DE102013008919B4 - Rotor system for the energy conversion of kinetic energy in fluids and mass flows - Google Patents
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Abstract
Rotorsystem bestehend aus Rotor (2) – der mit einem oder mehrere Rotorblättern (12) mit aerodynamischen Profil zur Nutzung des Auftriebseffekts versehen ist – sowie Mantel für den Betrieb in Fluiden und Massenströmen zur Umwandlung kinetischer Energie in mechanische Energie, bei dem die Austrittsöffnung (4) des Mantels größer als die Eintrittsöffnung (3) ist und bei dem durch das fluiddynamische Mantelprofil (1) ein Auftriebseffekt erzeugt wird, der die Durchströmung in der Rotorebene erhöht sowie die Auswirkungen turbulenter Anströmung und das Entstehen einer lee-seitigen Wirbelschleppe reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) aufgrund der Einfügung in eine feste körperliche Struktur aus Mantelprofil- (1.1) und Deck- sowie Bodenflächen (1.2) keine durchgehende Rotorachse aufweist.Rotor system consisting of rotor (2) - provided with one or more rotor blades (12) with aerodynamic profile for use of the buoyancy effect - as well as sheath for operation in fluids and mass flows for converting kinetic energy into mechanical energy, in which the outlet opening (4 ) of the shell is greater than the inlet opening (3) and in which by the fluid dynamic shell profile (1) a buoyant effect is generated, which increases the flow in the rotor plane and the effects of turbulent flow and the emergence of a lee-side vortex traction are reduced, characterized characterized in that the rotor (2) due to the insertion into a solid physical structure of Mantelprofil- (1.1) and cover and bottom surfaces (1.2) has no continuous rotor axis.
Description
Die Erfindung betrifft ein Rotorsystem bestehend aus Rotor und Mantel für die energetische Nutzung von Fluiden und Massenströmen.The invention relates to a rotor system consisting of rotor and shell for the energetic use of fluids and mass flows.
Zur energetischen Nutzung von Fluiden und Massenströmen sind Rotorsysteme sowohl mit vertikaler als auch mit horizontaler Achse bekannt. Für beide Formen werden sog. Auftriebsläufer (z. B.
Bei einem Auftriebsläufer wird die auf das Profil treffende Strömung durch dieses teilweise umgelenkt, so dass ein größerer Teil der Strömung auf der Oberseite des Profils vorbei streichen muss. Auf Grund von Massen- und Energieerhaltung entsteht so eine Differenz des dynamischen Drucks zwischen Ober- und Unterseite des Profils. Durch die erzeugte Druckdifferenz wird der Rotor angetrieben.In a buoyancy runner, the flow impinging on the tread is partially deflected by it, so that a greater part of the flow must pass over the top of the tread. Due to mass and energy conservation, this creates a difference in the dynamic pressure between the top and bottom of the profile. The generated pressure difference drives the rotor.
Bei einem Widerstandsläufer wird dem anströmenden Medium eine Fläche entgegengestellt, die das Medium abbremst. Die hieraus gewonnene Energie treibt den Rotor an.In a resistance runner, the inflowing medium is counteracted by a surface which decelerates the medium. The energy gained from this drives the rotor.
Zum einen zeichnen sich Auftriebsläufer wegen ihrer fluiddynamischen Eigenschaften zwar durch einen höheren Leistungsbeiwert im Vergleich zu Widerstandsläufern aus, wegen der fluiddynamisch bedingten Bauweise gestaltet sich das Betriebsverhalten insbesondere bei Anlauf des Rotors und in Bezug auf die Leistungsregelung jedoch problematisch.On the one hand, buoyancy runners are characterized by a higher coefficient of performance compared to resistance rotors because of their fluid dynamic properties, but because of the fluid dynamic design, the performance is particularly problematic when starting the rotor and in terms of power control.
Es existieren bereits zahlreiche Lösungsversuche, um diesem Verhalten entgegenzuwirken:
So wurde eine Leistungsregelung nach dem Fliehkraftprinzip (z. B.
Thus, a power control according to the centrifugal force principle (eg
Nachteilig an diesen Lösungsansätzen ist der jeweils hohe konstruktive sowie materielle Aufwand bei fehlender Langzeitstabilität.A disadvantage of these approaches is the respective high constructive and material costs in the absence of long-term stability.
Bei der hier vorgestellten Erfindung ist die Windleiteinrichtung Teil des Mantels, wodurch eine tragende Konstruktion mit hoher Stabilität ausgebildet wird.In the invention presented here, the wind deflector is part of the jacket, whereby a load-bearing construction with high stability is formed.
Um die Effizienz der bekannten Rotorsysteme zu steigern, wurden Medienleiteinrichtungen beschrieben. In der Erfindung
Die Erfindung
Neben dem Einsatz von Medienleiteinrichtungen wurde die vertikale Anordnung von mehreren Rotoren übereinander auf eine vertikal verlaufende Welle zur Effizienzsteigerung beschrieben (
Nachteilig bei den bekannten Rotorsystemen ist zudem, dass diese aufgrund ihrer fluiddynamischen Eigenschaften nicht für einen Betrieb auf, an oder in unmittelbarer Nähe von Bauwerken (z. B. Gebäuden, Brücken) geeignet sind und somit nicht in eine bereits vorhandene Infrastruktur eingebunden werden können.A disadvantage of the known rotor systems is also that they are due to their fluid dynamic properties not suitable for operation on, or in the immediate vicinity of buildings (eg, buildings, bridges) and thus can not be integrated into an existing infrastructure.
Bei den Auftriebsläufern wäre die notwendige laminare Anströmung nicht gegeben; Widerstandsläufer sind für eine Anbringung auf oder an einem Gebäude i. d. R. zu schwer und verfügen über einen zu geringen Leistungsbeiwert.In the buoyancy runners, the necessary laminar flow would not exist; Resistance runners are for attachment to or on a building i. d. R. too heavy and have too low a performance coefficient.
Nachteilig bei bekannten Rotorsystemen ist ferner, dass die rotierenden Anlagen zwangsläufig durch Turbulenzen der Anströmung wie auch durch fluiddynamische Vorgänge zu Schwingungen in der Anlage führen können. Insbesondere bei um die vertikale Achse rotierenden Systemen – wie bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Rotorsystem zu schaffen, das einen höheren Leistungsbeiwert als bekannte Systeme hat und in allen Medien eingesetzt werden kann.The invention is therefore based on the object to provide a rotor system that has a higher power coefficient than known systems and can be used in all media.
Ferner soll die Erfindung ein verbessertes Anlaufverhalten sowie eine optimierte Leistungsregelung aufweisen, sowie preiswert in Herstellung, Unterhalt und Wartung sein. Zudem soll die Möglichkeit geschaffen werden, Rotorsysteme bestehend aus Rotor, Leiteinrichtung und Arbeitsmaschine bausteinartig vertikal übereinander oder horizontal nebeneinander anzuordnen. Auch soll die Aufgabe gelöst werden, dass die Rotorsysteme an oder in unmittelbarer Nähe von Bauwerken errichtet werden können. Durch eine Verringerung von Turbulenzen im Nachlauf soll eine Platzierung weiterer Rotorsysteme in geringem Abstand erreicht werden, was die Nutzung zur Verfügung stehender Fläche zu Gute kommt.Furthermore, the invention should have an improved startup behavior and optimized power control, as well as being inexpensive to manufacture, maintain and maintain. In addition, the possibility should be created to arrange rotor systems consisting of rotor, guide and machine block-like vertically above the other or horizontally next to each other. Also, the task should be solved that the rotor systems can be erected on or in the immediate vicinity of structures. By reducing turbulence in the wake, a placement of other rotor systems is to be achieved at a small distance, which benefits the use of available area.
Schließlich soll die Möglichkeit geschaffen werden, dass Parameter des Betriebszustandes des Rotorsystems sowie der mit dem Rotorsystem verbundenen Komponenten überwacht, abgerufen, gespeichert und geregelt werden können.Finally, the possibility is to be created that parameters of the operating state of the rotor system as well as the components connected to the rotor system can be monitored, called up, stored and regulated.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch Verwendung eines nach den Gesetzen der Fluiddynamik geformten Mantelprofils durch das Teilen des anströmenden Mediums eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit auf der konvex gekrümmten Seite des Profils auftritt. In der Luftfahrt und bei konventionellen Windenergieanlagen wird dieser Effekt zum Ausbilden einer Auftriebskraft genutzt. Bei der vorliegenden Anordnung befindet sich der Bereich erhöhter Durchströmung zwischen den durch Deck- und Bodenfläche abgeschlossenen Mantelprofilen. Da die Strömungsleistung proportional zur dritten Potenz der Strömungsgeschwindigkeit ist, kann der Rotor entsprechend höhere Erträge erzielen. Der Rotor entnimmt dem Massenfluss des Fluids kinetische Energie. Auf Grund von Massenerhaltung und Inkompressibilität des Fluids findet hinter dem Rotor eine Aufweitung der Strömung statt. Dem wird idealerweise durch eine Austrittsöffnung Rechnung getragen, die über einen größeren Querschnitt als die Eintrittsöffnung verfügt. Der Rotor soll hierbei so ausgestaltet werden, dass er über keine durchgehende Rotorachse verfügt. Vorteilhaft ist hierbei, dass dadurch das Gewicht des Rotors reduziert und die Anströmung der Rotorblätter verbessert wird. Durch umfangreiche 2D- und 3D-Analysen konnte die Vorteilhaftigkeit eines Rotors ohne Zentralachse nachgewiesen werden. Hierbei wurden zwei Rotorsysteme gleicher Abmessungen, jedoch mit unterschiedlicher Befestigung der Rotorblätter untersucht. In ersten Fall wurde eine klassische Konstruktion mit Rotorblätter, die über Tragarme an einer zentralen Rotorachse befestigt sind, gewählt. Als Zweites wurde eine Befestigung der Rotorblätter an Endscheiben betrachtet. Für unterschiedliche Anströmungsgeschwindigkeiten und Schnelllaufzahlen zeigten sich im zweiten Fall deutlich geringere Turbulenzen im Nachlauf des Rotorsystems. Für die der CFD-Analyse zugrunde gelegte Geometrie konnte das System ohne Zentralachse eine um 20% höhere mittlere Leistung erreichen. Dies ist auch auf die bessere Durchströmung dieses Rotorsystems zurückzuführen.The invention is based on the finding that an increased flow velocity on the convexly curved side of the profile occurs through the use of a shell profile shaped according to the laws of fluid dynamics by dividing the inflowing medium. In aviation and conventional wind turbines, this effect is used to form a buoyant force. In the present arrangement, the region of increased flow between the closed by deck and bottom surface shell profiles. Since the flow rate is proportional to the cube of the flow rate, the rotor can achieve correspondingly higher yields. The rotor takes kinetic energy from the mass flow of the fluid. Due to conservation of mass and incompressibility of the fluid, an expansion of the flow takes place behind the rotor. This is ideally accommodated by an outlet opening, which has a larger cross-section than the inlet opening. The rotor should in this case be designed so that it has no continuous rotor axis. The advantage here is that this reduces the weight of the rotor and the flow of the rotor blades is improved. Extensive 2D and 3D analyzes proved the advantages of a rotor without a central axis. Here, two rotor systems of the same dimensions, but with different attachment of the rotor blades were investigated. In the first case, a classic construction with rotor blades attached to support arms on a central rotor axis was chosen. Second, an attachment of the rotor blades to end plates was considered. In the second case, significantly lower turbulences in the wake of the rotor system were evident for different flow velocities and high-speed numbers. For the geometry used in the CFD analysis, the system without central axis could achieve 20% higher average power. This is also due to the better flow through this rotor system.
Abgesehen davon wird durch die genutzte Mantelstruktur eine gleichförmige Strömung erzeugt, was den Einfluss von Turbulenzen verringert und somit die Gefahr durch ungewollte Leistungsspitzen z. B. bei Windkraftanlagen, die hiermit verbundene plötzliche Abschaltung der Anlage und eine dadurch resultierende Beeinträchtigung des Stromnetzes reduziert. Weiterhin reduziert die Mantelung des Rotors dessen lee-seitige Wirbelschleppe.Apart from that, a uniform flow is generated by the used shell structure, which reduces the influence of turbulence and thus the risk of unwanted power peaks z. As in wind turbines, the associated with this sudden shutdown of the system and thereby resulting impairment of the power grid. Furthermore, the mantle of the rotor reduces its lee-sided wake turbulence.
Der durch das Mantelsystem erzielte Strömungseffekt kann sowohl durch das Anströmen von gasförmigen (z. B. Luft) wie auch durch das Anströmen von flüssigen Medien (z. B. Wasser) hervorgerufen werden.The flow effect achieved by the jacket system can be caused both by the influx of gaseous (eg air) and by the influx of liquid media (eg water).
Die heute bekannten Anlagen nach dem Auftriebseffekt müssen i. d. R. elektrisch angefahren werden, damit sie eine für die Energieabnahme erforderliche Drehzahl erreichen. Durch das Mantelsystem als passiver Verstärker wird die zum Anlauf benötigte äußere Strömungsgeschwindigkeit herabgesetzt und der Selbstanlauf begünstigt.The plants known today for the buoyancy effect must i. d. R. be approached electrically so that they reach a required speed for the energy consumption. The jacket system as a passive amplifier reduces the external flow velocity required for start-up and promotes self-starting.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass der innerhalb des Mantels befindliche Rotor mit einem Rotorblatt bzw. mehreren Rotorblättern ausgestattet ist, die über ein fluiddynamisches Profil verfügen. Durch die Verwendung des fluiddynamischen Profils wird auch hinsichtlich der Rotorblätter der Auftriebseffekt ausgenutzt. Durch die Kombination von fluiddynamisch geformten Mantelprofil und fluiddynamischem Profil der Rotorblätter wird der Leistungsbeiwert des Rotorsystems weiter erhöht.An advantageous embodiment of the subject invention provides that the rotor located within the shell is equipped with a rotor blade or a plurality of rotor blades, which have a fluid dynamic profile. By using the fluid dynamic profile, the buoyancy effect is also utilized with regard to the rotor blades. The combination of fluid-dynamic shaped jacket profile and fluid-dynamic profile of the rotor blades further increases the power coefficient of the rotor system.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes soll der innerhalb des Mantels angeordnete Rotor eine Rotorblattaufnahme durch Tragarme aufweisen, die über ein fluiddynamisches Profil verfügen. Auf diese Weise wird die Anströmung der Rotorblätter verbessert und damit der Leistungsbeiwert erhöht.In a further advantageous embodiment of the subject invention, the rotor disposed within the shell should have a rotor blade receptacle by support arms, which have a fluid dynamic profile. In this way, the flow of the rotor blades is improved and thus increases the coefficient of performance.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes soll der Rotor so ausgestaltet werden, dass er statt über eine Rotorblattaufnahme durch Tragarme (mit fluiddynamischem Profil) über eine Rotorblattaufnahme mittels Endscheiben verfügt. Neben der optimierten Anströmung der Rotorblätter führt eine solche Ausführung zu einer mechanischen Versteifung des Rotors und einer kostengünstigeren Herstellung des Rotors. Auch in einem solchen Fall ist keine durchgehende Rotorachse für den Betrieb erforderlich. Zudem wird durch die Endscheiben das Ausbilden von Turbulenzen im Bereich der Rotorblattspitzen reduziert.In a further advantageous embodiment of the subject invention, the rotor should be designed so that it has a rotor blade receptacle by means of end plates instead of a rotor blade receptacle by support arms (with fluid dynamic profile). In addition to the optimized flow of the rotor blades, such an embodiment leads to a mechanical stiffening of the rotor and a more cost-effective production of the rotor. Even in such a case, no continuous rotor axis is required for operation. In addition, the formation of turbulences in the area of the rotor blade tips is reduced by the end disks.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes soll der Rotor mit einer Vorrichtung zur Kompensation von an den Rotorblättern wirkenden Zentrifugalkräften ausgestattet werden. Vorteilhaft hierbei ist, dass die mechanischen Belastungen an den Rotorblättern reduziert werden, so dass diese leichter ausgestaltet werden können und langlebiger sind. Zudem wird ein sicheres Betriebsverhalten erreicht (keine radiale Aufweitung des Rotors bei hohen Drehzahlen).In a further advantageous embodiment of the subject invention, the rotor is to be equipped with a device for compensating acting on the rotor blades centrifugal forces. The advantage here is that the mechanical loads on the rotor blades are reduced, so that they can be made lighter and longer lasting. In addition, a safe operating behavior is achieved (no radial expansion of the rotor at high speeds).
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass der Mantel über eine Hohlachse mit dem Rotor verbunden wird. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass über die Hohlachse Leitungen zur Leistungsübertragung sowie für Mess- und Steuersignale geführt werden können. Im Gegensatz zu der üblichen Übertragung über Schleifringe sowie unter Verwendung von Kabelschleifen o. ä. werden so Leistungsverluste sowie das erhöhte Gewicht der für die Schleifen erforderlichen Kabel vermieden. Ferner kann so ein einfacher, wartungsarmer Aufbau ohne mechanische oder elektronische Endabschaltungen realisiert werden, da eine Verwindung der Leitungen nicht stattfindet.A further advantageous embodiment of the subject invention provides that the jacket is connected via a hollow shaft with the rotor. In this case, there is the possibility that lines for power transmission as well as measuring and control signals can be routed via the hollow axle. In contrast to the usual transmission via slip rings and using cable loops o. Ä. As power losses and the increased weight of the cables required for the loops are avoided. Furthermore, such a simple, low-maintenance construction without mechanical or electronic Endabschaltungen be realized because a distortion of the lines does not take place.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass der Mantel zur Selbstausrichtung über einen zur Anströmungsrichtung leeseitig verlagerten Masseschwerpunkt verfügt. Hierdurch wird eine einfach herzustellende und wartungsfreie Möglichkeit zur Selbstausrichtung des Rotorsystems geschaffen. Bei seitlicher Anströmung wird auf den Mantel eine Kraft ausgeübt, die ihn tendenziell in die Richtung des anströmenden Fluids ausrichtet. Der Effekt wird durch den leeseitig angeordneten Massenschwerpunkt unterstützt und die Position bei wechselnden Windrichtungen stabilisiert.A further advantageous embodiment of the subject invention provides that the jacket for self-alignment has a center of gravity displaced leeward to the direction of flow. As a result, an easy to manufacture and maintenance-free option for self-alignment of the rotor system is created. In lateral flow, a force is exerted on the jacket, which tends to align it in the direction of the inflowing fluid. The effect is supported by the leeward arranged center of gravity and stabilizes the position in changing wind directions.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sollen technische Einrichtungen in Rotor und/oder Mantel das Selbstanlaufverhalten sowie das Notlaufverhalten regeln und als aerodynamische Betriebsbremse sowie Leistungsregelung dienen. Als technische Einrichtungen können beispielsweise Klappen und Spoiler dienen, die in den Rotormantel und/oder in die Rotorblätter eingelassen sind.In a further advantageous embodiment of the subject matter of the invention, technical devices in the rotor and / or jacket are intended to regulate the self-starting behavior and the emergency running behavior and serve as an aerodynamic service brake and power control. As technical devices, for example, flaps and spoilers can serve, which are embedded in the rotor shell and / or in the rotor blades.
Ebenso wie in der vorhergehenden Ausgestaltung soll dies dazu dienen, um die Durchströmung des Rotors bzw. des Rotorsystems zu regeln. Auf diese Weise lässt sich eine effektive Leistungsregelung durch die Änderung des aerodynamischen Verhaltens erzielen, ohne beispielsweise in Überlastsituation eine dauerhafte wirkende mechanische Bremse zu benötigen. Letztere könnte aus thermischen Gründen nur für eine kurze Zeitspanne ihre Wirkung entfalten. Analoges gilt für Systeme mit hydraulischen Bremssystemen.As in the previous embodiment, this is to serve to regulate the flow through the rotor or the rotor system. In this way, an effective power control can be achieved by changing the aerodynamic behavior, without requiring, for example in overload situation, a permanent mechanical brake. The latter could only be effective for a short period of time for thermal reasons. The same applies to systems with hydraulic brake systems.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes soll die durch das Rotorsystem angetriebene Arbeitsmaschine (dies kann z. B. ein elektrischer Generator, eine Pumpe, ein Verdichter usw. sein) als konstruktives Aufbauelement zur Strukturfestigkeit des Rotors beitragen. So können die z. B. die Rotorblätter direkt an der Generatorachse angebracht werden, so dass der Generator selbst das Rotorsystem nach außen hin abschließt. Auf diese Weise könnte ein begrenzendes Abschlussprofil des Mantels entfallen bei gleicher oder sogar höherer Festigkeit. Hierdurch würde zudem eine Material- und Gewichtsersparnis einhergehen.In a further advantageous embodiment of the subject matter of the invention, the working machine driven by the rotor system (this may be, for example, an electric generator, a pump, a compressor, etc.) is intended to contribute as structural constructional element to the structural strength of the rotor. So the z. B. the rotor blades are mounted directly on the generator axis, so that the generator itself completes the rotor system to the outside. In this way, a limiting end profile of the shell could be omitted with the same or even higher strength. This would also go along with a material and weight savings.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sollen die Befestigungspunkte des Rotorsystems durch Dämpfungselemente schwingungstechnisch entkoppelt werden. Durch die Entkopplung wird es möglich, das Rotorsystem auf Bauwerken, wie z. B. Häusern, Brücken usw. zu fixieren, ohne dass diese durch die betriebsbedingt auftretenden Schwingungen beeinträchtigt oder beschädigt werden. Weiterhin werden durch die schwingungstechnische Entkopplung Geräuschimmissionen minimiert.In a further advantageous embodiment of the subject invention, the attachment points of the rotor system to be decoupled by damping elements vibration technology. Due to the decoupling, it is possible, the rotor system on structures such. As houses, bridges, etc., without being affected or damaged by the operating vibrations occurring. Furthermore, the immunity decoupling minimizes noise emissions.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sollen axial neben- oder übereinander angeordnete Rotorsysteme so konfiguriert werden, dass eine gegenläufige Rotation erzielt wird. Dies hat den Vorteil, dass Schwingungen und Momente auf die Tragstruktur reduziert werden und eine längere Laufzeit bei geringerem Materialeinsatz erreicht wird.In a further advantageous embodiment of the subject invention, axially juxtaposed or superposed rotor systems should be configured so that an opposite rotation is achieved. This has the advantage that vibrations and moments are reduced to the support structure and a longer life is achieved with less material.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes soll das Rotorsystem mit einer Steuereinheit ausgestattet werden, die es ermöglicht, die verschiedenen Parameter des Betriebszustandes sowohl vom Rotorsystem selbst als auch von der angetriebenen Arbeitsmaschine zu überwachen, abzurufen, zu speichern und zu regeln – und zwar auch über Schnittstellen. Vorteilhaft hieran ist, dass das Rotorsystem (sowie die Arbeitsmaschine) kostengünstig ferngesteuert und von anderen Orten aus überwacht werden kann, sowie externe Verbraucher als Last der Arbeitsmaschine von der Steuereinheit ferngesteuert zu- und abgeschaltet werden können, um ein fluktuierendes Primärenergieangebot des Massenstroms optimal zu nutzen. Durch die Möglichkeit des Datenabrufs und der Datenspeicherung kann zudem eine Wartung extern vorbereitet werden. Ferner können die aufgezeichneten Daten für Entwicklungs- und Forschungs- (z. B. im Bereich der Meteorologie) sowie für Abrechnungszwecke (z. B. im Hinblick auf die in das Netz eingespeiste Energie) genutzt werden.In a further advantageous embodiment of the subject invention, the rotor system to be equipped with a control unit, which makes it possible to monitor the various parameters of the operating state of both the rotor system itself and the driven machine, to retrieve, store and regulate - and also over interfaces. The advantage of this is that the rotor system (and the machine) can be remotely controlled and monitored from other locations, and external consumers can be switched on and off remotely as a load of the machine by the control unit to optimally use a fluctuating primary energy supply of the mass flow , Due to the possibility of data retrieval and data storage, maintenance can also be prepared externally. Furthermore, the recorded data can be used for development and research (eg in the field of meteorology) as well as for billing purposes (eg with regard to the energy fed into the grid).
Mittels der Steuereinheit kann sich das Rotorsystem ggf. auch autark steuern.If necessary, the rotor system can also be controlled autonomously by means of the control unit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes soll das Rotorsystem mit einer Steuereinheit ausgestattet werden, die den Anlagenanlauf unterstützt, über eine Last (die entweder integriert oder extern angeordnet ist) sowie eine Lastregelung verfugt. Die Unterstützung des Anlagenanlaufs erfolgt so, dass ein Selbstanlauf lastfrei erfolgen kann und erst bei Erreichen einer vorgegebenen Rotordrehzahl der Generator über eine Last ein Überdrehen des Rotorsystems verhindert. Die Last ist erforderlich, da auf Grund geltender Netzanschlussbedingungen vor einem Aufschalten der Erzeugungsanlage ans Netz immer erst der Netzzustand (Spannung, Frequenz, Phasenlage) geprüft werden muss. Ohne Kontakt zum Netz kann der Generator jedoch ohne Last den Rotor nicht kontrollieren. Die Last ist zudem im Fall einer unkontrollierten Trennung der Anlage vom Netz erforderlich, um den Rotor in einen sicheren Zustand zu bringen. Damit die Steuereinheit auch im Fall einer Netztrennung mit der erforderlichen Energie versorgt wird, verfügt sie wahlweise über eine autonome Stromversorgung aus einem internen Energiespeicher und/oder über eine Hilfseinrichtung im Rotorsystem zur induktiven Stromerzeugung. Die Energieversorgung dient ausschließlich zum Aufrechterhalten eines Notlaufverhaltens, d. h. zum Betrieb der Steuereinheit und Steuereinrichtungen.In a further advantageous embodiment of the subject invention, the rotor system to be equipped with a control unit, the System startup supported, via a load (which is either integrated or arranged externally) and a load control has. The system start-up is supported in such a way that a self-starting can be carried out without load and only when the generator reaches a preset rotor speed does the generator prevent it from over-rotating the rotor system via a load. The load is necessary because, based on the applicable grid connection conditions, the grid state (voltage, frequency, phase angle) must first be checked before connecting the generating plant to the grid. However, without contact with the grid, the generator can not control the rotor without load. The load is also required in case of an uncontrolled separation of the system from the grid to bring the rotor in a safe state. In order for the control unit to be supplied with the required energy even in the case of grid disconnection, it optionally has an autonomous power supply from an internal energy store and / or an auxiliary device in the rotor system for inductive power generation. The power supply serves exclusively to maintain an emergency operation, ie to operate the control unit and control devices.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes soll der Mantel des Rotorsystems über Schutzeinrichtungen gegen das Eindringen von Tieren in den Rotorbereich verfügen. Hierdurch wird verhindert, dass z. B. Vögel in den sich bewegenden Rotor fliegen oder Kleintiere in das Innere des Mantels gelangen und so Beschädigungen und Ausfälle des Rotorsystems verhindert werden.In a further advantageous embodiment of the subject invention, the jacket of the rotor system to have protection against the ingress of animals in the rotor area. This prevents z. B. Birds fly into the moving rotor or small animals get into the interior of the shell, thus preventing damage and failure of the rotor system.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Figuren anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.Further details of the invention are described in the figures with reference to schematically illustrated embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- MantelprofilMantelprofilwerk
- 1.11.1
- Seitenflächenfaces
- 1.21.2
- Deck- und GrundflächeDeck and base area
- 22
- Rotor mit mindestens einem RotorblattRotor with at least one rotor blade
- 33
- EintrittsquerschnittInlet cross-section
- 44
- AustrittsquerschnittOutlet cross section
- 55
- Strömungsverdichtung auf der ProfiloberseiteFlow compaction on the profile top
- 66
- Strömungsaufweitung an der ProfilunterseiteFlow expansion at the bottom of the profile
- 77
- Rotationsachseaxis of rotation
- 88th
- Arbeitsmaschineworking machine
- 99
- Gebäude- oder MastanschlussBuilding or pole connection
- 1010
- Rotor ohne durchgehende RotorachseRotor without continuous rotor axis
- 1111
- Massenschwerpunkt des MantelprofilsMass center of the shell profile
- 1212
- Rotorblattrotor blade
- 1313
- Rotorblattaufnahme durch EndscheibenRotor blade holder through end discs
- 1414
- Einrichtung zur Kompensation der ZentrifugalkraftDevice for compensating the centrifugal force
- 1515
- Rotorblattaufnahme durch TragarmeRotor blade holder by support arms
- 1919
- Hilfseinrichtung im MantelAuxiliary device in the jacket
- 2020
- Hilfseinrichtung im RotorblattAuxiliary device in the rotor blade
- 2121
- Schwingungsdämpfervibration
- 2222
- Rotorsysteme in VertikalanordnungRotor systems in vertical arrangement
- 2323
- Rotorsysteme in HorizontalanordnungRotor systems in horizontal arrangement
- 2424
- Steuereinheitcontrol unit
- 2525
- Eingangssignaleinput signals
- 2626
- Ausgangssignal/FernsteuerungOutput signal / remote control
- 2727
- Netzanschlussmains connection
- 2828
- externe Lastexternal load
- 2929
- interne Lastinternal load
- 3030
- Schutzeinrichtung für RotorsystemProtective device for rotor system
- 3131
- Gebäudebuilding
Claims (13)
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