Cv max gelijk aan 360 graden /n,waarin n het aantal wieken is, doch strikt noodzakelijkis dit niet. In het voorbeeld van figuur 2 bedraagt hoek Xmax 30 graden.

Bij sterke wind geldt <x= 0 graden en liggen de wiekenrecht achter elkaar. Bij normale wind geldt c^=ot max enzijn de wieken maximaal uitgewaaierd.

De meeneemorganen kunnen bestaan uit telkens tussentwee opeenvolgende wieken of roeden bevestigde kettingen,kabels, of twee scharnierend met elkaar en de respectievewieken verbonden staven, strippen of stangen.

Figuur 4 toont schematisch een uitvoeringsvoorbeeld,waarbij telkens de ene wiek 50 is voorzien van een nok,die grijpt in een tenminste aan het in de draaiïngsrichtingwijzende einde afgesloten groef 52 in de andere wiek 53.

De draaiïngsrichting is met een pijl P aangegeven. In dit voorbeeld is de voorlopende wiek 50 voorzien van een noken is de achterlopende wiek voorzien van een groef. Alsalternatief zou de wiek 50 de groef kunnen hebben en dewiek 53 de nok. De nok zou voorts op een zijdelings uitsteek¬sel van een wiek kunnen zijn bevestigd, indien een groterehoek tussen twee opeenvolgende wieken gewenst is of deverbinding verder van de centrale as dientte liggen. Infiguur 3 zijn meeneemnokken schematisch getoond bij 54en 55.

Zoals in het voorgaande opgemerkt zijn de wieken bijnormaal bedrijf op maximale wijze uitgewaaierd. Het opde centrale as in de achterste positie geplaatste wiekenpaar39,40 is dan het voorlopende wiekenpaar, die via de nok55 het wiekenpaar 37,38 meeneemt. Het wiekenpaar 37,38neemt via de nok 54 weer het wiekenpaar 35,36 mee. Aangezienhet wiekenpaar 35,36 rotatievast met de centrale as isverbonden, wordt de centrale as dan in rotatie gebracht.

Teneinde bij windsterkten, die groter zijn dan normaalbeschadiging van de windmolen te voorkomen kunnen, zoalsreeds opgemerkt, de wieken tot in een geheel of deels achterelkaar liggende stand worden gebracht. Hiertoe zijn wiek-verstelmiddelen aanwezig, die in het getoonde voorbeeldeen pal 60, die de wieken vanuit de maximaal uitgewaaierdestand,’ beginnend met de voorlopende wiek terug kan draaien,zodat het effectieve aantal wieken en daarmee het windvangendoppervlak van de rotor afneemt. De pal 60 is in het getoondevoorbeeld gemonteerd op een tandwiel 61, dat naast de achtersteroede 34 op de centrale as 30 is geplaatst. Het tandwiel61 kan in beginsel vrij ten opzichte van de centrale asdraaien. Een relatief klein tandwiel 62 is in aangrijpingmet het tandwiel 61 en is op een tussen de roeden van dewieken door reikende as 63 gemonteerd. De as 63 draagt aan de voorzijde van het wiekenpakket een relatief groottandwiel 64, dat in aangrijping is met een concentrischmet de centrale as geplaatst relatief klein tandwiel 6.

Het kleine tandwiel 65 is op de as van een elektromotor66 gemonteerd. De elektromotor 66, dat wil zeggen het huisvan de elektromotor is vast met het voorste, vaste wieken-paar verbonden, bijvoorbeeld met trekbouten en afstandbussen,zoals bij 67 aangegeven.

In bedrijf draait de elektromotor dus mee met de centraleas. Ook de tandwielen 61,62,64 en 65 en de as 63 draaienin bedrijf samen met de centrale as rond, doch zijn tenopzichte van elkaar in rust.

Zodra echter de stand van de wieken ten opzichte vanelkaar gewijzigd dient te worden, bijvoorbeeld bij toenemendewind, wordt de elektromotor 66 bekrachtigd. Het tandwiel65 roteerd dan ten opzichte van de centrale as en drijfthet tandwiel 64 aan, dat weer via de as 63 en het tandwiel62 het tandwiel 61 aandrijft. Derhalve verdraait ook hettandwiel 61 ten opzichte van de centrale as. Daarbij neemtde pal 60 eerst de voorlopende wiek en bij voortdurendebekrachtiging ook de volgende wieken mee tot het windvangendoppervlak van de rotor in voldoende mate is gereduceerd(of juist vergroot).

Door de gekozen tandwielcombinatie van kleine tandwielen62 en 65 en grote tandwielen 61 en 64 is een overbrengingmet grote vertraging verkregen, zodat een zèer nauwkeurigeregeling van de stand van de pal 60 mogelijk is.

De elektromotor wordt bekrachtigd met behulp van doordetectiemiddelen verschafte stuursignalen. De detectiemiddelenzijn ingericht om dreigende overbelasting van de windmolente detecteren en in responsie daarop stuursignalen te ver¬schaffen. De detectiemiddelen kunnen bijvoorbeeld het toerental van de centrale as, dan wel een daardoor aan¬gedreven inrichting detecteren en bij het passeren vaneen voorafbepaalde drempelwaarde een stuursignaal voorde elektromotor verschaffen. De detectiemiddelen kunnenook een meetinrichting omvatten, die het door een doorde centrale as aangedreven generator geleverde (elektrische)vermogen meet en bij het passeren van een voorafbepaaldedrempelwaarde een stuursignaal afgeeft.

Opgemerkt wordt, dat na het voorgaande diverse modifica¬ties voor de deskundige voor de hand liggen. Zo kan deelektromotor 66 ook op een andere plaats zijn gemonteerden kan de pal 60 op ander wijze worden bekrachtigd. Teruitbalancering van de exentrisch ronddraaiende massa vande tandwielen 62,64 en de as 63 kan de vaste roede 32 desgewenstvan een contragewicht zijn voorzien, 2oals schematischbij 68 aangegeven. De massa van de pal 60 zou bijvoorbeeldkunnen worden uitgebalanceerd door het tandwiel 61 vaneen tweede, radiaal tegenover de pal 60 gelegend pal tevoorzien.

Voorts zou tussen bijvoorbeeld de voorlopende wieken de daarmee gekoppelde wiek een veerelement gemonteerdkunnen zijn, dat de wieken uit elkaar drukt, teneinde hetuitwaaieren van de wieken vanuit de samengeklapte standte bevorderen. In het voorbeeld van figuur 4 zou hiertoebijvoorbeeld in de groef 52 een veer kunnen zijn geplaatstdie de nok 51 naar het in de draaiïnrichting wijzende eindevan de groef duwt.

Ook kan de meeneempal desgewenst vast of verend metde voorlopende wiek zijn gekoppeld. Het de meeneempal dragendewiel kan ook tussen twee roeden of zelfs voor het wiekenpakketop de centrale as zijn bevestigd.

Deze en soortgelijke modificaties worden geacht binnenhet kader van de uitvinding te vallen.

Claims (12)

1. Windmolen van het type met een een groot aantal wiekenomvattende rotor, met het kenmerk, dat de wieken achterelkaar op een centrale as van de rotor zijn gemonteerd;dat althans een aantal wieken vrij roteerbaar ten opzichtevan de centrale as van de rotor is gemonteerd; dat de vrijroteerbare wieken middels meeneemorganen met naburige wiekenzijn gekoppeld; en dat detectiemiddelen zijn voorzien diedreigende overbelasting van de rotor kunnen detecteren en wiekverstelmiddelen, die in responsie op een dergelijkedreigende overbelasting de ten opzichte van de centraleas vrij roteerbare wieken althans deels achter tenminsteéén vast met de centrale as verbonden wiek kunnen draaien.

2. Windmolen volgens conclusie 1, met het kenmerk, datde dectectiemiddelen een elektrische generator omvatten, die direkt of indirekt door de centrale as wordt aangedreven.

3. Windmolen volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk,dat de detectiemiddelen een met het toerental van de centraleas van de rotor evenredig signaal verschaffen, en dat eendrempelwaardedetector, aanwezig is, die een bekrachtigingssig-naal voor de wiekverstelmiddelen verschaft, zodra het signaalvan de detectiemiddelen een vooraf bepaalde drempelwaardepasseert.

4. Windmolen volgens één der voorgaande conclusies, methet kenmerk, dat de wiekverstelmiddelen een elektromotoromvatten, die in bedrijf een vrij draaibaar om de centrale as gemonteerd element aandrijft, dat is voorzien van tenminsteéén meeneempal, die de vrij roteerbare wieken ten opzichtevan de tenminste ene vaste wiek kan verdraaien.

5. Windmolen volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de elektromotor coaxiaal met de centrale as is gemonteerden in bedrijf samen met de centrale as roteert.

6. Windmolen volgens conclusie 5, met het kenmerk, dathet van een meeneempal voorziene element een tandwiel is,en dat de elektromotor met het tandwiel is gekoppeld viaeen coaxiaal met de centrale as gemonteerd eerste kleintandwiel, een met het eerste kleine tandwiel in aangrijpingverkerend relatief groot tandwiel, dat, via een met decentrale as evenwijdige as, een tweede klein tandwiel aan¬drijft, dat weer in aangrijping is met het van de meeneempalvoorziene tandwiel.

7. Windmolen volgens conclusie 4,5 of 6, met het kenmerk,dat de elektromotor en het van een meeneempal voorzienetandwiel zich aan verschillende zijden van de wieken bevinden.

8. Windmolen volgens één der voorgaande conclusies, methet kenmerk, dat een voorste wiekenpaar vast met de centraleas is verbonden en dat de andere wieken om de centrale as roteerbaar zijn.

9. Windmdolen volgens één der voorgaande conclusies,met het kenmerk, dat de wieken telkens met elkaar zijngekoppeld middels een op de ene wiek aangebrachte nok,die in een groef van een naburige wiek grijpt, waarbij de nok in de groef kan bewegen tussen een eerste positie,waarin beide wieken elkaar afdekken, en een tweede positie,waarin beide wieken een maximale hoek met elkaar makengezien in de rotatie richting van de wieken.

10. Windmolen volgens één der conclusies 4 t/m 9, methet kenmerk, dat de elektromotor vast op de tenminste enevaste wiek is gemonteerd.

11. Windmolen volgens één der voorgaande conclusies, methet kenmerk, dat tussen tenminste twee wieken veermiddelenzijn voorzien, die de wieken uit elkaar duwen.

12. Windmolen volgens één der voorgaande conclusies, methet kenmerk, dat de meeneempal met een vrij roteerbarewiek is gekoppeld.