DE112022000223T5

DE112022000223T5 - MULTI-STAGE WIND ENERGY DEVICE

Info

Publication number: DE112022000223T5
Application number: DE112022000223.9T
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-04-10
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2023-09-07
Also published as: CN219911019U; WO2023085980A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Windmotoren mit einer Rotationsachse, die senkrecht zu dem in den Rotor eintretenden Luftstrom steht. Das technische Ergebnis ist eine Verbesserung der Energieeffizienz einer mehrstöckigen Windenergieanlage. Dieses technische Ergebnis wird dadurch erreicht, dass eine mehrstufige Windenergievorrichtung eine feste vertikale Achse, eine vertikale Welle, einen elektrischen Generator und einteilige Flügel umfasst, die in mindestens zwei Stufen an der vertikalen Welle befestigt sind, so dass die Längsachse der Flügel parallel zur festen vertikalen Achse verläuft, wobei die Flügel in einer Anzahl von drei Flügeln pro Stufe an der vertikalen Welle befestigt sind.The invention relates to wind motors with an axis of rotation that is perpendicular to the air flow entering the rotor. The technical result is an improvement in the energy efficiency of a multi-story wind turbine. This technical result is achieved in that a multi-stage wind energy device includes a fixed vertical axis, a vertical shaft, an electric generator and one-piece blades attached to the vertical shaft in at least two stages so that the longitudinal axis of the blades is parallel to the fixed vertical Axis runs, with the blades attached to the vertical shaft in a number of three blades per stage.

Description

Bereich der Technikarea of technology

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Windenergiegerät und bezieht sich auf Windkraftmotoren mit einer Rotationsachse des Rotors senkrecht zur Luftströmung, die in den Rotor eindringt.The invention relates to a multi-stage wind energy device and relates to wind power motors with an axis of rotation of the rotor perpendicular to the air flow entering the rotor.

Das mehrstufige Windenergiegerät kann als autonomes Kraftwerk zur Deckung des Strombedarfs einzelner Verbraucher sowie als zusätzliche Quelle elektrischer Energie im gesamten Stromsystem eingesetzt werden.The multi-stage wind energy device can be used as an autonomous power plant to meet the electricity needs of individual consumers, as well as an additional source of electrical energy in the entire power system.

Bisheriger Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik ist ein Vertikal-Axial-Windgenerator bekannt, der Mittel zur Wechselwirkung mit der Luftströmung aufweist, einschließlich Arbeitsplatten, die mit den im Rahmen installierten Arbeitsplatten verbunden sind. Die Arbeitsplatten sind auf Lagern drehbar und über eine Welle mit dem Rotor des elektrischen Generators verbunden. Diese Arbeitsplatten sind in der vertikalen und horizontalen Ebene gebogen. In der vertikalen Ebene sind die Arbeitsplatten spiralförmig gebogen. Dabei sind die Mittel zur Wechselwirkung mit der Luftströmung in Form zusätzlich eingeführter, mit den freien Enden der Arbeitsplatten verbundener und in axialer Richtung durch mindestens drei Ringe beabstandeter Ringe ausgebildet, sodass die Arbeitsplatten zwischen benachbarten Ringen platziert werden. Dabei werden die Arbeitsplatten in der horizontalen Ebene so gebogen, dass sie in jedem horizontalen Abschnitt eine Periode einer Sinuskurve bilden. Darüber hinaus sind die Arbeitsplatten mit einem Winkelversatz gegeneinander um einen Winkel von 45 bis 90° mit der Welle verbunden. Der Drehwinkel entlang der Spirale der Arbeitsplatten in der vertikalen Ebene beträgt mindestens 30° [RU123468, Internationale Patentklassifikation F03D 3/00, veröffentlicht am 27.12.2012].A vertical-axial wind generator is known in the prior art, which has means for interacting with the air flow, including working plates connected to the working plates installed in the frame. The worktops rotate on bearings and are connected to the rotor of the electric generator via a shaft. These worktops are curved in the vertical and horizontal plane. In the vertical plane, the worktops are curved in a spiral shape. The means for interacting with the air flow are in the form of additionally introduced rings connected to the free ends of the worktops and spaced apart in the axial direction by at least three rings, so that the worktops are placed between adjacent rings. The worktops are bent in the horizontal plane in such a way that they form one period of a sine curve in each horizontal section. In addition, the worktops are connected to the shaft at an angle of 45 to 90° to each other. The angle of rotation along the spiral of the countertops in the vertical plane is at least 30° [RU123468, International Patent Classification F03D 3/00, published 2012-12-27].

Aus dem Stand der Technik ist ein Kraftwerk zur Nutzung von Wind- und Sonnenenergie bekannt, das eine auf dem Fundament befindliche vertikale Welle mit einem elektrischen Generator enthält, die aus einem Stator und einem Rotor bestehen, und das Schwingenhebel hat, an denen Schaufeln montiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Fundament zusätzlich eine feste Achse in Form eines zylindrischen Rohrs montiert ist. Die vertikale Welle besteht aus einem zylindrischen Rohr, das die feste Achse umschließt und koaxial zu dieser angeordnet ist.A power plant for utilizing wind and solar energy is known in the prior art, which includes a foundation-mounted vertical shaft with an electric generator consisting of a stator and a rotor, and which has rocker arms on which blades are mounted , characterized in that a fixed axis in the form of a cylindrical tube is additionally mounted on the foundation. The vertical shaft consists of a cylindrical tube that encloses and is coaxial with the fixed axis.

Die Schaufeln sind in Bezug auf die Schwingenhebel inflexibel fixiert und haben ein aerodynamisches Profil. Das Profil besteht aus einer konvexen und einer flachen Oberfläche. Dabei ist die konvexe Oberfläche in Drehrichtung ausgerichtet und hat die Form eines Teils des Zylinders. Es handelt sich dabei um einen Bereich des Zylinders, der durch eine parallel zu seiner Achse verlaufende Ebene von ihm abgeschnitten wird. Die Achse des Zylinders steht senkrecht zur Achse der vertikalen Welle. Die ebene Fläche ist parallel zu der Ebene, die durch die Symmetrieachse der festen Achse und die Mittellinie des Schwingenhebels verläuft, und enthält Platten, deren Ebenen parallel zu den Basen der Zylinderteile und senkrecht zu den ebenen Flächen der Schaufeln sind. Die Endplatten sind flexibel und weisen im Mittelteil der Platten eine zur Mitte der ebenen Fläche gerichtete Biegung auf. Die Platten bestehen aus mehreren parallelen, durch Lücken getrennten Reihen. Der obere Teil der festen Achse ist mit einer festen flachen runden Plattform ausgestattet, auf der eine Solarbatterie installiert ist [RU2347942 F03D3/00 veröffentlicht am 27.02.2009].The blades are fixed inflexibly in relation to the swingarms and have an aerodynamic profile. The profile consists of a convex and a flat surface. The convex surface is oriented in the direction of rotation and has the shape of a part of the cylinder. It is a portion of the cylinder cut off by a plane parallel to its axis. The axis of the cylinder is perpendicular to the axis of the vertical shaft. The flat surface is parallel to the plane passing through the axis of symmetry of the fixed axle and the centerline of the rocker arm, and contains plates whose planes are parallel to the bases of the cylinder parts and perpendicular to the flat surfaces of the vanes. The end plates are flexible and have a bend in the central part of the plates directed towards the center of the planar surface. The plates consist of several parallel rows separated by gaps. The upper part of the fixed axle is equipped with a fixed flat circular platform on which a solar battery is installed [RU2347942 F03D3/00 published on 02/27/2009].

Dem angemeldeten Geschmacksmuster am nächsten kommt eine mehrstufige Windkraftanlage. Sie enthält eine vertikale feste Achse, eine vertikale Welle in Form eines zylindrischen Rohrs, die die festgelegte feste Achse abdeckt und koaxial dazu angeordnet ist und einen elektrischen Generator, mit dem die festgelegte vertikale Welle gelenkig verbunden ist. Dabei sind die Flügel aus einem Stück gefertigt und auf der vertikalen Welle mindestens in zwei Ebenen unter Einhaltung der Zentriervorschrift so befestigt, dass ihre Längsachse parallel zur vertikalen festen Achse ist [ US7008171 , Internationale Patentklassifikation F03D7/06 veröffentlicht am 07.03.2006].A multi-stage wind turbine comes closest to the registered design. It comprises a vertical fixed axis, a vertical shaft in the form of a cylindrical tube covering and coaxial with the fixed fixed axis, and an electrical generator to which the fixed vertical shaft is articulated. The vanes are made in one piece and are attached to the vertical shaft in at least two planes, observing the centering rule, in such a way that their longitudinal axis is parallel to the vertical fixed axis [ US7008171 , International patent classification F03D7/06 published on 07.03.2006].

Wesen des Geschmacksmustersnature of the design

Ziel dieses Geschmacksmusters ist es, das Arsenal mehrstufiger Windkraftanlagen mit erhöhter Energieeffizienz zu erweitern. Das technische Ergebnis besteht darin, die Energieeffizienz der mehrstufigen Windkraftanlage zu steigern.The aim of this design patent is to expand the arsenal of multi-stage wind turbines with increased energy efficiency. The technical result is to increase the energy efficiency of the multi-stage wind turbine.

Das technische Ergebnis wird dadurch erreicht, dass die mehrstufige Windkraftanlage Folgendes enthät: eine vertikale feste Achse, eine vertikale Welle in Form eines zylindrischen Rohrs, das die festgelegte feste Achse umschließt und koaxial zu dieser angeordnet ist, einen elektrischen Generator, mit dem die festgelegte vertikale Welle gelenkig verbunden ist, und Flügel, die aus einem Stück bestehen und in mindestens zwei Ebenen an der vertikalen Welle befestigt sind unter Einhaltung der Zentriervorschrift, sodass ihre Längsachse parallel zur vertikalen Festachse liegt.The technical result is achieved by the fact that the multi-stage wind turbine includes: a vertical fixed axis, a vertical shaft in the form of a cylindrical tube enclosing the fixed fixed axis and arranged coaxially with it, an electric generator with which the fixed vertical axis can be rotated Shaft articulated and vanes made in one piece and fixed in at least two planes to the vertical shaft, respecting the centering rule, so that their longitudinal axis is parallel to the fixed vertical axis.

Dabei sind die Rotorblätter auf einer vertikalen Welle befestigt, drei in jeder Ebene, und der Winkel ihrer gegenseitigen Anordnung beträgt 120°. Sie haben die Form eines hohlen Halbzylinders mit Endüberlappungen. Darüber hinaus ist jede Ebene entlang der vertikalen festen Achse relativ zur benachbarten Ebene um 5 - 60° verschoben, wodurch eine Spirale entsteht.The rotor blades are mounted on a vertical shaft, three in each plane, and the angle of their mutual arrangement is 120°. They are in the form of a hollow semi-cylinder with end laps. In addition, each plane is shifted along the vertical fixed axis by 5 - 60° relative to the adjacent plane, creating a spiral.

Es gibt eine Variante, bei der die Flügel in drei Ebenen auf einer vertikalen Welle befestigt sind.There is a variant in which the wings are fixed on a vertical shaft in three planes.

Bei einer Variante ist jede Ebene entlang der vertikalen festen Achse relativ zur benachbarten Ebene um 35 - 48° verschoben.In a variant, each plane is displaced 35-48° along the vertical fixed axis relative to the adjacent plane.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Bild einer dreistufigen Windkraftanlage (dreidimensionale Ansicht),
2 eine schematische Darstellung der Wirkung des Windes auf die drei Flügel einer der Ebenen,
3 ein Bild einer dreistufigen Windkraftanlage, die die Verschiebung jeder Ebene entlang der vertikalen festen Achse relativ zur benachbarten Reihe um 45° unter Bildung einer Spirale veranschaulicht (dreidimensionale Ansicht).

The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 an image of a three-stage wind turbine (three-dimensional view),
2 a schematic representation of the action of the wind on the three wings of one of the planes,
3 an image of a three-tier wind turbine illustrating the displacement of each tier along the vertical fixed axis relative to the adjacent tier by 45° to form a spiral (three-dimensional view).

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung befindet sich auf dem Fundament 1 (1) eine vertikale feste Achse 2 (1, 2), die in Form eines zylindrischen Rohrs hergestellt ist. Die vertikale Welle 3 (1, 2) besteht aus einem zylindrischen Rohr, das die Achse 2 abdeckt und koaxial dazu liegt. Die Schwingenhebel 4 (1, 2) sind mit Flügeln 5 (1, 2) in drei Ebenen (1, 3) starr an der Welle 3 befestigt. Die Flügel können aus Metall oder Kunststoff, insbesondere Polyethylen niedriger Dichte, hergestellt werden.In a particular embodiment of the invention is on the foundation 1 ( 1 ) a vertical fixed axis 2 ( 1 , 2 ), which is made in the form of a cylindrical tube. The vertical wave 3 ( 1 , 2 ) consists of a cylindrical tube that covers the axis 2 and is coaxial with it. The rocker arms 4 ( 1 , 2 ) are with wings 5 ( 1 , 2 ) in three levels ( 1 , 3 ) rigidly attached to the shaft 3. The wings can be made of metal or plastic, particularly low density polyethylene.

In der ersten Ausführungsform der Erfindung ist jede Ebene entlang der vertikalen festen Achse relativ zur benachbarten Ebene um 45° verschoben und bildet eine Spirale (3).In the first embodiment of the invention, each plane is displaced 45° along the vertical fixed axis relative to the adjacent plane, forming a spiral ( 3 ).

In der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist jede Ebene entlang der vertikalen festen Achse relativ zur benachbarten Ebene um 5° verschoben und bildet eine Spirale (in der Fig.nicht dargestellt).In the second embodiment of the invention, each plane is displaced along the vertical fixed axis by 5° relative to the adjacent plane, forming a spiral (not shown in the figure).

In der dritten Ausführungsform der Erfindung ist jede Ebene entlang der vertikalen festen Achse relativ zur benachbarten Ebene um 60° verschoben und bildet eine Spirale (in der Fig.nicht dargestellt).In the third embodiment of the invention, each plane is displaced 60° along the vertical fixed axis relative to the adjacent plane, forming a spiral (not shown in the figure).

Die Flügel 5 haben die Form eines hohlen Halbzylinders mit Endkappen 6, und ihre Befestigung an der Welle 3 ist so gewährleistet, dass die Längsachse des Halbzylinders parallel zur Achse 2 verläuft.The vanes 5 are in the form of a hollow semi-cylinder with end caps 6 and are secured to the shaft 3 in such a way that the longitudinal axis of the semi-cylinder is parallel to the axis 2.

Die vertikale Welle 3 ist koaxial mit dem Schwungrad 7 (1) verbunden, das mit dem reziproken Schwungrad 8 (1) des Generators 9 (1) ein mechanisches Getriebe bildet. Die Welle 3 ist über Lager (in der Fig. nicht dargestellt) gelenkig mit der Achse 2 verbunden.The vertical shaft 3 is coaxial with the flywheel 7 ( 1 ) connected to the reciprocal flywheel 8 ( 1 ) of the generator 9 ( 1 ) forms a mechanical transmission. The shaft 3 is connected in an articulated manner to the axle 2 via bearings (not shown in the figure).

Für den Teil der Vorrichtung, zu dem die Welle 3, die Schwingenhebel 4 und die Flügel 5 gehören, kann der Standardbegriff des Motorenbaus angewendet werden - der Rotor. Der Stator ist in diesem Fall eine im Fundament 1 befestigte feste Achse 2 und ein elektrischer Generator 9.For the part of the device that includes the shaft 3, the rocker arms 4 and the vanes 5, the standard engine design term can be applied - the rotor. The stator in this case is a fixed axle 2 fixed in the foundation 1 and an electric generator 9.

Das abgestufte Windkraftgerät funktioniert wie folgt.The graduated wind power device works as follows.

Die Windlast auf die Flügel 5 dreht die vertikale Welle 3 und das Schwungrad 7, was wiederum das Schwungrad 8 dreht, das den Antrieb des elektrischen Generators 9 dreht. Wenn sich der Rotor relativ zum festen Stator dreht, wird die mechanische Energie der Rotationsbewegung in elektrische Energie umgewandelt.The wind load on the blades 5 turns the vertical shaft 3 and the flywheel 7, which in turn turns the flywheel 8, which turns the electric generator 9 drive. When the rotor rotates relative to the fixed stator, the mechanical energy of the rotational movement is converted into electrical energy.

Bei Vorhandensein von drei Flügeln 5 in jeder Ebene geschieht Folgendes. Der Wind, der auf den ersten Flügel 5 der Ebene einwirkt, erzeugt einen Überdruck. Dadurch wird die Drehung des Flügels 5 relativ zur Achse 2 eingestellt. Der laminare Luftstrom von der sich bewegenden konvexen Oberfläche des zweiten Flügels 5 zur konkaven Oberfläche des ersten Flügels 5 schafft Bedingungen für zusätzlichen Druck des Luftstroms auf der Arbeitsoberfläche (konkaven Oberfläche) des ersten Flügels 5.In the presence of three wings 5 in each plane, the following happens. The wind acting on the first wing 5 of the plane creates an overpressure. As a result, the rotation of the wing 5 relative to the axis 2 is adjusted. The laminar flow of air from the moving convex surface of the second wing 5 to the concave surface of the first wing 5 creates conditions for additional pressure of the air flow on the working surface (concave surface) of the first wing 5.

Der zweite Flügel 5 tritt unter der Wirkung des Drehmoments in den Luftstrom ein und erhält ebenfalls seinen Impuls von der Windströmung, während der erste Flügel 5 noch unter dem Druck der Windströmung steht, was ihren Beitrag zur Drehmomentsteigerung der mehrstufigen Windkraftanlage zusammenfasst. Ähnliche Vorgänge laufen bei dem dritten Flügel 5 im Verhältnis zum zweiten ab. Die Arbeitsoberfläche (konkave Oberfläche) jedes Flügels 5 befindet sich in Bezug auf die Drehrichtung auf derselben Seite wie die ähnlichen Oberflächen anderer Flügel 5. Dadurch können sich die Flügel 5 unter dem Einfluss des Windes synergetisch in eine Richtung bewegen und behindern sich nicht gegenseitig in der Bewegung. Die massive Ausführung der Flügel 5 ermöglicht den Verzicht auf Fugen auf der Arbeitsfläche des Flügels 5.The second blade 5 enters the air flow under the action of torque and also receives its momentum from the wind flow, while the first blade 5 is still under the pressure of the wind flow, summing up their contribution to the increase in torque of the multi-stage wind turbine. Similar operations take place in the third wing 5 in relation to the second. The working surface (concave surface) of each blade 5 is on the same side as the similar surfaces of other blades 5 with respect to the direction of rotation. This allows the blades 5 to move synergistically in one direction under the influence of the wind and not interfere with each other in the Movement. The massive design of the wings 5 makes it possible to do without joints on the working surface of the wing 5.

Die Verbindungen führen zu einer Verringerung des Wirkungsgrades einer mehrstufigen Windkraftanlage, weil sie Bereiche mit Turbulenzen in der Luftströmung und Verlust der Nutzleistung des Luftstroms aufgrund des Eindringens des Luftstroms durch die Schlitze in den Fugen haben.The joints result in a reduction in the efficiency of a multi-stage wind turbine because they have areas of turbulence in the airflow and loss of airflow efficiency due to airflow intrusion through the slots in the joints.

Durch die Verwendung von zwei Flügeln 5 in jeder Ebene werden während der Rotation aerodynamische Zonen geschaffen, die einen gleichmäßigen Winddruck auf die Flügel ausschließen. Dies führt zum Auftreten eines pulsierenden Drehmoments, wodurch die Rotation des elektrischen Generators einen pulsierenden Charakter erhält, der sich in einer ungleichmäßigen Rotation und einem Rückgang der Stromerzeugung äußert.By using two wings 5 in each plane, aerodynamic zones are created during rotation, which exclude uniform wind pressure on the wings. This leads to the appearance of pulsating torque, as a result of which the rotation of the electric generator acquires a pulsating character, which is manifested by uneven rotation and a drop in power generation.

Das Vorhandensein von drei Flügeln 5 in jeder Ebene mit einer gegenseitigen Anordnung in Winkeln von 120° in jeder Windrichtung glättet die Pulsation des Rotors, sorgt für eine gleichmäßige Drehung des Rotors und erhöht die geleistete Arbeit.The presence of three blades 5 in each plane with a mutual arrangement at angles of 120° in each wind direction smoothes the pulsation of the rotor, provides smooth rotation of the rotor and increases the work done.

Eine übermäßige Anzahl von Flügeln 5 (vier oder mehr) führt zu einer Verringerung der Windarbeit, da sich die Flügel durch die Windströmung überlappen, was zu einer Verlangsamung der Rotordrehung führt. Infolgedessen verringert sich die Energieeffizienz der mehrstufigen Windkraftanlage. An excessive number of blades 5 (four or more) leads to a reduction in wind work because the blades are overlapped by the wind flow, resulting in slowing down of rotor rotation. As a result, the energy efficiency of the multi-stage wind turbine decreases.

Endüberlappungen 6 blockieren das dynamische „Austreten“ von Luft aus dem Innenvolumen, „sperren“ die Luft im Innenvolumen des Halbzylinders, erhöhen den Arbeitswinddruck auf den Flügel, sorgen für eine Erhöhung der geleisteten Arbeit und steigern dadurch die Energieeffizienz einer mehrstufigen Windkraftanlage.End laps 6 block the dynamic “leaking” of air from the internal volume, “lock” the air in the internal volume of the semi-cylinder, increase the working wind pressure on the wing, provide an increase in the work done, thereby increasing the energy efficiency of a multi-stage wind turbine.

Zur experimentellen Überprüfung wurden drei Muster einer mehrstufigen Windkraftanlage mit Flügeln 5 aus 3 mm dickem Polyethylen niedriger Dichte hergestellt, bei denen jede Ebene entlang der Achse 2 um 5, 45° bzw. 60° unter Bildung einer Spirale verschoben wird. Die oben genannten Geräte in rauen Klimazonen bestätigten die oben genannten Vorteile bei Tests, die im Herbst, Winter und Frühling durchgeführt wurden.For experimental verification, three samples of a multi-stage wind turbine were made with blades 5 made of 3 mm thick low-density polyethylene, in which each plane is shifted along the axis 2 by 5, 45° and 60°, respectively, to form a spiral. The above devices in harsh climates confirmed the above benefits in tests conducted in autumn, winter and spring.

Hunderte Stunden Beobachtung des Betriebs einer mehrstufigen Windkraftanlage bei einem Wind von 20 m/s oder mehr zeigten, dass die vorgeschlagene Anlage eine Rotationsgeschwindigkeit von manchmal mehr als 100 U/min aufwies. In diesem Fall funktionierte die Anlage störungsfrei. Darüber hinaus wurden Experimente durchgeführt, die das Erreichen des beanspruchten technischen Ergebnisses bestätigten.Hundreds of hours of observing the operation of a multi-stage wind turbine in winds of 20 m/s or more showed that the proposed turbine had a rotation speed sometimes in excess of 100 rpm. In this case, the system worked without any problems. In addition, experiments were carried out that confirmed the achievement of the claimed technical result.

So wurden Messungen der erzeugten elektrischen Leistung an einer dreistufigen Windkraftanlage durchgeführt, bei der jede Ebene entlang der Achse 2 gegenüber der benachbarten Ebene um 45° verschoben ist (Tabelle 1), sowie an einer dreistufigen Windkraftanlage ähnlicher Bauart, bei der jede Ebene streng übereinander liegt, ohne Verschiebung entlang der Achse 2 (Tabelle 2).Thus, measurements of the electrical power generated were carried out on a three-stage wind turbine, where each plane is shifted by 45° along axis 2 with respect to the neighboring plane (Table 1), and on a three-stage wind turbine of a similar design, in which each plane is strictly superimposed , with no shift along axis 2 (Table 2).

Die Flügel 5 sind jeweils auf einer vertikalen Welle befestigt, drei in jeder Ebene. Dabei beträgt der Winkel der gegenseitigen Anordnung der Flügel 120°.The vanes 5 are each mounted on a vertical shaft, three in each plane. The angle of mutual arrangement of the wings is 120°.

Der elektrische Verbraucher bei der Messung ist ein Heizkabel mit einem Widerstand von 5,3 Ohm und einer Windgeschwindigkeit von 6 m/s. Die Messungen wurden an beiden Anlagen (jeweils fünf Messungen) innerhalb einer Stunde durchgeführt. Tabelle 1. Messungen der erzeugten elektrischen Leistung (Pa) an einer dreistufigen Windkraftanlage mit einer Verschiebung der Ebenen entlang der vertikalen Achse um 45° Messungen 1 2 3 4 5 Spannung (U) auf einer Phase, V 30,4 30,1 29,9 29,8 30,3 Leistung (Ra), W 174,4 170,9 168,7 167,6 173,2 Tabelle 2. Messungen der erzeugten elektrischen Leistung (Pa) an einer dreistufigen Windkraftanlage ohne Verschiebung der Ebenen entlang der vertikalen Achse Messungen 1 2 3 4 5 Spannung (U) auf einer Phase, V 28,6 28,9 28,7 28,8 28,5 Leistung (Ra), W 154,3 157,6 155,4 156,5 153,3 The electrical consumer in the measurement is a heating cable with a resistance of 5.3 ohms and a wind speed of 6 m/s. The measurements were carried out on both systems (five measurements each) within one hour. Table 1. Measurements of generated electrical power (Pa) on a three-stage wind turbine with a 45° displacement of the planes along the vertical axis measurements 1 2 3 4 5 Voltage (U) on one phase, V 30.4 30.1 29.9 29.8 30.3 Power (Ra), W 174.4 170.9 168.7 167.6 173.2 Table 2. Measurements of the generated electrical power (Pa) on a three-stage wind turbine without shifting the planes along the vertical axis measurements 1 2 3 4 5 Voltage (U) on one phase, V 28.6 28.9 28.7 28.8 28.5 Power (Ra), W 154.3 157.6 155.4 156.5 153.3

Die Messergebnisse bestätigen die Abnahme der Energieeffizienz der Anlage, wenn jede Ebene entlang der Achse 2 nicht verschoben wird.The measurement results confirm the decrease in the energy efficiency of the installation when each plane along axis 2 is not shifted.

Bei den Versuchen wurde auch gezeigt, dass die Verschiebung jeder Ebene entlang der Achse 2 relativ zur benachbarten Ebene um 5 - 60°, vorzugsweise 35 - 48° unter Bildung einer Spirale eine stabile Drehung des Rotors auch bei schwacher Windlast ermöglicht.During the tests it was also shown that the displacement of each plane along the axis 2 relative to the adjacent plane by 5 - 60°, preferably 35 - 48° with the formation of a spiral allows stable rotation of the rotor even with weak wind loads.

Bei einer Verschiebung jeder Ebene entlang der Achse 2 relativ zur benachbarten um weniger als 5° wird die Drehung des Rotors mit der an den Generator angeschlossenen Last instabil und pulsiert, was zu einer Verringerung der Energieeffizienz der Anlage führt.With a displacement of each plane along the axis 2 relative to the adjacent one by less than 5°, the rotation of the rotor with the load connected to the generator becomes unstable and pulsates, which leads to a decrease in the energy efficiency of the installation.

Die Verschiebung jeder Ebene entlang der Achse 2 gegenüber der benachbarten um mehr als 60° ist unpraktisch, da dies zur Bildung einer Spiegelspirale führt.Shifting each plane along axis 2 with respect to the adjacent one by more than 60° is impractical, as this leads to the formation of a mirror spiral.

Somit ist die Ausführung der Flügel als einteiliges Teil in Form eines hohlen Halbzylinders mit Endüberlappungen möglich, vorausgesetzt, dass die Flügel auf einer vertikalen Welle montiert sind, drei in jeder Ebene, und der Winkel ihrer relativen Position 120° beträgt.Thus, it is possible to construct the vanes as a one-piece piece in the form of a hollow half-cylinder with end laps, provided that the vanes are mounted on a vertical shaft, three in each plane, and the angle of their relative position is 120°.

Darüber hinaus ermöglicht die Verschiebung jeder Ebene entlang der vertikalen festen Achse gegenüber der benachbarten Ebene um 5 - 60° die Umsetzung der Erfindung unter Erzielung des beanspruchten technischen Ergebnisses.Furthermore, the displacement of each plane along the vertical fixed axis by 5-60° with respect to the adjacent plane enables the invention to be implemented while achieving the technical result claimed.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US7008171 [0006]

Claims

A multi-stage wind turbine with a vertical fixed axis, a vertical shaft in the form of a cylindrical tube covering and coaxial with the fixed fixed axis, an electric generator to which the vertical shaft is articulated, and blades manufactured in one piece and blades fixed in at least two positions on a vertical shaft, observing the centering rule, in such a way that their longitudinal axis is parallel to the fixed vertical axis, characterized in that the blades are mounted on a vertical shaft, three in each plane, and the angle of their mutual arrangement is 120°. They are in the form of a hollow semi-cylinder with end laps, and each plane is displaced along the vertical fixed axis by 5-60° relative to the adjacent plane, forming a spiral.

plant after claim 1 , characterized in that the vanes are mounted on a vertical shaft in three planes.

plant after claim 1 , characterized in that each plane is offset from the adjacent plane by 35-48° along the vertical fixed axis.