DE19840066A1

DE19840066A1 - Wind power generator has vertical rotor shaft with projecting radial spokes having rotary joints for rotor blades/sails to adjustment dependent on wind speed

Info

Publication number: DE19840066A1
Application number: DE19840066A
Authority: DE
Inventors: Guenther Eggert; Claus Huebner; Eckard Moeck
Original assignee: E3 ENVIRONMENT ENERGY ENGINEER; En Umwelt Beratung E V I
Current assignee: E3 ENVIRONMENT ENERGY ENGINEER; En Umwelt Beratung E V I
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 2000-03-09

Abstract

The rotor has axis-parallel blades with radial through flow. The blades are hinged to the ends of radial spokes of a central radial shaft. They are moved into position by springs etc. When the wind speed is low and the rotor is at a standstill, the blades are in an end position with high resistance surface against the wind, resulting in high rotating force. When the wind speed is high, the blades are pressed against the effect of the spring forces into a position, in which the blade profile chords are moved in direction of the tangents of an imaginary orbit through the hinge points, thereby preventing generation of a rotary force.

Description

Subject of the invention

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur selbsttätigen Verstellung der Segelflügel einer Vertikalachs-Windkraftanlage zur Anpassung an die jeweilige Windgeschwindigkeit, insbesondere zur Starkwindsicherung.The invention relates to a device for automatic adjustment of the Glider wing of a vertical axis wind turbine for adaptation to the respective Wind speed, especially for strong wind protection.

State of the art

In neuerer Zeit sind Vorschläge für kleine Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse nach dem Prinzip des Savoniusrotors insbesondere sogenannte Durchströmrotoren, bekannt geworden, die mit Flügeln aus Segeltuch arbeiten, das auf Rahmen gespannt wird. Bei diesen Windkraftanlagen besteht die Möglichkeit, daß bei Starkwind die Segel zerstört werden können. Es gibt auch Vorschläge, nach den ein selbsttätiges Reffen der Segel bei hohen Windgeschwindigkeiten erfolgt.Recently there have been proposals for small wind turbines with a vertical axis of rotation according to the principle of the Savonius rotor, especially so-called through-flow rotors, become known who work with canvas wings stretched on frames becomes. With these wind turbines, there is the possibility that the strong wind Sails can be destroyed. There are also suggestions for an automatic The sails reef at high wind speeds.

Invention goal

Die Erfindung einen Verstellmechanismus zur Verstellung der achsparallelen Flügel am Rotor zum Ziel, mit dem die Flügelstellung so an die unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten angepaßt werden kann, daß eine zu hohe Drehzahl sowie bei extremen Starkwinden die Zerstörung der Segel verhindert werden kann.The invention an adjustment mechanism for adjusting the axially parallel wing on the rotor to the target, with which the wing position so the different Wind speeds can be adjusted that too high speed as well extreme strong winds the destruction of the sails can be prevented.

Solution

Die erfinderische Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an einer biegesteifen zentralen vertikalen Rotorachse, die in einem Unterturm drehbar gelagert ist und als Kragarm über den Turm hinausragt, seitliche, radiale Arme als Speichen befestigt sind, die an ihren Enden Drehgelenke zur Aufnahme der Segel haben. Die Segel selbst werden durch Spannrahmen aus leichten Rohren gebildet. Durch die Anstellung der Segelrahmen zu den Speichen, an denen sie befestigt sind, ergibt sich eine Fläche, die einen unterschiedlichen Widerstand zum Wind hat und damit vom Schwachwindanlauf bis zum Starkwind arbeiten kann. The inventive object is achieved in that a rigid central vertical rotor axis, which is rotatably mounted in a lower tower and as a cantilever protrudes beyond the tower, radial arms are attached as spokes attached to their ends have swivel joints for receiving the sails. The sails themselves formed by stenter from light tubes. By hiring the Sailing frames to the spokes to which they are attached gives an area that has a different resistance to the wind and thus from a weak wind start can work until the strong wind.

Die Anstellung geschieht durch die am Segelrahmen angreifenden resultierenden Kräfte, die sich aus den aerodynamischen und den Fliehkräften der Flügel sowie aus den Federkräften eines zusätzlichen Federsystems ergeben, das die Flügel bei Schwachwind in eine Position des größten Widerstands drückt. Bei zunehmender Drehzahl erfolgt eine Zunahme der Fliehkräfte an den Flügeln derart, daß die auf der Abströmseite des ablaufenden Flügels befindliche Masse den größeren Betrag zur resultierenden Fliehkraft an jedem Flügel liefert. Die erfindungsgemäße Lösung besteht weiterhin darin, daß alle Flügel eines Rotors über einen gemeinsamen Hebelmechanismus so verbunden sind, daß sich die resultierenden Fliehkräfte aller Flügel arithmetisch addieren, während sich die aerodynamischen Kräfte der Flügel, einschließlich der gegen die Drehrichtung des Rotors gerichteten auf der zulaufenden Seite, geometrisch addieren und hierdurch die Fliehkräfte ab einer bestimmten Drehzahl die Flügel entgegen den Feder- und aerodynamischen Kräften so in den Wind drehen, daß sie einen immer kleineren Widerstand bieten.The job is done by the resulting resulting attack on the sail frame Forces arising from the aerodynamic and centrifugal forces of the wing as well the spring forces of an additional spring system that the wings Low wind pushes into a position of greatest resistance. With increasing Speed increases the centrifugal forces on the wings so that on the Downstream side of the outgoing wing is the larger amount resulting centrifugal force on each wing. The solution according to the invention exists continue in that all blades of a rotor have a common one Lever mechanism are connected so that the resulting centrifugal forces of all Arithmetically add wings while the aerodynamic forces of the wings including against the direction of rotation of the rotor on the incoming Side, add geometrically and thereby the centrifugal forces from a certain Rotate the wings against the spring and aerodynamic forces in the wind turn that they offer less and less resistance.

Embodiment

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen:The invention is described below using an exemplary embodiment. Show it:

Bild 1 einen Vertikalachsrotor mit drei Flügeln in Vorderansicht und Draufsicht, Figure 1 shows a vertical axis rotor with three blades in front view and top view,

Bild 2 den Aufbau des Rotors mit den wesentlichen Funktionselementen für die Flügelverstellung in der Draufsicht. Figure 2 shows the structure of the rotor with the essential functional elements for wing adjustment in a top view.

Jeder Flügel besteht aus einem Holmrahmen, der mit zwei übereinanderliegenden Gelenken an zwei senkrecht übereinander angeordneten Speichen angelenkt ist. In senkrechter Erstreckung wird der Holmrahmen durch drei Speizholme aufgespannt. Der mittlere Spreizholm dient gleichzeitig zur Aufnahme einer langen Drehfeder, die an einem Ende gegen den Holm arretiert ist und am anderen Ende einen Hebel hat, der mit Vorspannung gegen das Knotenblech wirkt, das beiden Flügelholme der oberen Rahmenkante verbindet. Durch den Drehfederhebel wird der Flügelrahmen nach Bild 2 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so daß der ablaufende Flügel mit größtmöglicher Fläche vom Wind erfaßt wird. Während der Drehung der Flügel entstehen an den als punktförmig gedachten Fliehmassen Z(ulaufseite) und A(blaufseite) Fliehkräfte, die - außer von der Drehzahl - über die Winkelstellung des Flügels von den jeweiligen Radienabständen zur Drehachse und gleichzeitig von den in den Massenpunkten Z und A zusammengefaßten Flügelmassenanteilen abhängen. Each wing consists of a spar frame which is articulated with two superimposed joints on two spokes arranged vertically one above the other. The spar frame is stretched vertically by three spreader bars. The middle spreader bar also serves to receive a long torsion spring, which is locked against the bar at one end and has a lever at the other end, which acts with pre-tension against the gusset plate that connects the two wing bars of the upper frame edge. With the torsion spring lever, the sash frame is rotated counter-clockwise as shown in Figure 2, so that the sash running off is covered by the wind with the largest possible area. During the rotation of the blades, centrifugal forces are created on the centrifugal masses Z (ulaufseite) and A (blu side), which are - apart from the speed - on the angular position of the wing from the respective radius distances to the axis of rotation and at the same time from those in the mass points Z and A depend on the combined sash weight proportions.

An der Ablaufseite jedes Flügelrahmens ist eine Koppel angelenkt, die über ein weiteres Gelenk mit einem Hebel verbunden ist. Der Hebel sitzt an einem Drehring, der um die zentrale Rotorachse drehbar ist. Gleiche Hebelgestänge haben alle drei Flügel, so daß sich alle aus den Fliehkräften ergebenden Kräfte addieren.A coupling is articulated on the outlet side of each casement another joint is connected to a lever. The lever sits on a rotating ring that is rotatable about the central rotor axis. All three wings have the same lever linkage, so that all forces resulting from centrifugal forces add up.

Die aerodynamischen Kräfte sind an den drei Flügeln je nach Stellung der Flügel in den Umlaufbahn unterschiedlich nach Größe und Richtung. Wenn ein Flügel die gesamte Fläche als Widerstandsfläche hat, entsteht eine den Rotor drehende Kraft, während auf der gegenüberliegenden Bahnseite eine kleinere entgegengesetzt wirkende Kraft den Rotor in seiner Bewegung abbremst. Die aerodynamische Kraft wird also immer aus Antriebs- und Bremskräften gebildet. Solange die resultierende Kraft einen Drehmomentenüberschuß liefert, wird der Rotor beschleunigt. Bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl erfolgt eine synchrone Verstellung der Flügel, sie schließen sich und vermindern die resultierende aerodynamische Antriebskraft. Der Vorgang ist neben den genannten Zusammenhängen weiterhin abhängig von der Voreinstellung der Drehfedern und von der Windgeschwindigkeit. Die Einstellung aller Einflußgrößen ist konstruktiv und betriebstechnisch so möglich, daß bei Starkwind der Rotor nur noch in einer langsamen Drehzahl läuft, mit der die Segel dem Winddruck ausweichen können.The aerodynamic forces are on the three wings depending on the position of the wings in the Orbit different in size and direction. If one wing the whole Has surface as a resistance surface, a rotating force arises while on the opposite side of the web has a smaller opposing force Brakes the rotor in its movement. The aerodynamic force is therefore always out Driving and braking forces formed. As long as the resulting force is one Excess torque delivers, the rotor is accelerated. When you reach one At a certain speed, the wings are adjusted synchronously, they close and reduce the resulting aerodynamic driving force. The process is beside the relationships mentioned continue to depend on the default setting of Torsion springs and wind speed. The setting of all influencing variables is constructively and technically possible so that in strong wind the rotor is only in runs at a slow speed at which the sails can avoid the wind pressure.

Claims

1. rotor with axially parallel blades with radial flow, characterized in that the rotatably hinged at the ends of radial spokes of a central axis of rotation by springs or other acting forces are brought into a position so that when the rotor is at a standstill and at low wind speeds an end position with a large resistance surface against the wind and thus a large resulting turning force and otherwise at high wind speeds by the mass centrifugal forces of the wings are pressed against the action of the spring forces into a position in which the wing profile chords in the direction of the tangents of the imaginary circular orbit leading through the articulation points brought and thus prevent the formation of a torque.

2. Rotor according to claim 1, characterized in that the wings via mechanical links are so positively connected that all changes in the wing position are synchronous to all angles Wings.