DE3312977A1 - Einrichtung zwecks benutzung der energie der im windkanal entstandenen luftbewegung - Google Patents

Description

Einrichtung zwecks* "BgnutSiing· der'Eirergie der im Windkanal entstandenen Luftbewegung.

Benutzung der Luft "bewegung werden verschiedene Einrichtungen verwendet.

Das im Freien stehende vertikale Windkraftwerk unterscheidet sich wesentlich von dem Windkraftwerk mit horizontalem Windkanal. Der Anker des Freiluft-Windkraftwerkes muß sich zwecks Erreichung eines guten Wirkungsgrades immer in der Windrichtung "befinden. Sein vom Wetter abhängender Wirkungsgrad ist extrem.

Im Windkanal ist die Luftbewegung ständiger, weil die Luftbewegung im Windkanal nicht nur durch die Luftbewegung, sondern auch den Temperaturunterschied .hervorgerufen wird.

Der senkrechte Windkanal wird durch einen Sockel über der Bodenoberfläche gehalten. Die schnelle Luftströmung hat eine abkühlende Wirkung. Es ist vorteilhaft, wenn die in den Windkanal gelangende Luft warm ist und von der AnfangsSauggeschwindigkeit nicht abgekühlt wird. All dieses vor Augen haltend, ist es ideal, eine auf einen entsprechenden Sockel aufgebaute kegelförmige Saugkammer zu verwenden, welche eine langsamere Saugbewegung zettigt.

Nach der als Beispiel genommenen Ausführung ist die Saugkammer ein auf Sockel aufgebauter Kegelbau. Abb.

Der Kegel (3) hat einen konkaven Boden (2) und. ist wärmeisoliert (1), während sich auf dem Kegel (3), auf dem von der Sonne beschienenen Bogen großformatige Fenster bzw. Brenngläser (4) und zwischen ihnen Solarzellen (5) befinden.

Bei der Austrittsmündung des auf die Saugkammer von entsprechendem Durchmesser und Höhe (A.bb.1) aufgebauten Windkanals (6) ist, zwecks besserer Ausnützung der Luftströmung, zwischen den unteren (7) und oberen (8) Rippen auf einer Achse (9) eine horizontale Doppelwindturbine eingebaut.

Die Hauptturbine weist eine Düs ens piralkammer auf (Abb.4). Die durch die Düsen (25) hinausströmende Luft treibt die zweite Freischaufel-Windturbine an, die im

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Vergleich zur Hauptturbine eine entgegengesetzte Drehrichtung hat (ATdTd.3). Die letztere ist ein permanent magnetischer, ein sogenannter Sekundargenerator (Abb. 6,7), dessen Strom die Magneten des Generators der Hauptturbine (14,18) auffüllt und so produziert der Elektrogenerator (14,15) der wirkungsvoller arbeitenden Hauptturbine (10) den Strom für den Verbraucher.

Im Falle des direkten Antriebes dreht sich nicht die Armatur (13,15), sondern die Magnetspulen (13,15) drehen sich um die mit der Stehachse zusammengebauten Armatur (13,15) / Abb.6 /.

Bei indirekter, das heißt, von der Windturbine übertragener Anordnung dreht sich die Armatur (17,19) und innerhalb der sich drehenden Windturbine (10,11) stehen die Erregerspulen (16,18) /Abb.7/.

Durch Einschaltung eines äußeren Elektronetzes können beide Permanentmagnete elektromagnetisch sein /Abb. 6,7/.

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Tn der Beschreibung und auf der Skizze geht es um eine auf einer Achse angebrachte Doppel-, eine .sogenannte Primär-Sekundäreinrichtung,deshalb sind die Bestandteile mit gleicher Punktion auch mit den gleichen Ziffern bezeichnet, oder einzelne Einheiten, wie z.B. Sperrriegel, mit einem Sammelwort gekennzeichnet. .

Die Hauptturbine in der als Beispiel gebrachte Ausführung: der auf der Achse (9) durch den breiten Rand (21) des sich gelagert (29) drehenden Kegelmantels (20) und des breiten Zylindermantels (22) um diesen herum ausgestaltete Luftkanal wird innen auf dem Kegelmantel (20) durch bogenförmige, sogenannte doppelte, aktive (23) und passive (24) Spiralrippen aufgegliedert und die so ausgestalteten Spiralkammern /Abb.4/ schließen sich den über den Kegeirand (21) übergreifenden Düsen (25) an. Die Düsen sind durch Luftablenkbogen (26) miteinander verbunden. /Abb. 2a,2b/.

Auf dem Kegel (3) schließen die Spiralrippen (23, 24) im Verhältnis zueinander einen gewissen ( ) Winkel ein /Abb.3/.

Die Spiralkammern /Abb. 4/ schließen sich durch den durch den Kegelrand (21) durchgehenden Spalt den eine Radiallage und Grundfläche aufweisenden Düsen (25) an. /Abb. 2a/.

Der Kegel (20) wird auf der Achse (9) zwischen den Rippen des gerippten Deckels (27) durch das lagergehäuse (28) bzw. das Lager (29) geführt.

In der kegelförmigen Kammer zwischen der inneren Hälfte des Kegels (20) und des Deckels (27) lagert das Hauptgeneratorhaus (30), das zusammen mit dem Kegel (20) auf der Achse (9) gelagert (29) ist. /Abb.6/. /Schematische Skizze 2a, 2b/.

Innerhalb des Luftkanals (6) hält ein Längslager (43) auf einem mit Tragrippen (8) zusammengebauten Untertragblock (42) die Maschineneinrichtung. /Abb.6/. Die über dem Tragblock (42) durchlaufende Achse (9) wird von unten durch eine Mutter bzw. einen Gewindekegel (45) abgeschloßen, während die Achse (9) auf dem Block (42) durch Fixierschrauben (46) radial stabilisiert wird. Von oben wird die Achse (9) ebenfalls durch· Mutter (44) und Gewindekegel (48) fixiert.

Die ]preischaufelturt>ine (11) /Abb. 6/ placiert sich um das Sekundärgeneratorhaus (31) herum. Der Konsolschild (33) des Sekundärhauses.(31) ist auf der Achse (9) gelagert (29). Auf dem Ring (36) des mit dem Generatorhaus -(31) zusammengebauten Armrades (35) befinden sich bogenförmige Schaufeln (37). Das Armrad (35) wird durch Spannringen (38) stabilisiert. Die Spannringen (3R) und das Armrad (35) sind wegen Ableitung des Wassers von oben bedeckt (39). Pas Wasser gelanet, durch die Bohrungen des Scheibenringes (36) in den Kanal (40) des Kegels (10) gelangend, durch Wirkung der Zentrifugenkraft auf die Innenwand des Windkanals (6) und tritt dann am äußeren Teil des dort placierten Luftablenkringes (41) durch die Bohrungen des Windkanals (6) ins Freie.

Die Windschaufeln (37) sind auf dem kreisförmigen Scheibenring (36) befestigt, welcher Ring auf dem durch die Düsen (25) beschriebenen inneren Kreis zwecks Luftleitung fant bis zum Ke^e!kanal (40) reicht.

Die Win^schaufeln (37) sind im V-rhSltnin zur Winkelstellung der Düsen (25) bogenförmig und in entsprechendem Winkel Olaciert. /Abb.3/. Die Primär- (10) und Sekundärtürbine (11) sind auf der gemeinsamen Stehachse (9) so gelagert, daß zwischen den Düsen (25) und den Schaufeln (37) ein entsOrechender Abstand vorhanden ist.

Unter dem Zylindermantel (2?) der Primärturbine (11), innerhalb des Windkanals (G), befindet sich ein eine Doppelaufgabe lösender Luftablenk- bzw. wasserableitender Ring (41).

Es kann ein in die Achsenrichtung belastbarer Sperriegel ohne angeflanschte Gestaltung zwecks Entwicklung einer auf mehreren Punkten der Achse in Achsenrichtung belastbaren Basis verwendet werden. Laut Beispiel wird der in die nestförmige Riegelraste der Achse (9) eingesetzte Riegel (49) von einem durchgehenden, gekerbten, mit Gewindenut versehenen Ring oder einer Konsolnabe (50) eingeschlossen.

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Die Riegelraste des Ringes (50) sichert zusammen mit dem in die Achse eingesetzten Riegel (49) eine radiale Fixierung, während die Gewindeverbindung die Achsenlage fixiert, so, daß die Belastung in die Achsenrichtung sich durch die Gewinde des Riegelringes (50) oder der Konsolnabe (50) auf den Gewindering (50) auswirkt, der sich auf den (die) Riegel stützt, oder aber wird die sich auf den Ring (51) auswirkende Belastung direkt von dem Riegel (49) getragen. Die Lage des Rlegelrastenringes (50) oder der Konsolnabe (50) wird auf der Achse (Q) von der durch den Gewindering (51) durchgehenden und auf den Riegel eine Klemmwirkung ausübenden Fixierschraube (52) gesichert. Zwecks symetrischer Haltung sind mindestens zwei Riegel (49) zu empfehlen. /Abb.5/. Wenn sich z.B. die Armatur verdreht, dann hat sie eine über den Sperriegel -placierte Längslagerabstützung.

Wenn sich die Süulen (16,18) nicht verdrehen, dann wird der Snerring (51) durch die Konsolnäbe (32) ersetzt. Wenn die Smilen (12,14) sich um die Achse (9) drehen, dann wird der gelagert geführte Konsolschild .("52), mit Längslagerabstützung, vom Gewindering (51 ) gehalten.

Bei der Auf Abb.6 dargestellten Einrichtung steht die .Armatur (13,15), die Spule (12,14) und die Kohlenbürsten (54) drehen sich mit der Hauntturbine (10) zusammen. Der Kollektor (53) ist um den Sperriegel (Abb.5a) placiert. Die stehende Sekundärarmatur (13) wird von dem Sperriegel (Abb.5a) auf der Achse (9) gehalten bzw. fixiert.

Bei direktem Antrieb /Abb.7/ drehen sich die Spulen (12) mit der Turbine (31) zusammen.

Beim einfachen Getriebesystem (Abb.7) drehen sich die Armaturen (17,19) und die Spulen (16,18) stehen.

Beim als Beispiel gezeigten einfachen Getriebesystem (Abb.5) placieren sich das Getriebesystem und der Generator /Abb.7/ zwischen den Lagern (29) der Schilder (55, 56) des sich drehenden Turbinenhauses (10). Der untere Schild (55) wird auf der Achse (9) von dem Sperriegel /Abb.5a/ mit Längslagerabstützung (43) gehalten. Über dem unteren Schild (55) auf dem Konsol (32) des SOerrie-

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gels (Abb. 5a) befinden sich ,.2-3 oder mehr mit Buchse versehene Achsen (58), die Achsen schließen durch die Bohrungen des oberen Schildes (56) mit Muttern (59) bzw. Sicherungsring (60) die Stehsmile (16,18) ein. Über dem SOerriegel (Abb. 5a) des unteren Schildes (55) befindet sich, auf Längs- und Halslager geführt (43,29) die mit dem Zahnrad (61) zusammengebaute Armatur (17,19). Der Pol der Armatur wird über dem Zahnrad (61) zum Kollektor (53) geleitet, während der Pol der Sxnilen (16,18) zu den Kohlenbürsten (54) des unteren Konsole (32) geführt wird.

Der Antrieb der Armatur (17,19) erfolgt mit Hilfe des Zahnkranzes (62), der, mit Bindeelementen fixiert (6A), sich mit dem Turbinenhaus (10) zusammen dreht und sich mit dem auf der durchgehenden Achse (58) des stehenden Leitkonsols (50) entsprechend gelagerten, sich frei drehenden Versetzungszahnrad (63) verbindend,die Bewegung des Zahnradkranzes (62) dem Armaturenzahnrad "(17,19 bzw. 61) weitergibt.

Das einfache Versetzungsverhältnis ist der Unterschied zwischen dem Durchmesser des Armaturenzahnrades (17,19 bzw. 61) und dem des Zahnkranzes (62), /Abb.7/.

Die Versetzung kann mittels Zwillingrades, (in zwei Reihen), noch gesteigert werden.

Die Leitung des elektrischen Stromes von den Kohlenbürsten erfolgt durch die in die Nute der Hauntachse (9) eingebetteten Leitungen."Eine Leistungsänderung kann durch die Zahl, den Neigungswinkel, den Kubikinhalt und die Spiralität der SOiralkammern beeinflußt werden.

Die Luftströmung und den Temperaturunterschied, welche im Windkanal die Luftbewegung hervorrufen, können wir auf der Bodenoberfläche und in den höheren Luftschichten als beständig bezeichnen, deshalb kann das Arbeiten des Luftkanal-Windkraftwerkes als beständig angenommen werden. Die Höhe und der Durchmesser der Windkanäle werden bei Aufrechterhaltung einer gewissen Leistung durch Wind- und Temperaturschwankung beeinflußt. In einer windigen Gegend kann auch ein niedrigerer Bau mit größerem Durchmeßer ausreichend sein. In einer warmen Gebend ist

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widerum ein höherer Bau zu enrofehlen. Die Verwendung der mit Fenstern versehenen Vorwärme-Saugkammer und der Solarzellen machen die Einrichtung komOlett, aber die Möglichkeiten können noch dadurch gesteigert werden, daß die- Kollektorlinsen regulierbar sind, oder, daß das Linsensystem auch den Kessel erwärmt. Der Bau ist, - bis zu einer gewissen Höhe, - auch zur Unterbringung einer Fernmeldeeinrichtung verwendbar. Die als am meisten geeigneten Form aer EnergiesOeicherung sind: die Energieumwandlung (Wasserzerlegung), der Flüsigkeit zugeführte Kalorienwert und die Akkumulierung des elektrischen Stromes.

Der Windkanal ist ein solcher selbständiger, energetischer Bau, welcher, bei Ausnutzung der obenerwähnten Variation^ möglichkeiten, bei der angelegten Energielieferung, - sich der Kette des Fernmeldewesens nutzbringend anschließend, eine bedeutende Rolle spielen kann.

Claims (1)

1. /U V-/3

   PATENTANSPRÜCHE

   Einrichtung zur Verwendung jener Energie, welche durch die im Windkanal entstandene Luftbewegung hervorgerufen worden ist, dadurch charakterisiert, daß der luftkanal (6) auf Sockel-Kegel (3) auf eine Vorwärmekammer gebaut ist, auf der sich mit Fenster versehene Brenngläser (4) und Solarzellen (5) befinden. Abb.1. 2./ Für die Einrichtung ist gem. Anspruchspunkt 1 cha- f; rakteristisch, daß dieser sich auch auf die auf einer λ Achse (9) placierten Doppelturbineneinrichtung er- ; streckt, dadurch charakterisiert, daß die Primär- ,: Hauptturbine ein auf einer Achse gelagerter (9,29) .i Kegelmantel (20) ist; innerhalb des durch den brei- · λ ten Rand (21) des Kegelmantels, sowie des Zylinder- ϊ mantels (22) ausgestalteten Luftkanals befinden sich V auf dem Kegelmantel (20) durch Bogenrippen (23,24) eingegrenzte und sich der Drehrichtung entgegengesetzt wölbende und sich mit Düsen (25) anschließende Spiralkammern (Abb. 4), die derart ausgebildeten Spiralkammern (Abb. 4) von allgemeiner Lage bestehen aus zusammenbaubaren Gliedern, oder aber können nach den obigen durch auf den Kegel (20) aufgebaute pen (23,24) ausgestaltet werden.

   3./ Für die Einrichtung ist gem. den Anspruchspunkten 1-2 charakteristisch, daß sie sich auf die Sekundär- Windturbine erstreckt, dadurch charakterisiert, daß die auf den Kegelmantel (20) aufgebauten Spiralkammern /Abb. 4/ die Luftströmung durch die Düsen (25) in einem Kreisring festhalten, dadurch übt die Luft intensiven Luftstoß auf die in Kranzform placierten Schaufeln (37) der Sekundärturbine (11).

   4./ Pur die Einrichtung ist gem. den Ansüruchspunkten 1-3 charakteristisch, daß sie sich auf der flanschenlosen Achse auf die Entwicklung von Basen erstreckt, dadurch charakterisiert, daß der in die nestförmige Riegelraste der Achse (9) eingesetzte Riegel (49) von einem durchgehenden, mit Gewindenut versehenen Ring (50) eingeschloßen wird; die axiale Belastung wirkt sich durch das Gewinde des mit Riegelraste und Gewindenut versehenen Ringes (50) auf den Gewindering (51) aus, der sich auf den Achsenriegel stützt (9+49), oder aber wird die sich auf den Gewindering (51) auswirkende Belastung direkt von dem Riegel (49) getragen.

   5./ Pur die Einrichtung ist sem. den Anspruchspunkten 1-4- charakteristisch, daß im Falle des direkten Antriebes, Abb. 6, die Elektrospulen (12,14) sich um die stehende Armatur (13,15) drehen, während im Falle der Obersetzung, die Turbine (30,31) einen Zahnkranz (62) antreibt, der durch ein Übersetzungszahnrad (63) die sich drehende Armatur (17,19) antreibt. / Abb. 7 A