DE20302549U1

DE20302549U1 - Wind power station, has sprung slip-hooks on shafts under each fin, and hubs provided with tooth that presses against slip-hook

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Publication number: DE20302549U1
Application number: DE20302549U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2013-02-19

Abstract

The power station comprises a tower with several rotors on each shaft, with a current generator having reserve windings on each shaft. Under each fin, the shafts are provided with sprung slip-hooks and each hub is provided with a tooth that can press against the slip-hook. The reserve windings are switched according to measured rotor speed.

Description

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Semen Süadkov
Rotdornweg 3
37269 EschwegeSemen Sudkov
Rotdornweg 3
37269 Eschwege

FOlD S/00 F 03 D 3/08FOLD S/00 F 03 D 3/08

Die Erfindung betrifft das Windenergiewesen, konkret, das Windrad des Windkrattwerks.The invention relates to wind energy, specifically to the wind turbine of the wind power plant.

HINTERGRUNTBACKGROUND

Einer der wesentlichen Mängel der Windräder der vorhandene Windkraftwerke ist ihre große Trägheit, die schlechte Suszeptibilität zu den Windstößen. Darauf wird der bedeutende Effekt verloren: zum Beispiel liegt der große Teil Europas in der Zone, wo die Jahresdurchschnittsgeschwindigkeit des Windes für die wirksamen Arbeit der vorhandenen Windkraftwerke ungenügend ist Falls es die Windstöße fangen könnte, wäre die Situation im großen und ganzen andere. Doch dauert der Windstoß weniger als 5 Minuten, die dem Windrad zu antreiben notwendig sind, und folglich kommt es diesen Windstoß nicht dazu aufzunehmen.One of the main disadvantages of the existing wind turbines is their high inertia and poor susceptibility to gusts of wind. This results in a significant loss of effect: for example, most of Europe lies in the zone where the annual average wind speed is insufficient for the effective operation of existing wind turbines. If it could catch gusts of wind, the situation would be largely different. However, the gust of wind lasts less than the 5 minutes needed to power the turbine, and therefore it does not manage to absorb this gust.

Bn größeren Teil Europas haben die Winde in den Höhen bis zu 50-100 Meter nicht nur niedrige Jahresdurchschnittsgeschwindigkeit, sonder auch bedeutende Veränderliclikeitin der Geschwindigkeit. Durcliscluiittlich ist 5-7 Tage in den Monat der Wind auch genug aktiv und hat die Geschwindigkeit von 6-10 m/sec. Häufig ist aber der Wind schwach, heilig; oft wendet er seine Richtung. Der &ldquor;gute" Wind weht innerhalb von 10-40 Sekunden (die Zeit der Wirksamkeit). Dann weht innerhalb von 30-100 Sekunden der schwache Wind, nicht produktiv, oder bricht die voEe Windstille an. Dann wird alles wieder und wieder wiederholt. Die mittlere Bedeutung der Geschwindigkeit des Windes während die langwierige Periode der Zeit übertritt nicht 4 m/sec, aber die abgesonderten Windstöße haben die Geschwindigkeit von 8-12 m/sec.In most of Europe, winds at altitudes of up to 50-100 meters have not only low annual average speeds, but also significant speed variability. On average, the wind is quite active for 5-7 days a month, with a speed of 6-10 m/sec. However, the wind is often weak, strong; it often changes direction. The "good" wind blows for 10-40 seconds (the period of effectiveness). Then, for 30-100 seconds, a weak, unproductive wind blows, or a complete calm sets in. Then everything repeats itself again and again. The average wind speed during a long period of time does not exceed 4 m/sec, but isolated gusts have a speed of 8-12 m/sec.

Die Windeskapazität ist direkt proportional zur kubierenden Geschwindigkeit des Windes. Die Summe der momentanen Werte der spezifischen energetischdynamischen Parameter des Windes gibt die wahrhafte Wert der Energiereserven derThe wind capacity is directly proportional to the cubing speed of the wind. The sum of the instantaneous values of the specific energetic-dynamic parameters of the wind gives the true value of the energy reserves of the

gegebenen Gegend. Und dieser Wert ist viel höher als der statistischen Jahresdurchschnittsparameter. Solche Situation ist für ganzen flachen Teil Europas charaktervoll, der von den MeerkGsfen entfernt ist.This value is much higher than the annual average statistical parameter. This situation is typical for the whole flat part of Europe, which is remote from the sea.

Die Zeit der Vertreibung des Windrades standardisierter Art liegt, je nach der Kapazität und der kostraktionsmäßigen Besonderheiten, innerhalb von 1 bis zur 5 .Minuten, und es übertritt die Zeit der Wirksamkeit des Windstoßes. Der Wind hat nicht genug Zeit, um das Rad ze antreiben, und beruhigt sich schon, dann bricht die Windstille an. Das Windrad verzögert den Lauf wieder und bleibt stehen. Das Windrad kann nicht sich antreiben bis zu den nominellen Drehgeschwindigkeiten und herauskommen auf das Arbeitsregime. Die erzeugte Energie wird viel niedriger als die maximal möglicher Wert sein. Seinerseits, abhängt die Zeit der Vertreibung des Windrades von Trägheit der drehenden Massen - der Hügel, des Getriebes, der Welle, des Generatorsrotors. Je weniger ist die Masse dieser Komponenten und der Abstand vom Schwerpunkt bis zu der Achse des Drehern dieser Masse, desto weniger ist die Zeit der Vertreibung. Diese Faktoren zeigen eindeutig an die kieke Effektivität der traditionellen Windräder.The time of rotation of a standard type wind turbine, depending on its capacity and contraction characteristics, is from 1 to 5 minutes, and it exceeds the time of the effective wind gust. The wind does not have enough time to turn the wheel and already calms down, then calm sets in. The wind turbine slows down again and stops. The wind turbine cannot turn itself up to the nominal speed and go into operation. The energy generated will be much lower than the maximum possible value. In turn, the time of rotation of the wind turbine depends on the inertia of the rotating masses - the shaft, the gearbox, the shaft, the generator rotor. The smaller the mass of these components and the distance from the center of gravity to the axis of rotation of this mass, the shorter the time of rotation. These factors clearly indicate the low efficiency of traditional wind turbines.

Der Windstoß ist nicht nur einfach Inhomogenität des Windes im Raum. Der Windstoß ist mit eigener Struktur charakterisiert und stellt den lokalen Wirbelwind, d.h. den gedrehtenen Klumpen der Luft, vor. Er hat größere, als durclischnfttlich nach dem Windstrom, Dichte der Luft; er hat die lineare Geschwindigkeit, die etwas von der Richtung und der Größe des gemeinen Windstromes sich unterschiedet, sowie hat er auch die Drehbewegung. Der Windstoß nicht nur drückt auf den Flügel, sondern wirkt auch mit ihr zusammen. Falls hat die Flügel unbefriedigende Form (von diesem Standpunkt), abspringt der Wirbelwind von dem Flügel und herabgleitet zur Seite. Er gibt nicht die ganze bei ihm existierende Energie zurück, nur den kleinen Teil. Um der Wirbelwind möglichst viel Energie zurückzugeben und dazu in dem Flügel möglicherweise Sänger aufrahaiters, muss man erstens den Flügeln die konkave Form geben, und zweitens, ihre Trägheit optimisieren. Für jeden geographischen Punkt gibt es ein charaktervollen Windstoß, deshalb sollen die Flügel von jedem Wändkraftwerk den Charakteristiken dieses Windstoß angepasst sein.A gust is not just a simple inhomogeneity of wind in space. A gust is characterized by its own structure and represents a local vortex, that is, a rotating lump of air. It has a higher air density than the average wind flow; it has a linear speed that differs slightly from the direction and magnitude of the general wind flow, and it also has a rotational motion. The gust not only presses on the wing, but also interacts with it. If the wing has an unsatisfactory shape (from this point of view), the whirlwind jumps off the wing and slides to the side. It does not return all of the energy it has, only a small part. In order to return as much energy as possible to the whirlwind and to create the necessary energy in the wing, firstly, the wing must be given a concave shape and secondly, its inertia must be optimized. For every geographical point there is a characteristic gust of wind, therefore the blades of each wall power plant must be adapted to the characteristics of this gust of wind.

Für die Auffassung der Windstöße ist ein kleines Windrad notwendig, die schnell sich zu vertrieben fähig. Aber solches kleine Wiadrad auf den hohen Turm (oder Mast) zu stellen ist unvorteilhaft: die Aufwände for den passiven Teil der Grundbestände - für dem Turm und andere Aufbau sind bei der Ideinen Kapazität solchen Windkrailwerk allzu groß. Dei' Bau des Turmes wird reclitfeitigt sein, falls auf den Gipfel des Tunnes gelingen wird, eine &ldquor;Girlande"der Windräder anzuhäufen. Und da solcher Räder viel sind, ist zweckmäßig, sie im Block zu vereinigen, um sollen sie alle fur einen Elektrostromgenerator funktionieren, der die Elektroenergie erzeugt. Bei der Sperrung einiger Windräder, die auf eine Welle mit anderen sich befinden, entsteht das Problem: der Teil der Räder befinden sich unter der Einwirkung des Windstoßes, und auf übrige wirkt nur der schwäche Windstrom ein. So drehen sie sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten.Um sie zu zwingen, eine gemeine WeMe mit dem FJektrostromgerserator zu drehen, schlägt man vor, mehrere Windräder auf eine Welle zu unterbringen und jedes mit einem Schnepper zu versehen. Daum wird die Gruppe am meisten schnell drehenden Räder das Drehen zur Welle übergeben. Und die Räder, die in gegebenen Moment langsamer als diese Gruppe sich drehen und leer funktionieren, akkumulieren die Energie des Drehens. FaIs der Windstoß nur ein Windrad des Windkraftwerkes antriebt, muss es nicht die Trägkeit der übrigen Windräder überwinden. Das lässt einem einzelnem Rad zu, mehr empfänglich an die Windstöße zu sein. Berücksichtigend die Verschiedenartigkeit der Windstöße, ist esTo capture the gusts of wind, a small wind turbine capable of quickly dispersing is necessary. But placing such a small turbine on a high tower (or mast) is disadvantageous: the costs for the passive part of the land - for the tower and other structures - are too high for the capacity of such a wind turbine. The construction of the tower will be justified if it is possible to build a "garland" of wind turbines on the top of the tunnel. And since there are many such turbines, it is advisable to combine them into a block so that they all work for one electric generator that generates electrical energy. When several wind turbines are blocked on the same shaft with others, a problem arises: some of the turbines are under the influence of a gust of wind, while the rest are only affected by a weak wind current. Thus, they rotate at different speeds. In order to force them to rotate a common turbine with an electric generator, it is proposed to place several wind turbines on one shaft and equip each with a snapper. In this way, the group of fastest rotating turbines will transfer rotation to the shaft. And the turbines that rotate slower than this group at a given moment and operate idle accumulate the energy of rotation. If the gust of wind only drives one turbine of the wind power plant, it does not have to overcome the inertia of the other turbines. This allows a single turbine to be more sensitive to the gusts of wind. Taking into account the diversity of the gusts of wind, it is

zweckmäßig, die Krümmung der Flügel verschiedener Räder und ihre Länge auch unähnlich zu machen. Bi diesem Fall dreht sich die Welle mit der Geschwindigkeit des schnellsten Rades, und dk übrige» Räder akkumulieren die Trägheit des Drehens an. Wenn der Windstoß aufhören wird und die Geschwindigkeit dieses Rades fallen wird und weniger als bei benachbart wird sein, sind dann zwei Varianten des Drehens der WeUe möglich.It is advisable to make the curvature of the blades of different wheels and their length also dissimilar. In this case, the shaft rotates at the speed of the fastest wheel, and the remaining wheels accumulate the inertia of rotation. When the gust of wind stops and the speed of this wheel drops and becomes less than that of neighboring ones, then two variants of rotation of the shaft are possible.

Die erste Variante gibt es bei großer Differenz zwischen den Geschwindigkeiten ein irgendwelches Windrades im Vergleich zu übrigen. Darm dreht dieses schnellste Windrad die Welle, und die übrige drehen sich leer, akkumuEerend die Energie, wie es höher beschrieben ist. Ih diesem Variant geschieht nur der Übergang vom einem belastendem Rad zu anderem.The first variant occurs when there is a large difference between the speeds of one wind turbine and the others. Then the fastest wind turbine rotates the shaft, and the others rotate idle, accumulating energy as described above. In this variant, only the transition from one loaded wheel to another occurs.

Die zweite Variante gibt es, falls mehrere Windräder nähere Drehensgeschwindigkeiten haben. Dann dreht diese Gruppe der Windräder gleichzeitig die Welle. Man bekommt den größeren drehenden Moment auf die Welle zu übergeben, als mit einem Windrad dieser Gruppe. Auf diesen Fall sind im Elektrostromgenerator zusätzliche Reservewickelns vorgesehen, die in solchen Momenten der Zeit zwangsweise angeschlossen werden. Die entstehende zusätzliche Festigkeit des Drehens der Weie infolge des Anschließens der Reservewic-kelm bremst die schnellsten Windräder in dieser Gruppe. Die Geschwindigkeiten aller Windräder dieser Gruppe werden gleich worden und sie drehen die Welle gleichzeitig. Das automatische Gerät liest die Geschwindigkeiten aller Windräder aus und nach dem bestimmten aufgegebenen Algorithmus schaltet an oder schaltet aus die Reservewickeln, wählend die erste oder zweite Variante des Drehens der Welle aus.The second option is when several wind turbines have similar rotation speeds. Then this group of wind turbines rotates the shaft simultaneously. A greater rotational moment is transferred to the shaft than with one wind turbine of this group. In this case, the electric generator is provided with additional reserve windings, which are automatically connected at such times . The additional rotational strength of the shaft resulting from the connection of the reserve windings slows down the fastest wind turbines in this group. The speeds of all wind turbines in this group become the same and they rotate the shaft simultaneously. The automatic device reads the speeds of all wind turbines and, according to a specific algorithm, switches the reserve windings on or off, selecting the first or second variant of shaft rotation.

TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION

Es ist ein Windrad nach dem Patent DE 198 26 475 Al, IntCi. F 03 D 2/06 bekannt, das mit dem Gehäuse auf eine Halbe des Windrads versorgt, mit der Absicht die Wänderwirkuag auf die konvexe Teilen der Flügel zu ausseh!ie£en.Der Mangel dieses Windrads ist Unmöglichkeit völlig die Windwirkung auf diese Teile zu verhindern: zuerst, am Hinausgehen des Flügels vom Gehäuse drückt der Wind auf die Flügel in gegenseitiger Richtung; zweitens, die Zugluft und der Wirbelwind in Gehäuse erwirken auch gegen die Drehrichtung der FBgel.A wind turbine is known according to patent DE 198 26 475 Al, IntCi. F 03 D 2/06, which is equipped with a casing on one half of the wind turbine, with the aim of limiting the effect of the walls on the convex parts of the blades. The disadvantage of this wind turbine is the impossibility of completely preventing the effect of the wind on these parts: firstly, when the blade leaves the casing, the wind presses on the blades in the opposite direction; secondly, the draft and the whirlwind in the casing also act against the direction of rotation of the blades.

Nach dem US Patent 4 678 394, MtCl. F 03 D 3/ 04 ist der untene Teil des Windrads mit den Platten zugedeckt. Es hat desselbe obengenannte Mängel: die Zugluft und der Wirbelwind im Raum zwischen den Platten machen den Effekt von den Platten zunichte.According to US Patent 4 678 394, MtCl. F 03 D 3/ 04, the lower part of the wind turbine is covered with the plates. It has the same defects mentioned above: the draft and the whirlwind in the space between the plates negate the effect of the plates.

Weiterhin wurde es uns das nachveröffentlichen US Patent 5 855 470, Int.CLF 03 D 7/06 bekannt, das eine Anordnung des Windrads mit den Flügeln hat, die die Achsen parallel zur senkrechten Windradachse haben. Die Flügel dreht man so, dass sie in der untene Position waagerechte Lage haben. Der Mängel dieses Windrad sind, zuerst, die flache Form des Flügels und, zweitens, dass sie einen zusätzlichen Motor für Drehbewegung der Flügel brauchen.We also learned about the subsequently published US patent 5 855 470, Int.CLF 03 D 7/06, which has a wind turbine arrangement with blades that have axes parallel to the vertical axis of the wind turbine. The blades are rotated so that they are horizontal in the lower position. The disadvantages of this wind turbine are, firstly, the flat shape of the blades and, secondly, that they require an additional motor for rotating the blades.

Wörtlich derselbe Mängel haben Windräder nach US Patent 5 083 902, MtCl. F 01D 5/00 und nach Patent DE 195 01 036 Al, JbLCL F 03 D 3/06. Das Windrad nach dem Patent DE 196 14 393 Al, MtCiF 03 D 3/06 hat einen zusätzlichen Mangel: die Bewegung der Flügel ist mit plötzliche Stöße während Umdrehung des Flügels verbunden. Dieser Patent ist wie ein Prototyp angenommen.Literally the same defects are present in wind turbines according to US patent 5 083 902, MtCl. F 01D 5/00 and according to patent DE 195 01 036 Al, JbLCL F 03 D 3/06. The wind turbine according to patent DE 196 14 393 Al, MtCiF 03 D 3/06 has an additional defect: the movement of the blades is associated with sudden jolts during rotation of the blade. This patent is accepted as a prototype.

Es ist ein Windkraftwerk nach meiner Gerauchsmusteranmeldung &ldquor;Das Windflügelxad des Windkraftwerks" Nr. 202 14 412.7 seit 18.09.02 bekannt, das nur ein Windrad hat. Die Mängel dieses Windkraftwerks bestehen zuerst von großer Drehträgheit eines großes Flügel und zweitens von Nichtübereinstimmung zwischen der Flügelfläche und den Umiangen des einzelnen Wirbelwindes bei dem schwachen Wind.A wind power plant is known from my utility model application "The wind turbine blade of the wind power plant" No. 202 14 412.7 since 18.09.02, which has only one wind turbine. The shortcomings of this wind power plant are firstly the high rotational inertia of a large blade and secondly the inconsistency between the blade surface and the circumference of the individual whirlwind in the case of a weak wind.

Um diese Mängel auszuschließen, betrachtet man das Windrad des Windkraftwerics,To rule out these defects, the wind turbine of the wind power plant is considered,

1 -der Turm
2-die WeMe
3-der Flügel
4-der Lager
5-c
6-die Nabe1 -the tower
2-the WeMe
3-the wing
4-the camp
5-c
6-the hub

7 - gefederter Schnepper7 - spring-loaded snap

8 - der Zahn8 - the tooth

Nach diesen Art werden Windkraftwerke in jene Gebiete gebaut, wo die Jahresdurchschnittsgeschwindigkeit des Windes für die wirksamen Arbeit der Windkraftwerke mit einem Windrad ungenügend ist.In this way, wind power plants are built in those areas where the annual average wind speed is insufficient for the effective operation of wind power plants with a wind turbine.

Das Windkraftwerk besteht erfindungsgemäß von einem Turm 1, der die senkrechte Wellen 2 unterstützt. Die mehrere Flügel 3 sind an der Wellen mit Hilfe der Lager 4 angeordnet. Jede Welle ist mit einem Elektrostromgenerator 5 versorgt. Jede Flügel hat Möglichkeit mit Hilfe 6 der Nabe um ihre Längsachse sich umzudrehen. Die unregelmäßige Drehbeweegung ist gleich zu der, die in meiner obengenannter Gebrauchmusteraiimeldung Nr. 202 14 412.7 seit 18.09.02 beschrieben ist. Die Windkraftwerke mit mehrere Windräder können die Windstöße besser fangen als die Windkraftwerke mit einem breitem Windrad. Da ist die Welle mit dem gefederten Schnepper 7 für jedes Windfltgelrad versehen und die Nabe ist mit einem Lager an der Welle gestellt. Die Welle ist mit einem Zahn 8 für jedes Windflügekad versorgt, der an den Schnepper drücken kann. Die Dehnungssteife des Schneppersfeders wählt man so aus, damit sie die zusätzliche Festigkeit des Windradsdrehens bei dem Durchgang des Zahnes in der Richtung, die der Richtung des WeHledreheiis entgegengesetzt ist, nicht schafft, und sicher fixiert den Zahn bei der Bewegung des Zahnes in Richtung des Welledrehens.According to the invention, the wind power plant consists of a tower 1 that supports vertical shafts 2. Several blades 3 are attached to the shaft by means of bearings 4. Each shaft is powered by an electric generator 5. Each blade can rotate around its longitudinal axis by means of the hub 6. The irregular rotational movement is the same as that described in my above-mentioned utility model application No. 202 14 412.7 from 18.09.02. Wind power plants with several wind turbines can catch gusts of wind better than wind power plants with one wide wind turbine. The shaft is provided with a spring-loaded snapper 7 for each wind turbine and the hub is mounted on the shaft with a bearing. The shaft is provided with a tooth 8 for each wind turbine blade that can press against the snapper. The tensile strength of the snap spring is selected in such a way that it does not create additional resistance to the rotation of the impeller when the tooth passes in the direction opposite to the direction of the shaft rotation, and securely fixes the tooth when the tooth moves in the direction of the shaft rotation.

Das Windkraftwerk ist mit automatischem Gerät versehen ist, das die Geschwindigkeiten aller Windräder liest aus und nach dem bestimmten aufgegebenen Algorithmus die Reservewickeln anschalten oder ausschalten kann. An die Zeichnungen ist das Gerät bestimmt nicht verführt.The wind power plant is equipped with an automatic device that reads the speed of all wind turbines and can turn on or off the reserve windings according to a certain specified algorithm. The device is definitely not based on the drawings.

Die Erfindung ist mittels 3 Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen:The invention is explained in more detail by means of 3 drawings. They show:

Fig.l- eine schematische Darstellung eines erfinAingsgeniäßigen Windfiügelrads fürFig.l- a schematic representation of an inventive wind vane wheel for

das Windkraftwerk der zweiter Art
Fig.2- Fragment A in Fig. 1
Fig.3 - Schnitt nach 1-1 in Fig.2.the wind power plant of the second type
Fig.2- Fragment A in Fig. 1
Fig.3 - Section according to 1-1 in Fig.2.

Claims

1. The wind power plant, which consists of the tower, of several wind turbines on each shaft, with the hubs on each wing, an electric power generator with the reserve windings on each shaft characterized by the intention to use the wind force effectively, the shafts under each wing are provided with spring-loaded snappers and each hub is provided with a tooth that can press on the snappers.

2. The wind power plant according to claim 2, characterized in that

- it is equipped with an automatic device that reads the speed of all wind turbines and can switch the reserve windings on or off according to a specific algorithm.

3. The wind power plant according to claim 2, characterized in that

- the position of the wind turbines is vertical or horizontal.