NO840033L

NO840033L - TURBINE

Info

Publication number: NO840033L
Application number: NO840033A
Authority: NO
Inventors: Erich Herter; Gunnar Herter
Original assignee: Erich Herter; Gunnar Herter
Priority date: 1982-05-08
Filing date: 1984-01-05
Publication date: 1984-01-05
Also published as: FI834248A7; JPS59500826A; FI834248A0; DE3217359C2; WO1983004073A1; DK5584D0; EP0095600A1; DK5584A; DE3217359A1

Description

Oppfinnelsen vedrører en turbin ifølge hovedkravets innledning. At man har valgt det generelle begrep turbin, skyldes at turbinen ifølge oppfinnelsen også kan benyttes i en vannstrøm ved tilsvarende tilpasning. For enkelhets skyld er det imidlertid i det følgende henvist til det fore-trukne anvendelsesområde for utnyttelse hhv. omsetning av vindkraft. The invention relates to a turbine according to the introduction of the main claim. The fact that the general term turbine has been chosen is because the turbine according to the invention can also be used in a water flow with corresponding adaptation. For the sake of simplicity, however, in the following, reference is made to the preferred application area for utilization or sales of wind power.

Den byggetype som er kjent som såkalt Darrieus-turbin har, på grunn av vindretningsuavhengighet og liten byggehøyde, mekaniske fordeler. På grunn av små omdreiningstall, som ligger på ca. 5 - 7, er imidlertid drifts-området vesentlig mindre enn for aksialturbiner, hvis omdreiningstall ligger mellom 8 og 13. Darrieus-turbinen 'krever alltid starthjelp, hvorved det fortrinnsvis som til-leggsrotor benyttes et såkalt Savonius-hjul, som gir den nødvendige starthastighet, slik at det kan utvikles en aerodynamisk oppdriftskraft. Ved overskridelse av sin spesi-fikke utgangshastighet trenger startrotoren energi, idet turbinen da går over til å arbeide som vifte. The construction type known as the so-called Darrieus turbine has, due to wind direction independence and small construction height, mechanical advantages. Due to low rpm, which is approx. 5 - 7, however, the operating range is significantly smaller than for axial turbines, whose rpm is between 8 and 13. The Darrieus turbine always requires starting assistance, whereby a so-called Savonius wheel is preferably used as an additional rotor, which provides the necessary starting speed , so that an aerodynamic buoyancy force can be developed. When exceeding its specific output speed, the starter rotor needs energy, as the turbine then switches to working as a fan.

Videre er det kjent en kombinasjons av impuls- og reaksjons-turbin som starter automatisk ved små vindhastig-heter, og som senere, ved tilstedeværelsen av en minste-hastighet, for dannelse av en aerodynamisk oppdrift, redu-serer svingeområdet fortrinnsvis ved hjelp av sentrifugal-kraftstyring. Furthermore, a combination of impulse and reaction turbine is known which starts automatically at low wind speeds, and which later, in the presence of a minimum speed, to form an aerodynamic buoyancy, reduces the turning area preferably by means of centrifugal -power management.

Denne byggemåte betyr en stor forbedring ved de vanlige Darrieus-turbiner, men fortsatt foreligger ulempen med liten anvendelsesbredde sammenlignet med aksialturbiner. This method of construction means a great improvement on the usual Darrieus turbines, but there is still the disadvantage of a small range of applications compared to axial turbines.

Turbiner av den innledningsvis nevnte type er vel-kjent, eksempelvis fra DE-PS 518 733, FR-PS 921 518 og US-PS 1 139 103. Turbines of the initially mentioned type are well-known, for example from DE-PS 518 733, FR-PS 921 518 and US-PS 1 139 103.

Ved alle disse turbiner bestreber man seg på opti-mal innstilling av skovlene i forhold til strømnings-retningen. With all these turbines, one strives for optimal setting of the vanes in relation to the direction of flow.

Under en omløpsfase er det imidlertid praktisk talt uunngåelig at det oppstår en viss bremse-effekt i området som løper mot vindretningen, noe som vil kunne'.være årsak til- at det bare har kunnet oppnås verdier av størrelses-_J ordenen fra 1:6 til maksimalt 1:8 for forholdet vindhastig-het til omløpshastighet. Årsaken til dette vil også i det vesentlige skyldes at skovlene ved gjennomløp av en sirkel-bane forblir i sirkelbanen, og, for så vidt det inntreffer en omstilling, også for- og bakkantene av skovlene gjennom-løper tilsvarende forskutte sirkelbaner. During an orbital phase, however, it is practically inevitable that a certain braking effect occurs in the area running against the direction of the wind, which could be the reason why it has only been possible to achieve values of the order of 1:6 to a maximum of 1:8 for the ratio of wind speed to rotational speed. The reason for this will also be essentially due to the fact that the vanes, when passing through a circular path, remain in the circular path, and, in so far as a changeover occurs, the leading and trailing edges of the vanes also run through correspondingly offset circular paths.

Herfor er det uten videre mulig å sørge for tilsvarende innstillinger og gunstige omløpsbaner. Fortsatt vil imidlertid det forhold foreligge at dét skovlblad som gjennomløper den på innstrømningssiden fremre halvdel av omløpsbanen tvungent forstyrrer strømningen for det blad som løper i den bakre halvdel av omløpsbanen. For this reason, it is immediately possible to provide corresponding settings and favorable orbits. However, there will still be the condition that the vane blade which runs through the front half of the orbit on the inflow side forcibly disturbs the flow of the blade which runs in the rear half of the orbit.

Til grunn for oppfinnelsen ligger således den oppgave å forbedre en turbin av den innledningsvis nevnte type på en slik måte at det oppnås enda gunstigere omsetnings-forhold med hensyn til forholdet innløpshastighet/omløps-hastighet. The basis of the invention is thus the task of improving a turbine of the type mentioned at the outset in such a way that an even more favorable turnover ratio is achieved with regard to the ratio inlet speed/circulation speed.

Ved en turbin av den innledningsvis nevnte type blir denne oppgave ifølge oppfinnelsen løst som angitt i karak-teristikken av krav 1. Fordelaktige ytterligere trekk vil fremgå av underkravene. In the case of a turbine of the type mentioned at the outset, this task according to the invention is solved as stated in the characteristic of claim 1. Advantageous further features will appear from the subclaims.

Herved er det vesentlig, bortsett fra stormsikker-hetsinnstillinger, som det også vil bli gått inn på, at hvert skovlblad kan gjennomløpe et av et annet skovlblad uforstyrret, hhv. vidtgående uforstyrret luftrom, som, Hereby, it is essential, apart from storm safety settings, which will also be discussed, that each vane blade can pass through one of another vane blade undisturbed, or extensive undisturbed airspace, which,

alt etter utformningen av det aktuelle skovlblad, i det vesentlige har form av en sylinder. depending on the design of the blade in question, essentially having the shape of a cylinder.

Forsøk har vist at det på denne måte kan oppnås omløpshastigheter som praktisk talt tilsvarer treogtyve ganger vindhastigheten. Experiments have shown that in this way it is possible to achieve circulation speeds which practically correspond to twenty-three times the wind speed.

Det hele er naturligvis ikke begrenset til anordningen av to skovlblad, idet det også kan anordnes flere enn to skovlblad på turbinen. The whole thing is of course not limited to the arrangement of two vane blades, since more than two vane blades can also be arranged on the turbine.

Selv om hvert skovlblad naturligvis kunne være anordnet på en separat rotorarm (med motvekt), er det å foretrekke en utformning med hensyn til rotorarm/skovlblad i henhold til krav 2. Although each vane blade could of course be arranged on a separate rotor arm (with counterweight), a design with regard to rotor arm/vane blade according to claim 2 is preferable.

Turbinen ifølge oppfinnelsen og ytterligere fordel-akjtige utførelsesf ormer vil i det følgende bli forklart _| ..nærmere ved hjelp av utførelseseksempler som vist på de vedføyede tegninger, hvor The turbine according to the invention and further advantageous embodiments will be explained below ..in more detail using design examples as shown in the attached drawings, where

fig. 1-3 skjematisk viser en foretrukken ut--førelsesform av turbinen og i forskjellige stillinger, fig. 1-3 schematically show a preferred embodiment of the turbine and in different positions,

fig. 4 og 5 viser spesielle utførelsesformer av skovlbladet, og fig. 4 and 5 show particular embodiments of the vane blade, and

fig. 6 og 7 viser en ytterligere spesiell utførelses-r _form av turbinen. fig. 6 and 7 show a further special embodiment of the turbine.

Grunnprinsippet for turbinen vil uten videre fremgå av fig. 1. Rotoren 2 består av en rotorarm 2' anordnet sentralt til dreieakselen 4, og på hvis frie ender skovl-bladené 1 er anordnet. Rotorarmen 2' er anordnet skrånende til dreieakselen 4, således at hvert av de to skoviblad 1 i denne stilling har til rådighet hhv. gjennomløper et andre rom 3. Herved oppnås at de to blad 1 i enhver stilling skjærer gjennom en strømning som i vidtgående grad er uforstyrret av det annet blad. Ved denne utførelsesform er det spesielt enkelt å gjennomføre en stormsikring, idet det ganske enkelt kan bevirkes en horisontalstilling av rotor^-årmen 2<!>(fig. 2) og en vippestilling av skovlbladene 1, The basic principle of the turbine will readily appear from fig. 1. The rotor 2 consists of a rotor arm 2' arranged centrally to the rotary shaft 4, and on the free ends of which the vane blade 1 is arranged. The rotor arm 2' is arranged at an angle to the pivot shaft 4, so that each of the two coulter blades 1 in this position has at its disposal resp. runs through a second space 3. This achieves that the two blades 1 in any position cut through a flow which is largely undisturbed by the other blade. With this embodiment, it is particularly easy to carry out a storm protection, since a horizontal position of the rotor arm 2<!> (fig. 2) and a tilted position of the blade blades 1 can be effected simply.

som vist på fig. 3. as shown in fig. 3.

For slike innstillinger står uten videre egnede inn-stillingsmidler hhv. omstillingsmidler til rådighet, hvilke ikke behøver å belyses nærmere. Det skal kun nevnes at slike innstillinger kan bevirkes ved hjelp av sentrifugalkraft-elementer. Med henblikk på de oppnåelige høye omløpshastig-heter og den derved krevede rolige gang, er det fordelaktig å opplagre dreieakselen 4 pendlende i et pendellager 4' og å anordne en rotormotvekt 5 på den nedre ende av dreieakselen, hvilken rotormotvekt f.eks. kan være utformet som en skive, og ved tilsvarende høye omdreiningstall virker som et sving-hjul som sørger for stabiliseringen av hele anordningen og dessuten også for et mest mulig konstant omdreiningstall. For such settings, there are without further ado suitable setting tools or adjustment means available, which do not need to be explained in more detail. It should only be mentioned that such settings can be effected using centrifugal force elements. With a view to the high rotational speeds that can be achieved and the quiet operation thereby required, it is advantageous to store the rotary shaft 4 oscillating in a pendulum bearing 4' and to arrange a rotor counterweight 5 on the lower end of the rotary shaft, which rotor counterweight e.g. can be designed as a disk, and at correspondingly high revolutions acts as a flywheel which ensures the stabilization of the entire device and also for the most possible constant revolutions.

Som det fremgår av fig. 1-3, kan den nedre ende As can be seen from fig. 1-3, the lower end can

av dreieakselen 4 hhv. rotormotvekten 5 ved hjelp av en kardanaksel 9 eller en bøyelig aksel være forbundet med en generator 10 som er anordnet på underlaget. of the rotary shaft 4 or the rotor counterweight 5 by means of a cardan shaft 9 or a flexible shaft be connected to a generator 10 which is arranged on the base.

Som vist på fig. 6, er det ikke absolutt nødvendig _L fig. 6, J J å anordne turbinen på hhv. i en mast (fig. 1 - 3), idet rotoren også, naturligvis under mellomkobling av dreie-forbindelser 11, kan være forsynt med en forankringskabel 6 til underlaget og oventil med en bærekabel 8 som bæres av et svevelegeme 7. As shown in fig. 6, it is not absolutely necessary _L fig. 6, J J to arrange the turbine on the respective in a mast (fig. 1 - 3), as the rotor can also, of course, with intermediate connection of turning connections 11, be provided with an anchoring cable 6 to the base and above with a carrying cable 8 which is carried by a floating body 7.

For oppnåelse av en økning av omløpshastigheten For achieving an increase in the circulation rate

har det vist seg spesielt fordelaktig med en utformning av skovlbladene som vist på fig. 4 og 5, nemlig således at it has proven to be particularly advantageous with a design of the vane blades as shown in fig. 4 and 5, namely such that

man innstiller de frie ender 1' forover med hensyn på dreieretningen og krummer skovlbladet ifølge fig. 5 slik at krumningsradien bli større i innløpsområdet på enden av rotorarmen 2' enn på den frie ende 1' av bladet 1. one sets the free ends 1' forward with regard to the direction of rotation and curves the vane blade according to fig. 5 so that the radius of curvature is greater in the inlet area at the end of the rotor arm 2' than at the free end 1' of the blade 1.

Turbinens grunnprinsipp som vist på fig. 7 kan også gjennomføres på enkel måte, idet en halvdel av rotorarmen 2' og skovlbladet 1 her så å si danner en aerodynamisk enhet, og hvor rotorarmene og skovlbladet ved sin skråstilling likeledes dreier i forskjellige rom. Ved tilsvarende utformning av rotorarmene 2' med form av en .vingeprofil, dreier disse likeledes, slik det har vist seg, med høye hastigheter, og det selv om det,i motsetning til hva som er vist, ikke er anordnet noen skovlblad 1 på rotorarmene 2', idet rotorarmen 2' da så å si selv virker som skovlblad. The basic principle of the turbine as shown in fig. 7 can also be carried out in a simple way, with one half of the rotor arm 2' and the blade 1 here forming, so to speak, an aerodynamic unit, and where the rotor arms and the blade blade, due to their inclined position, also rotate in different spaces. With the corresponding design of the rotor arms 2' in the form of a wing profile, these likewise turn, as has been shown, at high speeds, and even if, contrary to what is shown, no vane blades 1 are arranged on the rotor arms 2', as the rotor arm 2' then itself acts as a vane blade, so to speak.

Claims

1. Turbine, in particular wind turbine for conversion of the energy in a freely inflowing flow, consisting of a rotor with vane blades that can be rotated about a vertical axis, characterized in that each vane blade (1) on the rotor (2) is so arranged on the rotor with regard to its orbit that it runs through a separate space (3) which is then undisturbed by the other vane blade, that the vane blades (1) are arranged on the ends of a common rotor arm (2,) and that this is arranged inclined in relation to the rotary shaft (4).

2- Turbine according to claim 1, characterized in that the rotor arm (2,) is arranged to be adjustable in relation to its rotating shaft (4).

3. Turbine according to claim 1, characterized in that the vane blades (:1) are arranged -vdppable on the ends of the rotor arm (2,).

4. Turbine according to claim 1, characterized in that each vane blade (1) is provided with such a surface curvature that the radius of curvature is greater in the inlet area at the end of the rotor arm than at the free end of the blade (fig. 5).

5. Turbine according to claim 1, characterized in that the free ends (1') of each vane blade (1) are arranged forwards in relation to the direction of rotation.

6. Turbine according to claim 1, characterized in that the rotary shaft (4) of the rotor (2) is supported in a oscillating manner, and that a rotor counterweight (5) is arranged at the lower end of the shaft.

7 Turbine according to claim 1, characterized in that the rotor arms (2') of the rotor (2) are designed as vane blades with wing-like cross-sectional profiling.

8. Turbine according to claim 7, characterized in that the rotor arms (2') are provided with vane blades (1) at their ends, and that the arms (2') and blade (1) are designed as an aerodynamic angle wing unit (fig. 7) .