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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Windkraftrad mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1.
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Tropfenabscheider haben die Aufgabe, in einem Gasstrom mitgeführte Flüssigkeitstropfen aus dem Gasstrom abzuscheiden. Hierzu weist ein Tropfenabscheider eine Vielzahl von Lamellen auf, die beispielsweise wellenförmig gebogen sind, so dass zwischen den Lamellen wellenförmige Strömungswege gebildet werden. Durch die infolge der wellenförmigen Strömungswege erreichte Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit sammeln sich hinter jeder Umbiegung eines Strömungsweges Tropfen an, die entlang den Lamellen nach unten abgeführt und beispielsweise in Rinnen aufgefangen werden.
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Solche Tropfenabscheider gelangen insbesondere bei Gaswäschern zum Einsatz und erstrecken sich dabei in der Regel über die gesamte Fläche des zugehörigen Gasführungskanales, so dass die Tropfenabscheider kreisförmig oder rechteckig ausgebildet sind.
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Es ist aber auch bereits ein ringförmiger Tropfenabscheider bekannt (
DE 34 38 400 A1 ), der am Gasauslass des Gasführungskanals eines Gaswäschers angeordnet ist und den Gasauslass umgibt. Unter dem Tropfenabscheider befindet sich ein Sumpf, der die aus dem Gasführungskanal herabfallende Flüssigkeit aufnimmt. Das Gas, das axial aus dem Gasführungskanal austritt, wird von einem Strömungsleitkörper radial umgelenkt und durchströmt den Tropfenabscheider radial. Die vom Tropfenabscheider abgeschiedene Flüssigkeit fällt ebenfalls in den Sumpf.
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Bei dem bekannten Tropfenabscheider sind die Lamellen radial ausgerichtet, so dass ihre äußeren Abstände größer sind als ihre inneren Abstände. Die Tropfenabscheiderlamellen bilden in Radialrichtung wellenförmige Strömungswege, entlang denen der eigentliche Abscheidevorgang stattfindet.
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Der bekannte ringförmige Tropfenabscheider wird daher in Radialrichtung durchströmt.
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Aus der
DE 10 2004 046 700 A1 ist ein Windkraftrad mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1 bekannt. Bei diesem Windkraftrad wird Luft durch den Ringspalt in das Gehäuse eingesaugt. Durch die Anordnung einer Bühne innerhalb des Gehäuses wird unterhalb der Bühne ein Abscheideraum für im Luftstrom mitgeführte Flüssigkeitstropfen geschaffen, so dass der zur Kühlung des Generators verwendete Luftstrom über diesen im von Flüssigkeitstropfen befreiten Zustand geführt wird.
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Aus der
DE 77 17 599 U ist ein Lamellendeflektor zur Abscheidung von in einem Flüssigkeits-Dampf-Gemisch mitgeführter Flüssigkeit bekannt, der sich, abgesehen von einem relativ kleinen Zentralraum, über eine Kreisfläche erstreckt und radial verlaufende Tropfenabscheiderlamellen aufweist.
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Aus der
DE 198 59 628 C1 ist eine Vorrichtung zur Vermeidung des Eindringens von korrosiv wirkenden Salzpartikeln in den Generator- und Getrieberaum einer Windenergieanlage bekannt. Diese Vorrichtung besitzt einen Luft unter Überdruck in wenigstens einen im Wesentlichen geschlossen ausgeführten Teil des Generator- und Getrieberaumes einbringenden Luftdruckerzeuger und eine dem Generator- und Getrieberaum in Strömungsrichtung vorgeschaltete Filtereinrichtung zur Abscheidung von Feuchtigkeit und Salzpartikeln aus der vom Luftdruckerzeuger in den Raum einzubringenden Luft. Die Filtereinrichtung kann hierbei als Wirbelkammer ausgebildet sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Windkraftrad der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem die über den Ringspalt in das Gehäuse eindringende Luft einen besonders geringen Feuchtigkeitsgehalt besitzt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Windkraftrad der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Windkraftrad mit einem Turm und einem an diesem drehbar gelagerten, einen Rotor tragenden Gehäuse, wobei zwischen Gehäuse und Turm ein Ringspalt für einen Lufteintritt angeordnet ist. Bei derartigen Windkrafträdern muss das Innere des Rotorgehäuses belüftet werden, was über einen zwischen Gehäuse und Turm angeordneten Ringspalt geschieht. Die über diesen Ringspalt in das Gehäuse eindringende Luft kann jedoch mit Feuchtigkeit beaufschlagt sein. Ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuse ist aber unerwünscht. Die vorliegende Erfindung schafft für dieses Problem Abhilfe, indem sie vorsieht, dass zwischen Turm und Gehäuse ein Tropfenabscheider angeordnet ist, der den Ringspalt zumindest teilweise abdeckt. Anstelle eines Ringspaltes kann es sich hierbei auch um einen ringförmigen Strömungskanal handeln, in oder auf dem der erfindungsgemäß ausgebildete Tropfenabscheider dann installiert ist.
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Der Tropfenabscheider ist im Gehäuse zusammen mit diesem drehbar angeordnet. Der Tropfenabscheider dreht sich daher zusammen mit dem Gehäuse relativ zum fest angeordneten Turm.
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Um den Tropfenabscheider relativ zum Turm abzudichten, kann eine geeignete Dichtungsanordnung Verwendung finden, beispielsweise eine Bürstendichtung. Solche Dichtungsanordnungen sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht mehr im Einzelnen beschrieben.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Tropfenabscheider erstrecken sich die Lamellen zwischen einer inneren Umfangswand bzw. inneren Begrenzungswand und einer äußeren Umfangswand bzw. äußeren Begrenzungswand des Tropfenabscheiders, die im Einbauzustand in Strömungsrichtung verlaufen. Der Abscheider weist hierbei keine Bodenwand und keine Deckwand auf, so dass er im eingebauten Zustand axial bzw. vertikal (bei vertikaler Strömung) durchströmt wird. Die Lamellen des Tropfenabscheiders sind daher so angeordnet bzw. ausgebildet, dass sich in Axialrichtung bzw. Vertikalrichtung wellenförmige Strömungswege ergeben. Im Betrieb sammeln sich Tropfen hinter jeder Umbiegung eines Strömungsweges und laufen entlang den einzelnen Lamellen nach unten und können dort über geeignete Auffangeinrichtungen aufgefangen und abgeleitet werden.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Tropfenabscheider sind im Einbauzustand in der Regel die Tropfenabscheiderlamellen, die innere Umfangswand und die äußere Umfangswand vertikal angeordnet. Dies schließt jedoch nicht aus, dass der Tropfenabscheider auch so eingebaut bzw. angeordnet werden kann, dass sich zwischen den einzelnen Tropfenabscheiderlamellen schräg oder horizontal verlaufende Strömungskanäle ergeben. In jedem Falle wird der Tropfenabscheider axial durchströmt.
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Bei den Tropfenabscheiderlamellen handelt es sich um wellenförmige Profile, die mit Fangnasen versehen sein können, welche als Tropfenfänger dienen. Solche Lamellenprofile für Tropfenabscheider sind bekannt und müssen daher an dieser Stelle nicht mehr im Einzelnen beschrieben werden. Für die vorliegende Erfindung können solche bekannten Lamellenprofile eingesetzt werden.
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Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Lamellenprofile so zwischen der inneren und der äußeren Umfangswand, dass die Mittellinie der Profile senkrecht zur inneren und äußeren Umfangswand verläuft. In diesem Falle sind die Lamellenprofile zwischen innerer und äußerer Umfangswand nicht geneigt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind jedoch die Lamellenprofile in Radialrichtung schräg angeordnet, d. h. zwischen innerer und äußerer Umfangswand geneigt. Hierbei erstrecken sich die Lamellenprofile vorzugsweise von außen nach innen schräg abwärts, so dass die abgeschiedenen bzw. aufgefangenen Flüssigkeitstropfen radial einwärts und abwärts in Richtung auf die innere Umfangswand geführt und in diesem Bereich nach unten abgeführt werden. Eine andere Ausführungsform der Erfindung betrifft den umgekehrten Fall, bei dem sich die Lamellenprofile von außen nach innen schräg aufwärts erstrecken, so dass in diesem Fall die Flüssigkeitstropfen radial nach außen und unten abgeführt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung weist der Tropfenabscheider an seinem unteren Ende eine Rinne zur Abführung der von den Lamellenprofilen aufgefangenen Flüssigkeitstropfen auf. Diese Rinne befindet sich vorzugsweise im radial inneren Endbereich des Tropfenabscheiders. Diese Ausführungsform betrifft speziell die Anordnung, bei der sich die Lamellenprofile von außen nach innen schräg abwärts erstrecken und die abgeschiedenen Tropfen in diesen Bereich abführen. Natürlich kann auch eine Rinne im radial äußeren Endbereich des Tropfenabscheiders vorgesehen sein.
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Anstelle oder zusätzlich zu einer Rinne kann der erfindungsgemäße Tropfenabscheider an seinem unteren Ende auch eine Tropfkante aufweisen. Eine solche Tropfenkante ist vorzugsweise am unteren Ende der inneren Umfangswand ausgebildet. Die angesammelte Flüssigkeit kann von dieser Tropfkante nach unten abtropfen oder von einer entsprechenden Rinne aufgefangen werden.
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Der erfindungsgemäß ausgebildete Tropfenabscheider ist vorzugsweise in mehrere lösbar aneinander befestigte Ringsegmente aufgeteilt. Dies hat den Vorteil, dass der Tropfenabscheider am Einbauort zusammengebaut werden kann, indem die einzelnen Ringsegmente aneinander befestigt werden, beispielsweise miteinander verschraubt werden. Auf diese Weise lässt sich der Tropfenabscheider zu Wartungszwecken, Erneuerungszwecken etc. wieder leicht demontieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 einen Vertikalschnitt durch einen als Ringabscheider ausgebildeten Tropfenabscheider;
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2 eine Draufsicht auf den Tropfenabscheider der 1;
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3 eine räumliche Darstellung eines Segmentes des Tropfenabscheiders der 1 und 2;
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4 eine Stirnansicht von einigen Lamellen des Tropfenabscheiders der 1–3 in Radialrichtung gesehen; und
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5 eine schematische Einbaudarstellung im Vertikalschnitt eines Tropfenabscheiders in einem Windkraftrad.
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Der in 1 im Vertikalschnitt dargestellte ringförmige Tropfenabscheider ist im eingebauten Zustand dargestellt, und zwar am oberen Ende eines ringförmigen Strömungskanales 1. Die Gasströmungsrichtung in diesem Strömungskanal 1 verläuft in dieser Figur von unten nach oben, so dass der Tropfenabscheider von unten angeströmt wird. Der Tropfenabscheider besitzt eine Vielzahl von in Radialrichtung nebeneinander angeordneten Tropfenabscheiderlamellen 4, deren Abstand am radial inneren Ende kleiner ist als am radial äußeren Ende. Diese Tropfenabscheiderlamellen 4 erstrecken sich zwischen einer äußeren Umfangswand 2 und einer inneren Umfangswand 3 des Tropfenabscheiders, die im eingebauten Zustand vertikal angeordnet sind. Auch die Tropfenabscheiderlamellen 4 sind vertikal angeordnet und erstrecken sich senkrecht zu inneren und äußeren Umfangswand 2, 3.
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Des Weiteren sind die Lamellen 4 in Radialrichtung schräg angeordnet und erstrecken sich schräg aufwärts von der inneren Umfangswand 3 zur äußeren Umfangswand 2.
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4 zeigt eine Stirnansicht der Lamellen 4 in Radialrichtung von außen nach innen gesehen. Man erkennt, dass die Lamellen 4 wellenförmig ausgebildet sind und an jeder Umbiegung mit Fangnasen 8 versehen sind. Zwischen den Lamellen 4 sind wellenförmige Strömungswege gebildet. Durch die hierdurch erzielte Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit werden Flüssigkeitstropfen abgeschieden, die entlang den Lamellenprofilen nach unten und radial schräg nach innen laufen und dort über eine Tropfnase 6 in den darunter befindlichen Strömungskanal 1 abgegeben werden.
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Der ringförmige Tropfenabscheider setzt sich aus insgesamt 6 Ringsegmenten 5 zusammen, von denen eines in räumlicher Ansicht in 3 dargestellt ist. Diese Ringsegmente 5 sind aneinandergeschraubt und ergeben insgesamt den in 2 in der Draufsicht dargestellten Ringabscheider.
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Der Abscheider, d. h. die innere und äußere Umfangswand 2, 3 sowie die Lamellen 4, besteht aus einem geeigneten Kunststoff.
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5 zeigt den schematischen Einbau eines derartigen Tropfenabscheiders bei einem Windkraftrad. Das Windkraftrad weist einen Turm 10 auf, der ein mit einem Rotor versehenes Gehäuse 11 drehbar lagert. Das Innere des Gehäuses 11 wird von unten über einen ringförmigen Strömungskanal 1 mit Luft beaufschlagt. Am oberen Ende des Strömungskanales 1 ist ein Tropfenabscheider der in den 1 bis 4 dargestellten Bauart eingebaut. Die entlang den Lamellen 4 abgeschiedenen Flüssigkeitstropfen gelangen axial nach unten und radial nach innen und werden über eine am Tropfenabscheider angeordnete Tropfnase 6 wieder in den Strömungskanal 1 abgegeben.
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In 5 ist der Tropfenabscheider insgesamt mit 12 bezeichnet. Er ist bei der hier dargestellten Ausführungsform im Gehäuse angeordnet und zusammen mit diesem drehbar am Turm 10 gelagert. Entsprechende Dichtungseinrichtungen zwischen Gehäuse und Turm, beispielsweise eine geeignete Bürstendichtung, sind in 5 nicht dargestellt.