DE102005023120B3 - Two stage wind power plant to produce electricity has second annular carrier element of second wind power unit of diameter not less than that of first one - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine zweistufige Windkraftanlage vom Windmühlen-Prinzip, welche zur Energieversorgung Verwendung findet.The The present invention relates to a two-stage wind turbine from the windmill principle, which used for energy supply.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf beliebige Windkraftanlagen anwendbar ist, werden ihre Merkmale sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf eine Windkraftanlage mit einer großen Bauart beschrieben.Even though the present invention is applicable to any wind turbine is, their characteristics and their underlying problem described in relation to a wind turbine with a large design.
Derartige Windkraftanlagen sind dazu geeignet, einen anteiligen Strombedarf für alle Verbraucher abzudecken. In der Zukunft werden diese auch über die Hydrolyse von Wasser neben Sauerstoff zur Erzeugung von Wasserstoff dienen, der mittels Brennstoffzellen in Kraftfahrzeugen über hierin erzeugten Strom die bisherigen Antriebsmittel Benzin, Diesel oder Erdgas ersetzen wird. Ferner ist für die derzeitig Erdöl- und Erdgas produzierenden Länder, die zurzeit auf keinem hochtechnisierten Niveau leben, unter anderem die Installation höherer Kapazitäten an Windkraft-Großanlagen aus den Einnahmen ihrer Erdöl- und Erdgasgeschäfte heraus eine wichtige Frage zur Erhaltung ihrer zukünftigen Existenz, wenn die Rohstoffquellen versiegt sind.such Wind turbines are suitable for a proportionate power requirement for all Cover consumers. In the future, these will also be over the Hydrolysis of water in addition to oxygen to produce hydrogen serve by means of fuel cells in motor vehicles via herein electricity produced the previous drive means gasoline, diesel or Natural gas will replace. Furthermore, for the current oil and gas producing countries that currently living at no high-tech level, among others the installation higher capacities at wind power plants from the revenues of their petroleum and natural gas businesses out an important question for the preservation of their future Existence when the sources of raw materials have dried up.
Weltweit haben sich bisher Windräder mit horizontaler Achse durchgesetzt, die meist drei Rotorblätter bzw. Rotorflügel am Rotor tragen, der die durch Windkraft erzeugte Energie anschließend in das kleine Maschinenhaus mit Getriebe, Bremsvorrichtung, Generator und Steuereinrichtungen liefert. Die Anlagen sind über einen Drehkranz auf Masten stationiert und werden über Steuerungseinrichtungen betrieben.Worldwide have been wind turbines so far enforced with a horizontal axis, usually three rotor blades or rotor blades carry on the rotor, the energy generated by wind energy then in the small engine house with transmission, brake device, generator and Control devices supplies. The plants are stationed on masts via a turntable and will be over Operated control devices.
Die jetzigen drei-flügeligen Windkraftanlagen werden angesichts der Überproduktion an Strom aus Atomkraftwerken und solchen mit fossilen Heizstoffen nur zu einem geringen Anteil ausgenutzt, das heißt, nach Forderung der Stromverteiler zeitweise abgeschaltet, obwohl genügend Windkraft vorhanden wäre. Bereits heute wäre es notwendig, das gesamte Energieangebot aus Windkraftanlagen abzunehmen, in Speicheranlagen zeitweise zu speichern oder in Energieträger, wie beispielsweise Wasserstoff, zu überführen. Die bisherige Verfahrensweise sollte bei Vorhandensein der Windkraft-Großanlagen überwunden sein, denn angesichts des drohenden Endes der Welt-Ressourcen an Kohle und Kohlenwasserstoffen sollte die Verwendung von Kohle, Erdöl und Erdgas zur thermischen Nutzung auch in Kraftfahrzeugen dringend durch Weltkonventionen verboten und das Verbot auch durchgesetzt werden, damit die chemische Industrie der Welt und das Hüttenwesen noch über längere Zeit über diese wichtigen Rohstoffe verfügen kann. Erst dann wird Strom aus alternativen und regenerativen Energien die wichtigste Stromquelle werden. Windkraft-Großanlagen der vorgenanten Größe können bei der notwendigen Neuordnung des Welt-Energiekonsums und deren Umsetzung als eine wichtige Stützsäule dienen.The current three-winged Wind turbines are in the face of overproduction of electricity from nuclear power plants and those with fossil fuels only to a small extent exploited, that is, after the demand of the power distributor temporarily switched off, although enough Wind power would be available. Already today would be it is necessary to remove all energy from wind turbines, to temporarily store in storage facilities or in energy sources, such as For example, to convert hydrogen. The Previous procedure should be overcome in the presence of large wind power plants be in the face of the looming end of world resources Coal and hydrocarbons should be the use of coal, petroleum and natural gas for thermal use also in motor vehicles urgently by world conventions prohibited and the ban be enforced so that the chemical Industry of the world and metallurgy still over longer Time over have these important raw materials can. Only then will electricity from alternative and regenerative energies become the main power source. Large-scale wind turbines of the aforementioned size can be included the necessary reorganization of world energy consumption and its implementation serve as an important support column.
Zwar leisten die derzeit in Deutschland existierenden Windkraftanlagen eine beachtliche Stromerzeugung, aber insgesamt beträgt die Höhe der durch alternative Energien (Wind, Wasser, Sonne) erzeugte Strom nur etwa 10% des gesamten volkswirtschaftlichen Stromverbrauchs.Though make the currently existing in Germany wind turbines a considerable power generation, but in total the height is through Alternative energies (wind, water, sun) only generate electricity approximately 10% of total national electricity consumption.
Bei den drei-flügeligen Windkraftanlagen gemäß dem Stand der Technik hat sich die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass diese drei-flügeligen Windkraftanlagen eine geringe Leistungsfähigkeit aufweisen, da die Flügel eine dem Wind ausgesetzte Fläche von lediglich etwa 60 qm nutzen.at the three-winged Wind turbines according to the state In the art, the fact has proved to be disadvantageous that these three-bladed wind turbines have low performance, there the wings a surface exposed to the wind use of only about 60 square meters.
Im Stand der Technik findet sich der Ansatz zur Lösung dieses Problems, die Leistungsfähigkeit der drei-flügeligen Windkraftanlagen dadurch zu erhöhen, dass die Maße der Rotorflügel in Länge und Breite erhöht werden.in the The state of the art is the approach to solving this problem, the performance of the wing three Thereby increasing wind turbines that the dimensions the rotor wing in length and width increased become.
An diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass die derzeitigen Verbundwerkstoffe wie Glasfaser und Kunstharz es nicht zulassen, die Maße der Rotorflügel erheblich zu erhöhen, da eine Gewichtszunahme mit den Anforderungen an die Stabilität konkurriert und diese nachteilig beeinflusst oder sogar ausschließt. Die Möglichkeit, die Rotorflügel für eine erhöhte Aufnahme von Windkraft dort zu verbreitern, wo sie gemäß dem Stand der Technik eher einen spitzförmigen Verlauf einnehmen, scheitert ebenfalls an den Stabilitätsanforderungen, da auch in diesem Fall mit einer erheblichen Gewichtszunahme zu rechnen ist.At However, this approach has proved to be disadvantageous that the current composites like fiberglass and synthetic resin it does not allow the measurements the rotor wing to increase significantly Because weight gain competes with stability requirements and adversely affects or even precludes them. The Possibility, the rotor blades for one increased Incorporation of wind power to widen where they stand according to the state the technique rather a pointed Course also fails due to the stability requirements, as in this case with a significant weight gain too is calculated.
Ferner findet sich im Stand der Technik der Ansatz, die Anzahl der Rotorflügel zu erhöhen, um die Leistungsfähigkeit auf Grund einer erhöhten Aufnahme von Windkraft zu steigern.Further In the prior art, the approach is to increase the number of rotor blades to the capacity due to an increased Increase intake of wind power.
An diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass auf Grund des großen Durchmessers der Fußplatte der Rotorblätter lediglich eine begrenzte Anzahl, im Allgemeinen drei Rotorflügel, auf dem Rotor anbringbar sind. Eine Vergrößerung des Rotors lassen die derzeitigen Modelle keinesfalls zu.At However, this approach has proved to be disadvantageous that due to the big one Diameter of the foot plate the rotor blades only a limited number, generally three rotor blades the rotor can be attached. An enlargement of the rotor let the current models under no circumstances.
Zudem ist es aus der DE 10 2004 020 835 A1 bekannt, eine Windkraftanlage mit einer zentralen Rotoreinheit, einem Ringträger-Element, welches die zentrale Rotoreinheit konzentrisch umgibt, und mit mehreren Rotorflügeln auszustatten, welche jeweils an der Rotoreinheit und an dem Ringträger-Element für einen kreisförmigen Umlauf drehbar gelagert sind. Die Rotorflügel sind dabei zusätzlich jeweils an Lagerabschnitten an der Rotoreinheit und an dem Ringträger-Element um ihre Längsachsen drehbar gelagert und zur Verstellung durch Steuereinrichtungen im Bereich dieser Lagerabschnitte synchron ansteuerbar.Moreover, it is known from DE 10 2004 020 835 A1 to provide a wind turbine with a central rotor unit, a ring carrier element which concentrically surrounds the central rotor unit, and with a plurality of rotor blades, each on the rotor unit and on the ring carrier element are rotatably mounted for a circular circulation. The rotor blades are additionally rotatably supported in each case on bearing sections on the rotor unit and on the ring carrier element about their longitudinal axes and can be controlled synchronously for adjustment by control devices in the region of these bearing sections.
Die Anzahl der Flügel und somit die Aufnahme von Windenergie ist hierbei jedoch durch den Umfang und somit durch den Aufnahmebereich der Rotoreinheit begrenzt, da die Lagerung der proximalen Enden der Rotorflügel auf der Rotoreinheit einen vorbestimmten Platzbedarf beanspruchen.The Number of wings and thus the uptake of wind energy is here by the circumference and thus by the receiving area of the rotor unit limited, since the storage of the proximal ends of the rotor blades on the rotor unit claim a predetermined space requirement.
Ferner
ist aus der
Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Windkraftanlage mit einer erhöhten Leistungsfähigkeit aufgrund erhöhter Aufnahme von Windkraft gegenüber den Ansätzen gemäß dem Stand der Technik zu schaffen.Consequently It is an object of the present invention, a wind turbine with an elevated capacity due to increased Intake of wind power the approaches according to the state to create technology.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine zweistufige Windkraftanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a two-stage wind turbine with the features of the claim 1 solved.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin, dass die zweistufige Windkraftanlage eine erste Windkrafteinheit, welche eine erste Rotorachse, ein erstes die erste Rotorachse konzentrisch umlaufendes Ringträger-Element und erste Rotorflügel aufweist, welche jeweils an der ersten Rotorachse und dem ersten Ringträger-Element für einen kreisförmigen Umlauf drehbar gelagert sind; und eine zweite Windkrafteinheit umfasst, welche eine zweite Rotorachse, ein zweites die zweite Rotorachse konzentrisch umlaufendes inneres Ringträger-Element, ein zweites das zweite innere Ringträger-Element konzentrisch umlaufendes äußeres Ringträger-Element und zweite Rotorflügel aufweist, welche jeweils mit der zweiten Rotorachse koppelbar und an dem zweiten inneren Ringträger-Element und an dem zweiten äußeren Ringträger-Element für einen kreisförmigen Umlauf drehbar gelagert sind; wobei das zweite innere Ringträger-Element der zweiten Windkrafteinheit einen gleich großen oder etwas größeren Durchmesser aufweist als das erste Ringträger-Element der ersten Windkrafteinheit und konzentrisch sowie benachbart zu diesem angeordnet ist.The The idea underlying the present invention is that that the two-stage wind turbine is a first wind power unit, which a first rotor axis, a first concentric the first rotor axis circumferential ring carrier element and first rotor blades which respectively at the first rotor axis and the first Ring carrier element for one circular Circulation are rotatably mounted; and a second wind power unit comprising a second rotor axis, a second concentric rotor second axis circumferential inner ring carrier element, a second outer ring carrier element concentrically encircling the second inner ring carrier element and second rotor blades which can be coupled to the second rotor axis and on the second inner ring carrier element and on the second outer ring carrier element for one circular Circulation are rotatably mounted; wherein the second inner ring carrier element the second wind power unit has an equal or slightly larger diameter as the first ring carrier element the first wind power unit and concentric and adjacent to this is arranged.
Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den Ansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass durch die zweistufige Ausgestaltung der Windkraftanlage die größere zweite Windkrafteinheit eng benachbart zur kleineren ersten Windkrafteinheit für eine vorteilhafte Bauraumausgestaltung ausgebildet werden kann, wobei bei der größeren zweiten Windkrafteinheit aufgrund des vergrößerten umfänglichen Aufnahmebereichs für die zweiten Rotorflügel die Anzahl an zweiten Rotorflügeln erheblich vergrößert werden kann, wodurch die Energieaufnahme erheblich gesteigert wird.Consequently shows the present invention over the approaches according to the prior art the Advantage of that through the two-stage design of the wind turbine the larger second wind power unit closely adjacent to the smaller first wind power unit for a favorable one Bauraumausgestaltung can be formed, with the larger second Wind power unit due to the enlarged circumferential receiving area for the second rotor blades the number of second rotor blades be increased considerably can, which increases the energy intake considerably.
Ferner kann der Durchmesser der gesamten Windkraftanlage erhöht werden, ohne dass ein Stabilitätsproblem auftritt, da die zweiten Rotorflügel der zweiten Windkrafteinheit analog zur ersten Windkrafteinheit stabil zwischen zwei Ringträger-Elementen gelagert werden.Further the diameter of the entire wind turbine can be increased, without a stability problem occurs because the second rotor blades the second wind power unit analogous to the first wind power unit stably stored between two ring carrier elements become.
Somit können durch die vorliegende Erfindungsidee Windkraftanlagen mit größeren Durchmessern erreicht werden, wobei die einzelnen Rotorflügel für einen Umlauf auf einer Kreisbahn um die jeweils zugeordneten Rotorachsen drehbar gelagert sind. Durch die zusätzliche Lagerung der distalen Enden der einzelnen Rotorflügel durch das jeweils zugeordnete Ringträger-Element können die einzelnen Rotorflügel mit einer größeren Länge, einer größeren Breite und einem erhöhten Gewicht ausgebildet werden. Ferner können mehrere Rotorflügel mit verschmälert ausgebildeten proximalen Enden vorgesehen werden, da die Rotoreinheit im Gegensatz zum Stand der Technik nicht das gesamte Gewicht der Rotorflügel aufnehmen muss, und somit ein verjüngter Lagerabschnitt ausreicht. Insbesondere kann die Breite der gemäß dem Stand der Technik im Allgemeinen spitz auslaufenden distalen Enden der Rotorflügel um ein Vielfaches vergrößert werden, wobei gleichzeitig die Zahl der Rotorflügel erheblich erhöht werden kann. Durch die jeweils auf einer Kreisbahn beweglich gelagerten und geführten Rotorflügelenden durch die jeweils zugeordneten feststehenden Ringträger-Elemente werden die Gewichtskräfte der einzelnen Rotorflügel von der Rotoreinheit bzw. den zugeordneten Rotorachsen auf die jeweils zugeordneten Ringträger-Elemente vorteilhaft verlagert.Consequently can by the present invention idea wind turbines with larger diameters be achieved, with the individual rotor blades for a circulation on a circular path are rotatably mounted about the respective associated rotor axes. By the extra Storage of the distal ends of the individual rotor blades through the respectively assigned ring carrier element can the single rotor blade with a longer length, one greater width and an elevated one Be formed weight. Furthermore, several rotor blades with narrows trained proximal ends are provided as the rotor unit unlike the prior art does not record the entire weight of the rotor blades must, and thus a rejuvenated Storage section is sufficient. In particular, the width of the stand according to the The technique generally has pointed distal ends of the rotor blades be enlarged many times, at the same time the number of rotor blades are significantly increased can. By each movably mounted on a circular path and guided Rotor wing tips by the respectively associated fixed ring carrier elements are the weight forces the single rotor blade from the rotor unit or the associated rotor axes to the respective associated ring carrier elements advantageously shifted.
Insgesamt kann somit das Windkraftaufkommen durch die erfindungsgemäße zweistufige Windkraftanlage mit jeweils endseitiger Flügellagerung optimal ausgelastet werden.All in all Thus, the wind power through the inventive two-stage Wind turbine optimally utilized with each end wing bearing become.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen zweistufigen Windkraftanlage.In the dependent claims find advantageous developments and improvements of in claim 1 specified two-stage wind turbine.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weisen die erste Rotorachse der ersten Windkrafteinheit und die zweite Rotorachse der zweiten Windkrafteinheit eine gemeinsame Drehachse auf. Vorzugsweise umgibt die zweite Rotorachse der zweiten Windkrafteinheit die erste Rotorachse der ersten Windkrafteinheit hülsenartig, wobei die zweite Rotorachse und die erste Rotorachse, beispielsweise mittels eines Kugellagers, relativ zueinander und unabhängig voneinander drehbar gelagert sind. Durch diese erweiterte Achse entstehen somit zwei voneinander unabhängige Windkrafteinheiten, welche aufgrund der gemeinsa men Achsenanordnung kompakt bzw. dicht nebeneinander angeordnet werden können. Dies stellt einen Vorteil bei der Konstruktion und dem Platzbedarf der zweistufigen erfindungsgemäßen Windkraftanlage dar.According to a preferred development, the first rotor axis of the first wind power unit and the second rotor axis of the second wind force unit on a common axis of rotation. Preferably, the second rotor axis of the second wind power unit surrounds the first rotor axis of the first wind power unit like a sleeve, wherein the second rotor axis and the first rotor axis, for example by means of a ball bearing, are rotatably supported relative to each other and independently. By this extended axis thus arise two independent wind power units, which can be arranged compact or tight side by side due to the gemeinsa men axis arrangement. This is an advantage in the construction and space requirements of the two-stage wind turbine according to the invention.
Gemäß einer weitern bevorzugten Weiterbildung sind die zweiten Flügel der zweiten Windkrafteinheit mit ihren proximalen Enden jeweils auf einem gemeinsamen Trägerring angeordnet, welcher in dem zweiten inneren Ringträger-Element drehbar gelagert ist. Für eine Verbindung des Trägerrings mit der zweiten Rotorachse sind vorzugsweise mehrere Kreuzspeichen vorgesehen, beispielsweise vier Kreuzspeichen, welche zwischen der zweiten Rotorachse und dem Trägerring für eine Kopplung der zweiten Rotorflügel über den zugeordneten Trägerring mit der zweiten Rotorachse angebracht sind. Dadurch wird eine Unabhängigkeit der äußeren Windkrafteinheit von der inneren Windkrafteinheit auf einfache und kostengünstige Weise geschaffen, wobei die beiden Windkrafteinheiten auf ein gemeinsames Achslager und eine gemeinsame Drehachse vorteilhaft zurückgreifen.According to one Further preferred development are the second wing of the second wind power unit with their proximal ends on each a common carrier ring arranged, which in the second inner ring carrier element is rotatably mounted. For a compound of the carrier ring with the second rotor axis are preferably a plurality of cross spokes provided, for example, four cross spokes, which between the second rotor axis and the carrier ring for one Coupling of the second rotor blades over the associated carrier ring are mounted with the second rotor axis. This becomes an independence the outer wind power unit from the internal wind power unit in a simple and cost effective manner created, with the two wind power units on a common axle bearing and advantageously fall back on a common axis of rotation.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Windkraftanlage mehrere Säulen auf, welche entweder direkt oder über weitere Verbindungstreben indirekt mit den einzelne Ringträger-Elementen verbunden sind, so dass die einzelnen Ringträger-Elemente jeweils in einer stabilen Position gehalten werden.According to one another preferred embodiment the wind turbine has several columns, which either directly or over further connection struts indirectly with the individual ring carrier elements are connected so that the individual ring carrier elements each in one stable position.
Vorzugsweise wird das erste Ringträger-Element der ersten Windkrafteinheit durch Stützstreben feststehend ausgebildet, welche mit den Säulen fest verbunden sind. Dadurch wird eine stabile Stützkonstruktion geschaffen. Das selbe gilt für das zweite innere Ringträger-Element, welches vorzugsweise ebenfalls über Stützstreben getragen wird, welche mit den Säulen verbunden sind. Das zweite äußere Ringträger-Element, jedoch auch das zweite innere Ringträger-Element, kann beispielsweise direkt an den Säulen befestigt und von diesem getragen werden. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass die Säulenkonstruktion für eine lagestabile Stützung der einzelnen Ringträger-Elemente beliebig ausgebildet und mit beliebigen Säulen sowie Verstrebungen ausgestattet sein kann.Preferably becomes the first ring carrier element the first wind power unit fixed by supporting struts, which with the columns are firmly connected. This will create a stable support structure created. The same applies to the second inner ring carrier element, which preferably also over support struts is worn, which with the columns are connected. The second outer ring carrier element, However, the second inner ring carrier element, for example, directly at the columns attached and worn by this. It's for one Professional obvious that the column construction for a stable position Support of the individual ring carrier elements designed as desired and equipped with any columns and struts can be.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Windkraftanlage äußere geneigte Stützsäulen und innere senkrechte Trägersäulen auf, welche jeweils mit ihren bodenseitigen Fußenden in einer zugeordneten kreisförmigen, beispielsweise zweispurigen Innenbahn mittels Doppelradsätzen für eine Drehung der Windkraftanlage um ihre vertikale Achse führbar gelagert sind. Wie oben bereits erläutert, sind an den einzelnen Stützsäulen bzw. Trägersäulen zusätzliche Stützstreben für die Ringträger-Elemente vorgesehen. Dadurch kann die Windkraftanlage bezüglich der aktuellen Windrichtung optimal ausgerichtet werden. Vorzugsweise ist eine innere senkrechte Trägersäule vorgesehen, welche das gemeinsames Achslager für die erste Rotorachse und die zweite Rotorachse aufweist.To a further preferred embodiment the wind turbine has outside inclined Support columns and inner vertical support columns on, which each with their bottom-side foot ends in an associated circular, For example, two-lane inner track by Doppelradsätzen for a rotation the wind turbine are mounted executable around its vertical axis. As above explains are at the individual support columns or Additional support columns support struts for the ring carrier elements intended. This allows the wind turbine with respect to the current wind direction be optimally aligned. Preferably, an inner vertical Support column provided, which the common axle bearing for the first rotor axis and having the second rotor axis.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind mehrere erste Energieabnahmestellen im Bereich der distalen Enden der ersten Rotorflügel an dem ersten Ringträger-Element vorgesehen. Ferner sind vorzugsweise mehrere zweite Energieabnahmestellen im Bereich der distalen Enden der zweiten Rotorflügel an dem zweiten äußeren Ringträger-Element angeordnet. Beispielsweise kann eine Energieabnahme über eine jeweils zugeordnete Bolzenkette erfolgen. Die jeweiligen Energieabnahmestellen werden beispielsweise im Bereich der Lagerbereiche der jeweils zugeordneten Stützsäulen bzw. Verstrebungen angebracht.According to one another preferred embodiment are several first energy delivery points in the area of the distal Ends of the first rotor blades on the first ring carrier element intended. Furthermore, preferably, a plurality of second energy delivery points in the region of the distal ends of the second rotor blades on the second outer ring carrier element arranged. For example, an energy decrease over a each associated bolt chain done. The respective energy purchase points For example, in the area of the storage areas of the respectively assigned Support columns or Braces attached.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt eine alternative oder zusätzliche Energieabnahme über die erste Rotorachse und/oder die zweite Rotorachse, beispielsweise durch eine Sperrung des Freilaufs zwischen der ersten Rotorachse und den ersten Rotorflügeln und/oder durch eine Sperrung des Freilaufs zwischen der zweiten Rotorachse und den zugeordneten Kreuzspeichen, welche wiederum mit den zweiten Rotorflügeln über den Trägerring gekoppelt sind.According to one another preferred embodiment an alternative or additional energy decrease takes place over the first rotor axis and / or the second rotor axis, for example by a blocking of the freewheel between the first rotor axis and the first rotor blades and / or by blocking the freewheel between the second Rotor axis and the associated cross spokes, which in turn with the second rotor blades over the support ring are coupled.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein zusätzlicher Stabilisierungsring zum Schutz des ersten Ringträger-Elementes der ersten Windkrafteinheit und/oder des zweiten inneren Ringträger-Elementes der zweiten Windkrafteinheit vorgesehen, welcher beispielsweise durch die Säulen oder durch seitliche Verstrebungen, die wiederum mit den Säulen verbunden sind, getragen wird. Dadurch wird eine stabile Lagerung des ersten Ringträger-Elementes bzw. des zweiten inneren Ringträger-Elementes gewährleistet.According to one another preferred embodiment is an additional Stabilizing ring for protecting the first ring carrier element of the first wind power unit and / or the second inner ring carrier element of the second wind power unit provided, for example, by the columns or by lateral bracing, in turn with the columns are connected, is worn. This will provide a stable storage of the first ring carrier element or the second inner ring carrier element guaranteed.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die ersten Rotorflügel zusätzlich jeweils an Lagerabschnitten an der ersten Rotorachse und an dem ersten Ringträger-Element um ihre Längsachsen drehbar gelagert und zur Verstellung durch mindestens eine Steuereinrichtung im Bereich dieser Lagerabschnitte synchron ansteuerbar. Analog sind die zweiten Rotorflügel zusätzlich jeweils an Lagerabschnitten an dem zweiten inneren Ringträger-Element und an dem zweiten äußeren Ringträger-Element um ihre Längsachsen drehbar gelagert und zur Verstellung durch mindestens eine zugeordnete Steuereinrichtung im Bereich dieser Lagerabschnitte synchron ansteuerbar. Vorzugsweise ist eine einzelne, jeweils den Rotorflügeln zugeordnete oder eine gemeinsame Steuereinrichtung zur synchronen Steuerung der ersten und/oder der zweiten Flügel vorgesehen. Dadurch kann eine Verkippung oder Verkeilung bzw. eine gegenphasige Verstell-Ansteuerung der angesteuerten Rotorflügel vermieden werden, da eine synchronisierte Ansteuerung für eine Winkelverstellung der einzelnen Rotorflügel durch beispielsweise eine gemeinsame Steuereinrichtung gewährleistet wird.According to a further preferred development, the first rotor blades are additionally rotatably mounted respectively on bearing sections on the first rotor axis and on the first ring carrier element about their longitudinal axes and synchronously controllable for adjustment by at least one control device in the region of these bearing sections. Analog are the second rotor blades additionally rotatably mounted respectively on bearing sections on the second inner ring carrier element and on the second outer ring carrier element about their longitudinal axes and synchronously controllable for adjustment by at least one associated control device in the region of these bearing sections. Preferably, a single, each associated with the rotor blades or a common control device for synchronous control of the first and / or the second wing is provided. As a result, a tilting or wedging or an opposite-phase adjustment control of the controlled rotor blades can be avoided since a synchronized control for an angular adjustment of the individual rotor blades is ensured by, for example, a common control device.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist jeder erste Rotorflügel an dem distalen Lagerabschnitt an dem ersten Ringträger-Element und jeder zweite Rotorflügel an dem distalen Lagerabschnitt an dem zweiten äußeren Ringträger-Element mit jeweils einer Federeinrichtung für eine elastische Aufhängung gekoppelt, welche jeweils eine radial nach außen gerichtet Zugspannung des jeweils zugeordneten Rotorflügels bewirkt. Vorzugsweise ist die Federkraft der Feder-Einrichtungen jeweils geeignet einstellbar. Somit wird eine elastische Lagerung der ersten und zweiten Rotorflügel in radialer Richtung ermöglicht, so dass hinsichtlich möglicher Längenveränderung aufgrund von Winddruck- und Temperaturschwankungen die Rotorflügel eine gewisse Durchbiegung erfahren können. Um derartigen Durchbiegungen entgegen zu wirken, üben die Feder-Einrichtungen jeweils auf das zugeordnete Rotorblatt bzw. auf die zugeordneten Rotorflügel eine maßvolle und regelbare Zugspannung aus.To In a further preferred development, each first rotor blade is on the distal bearing portion on the first ring carrier element and every second rotor blades at the distal bearing portion on the second outer ring carrier element with in each case a spring device for an elastic suspension coupled, each having a radially outwardly directed tension of the respectively associated rotor blade causes. Preferably, the spring force of the spring devices each suitably adjustable. Thus, an elastic storage of first and second rotor blades in the radial direction, so that in terms of possible change in length due to wind pressure and temperature fluctuations the rotor blades a can experience certain deflection. To counteract such deflections, practice the Spring facilities each on the associated rotor blade or on the associated rotor blades a moderate and adjustable tension.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Ringträger-Element und das zweite äußere Ringträger-Element jeweils als ringförmige Hohlschienen-Anordnung für ein Umschließen der jeweils zugeordneten distalen Enden der ersten bzw. zweiten Rotorflügel ausgebildet. Vorteilhaft ist auf beiden Seiten der jeweiligen ringförmigen Hohlschienen-Anordnung jeweils eine endlose Rollenkette in jeweils einer Hohlschiene für eine Führung der jeweils zugeordneten Rotorflügel vorgesehen.According to one another preferred embodiment is the first ring carrier element and the second outer ring carrier element in each case as an annular hollow rail arrangement for a Enclose the respectively associated distal ends of the first and second rotor blades educated. It is advantageous on both sides of the respective annular hollow rail arrangement in each case an endless roller chain in each case a hollow rail for guiding the respectively associated rotor blades intended.
Das zweite innere Ringträger-Element kann ebenfalls vorzugsweise als ringförmige Hohlschienen-Anordnung für eine Aufnahme des zugeordneten Trägerrings ausgebildet sein, wobei der Trägerring in der Hohlschienen-Anordnung für ein Umlaufen desselben gelagert ist. An dem Ringträger sind wiederum die einzelnen zweiten Rotorflügel befestigt.The second inner ring carrier element may also preferably as an annular hollow rail arrangement for one Recording the assigned carrier ring be formed, wherein the support ring in the hollow rail arrangement for a circulation of the same is stored. On the ring carrier are in turn, the individual second rotor blades attached.
Vorzugsweise sind die distalen Enden der ersten und zweiten Rotorflügel jeweils über ein Verbindungs-Element mit einem Brücken-Element gekoppelt, wobei sich das Brücken-Element mit den jeweils zugeordneten beiden Rollenketten der ringförmigen Hohlschienen-Anordnung für eine synchrone Führung der jeweiligen Rotorflügel an beiden Seiten der Hohlschienen-Anordnung im Eingriff befindet. Beispielsweise nimmt das jeweilige Verbindungs-Element die jeweils zugeordnete Federeinrichtung für die Vorspannung des jeweils zugeordneten Rotorflügels auf, wobei das Verbindungs-Element teleskopartig ausgebildet sein kann. Vorzugsweise ist das Verbindungs-Element jeweils drehbar für eine Verstellung des Anstellwinkels des zugeordneten Rotorflügels an dem zugeordneten Brücken-Element angebracht. Für eine Verstellung des Anstellwinkels der einzelnen Rotorflügel ist vorzugsweise im Bereich des distalen Lagerabschnitts jeweils eine äußere Steuereinrichtung vorgesehen, wie oben bereits erläutert wurde. Alternativ kann auch eine gemeinsame Steuereinrichtung, beispielsweise eine Steuerkette, für eine synchrone Verstellung der jeweiligen Rotorflügel durch synchrones Drehen der Verbindungs-Elemente vorgesehen sein.Preferably the distal ends of the first and second rotor blades are each over Connection element with a bridge element coupled, with the bridge element with the respectively associated two roller chains of the annular hollow rail arrangement for one synchronous leadership the respective rotor blades is engaged on both sides of the hollow rail arrangement. For example takes the respective connection element the respectively assigned Spring device for the Bias of the respective associated rotor blade, wherein the connecting element can be telescopically formed. Preferably, the connection element each rotatable for an adjustment of the angle of attack of the associated rotor blade the associated bridge element appropriate. For an adjustment of the angle of attack of the individual rotor blades Preferably in the region of the distal bearing portion in each case an external control device provided, as already explained above has been. Alternatively, a common control device, for example a timing chain, for a synchronous adjustment of the respective rotor blades synchronous rotation of the connection elements may be provided.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die ersten Flügel der ersten Windkrafteinheit und die zweiten Flügel der zweiten Windkrafteinheit jeweils eine Flügellänge von in etwa 25 bis 100 m auf. Die erste Windkrafteinheit weist beispielsweise bis in etwa 200 erste Rotorflügel und die zweite Windkrafteinheit bis in etwa 700 zweite Rotorflügel auf. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass die Länge, die Breite, die Anzahl sowie weitere Parameter beliebig geändert und den jeweiligen Anforderungen angepasst werden können.To a further preferred embodiment show the first wings the first wind power unit and the second blades of the second wind power unit one wing length of each in about 25 to 100 meters up. For example, the first wind power unit has up to about 200 first rotor blades and the second wind power unit to about 700 second rotor blades. It is for a person skilled in the obvious that the length, the width, the number as well as other parameters changed arbitrarily and the respective requirements can be adjusted.
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert. Von den Figuren zeigenin the Below are advantageous embodiments of the present Invention with reference to the figures of the drawing explained in more detail. From show the figures
Die
erste Windkrafteinheit
Ferner
ist ein bezüglich
der horizontalen Achse der ersten Rotorachse
Zwischen
der ersten Rotorachse
Beispielsweise
sind in etwa 200 erste Rotorflügel
Wie
in
Die
zweite Windkrafteinheit
Die
zweite Windkrafteinheit
Analog
zur ersten Windkrafteinheit
Wie
in
Beispielsweise
sind in etwa bis zu 700 zweite Rotorflügel
Wie
zudem in
Der
Umfang des Lagerbereichs für
die proximalen Enden der zweiten Rotorflügel
Die
oben genannten vier Kreuzspeichen
Wie
aus
Ferner
sind beispielsweise zwei Trägersäulen
Vorzugsweise
ist ein unter Bezugnahme auf
Ferner
weist das Gebilde gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
eine senkrecht verlaufende Standsäule
Die
Standsäule
Die
Windkraftanlage bzw. die einzelnen Ringträger-Elemente
Obwohl in den Figuren das Lagerungs- und Führungsprinzip anhand einer Säule exemplarisch dargestellt ist, ist dieses Prinzip auch auf die übrigen Säulen bzw. Träger analog anwendbar.Even though in the figures, the storage and guiding principle based on a Column shown as an example is, this principle is also analogous to the other columns or carriers applicable.
Die
sechs äußeren Stützsäulen
Wie
in
Die
erste Rotorachse
Die
ersten Rotorflügel
Wie
in
Wie
in
Eine
Energieabnahme kann vorzugsweise, wie oben bereits kurz erläutert, über die
jeweils zugeordneten Rotorachsen
Auf
analoge Weise ist im Bereich der zweiten Rotorachse
Es
ist für
einen Fachmann offensichtlich, dass mehrere derartiger Energieabnahmeeinrichtungen
an geeigneten Abnahmestellen vorgesehen sein können. Beispielsweise können die
ersten und zweiten Energieabnahmeeinrichtungen
Alternativ
oder zusätzlich
ist eine Energieabnahme über
die jeweiligen Bolzenketten der ersten Windkrafteinheit
Da
das erste Ringträger-Element
Unter
Bezugnahme auf
Wie
in
Wie
in
Eine
Steuereinrichtung
Das
erste Ringträger-Element
Die
beispielsweise ringförmig
ausgebildeten Ringträger-Element
Um die Gefahr einer möglichen Verschmutzung der gekapselten Rollenbahnen-Anlage zu minimieren, kann bei Betrieb die Anlage mit gefilterter Luft beschickt werden, wobei die Luft in den Energiestationen hergestellt wird. Somit entsteht ein Überdruck in dem Rollbahnsystem zur Verhinderung einer etwaigen Verschmutzung.Around the danger of a possible Minimize contamination of the encapsulated roller conveyor system During operation, the system can be charged with filtered air. whereby the air is produced in the energy stations. Thus arises an overpressure in the runway system to prevent any contamination.
Das
Verbindungs-Element
An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass anstatt der Steuereinrichtungen
Für die Gesamtzahl der Rotorflügel ist diese Bauart in den vorgesehenen Abständen über die gesamte Ringanlage verteilt. Diese Ringanlage ist vorzugsweise in geeigneter Weise gegen Verschmutzung durch Überlappung der Verkleidung im Bereich der sich bewegenden Rotorflügel-Enden gekapselt.For the total number the rotor wing this design is in the designated intervals over the entire ring system distributed. This ring system is preferably suitable against contamination by overlapping the panel in the area of the moving rotor blade ends capsuled.
Zum
Gewährleisten
einer synchronisierten Verstellung jedes Rotorflügels
Somit
ist jeder Rotorflügel
Somit
werden die Rotorflügel
Die
Federeinrichtung
Vorzugsweise
sind mehrere Energie-Abnahmestellen, beispielsweise vier Abnahmestellen,
statisch günstig
im Bereich der seitlichen Stütz-Konstruktion
im Bereich des zweiten äußeren Ringträger-Elementes
Eine
Positionierung der dritten Energie-Abnahmestellen
Das
oben ausführlich
erläuterte
Prinzip der Energieabnahme ist exemplarisch bezüglich der zweiten Windkrafteinheit
Vorzugweise weist die Windkraftanlage ferner Sensor-Einrichtungen (nicht dargestellt) an allen wichtigen Funktionsteilen der Anlage auf, welche die Funktionsfähigkeit bestimmter Bauteile überwachen, wie beispielsweise die Einstellung der Rotorflügel-Ausrichtung, den Federdruck der Federeinrichtungen, den störungsfreien Lauf der Trägerrollenketten, die Funktion der Generatoren, die Funktionsfähigkeit der Antriebsmotoren des Fahrgestells, seiner Antriebszahnräder und der Bremsen oder dergleichen. Ferner kann eine Video-Überwachung der gesamten Anlage und eine akustische Überwachung nach Stärke und der Tonsegmente vorgesehen sein. Dadurch besteht die Möglichkeit einer Fernabfrage aller Daten und einer Weitergabe von Havarie- und Alarmmeldungen an eine übergeordnete zentrale Steuereinheit, welche gegebenenfalls ein Warnsignal an den Betreiber oder einen Notstopp-Mechanismus zum Anhalten der Windkraftanlage aktiviert.preferably, The wind turbine also has sensor devices (not shown) all important functional parts of the system, which the functionality monitor certain components, such as For example, the adjustment of the rotor blade orientation, the spring pressure the spring devices, the trouble-free Run of the carrier roller chains, the function of the generators, the operability of the drive motors the chassis, its drive gears and the brakes or the like. Furthermore, a video surveillance the whole plant and an acoustic monitoring according to strength and be provided the sound segments. There is the possibility a remote inquiry of all data and a transfer of damage and alarm messages to a parent Central control unit, which optionally a warning signal the operator or an emergency stop mechanism to stop the wind turbine activated.
Zusätzlich kann eine zentrale Steuerungsanlage vorgesehen sein, welche Messungen und Registrierungen von beispielsweise Windrichtung und Windgeschwindigkeit, Steuerung der einzelnen Stufen der Anfahrprozesse nach Feststellung der einzelnen Bedingungen automatisch bzw. unter personeller Bedienung durch Ausrichten der Anlage gegen die Windrichtung und anschließend der Steuerung der Rotorflügel aus dem Ruhestand in Betriebsstellungen, Steuerung des Anschubs der Anlage durch die Generatoren und bei Erreichen der Mindestdrehzahl Schaltung der Generatoren auf Betrieb vornimmt. Bei planmäßiger oder havariebedingter Abstellung werden auch die erforderlichen Steuerungsvorgänge eingeleitet, sodass die Registrierung der erbrachten Energieleistungen, Anzeige, Sammlung und Registrierung der Meldungen der Sensor-Einrichtungen an allen wichtigen Funktionsteilen der Anlage auf Funktionsfähigkeit und der erfolgten Realisierung von Steuerungsbefehlen erfolgt.In addition, can a central control system may be provided, which measurements and registrations of, for example, wind direction and wind speed, Control of the individual stages of the starting processes after detection the individual conditions automatically or under personal service by aligning the system against the wind direction and then the Control of the rotor blades from retirement in operational positions, control of the push the system through the generators and when reaching the minimum speed circuit of the generators to operation. For scheduled or havariebemster Shutdown, the necessary control processes are also initiated, so that the registration of the provided energy services, display, Collection and registration of the messages of the sensor devices on all important functional parts of the system on functionality and the successful realization of control commands takes place.
Die
Rotorflügel
Wie oben bereits erläutert kann die erste Windkrafteinheit in etwa 100 bis 200 oder 250 Flügel und die zweite Windkrafteinheit bis zu 700 Flügel aufweisen. Der Durchmesser der ersten Windkrafteinheit kann beispielsweise 220 m und der Umfang somit 691 m betragen. Der innere Ringträger der zweiten Windkrafteinheit kann dieselben Maße aufweisen oder etwas größer ausgebildet sein. Der gesamte Durchmesser der zweiten Windkrafteinheit kann beispielsweise 445 m und sein Umfang somit 1398 m betragen.As already explained above, the first wind power unit may have approximately 100 to 200 or 250 wings and the second wind power unit may have up to 700 wings. The diameter of the first wind power unit may be, for example, 220 m and the circumference thus 691 m. The inner ring carrier of the second wind power unit may have the same dimensions or be slightly larger. The entire diameter of the second wind power unit can at For example, 445 m and its circumference thus 1398 m amount.
Im
Folgenden wird anhand der
Wie
in den
Wie
in
Während die
zu den Windanlagen gewandte Seite vor allem in Bereich der Verstrebungen
Die erweiterte Achse weist beispielsweise einen Durchmesser von 40 m und somit einen Umfang von in etwa 126 m auf. Die Breite der proximalen und distalen Enden der jeweiligen Flügel ist somit an die gewählte Anzahl an Rotorflügel anzupassen, wobei bei einer vergrößerten Anzahl, beispielsweise von 200 ersten Rotorflügeln auf 250 erste Rotorflügel, die Breite der proximalen Enden entsprechend zu verringern ist.The extended axis has, for example, a diameter of 40 m and thus a circumference of about 126 m. The width of the proximal and distal ends of the respective wings is thus at the selected number to rotor blades to adapt, with an increased number, for example of 200 first rotor blades on 250 first rotor blades, the width of the proximal ends should be reduced accordingly.
Als Konstruktionsmaterial können geeignete Leichtmetalle, darunter Titan, dienen, aber auch Verbundwerkstoffe aus Kunstharzen, Glas- und Kohlenstoff-Fasern. An geeigneten Einsatzorten können jedoch alternativ auch spezielle Segel aus Synthese-Fasern mit entsprechenden Verstärkungen und der Ausbildung zu aufblasbaren Schläuchen in Tragflügelform geeignet sein. Je nach der Bauart der Rotorflügel und dem zu erwartenden Fortschritt in der Solar-Technik können die Rotorflügel auch dementsprechend ausgerüstet werden.When Construction material can suitable light metals, including titanium, serve as well as composite materials made of synthetic resins, glass and carbon fibers. At suitable locations can however, alternatively, special sails made of synthetic fibers with appropriate reinforcements and the formation of inflatable tubes in hydrofoil shape be suitable. Depending on the design of the rotor blades and the expected Progress in solar technology can be the rotor blades as well equipped accordingly become.
Die technologische Auslastung aller geschaffenen Freiräume durch Windkraftanlagenteile gemäß der erfindungsgemäßen zweistufigen Windkraftanlage mit endseitiger Flügellagerung führt zu einer optimalen Auslastung des Windkraftaufkommens.The technological utilization of all created open spaces Wind turbine parts according to the invention two-stage Wind turbine with end wing bearing leads to a optimal utilization of wind power.
Beispielsweise
können
sich in den drei inneren Trägersäulen
Das Gebilde aus zwei in- bzw. aneinandergefügten Windkrafteinheiten, die sowohl ihre eigenen Rotorachsen besitzen als auch eigene Ringträger-Elemente für die jeweiligen Flügelenden und die Rotorbrücken mit Rollenlager für die Spannvorrichtung der einzelnen Flügel wird beispielsweise von jeweils zugeordneten Steuereinrichtungen oder von einer gemeinsamen Steuereinrichtung gesteuert.The Constructs of two wind turbines joined together or joined together, the Both have their own rotor axes and own ring carrier elements for the respective wing tips and the rotor bridges with roller bearing for the clamping device of the individual wings is, for example, of each associated control devices or from a common Control device controlled.
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