Die Erfindung betrifft einen Strömungskonverter als Auftriebsläufer, der die in einer Strömung aus Luft oder Wasser enthaltene kinetische Energie in eine Drehbewegung und vorzugsweise in elektrischen Strom wandelt. Die Rotationsachse des Strömungskonverters kann horizontal, vertikal oder geneigt angeordnet sein, je nachdem, ob es sich um eine frei angeströmte oder eine in einen Kanal integrierte, ummantelte Luft- oder Wasserturbine handelt. Alle Ausführungsbeispiele der Erfindung haben ein Strömungsleitwerk, das dazu ausgebildet ist, den Stromlinien der Strömung einen dynamischen Konuswinkel aufzuprägen, sodass die aus der Strömungsgeschwindigkeit und der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors resultierende Anströmung mit einem aus dem dynamischen Konuswinkel vektoriell abgeleiteten Anströmwinkel auf das asymmetrische Flügelprofil eines sich von Luv nach Lee erstreckenden Flügels trifft. Die aus der Anströmung des Flügels resultierende Sogkraft greift deshalb mit einem Versatzmoment an der Rotationsachse der Turbine an, sodass in der Rotationsebene eine tangentiale Antriebskraft als vektorielle Komponente der Sogkraft wirksam wird. Für die Ausbildung des Strömungsleitwerks werden im Rahmen der Erfindung unterschiedliche Techniken vorgeschlagen. Ein Strömungsleitwerk kann als Stator oder als Rotor aufgebaut werden und besteht z. B. aus einem koaxial und symmetrisch zu der Rotationsachse angeordneten Rotationskörper oder aus einem sich verjüngenden Kanal, wobei den Stromlinien der Strömung durch den Widerstand des Strömungsleitwerks jeweils ein dynamischer Konuswinkel aufgeprägt wird. Bei einem dynamischen Strömungsleitwerk entsteht der Widerstand in einer Strömung aus der Konversion der kinetischen Energie der Strömung in eine Drehbewegung durch die Flügel des Strömungskonverters. Dabei weist das Strömungsleitwerk einen koaxial und konzentrisch zu der Rotationsachse angeordneten Ringkörper auf, der z. B. als mehrgurtiger Fachwerkring oder als torusförmige Gitterschale ausgebildet ist, wobei die Füllstäbe des Fachwerkrings von den Flügeln des Strömungskonverters gebildet werden und eine torusförmige Gitterschale aus spiralförmig sich durchdringenden Flügeln besteht. Im Rahmen der Erfindung ist auch vorgesehen, dass ein Rotationskörper mit einem Kragen den Auftriebskörper eines Luftschiffs bildet, das als mobile Windturbine an unterschiedlichen Einsatzorten verankert werden und Strom erzeugen kann. Schließlich dient eine erfindungsgemäße Windturbine auch als Antrieb für ein Land- oder Wasserfahrzeug, das gegen den Wind anfahren kann.The invention relates to a flow converter as a buoyancy rotor, which converts the kinetic energy contained in a flow of air or water into a rotary motion and preferably into electrical current. The axis of rotation of the flow converter can be arranged horizontally, vertically or inclined, depending on whether it is a free-flowing or a duct-integrated, jacketed air or water turbine. All embodiments of the invention have a Strömungsleitwerk, which is designed to impart a dynamic cone angle to the flow lines of the flow, so that the flow resulting from the flow velocity and the rotational speed of the rotor with a vectorially derived from the dynamic cone angle angle of attack on the asymmetric wing profile of a Luv meets Lee's extending wing. Therefore, the suction force resulting from the flow of the wing attacks with an offset moment on the axis of rotation of the turbine, so that in the plane of rotation a tangential driving force is effective as a vectorial component of the suction force. For the formation of the Strömungsleitwerks different techniques are proposed in the invention. A Strömungsleitwerk can be constructed as a stator or a rotor and consists z. B. from a coaxial and symmetrical to the rotation axis arranged rotational body or from a tapered channel, wherein the streamlines of the flow through the resistance of the Strömungsleitwerks each a dynamic cone angle is impressed. In a dynamic flow control, the resistance in a flow arises from the conversion of the kinetic energy of the flow into a rotary motion through the vanes of the flow converter. In this case, the Strömungsleitwerk a coaxial and concentric with the axis of rotation arranged ring body, the z. B. is formed as mehrgurtiger truss ring or as a toroidal grid shell, wherein the filler rods of the truss ring are formed by the wings of the flow converter and a toroidal lattice shell consists of spirally penetrating wings. In the context of the invention it is also provided that a rotary body with a collar forms the buoyancy body of an airship, which can be anchored as a mobile wind turbine at different locations and can generate electricity. Finally, a wind turbine according to the invention also serves as a drive for a land or water vehicle that can start against the wind.
Stand der TechnikState of the art
Bei bekannten, um eine horizontale Drehachse rotierenden Windturbinen sind in der Regel drei in einem Winkel von 120 Grad radial voneinander beabstandete und über einen Rotorkopf biegesteif mit der Nabe verbundene Rotorblätter vorgesehen, deren Drehzahl durch die sog. ”Pitch and Stall”-Steuerung begrenzt werden kann. Ein am Baugrund eingespannter Turm mit einem Azimutlager an seinem oberen Ende nimmt die an der Windturbine leeseitig wirkende Schubkraft auf und trägt sie in den Baugrund ab. Dieses Tragwerk, bei dem sowohl der Mast, als auch die Rotorblätter als biegebeanspruchte Tragglieder ausgebildet sind, gelangt ab einer Nabenhöhe von etwa 150 m an eine strukturell bedingte Obergrenze. Im Jahr 2014 betrug die installierte Leistung bei der Windenergie 38.115 MW. Diese Leistung, die zurzeit etwa 20% des deutschen Strombedarfs auf nur 0,75% der Landfläche erbringt, kann in Zukunft selbst bei Einhaltung restriktiver Flächennutzungskriterien auf über 60% des deutschen Strombedarfs (390 TWh/a) gesteigert werden. Die größten Einzelanlagen, wie z. B. die Enercon E126, haben eine Nennleistung von 7.580 kW bei einem Rotordurchmesser von 127 m und einer Nabenhöhe von 135 m. Das bedeutet, dass für den weiteren Ausbau der Windenergie auch zukünftig eine große Anzahl von Einzelanlagen – im Jahr 2014 waren es bereits 24.864 Anlagen – erforderlich sein wird. Es ist daher wünschenswert, die Leistung einer einzelnen Windkraftanlage zu vervielfachen, um die Anzahl der Windkraftanlagen zu begrenzen. Der Ausbau der Windenergie stößt in der Bevölkerung überall dort auf Widerstand, wo die Windturbinen in unmittelbarer Nähe zu Wohngebieten aufgestellt werden. Beklagt werden einerseits die Lärmentwicklung durch Schlaggeräusche, die von den am Mast vorbeilaufenden Rotorblättern hervorgerufen werden, und andererseits optische Beeinträchtigungen durch den dynamischen Schattenwurf der Rotorblätter und die unübersehbare Drehbewegung des Rotors. Ein Generator besteht aus einem Läufer und einem Stator, die durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Im Falle eines Ringgenerators kann der Läufer als Läuferring und der Stator als Statorring bezeichnet werden. Während der Läuferring mit Dauermagneten oder Feldspulen ein umlaufendes magnetisches Gleichfeld erzeugt, wird in den Leiterwicklungen des Statorrings über die Lorentzkraft elektrische Spannung induziert. Bei Gleichstromgeneratoren ist der Läuferring mit den Dauermagneten oder Feldspulen außen angeordnet, während der Statorring innen angeordnet ist und der generierte Strom mittels eines Kommutators gleichgerichtet wird. Für die Ausbildung eines Ringgenerators mit einem großen Durchmesser ist eine Transversalflussmaschine (TFM) besser geeignet, da der magnetische Fluss transversal, d. h. senkrecht zur Drehebene verläuft. Die Vorteile einer TFM bestehen in der Entkopplung des magnetischen und elektrischen Kreises, im Wegfall der Leiterwicklungen, die nicht zur Momenterzeugung beitragen und in einer sehr feinen Polteilung, die getriebelos bereits bei kleinen Drehzahlen ein großes Moment erzeugen. Bei kleineren Ringgeneratoren mit einem Durchmesser bis zu 2 m kann über die Dauermagnete ein berührungsloses Magnetlager zwischen Läufer- und Statorring hergestellt werden. Eine aktuelle Entwicklung der Firma Festo betrifft die Möglichkeit einer reibungsfreien Bewegung über eine supraleitende Lagerung. Die Entwicklung geht zu Supraleitern mit immer höheren Sprungtemperaturen, wie z. B. Yttrium-Barium-Kupferoxid (YBKO), das bereits bei –173°C supraleitend wird.In known, rotating about a horizontal axis of rotation wind turbines three at an angle of 120 degrees radially spaced from each other and a rotor head rigidly connected to the hub rotor blades are provided whose speed is limited by the so-called. "Pitch and Stall" control can. A tower clamped to the ground with an azimuth bearing at its upper end absorbs the leeward thrust force on the wind turbine and carries it off into the ground. This structure, in which both the mast, and the rotor blades are designed as bending-stressed support members, passes from a hub height of about 150 m to a structurally related upper limit. In 2014, the installed capacity for wind energy was 38,115 MW. This capacity, which currently provides about 20% of Germany's electricity requirement on only 0.75% of the land area, can be increased to more than 60% of the German electricity requirement (390 TWh / a), even if restrictive land use criteria are adhered to. The largest single plants, such. For example, the Enercon E126 have a rated output of 7,580 kW with a rotor diameter of 127 m and a hub height of 135 m. This means that a large number of individual plants - in 2014 there were already 24,864 plants - will be required for the further expansion of wind energy in the future. It is therefore desirable to multiply the performance of a single wind turbine to limit the number of wind turbines. The expansion of wind energy is encountered in the population everywhere, where the wind turbines are placed in close proximity to residential areas. On the one hand, the noise development is affected by impact noises caused by the rotor blades passing by the mast and, on the other hand, optical impairments due to the dynamic shading of the rotor blades and the obvious rotational movement of the rotor. A generator consists of a rotor and a stator, which are separated by an air gap. In the case of a ring generator, the rotor may be referred to as a rotor ring and the stator as a stator ring. While the rotor ring with permanent magnets or field coils generates a circulating magnetic DC field, electrical voltage is induced in the conductor windings of the stator ring via the Lorentz force. In DC generators, the rotor ring with the permanent magnets or field coils is arranged outside, while the stator ring is arranged inside and the generated current is rectified by means of a commutator. For the formation of a ring generator with a large diameter, a transverse flux machine (TFM) is better suited because the magnetic flux is transverse, ie perpendicular to the plane of rotation. The advantages of a TFM consist in the decoupling of the magnetic and electrical circuit, in the absence of the conductor windings, which do not contribute to torque generation and in a very fine pole pitch, the gearless produce even at low speeds a large moment. For smaller ring generators with a diameter of up to 2 m, the permanent magnets can be used Non-contact magnetic bearing between rotor and stator are produced. A current development of the company Festo concerns the possibility of a frictionless movement over a superconducting storage. The development goes to superconductors with ever higher transition temperatures, such. B. yttrium-barium-copper oxide (YBKO), which is already at -173 ° C superconducting.
Als eine der effizientesten Leichtbaukonstruktionen gilt ein Speichenrad, bei dem ein Druckring über zugbeanspruchte Speichen mit einer Nabe verbunden ist. Radkonstruktionen mit einem Durchmesser von bis zu 160 m werden heute als Riesenräder mit Gondeln für Passagiere an attraktiven Aussichtsstandorten aufgestellt und zeichnen sich durch eine filigrane Stahlkonstruktion aus. Der sog. High Roller in Las Vegas z. B. ist eine Speichenradkonstruktion mit 158,50 m Durchmesser, bei der der Druckring aus einem Stahlrohr von nur 2 m Durchmesser besteht, das durch 112 an einer Nabe angreifende Spannseilen stabilisiert wird. Unter dem Stichwort ”Airborne Turbine” sind prototypische Windkraftanlagen bekannt, die den stärkeren und stetigeren Wind in großer Höhe nutzen, um z. B. dort, wo die Stromversorgung nach einem extremen Wetterereignis zusammengebrochen ist, eine temporäre Hilfeleistung zu ermöglichen. Die Kraft der Fließgewässer wird in Deutschland viel zu wenig genutzt und gerät in Konflikt mit dem Naturschutz, wo der Ausbau der Flüsse mit Laufwasserkraftwerken an Wehren, Schleusen und Dämmen die natürliche Umgebung zu sehr beeinträchtigt. Die DE 31 51 620 A1 zeigt eine Windturbine mit horizontaler Rotationsachse, bei der Rotorblätter jeweils zwischen zwei, einen Druckring mit einer Nabe verbindenden Speichen angeordnet sind. Die EP 0 854 981 B1 zeigt eine Windturbine mit horizontaler Rotationsachse als Speichenradkonstruktion, bei der die Speichen als Rotorblätter ausgebildet sind und der Druckring Magnete trägt und zusammen mit einem ringsegmentförmigen Stator den Generator der Turbine bildet. Die WO 2014/048468 A1 zeigt eine Windturbine mit einer Speichenradkonstruktion, bei der der Generator als Ringgenerator ausgebildet ist und in einen Ringflügel integriert ist, wobei die Rotorblätter mit dem Läuferring des Ringgenerators verbunden sind. Aus der US 7,218,011 B2 geht eine Windturbine mit einem Ringgenerator hervor, bei der die Rotorblätter mit dem Läuferring an der Innenseite einer Diffusoranordnung angeordnet sind.One of the most efficient lightweight constructions is a spoked wheel in which a thrust ring is connected to a hub via tensioned spokes. Wheel structures with a diameter of up to 160 m are now set up as giant wheels with gondolas for passengers at attractive vantage points and are characterized by a filigree steel construction. The so-called. High Roller in Las Vegas z. B. is a spoked wheel construction 158.50 m in diameter, in which the pressure ring consists of a steel tube of only 2 m in diameter, which is stabilized by 112 acting on a hub tension cables. Under the heading "Airborne Turbine" prototype wind turbines are known that use the stronger and more constant wind at high altitude to z. B. Where the power supply has collapsed after an extreme weather event, to allow temporary assistance. The power of watercourses is under-exploited in Germany and conflicts with nature conservation, where the development of rivers with run-of-river power plants on weirs, locks and dams is affecting the natural environment too much. The DE 31 51 620 A1 shows a wind turbine with horizontal axis of rotation, in which rotor blades are each arranged between two, a pressure ring with a hub connecting spokes. The EP 0 854 981 B1 shows a wind turbine with a horizontal axis of rotation as Speichenradkonstruktion, in which the spokes are designed as rotor blades and the pressure ring carries magnets and forms the generator of the turbine together with a ring-segment-shaped stator. The WO 2014/048468 A1 shows a wind turbine with a spoke wheel construction, in which the generator is designed as a ring generator and is integrated in an annular wing, wherein the rotor blades are connected to the rotor ring of the ring generator. From the US 7,218,011 B2 is a wind turbine with a ring generator forth, in which the rotor blades are arranged with the rotor ring on the inside of a diffuser assembly.
Aus der 4,075,500 geht eine Mantelturbine hervor, deren Mantel Luftöffnungen zur Belüftung des Abstrombereichs der Windturbine aufweist. Aus der WO 2010/065647 A2 geht eine Mantelturbine mit einem zweiteiligen Mantel hervor, der aus zwei mit einem konzentrischen Abstand zueinander angeordneten Diffusorringen besteht. Beide Ringe sind starr ausgebildet, wobei ein Ringgenerator in den inneren Ring integriert ist. Aus der DE 10 2007 024 528 A1 geht eine Turbine als Wind- oder Wasserturbine hervor, deren Generatorgehäuse gegenüber dem Umgebungsmedium abgekapselte Bereiche aufweist, die dem Läufer und dem Stator der Turbine zugeordnet sind und einen Teil der Generatorkomponenten und der elektronischen Komponenten aufnimmt. Aus der DE 299 22 073 U1 ist ein ringförmiges, berührungsloses Magnetlager bekannt. Aus der DE 10 2008 038 872 A1 geht ein hybrides Fahrzeug hervor, das auch als stationär verankerte Windturbine nutzbar ist.From 4,075,500 a shell turbine emerges whose mantle has air openings for ventilation of the outflow region of the wind turbine. From the WO 2010/065647 A2 goes out a shell turbine with a two-part jacket, which consists of two with a concentric distance arranged diffuser rings. Both rings are rigid, with a ring generator integrated into the inner ring. From the DE 10 2007 024 528 A1 goes out a turbine as a wind turbine or water turbine, the generator housing relative to the surrounding medium abgekapselte areas, which are associated with the rotor and the stator of the turbine and receives a portion of the generator components and the electronic components. From the DE 299 22 073 U1 is an annular, non-contact magnetic bearing known. From the DE 10 2008 038 872 A1 A hybrid vehicle emerges, which can also be used as a stationary anchored wind turbine.
Aufgabenstellungtask
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Strömungskonverter anzugeben, bei dem der aus einem strömungsdynamisch erzeugten Konuswinkel abgeleitete Anströmwinkel an den Flügeln des Strömungskonverters eine Sogkraft bewirkt, die mit einem Versatzmoment an seiner Rotationsachse angreift und in der Rotationsebene auf der mit einem Hebelarm von der Rotationsachse beabstandeten Umlaufbahn der Flügel als tangentiale Antriebskraft wirksam wird. Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen der Erfindung gelöst. Weitere Aufgaben und vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Die Flügel der Turbine sind mit einem radialen Abstand zu der Rotationsachse angeordnet und weisen eine sich quer zur Rotationsachse von Luv nach Lee erstreckende Umlaufbahn auf, wobei sie gegenüber der Rotationsebene einen konstanten oder einen kontinuierlich wechselnden Stellwinkel haben. Mit der Flügelnase sind sie in Drehrichtung angeordnet und folgen von Luv nach Lee dem von den Stromlinien vorgegebenen dynamischen Konuswinkel. Für das selbsttätige Anlaufen der Turbine sind die Flügel mit der Flügelnase in Drehrichtung nach Luv orientiert und nehmen gegenüber der Rotationsebene einen Stellwinkel von mindestens 20 Grad und maximal 70 Grad ein. Dreht sich der Rotor, umfasst der Stellwinkel einen Sektor von 20–160 Grad, wobei ein Flügel mit einem Stellwinkel von 90 Grad senkrecht zu der Rotationsebene steht und im Bereich von 90–160 Grad die Flügelnase in Drehrichtung zur Leeseite orientiert ist. Ein Stauflügel ist mit einem konstanten Abstand zu der Oberfläche eines Strömungsleitwerks, das von einem Rotationskörper oder einem Ringkörper oder einem Kanal gebildet wird, angeordnet, wobei zwischen der Oberfläche des Strömungsleitwerks und dem Stauflügel ein Oberflächeneffekt zum Tragen kommt, der die Sogkraft des Flügels erhöht. In diesem Fall kann auch ein Neigungswinkel des Flügels gegenüber einer Tangente an seiner Umlaufbahn vorgesehen sein. Im Rahmen der Erfindung werden zwei Arten von Flügeln unterschieden: Ein einfacher Flügel ist entweder einer Diffusorstufe oder einer Konfusorstufe zugeordnet und erzeugt eine in Bezug zur Rotationsachse nach außen oder nach innen wirkende Sogkraft. Ein einfacher Flügel kann gerade oder konvex-konkav gebogen oder V-förmig gestaltet werden. Ein Umkehrflügel ist immer dann verwirklicht, wenn das Strömungsleitwerk eine Diffusorstufe und eine Konfusorstufe aufweist, wobei die Flügelwölbung des asymmetrischen Flügelprofils am Übergang zwischen einer Diffusorstufe und einer Konfusorstufe von einer Flügelseite zur anderen wechselt. Dabei kann ein Umkehrflügel gerade oder bogenförmig oder ringförmig oder spiralförmig oder in Drehrichtung der Turbine gespreizt sein. Das Strömungsleitwerk ist dazu ausgebildet innerhalb einer gerichteten Strömung einen dynamischen Konuswinkel zu erzeugen. Im Rahmen der Erfindung werden dazu unterschiedliche Techniken vorgeschlagen. Wird das Strömungsleitwerk von einem Rotationskörper gebildet, der innerhalb einer Strömung aus Luft oder Wasser einen Widerstand darstellt, veranlasst er die Strömung dazu, den Rotationskörper in einer Ausweichbewegung zu umströmen. Dabei kann der Rotationskörper als Vollkörper oder als Ringkörper ausgebildet werden. Während ein Vollkörper als Diffusorstufe wirkt und die Strömung von der Rotationsachse weglenkt, bildet ein Ringkörper eine Diffusorstufe und eine Konfusorstufe, bei der die Strömung an der Ringaußenseite von der Rotationsachse weg- und an der Ringinnenseite zu der Rotationsachse hingelenkt wird. Bei einem dynamischen Strömungsleitwerk entsteht der Widerstand in der Strömung durch die Konversion der kinetischen Energie der Strömung in eine Drehbewegung über die Flügel und die Rotorblätter der Turbine. Dabei ändern sich die Strömungsgeschwindigkeit und auch der Druck innerhalb der Strömung. Radial angeordnete Rotorblätter, die mit einer Nabe verbunden sind, bewirken als Diffusorstufe eine Aufweitung der Strömungsröhre mit einem dynamischen Konuswinkel am äußeren Rand der Strömungsröhre, während ein frei umströmter Ringkörper an seiner Außenseite eine Diffusorstufe und an seiner Innenseite eine Konfusorstufe bildet. Ein Rotationskörper ist rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse der Turbine angeordnet und bildet als Widerstandskörper ein Strömungsleitwerk, das einer Strömung aus Luft oder Wasser einen dynamischen Konuswinkel aufprägt. Dabei kann der Rotationskörper als Schichtkörper einer Kugel oder eines Ellipsoids oder als Paraboloid, jeweils mit einer leeseitigen Strömungsabrisskante ausgeformt werden. Ein Kragen an dem Rotationskörper unterstützt die Ausbildung eines Kármán'schen Wirbels, sodass der dynamische Konuswinkel der Strömung auch leeseitig der Strömungsabrisskante erhalten bleibt. In einer speziellen Ausführungsvariante der Erfindung weist der Rotationskörper einen mit Wasserstoff oder Helium befüllten Pneu auf und bildet den Auftriebskörper eines Luftschiffs mit einem starren, halbstarren oder als Blimp aufgebauten Schiffskörper. Das Luftschiff ist als mobile Windturbine ausgebildet und kann an einen Einsatzort fahren und sich über eine mitgeführte Ankerleine in großer Höhe zur Windströmung ausrichten und dient z. B. der temporären Stromversorgung in einem Katastrophengebiet. Der Rotor dieser fliegenden Windturbine wird von einem zweigurtigen Fachwerkring aus einfachen Flügeln gebildet, wobei der bei der Umströmung des Schiffskörpers erzeugte, dynamische Konuswinkel in der Windströmung durch den Kragen des Rotationskörpers verstärkt wird. Ein Ringkörper ist mit einem radialen Abstand zu der Rotationsachse angeordnet und bildet innerhalb einer Strömung einen ringförmigen Widerstand, dem die Strömung nach innen und und außen ausweicht. Der Querschnitt des Ringkörpers kann parabelförmig, dreiecksförmig oder linsenförmig gestaltet sein und hat jeweils zwei leeseitige Strömungsabrisskanten. Ein als Ringflügel geformter Ringkörper ist mit einem Kegelwinkel von Luv nach Lee von der Rotationsachse weg geneigt angeordnet und bildet eine Diffusorstufe. Der Ringflügel kann als Druckring einer Speichenradkonstruktion ausgebildet werden, wobei er mit von Rotorblättern gebildeten Speichen räumlich verspannt wird. An einem als Stator gestalteten Ringflügel sind tangentiale Spannglieder vorgesehen, die den Ringflügel verspannen. Ein Kanal mit einer Düse stellt ebenfalls ein Strömungsleitwerk dar, das der Strömung einen dynamischen Konuswinkel aufprägt. Im Falle einer Venturi-Düse folgt auf eine Konfusorstufe eine Diffusorstufe. Das Strömungsleitwerk in einem Kanal kann aber auch aus nur einer Konfusorstufe mit einem geplanten Strömungsabriss leewärts der Düsenverengung bestehen. Erweitert sich der Kanal, wirkt das Strömungsleitwerk mit einem koaxial und rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse der Turbine angeordneten Rotationskörper zusammen, um eine Düse zu bilden, wobei auf eine Diffusorstufe eine Konfusorstufe folgt oder die Aufweitung des Kanals nur eine Diffusorstufe umfasst. Bei einem dynamischen Strömungsleitwerk wird der Widerstand in einer Strömung von den Flügeln und ggf. auch von den Rotorblättern eines Strömungskonverters erzeugt. Dem Stand der Technik entsprechende Rotorblätter mit einer radialen Anordnung gegenüber der Rotationsachse wandeln die in einer Strömungsröhre enthaltene kinetische Energie der Strömung in eine Drehbewegung. Dabei wird die Geschwindigkeit der Strömung abgebremst und der Druck in der Strömungsröhre nimmt zu. Der sich dabei einstellende dynamische Konuswinkel am äußeren Rand der Strömungsröhre kann durch ein erfindungsgemäßes Strömungsleitwerk mit einer Diffusorstufe vergrößert werden. Sind die Rotorblätter als zugbeanspruchte Speichen einer Speichenradkonstruktion ausgebildet und werden mit einem Ringflügel, der den Druckring des Speichenrads bildet, verspannt, wirkt der mit einem Kegelwinkel zur Rotationsachse angestellte Ringflügel als Diffusorstufe und ermöglicht einen dynamischen Konuswinkel von 20–30 Grad gegenüber der Rotationsachse. Besteht der Druckring einer Speichenradkonstruktion aus einem Fachwerkring, der mit einem Kegelwinkel zur Rotationsachse von Luv nach Lee angestellt ist und dessen Füllstäbe von einfachen Flügeln und dessen Ringgurte jeweils von einem Ringflügel gebildet werden, wirkt der Fachwerkring als dynamische Diffusorstufe, die einen dynamischen Konuswinkel von 20–30 Grad erzeugen kann. Ein aus einfachen Flügeln aufgebauter, mehrgurtiger Fachwerkring oder eine aus Umkehrflügeln aufgebaute, torusförmige Gitterschale bildet jeweils als Druckring einer Speichenradkonstruktion ein dynamisches Strömungsleitwerk mit einer Diffusorstufe und einer Konfusorstufe. Ein mehrgurtiger Fachwerkring weist im Querschnitt z. B. ein Dreieck auf, das mit einer Spitze zur Strömung ausgerichtet ist, wobei die Füllstäbe des Fachwerks an den Ringaußen- und Ringinnenseiten jeweils von einfachen Flügeln gebildet werden, während die leeseitigen Füllstäbe als Rotorblätter ausgebildet sind. Eine Gitterschale ist aus einer Mehrzahl von Umkehrflügeln, die sich als gegenläufig angeordnete Endlosspiralen an biegesteifen Knotenpunkten überkreuzen, aufgebaut, wobei die Umkehrflügel auf der virtuellen Oberfläche eines Ringtorus mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt angeordnet sind und im Querschnitt jeweils ein mit der Flügelnase in Drehrichtung der Turbine ausgerichtetes, asymmetrisches Flügelprofil aufweisen. Segel, die innerhalb eines mehrgurtigen Fachwerkrings oder einer torusförmigen Gitterschale angeordnet werden, wirken als zusätzliches Strömungsleitwerk und unterstützten das Anlaufen der Turbine. Übersteigt die Umlaufgeschwindigkeit der Turbine die Strömungsgeschwindigkeit, werden die Segel zur Rotationsebene hin dichtgeholt, sodass sich der tangentiale Rotationswiderstand verringert. Durch Reffen der Segel kann die Drehzahl der Turbine gesteuert werden. In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wird das Strömungsleitwerk von einem aufblasbaren Ringschlauch gebildet, der als Pneu innerhalb eines mehrgurtigen Fachwerkrings oder innerhalb einer torusförmigen Gitterschale angeordnet ist. Zur Steuerung der Drehzahl einer Turbine ist der Stellwinkel der Flügel gegenüber der Rotationsebene einstellbar, wobei ein einfacher Flügel oder ein Umkehrflügel um eine radial zur Rotationsachse angeordnete Drehachse verstellt wird. Als zweite Möglichkeit kann der Neigungswinkel eines Flügels gegenüber einer Tangente an seiner Umlaufbahn verstellt werden, wobei der Widerstand und der von dem Flügel bewirkte Auftrieb so beeinflusst werden, dass eine exakte Steuerung der Drehzahl ermöglicht wird. Dabei wird der Flügel entlang seiner Längsachse verschwenkt. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auch auf eine Leichtbautechnik für große Windkraftanlagen mit einer Speichenradkonstruktion, bei der ein äußerer Druckring mittels von Speichen mit der Nabe verspannt ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung weist der äußere Druckring einen mehrgurtigen Fachwerkring oder eine Gitterschale in Form eines Ringtorus auf, wobei sämtliche Tragelemente, wie Gurte, Flügel und Rotorblätter aerodynamisch wirksam sind. Während die Flügel und die Rotorblätter den Rotor antreiben, bewirken die als Ringflügel mit einem Kegelwinkel zur Rotationsachse angestellten Gurte eine luvseitige Schubkraft, die der leeseitigen Schubkraft entgegenwirkt und damit die Tragkonstruktion entlastet. Die Anordnung der Flügel in einem von der Rotationsachse beabstandeten Ring erlaubt einen modularen Aufbau der Ringkonstruktion aus sich wiederholenden Bauteilen und maximiert den aerodynamischen Effekt der Flügel. Diese Leichtbautechnik ermöglicht es auch, die Turbine für den Antrieb eines Land- oder Wasserfahrzeugs zu verwenden, das gegen den Wind anfahren kann. Um die strömungsdynamischen Wirkungen an den antreibenden Flügeln einer erfindungsgemäßen Turbine zu erläutern, ist das Zusammenspiel der Kräfte in den Figuren vektoriell dargestellt. Die Strömungsgeschwindigkeit, die Geschwindigkeit der Umlaufanströmung und die resultierende Anströmung bilden ein erstes Kräftedreieck, in dem der Betrag des Anströmwinkels unmittelbar von dem Betrag des dynamischen Konuswinkels und der Drehzahl des Rotors abhängt. Bei Rotorstillstand weisen der Anströmwinkel und der dynamische Konuswinkel den gleichen Betrag auf. Unter dem Einfluss der der Umlaufanströmung nimmt der Betrag des Anströmwinkels gegenüber dem Betrag des dynamischen Konuswinkels ab. Da die von einem Flügel bewirkte Sogkraft immer senkrecht zu der resultierenden Anströmung wirkt, greift die Sogkraft mit einem Versatzmoment an der Rotationsachse an und bildet zusammen mit der Auftriebskraft und der Vortriebskraft ein zweites Kraftdreieck. Aufgrund des Stellwinkels der Flügel gegenüber der Rotationsebene hat die Vortriebskraft eine Komponente als tangentiale Antriebskraft und als luvseitige Schubkraft. Die luvseitige Schubkraft entlastet die Tragkonstruktion der Turbine und ermöglicht ihren Einsatz als Antrieb für ein Fahrzeug, das gegen die Strömung anfahren kann. Die vektorielle Untersuchung der Kräfte hat gezeigt, dass die Vortriebskraft jeweils größer ist als der Widerstand, der sich aus dem tangentialen Rotationswiderstand und der leeseitigen Schubkraft zusammensetzt. Die Figuren zeigen unterschiedliche Ausführungsmöglichkeiten und Anwendungen der Erfindung.Based on the illustrated prior art, the present invention seeks to provide a flow converter in which the flow angle derived from a cone angle induced flow angle causes a suction force on the wings of the flow converter, which acts with an offset moment on its axis of rotation and in the plane of rotation which is effective with a lever arm from the rotational axis spaced orbit of the wings as a tangential driving force. This object is achieved with the features mentioned in claim 1 of the invention. Other objects and advantageous features of the invention will become apparent from the dependent claims. The blades of the turbine are arranged at a radial distance from the axis of rotation and have an orbit extending transversely to the axis of rotation from windward to leeward, wherein they have a constant or a continuously changing setting angle with respect to the plane of rotation. With the wing nose they are arranged in the direction of rotation and follow from windward to leeward the dynamic cone angle given by the streamlines. For the automatic start of the turbine, the wings are oriented with the wing nose in the direction of rotation to windward and take with respect to the plane of rotation a setting angle of at least 20 degrees and a maximum of 70 degrees. If the rotor rotates, the setting angle includes a sector of 20-160 degrees, with a wing with a set angle of 90 degrees perpendicular to the plane of rotation and is oriented in the range of 90-160 degrees, the wing nose in the direction of rotation to the leeward. A puffing wing is arranged at a constant distance from the surface of a flow control unit, which is formed by a rotary body or a ring body or a channel, between the surface of the Strömungsleitwerks and the Stauflügel a surface effect comes into play, which increases the suction force of the wing. In this case, an angle of inclination of the wing may be provided with respect to a tangent to its orbit. In the context of the invention, two types of wings are distinguished: A simple wing is either a diffuser stage or a Konfusorstufe and generates a relation to the axis of rotation outwardly or inwardly acting suction force. A simple wing can be bent straight or convex-concave or V-shaped. An inversion wing is always realized when the Strömungsleitwerk has a diffuser stage and a Konfusorstufe, wherein the wing arch of the asymmetric wing profile at the transition between a diffuser stage and a Konfusorstufe changes from one wing side to the other. In this case, a reverse wing may be spread straight or arcuate or annular or spiral or in the direction of rotation of the turbine. The Strömungsleitwerk is designed to generate a dynamic cone angle within a directional flow. Within the scope of the invention, different techniques are proposed for this purpose. If the Strömungsleitwerk formed by a rotating body, which is a resistance within a flow of air or water, it causes the flow to flow around the rotating body in an evasive movement. In this case, the rotary body can be formed as a solid body or as a ring body. While a solid body acts as a diffuser stage and deflects the flow away from the axis of rotation, an annular body forms a diffuser stage and a confusion stage in which the flow is directed away from the axis of rotation at the outside of the ring and towards the axis of rotation at the inside of the ring. In a dynamic flow fin, the resistance in the flow is created by the conversion of the kinetic energy of the flow into a rotational movement over the blades and rotor blades of the turbine. The flow velocity and also the pressure within the flow change. Radially arranged rotor blades, which are connected to a hub, as a diffuser stage, an expansion of the flow tube with a dynamic cone angle at the outer edge of the flow tube, while a freely flow around annular body forms a diffuser stage on its outside and on its inside a Konfusorstufe. A rotational body is arranged rotationally symmetrical to the axis of rotation of the turbine and forms as a resistance body a Strömungsleitwerk, which imposes a dynamic cone angle to a flow of air or water. In this case, the rotational body can be formed as a layered body of a sphere or an ellipsoid or as a paraboloid, each with a leeward flow separation edge. A collar on the body of rotation supports the formation of a Kármán vortex, so that the dynamic cone angle of the flow is also retained on the leeward side of the stall edge. In a special embodiment variant of the invention, the rotary body has a tire filled with hydrogen or helium and forms the buoyancy body of an airship with a rigid, semi-rigid or blimp-shaped hull. The airship is designed as a mobile wind turbine and can drive to a place of operation and align itself via a guided anchor line at high altitude to the wind flow and is used for. B. the temporary power supply in a disaster area. The rotor of this flying wind turbine is formed by a zweigurtigen truss ring of simple wings, wherein the generated during the flow around the hull, dynamic cone angle is amplified in the wind flow through the collar of the rotating body. An annular body is disposed at a radial distance from the axis of rotation and forms within a flow an annular resistance to which the flow diverges inwardly and outwardly. The cross section of the ring body may be designed parabolic, triangular or lenticular and has two leeward flow separation edges. An annular body shaped as an annular wing is inclined with a cone angle of windward to leeward away from the axis of rotation and forms a diffuser stage. The ring wing can be formed as a pressure ring Speichenradkonstruktion, wherein it is spatially braced with spokes formed by rotor blades. On a designed as a stator annular wing tangential tendons are provided which clamp the annular wing. A duct with a nozzle also represents a flow control, which imposes a dynamic cone angle on the flow. In the case of a Venturi nozzle, a diffuser stage is followed by a diffuser stage. The Strömungsleitwerk in a channel can also consist of only one Konfusorstufe with a planned stall leewärts the nozzle constriction. If the channel widens, the flow control unit cooperates with a rotation body arranged coaxially and rotationally symmetrically with respect to the rotation axis of the turbine to form a nozzle, whereby a diffuser stage is followed by a confusion stage or the widening of the channel comprises only one diffuser stage. In a dynamic flow control, the resistance is generated in a flow of the wings and possibly also of the rotor blades of a flow converter. Prior art rotor blades having a radial arrangement with respect to the axis of rotation convert the flow kinetic energy contained in a flow tube into rotational motion. The speed of the flow is slowed down and the pressure in the flow tube increases. The thereby adjusting dynamic cone angle at the outer edge of the flow tube can be increased by an inventive Strömungsleitwerk with a diffuser stage. If the rotor blades are designed as spokes of a spoked wheel construction which are stressed and are braced with an annular wing which forms the pressure ring of the spoke wheel, the annular wing employed with a cone angle to the rotation axis acts as diffuser stage and enables a dynamic cone angle of 20-30 degrees with respect to the axis of rotation. If the thrust ring of a spoked wheel construction consists of a truss ring, which is set at a cone angle to the axis of rotation from windward to leeward, and whose filler rods are formed by simple wings and whose ring straps are each formed by a ring wing, the truss ring acts as a dynamic diffuser stage, providing a dynamic cone angle can produce from 20-30 degrees. A built-up of simple wings, mehrgurtiger truss ring or constructed of reversing wings, toroidal grid shell forms each as a pressure ring a Speichenradkonstruktion a dynamic Strömungsleitwerk with a diffuser stage and a Konfusorstufe. A mehrgurtiger truss ring has in cross-section z. As a triangle, which is aligned with a tip to the flow, wherein the filler rods of the framework at the Ringaußen- and ring inner sides are each formed by simple wings, while the leeward filler rods are formed as rotor blades. A grid shell is made up of a plurality of reversing vanes, which intersect as oppositely-disposed endless spirals at rigid nodes, the reversing vanes being disposed on the virtual surface of a circular or elliptical cross-styled torus, and each in cross-section with the wing nose in the rotational direction of the turbine aligned, asymmetric wing profile. Sails, which are arranged within a multi-belt truss ring or a toroidal grid shell, act as an additional flow control and support the start-up of the turbine. If the speed of rotation of the turbine exceeds the flow velocity, the sails are brought close to the plane of rotation, so that the tangential rotation resistance decreases. By reefing the sails, the speed of the turbine can be controlled. In a further embodiment of the invention, the Strömungsleitwerk is formed by an inflatable ring tube, which is arranged as Pneu within a mehrgurtigen truss ring or within a toroidal grid shell. To control the speed of a turbine, the angle of the wings is adjustable with respect to the plane of rotation, wherein a simple wing or a reverse wing is adjusted about a rotational axis arranged radially to the axis of rotation. As a second possibility, the angle of inclination of a wing with respect to a tangent can be adjusted in its orbit, wherein the resistance and the lift caused by the wing are influenced so that an exact control of the rotational speed is made possible. The wing is pivoted along its longitudinal axis. The invention also relates in particular to a lightweight construction technique for large wind turbines with a spoke wheel construction in which an outer thrust ring is braced by means of spokes to the hub. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the outer pressure ring on a mehrgurtigen truss ring or a grid shell in the form of a ring torus, all support elements, such as straps, wings and rotor blades are aerodynamically effective. While the blades and the rotor blades drive the rotor, the straps used as ring blades with a cone angle to the rotation axis cause a windward thrust force, which counteracts the leeward shear force and thus relieves the supporting structure. The arrangement of the wings in a ring spaced from the axis of rotation allows a modular construction of the ring structure of repeating components and maximizes the aerodynamic effect of the wings. This lightweight construction technique also makes it possible to use the turbine for driving a land or water vehicle that can approach the wind. In order to explain the fluid dynamic effects on the driving wings of a turbine according to the invention, the interaction of the forces in the figures is illustrated vectorially. The flow velocity, the velocity of the recirculation flow and the resulting flow form a first set of forces in which the magnitude of the angle of attack depends directly on the magnitude of the dynamic cone angle and the speed of rotation of the rotor. In rotor standstill, the angle of attack and the dynamic cone angle have the same amount. Under the influence of the circulating flow, the magnitude of the angle of attack decreases with respect to the amount of dynamic cone angle. Since the suction force caused by a vane always acts perpendicular to the resulting flow, the suction force acts on the rotation axis with an offset moment and, together with the buoyancy force and the propulsion force, forms a second force triangle. Due to the angle of the wings relative to the plane of rotation, the propulsive force has a component as a tangential driving force and as a windward thrust. The windward thrust relieves the support structure of the turbine and allows its use as a drive for a vehicle that can approach the flow. The vectorial investigation of the forces has shown that the propulsive force is greater than the resistance, which is composed of the tangential rotation resistance and the leeward thrust force. The figures show different embodiments and applications of the invention.
Es zeigen:Show it:
1 einen Strömungskonverter, dessen Strömungsleitwerk eine von einem Ringkörper mit einem Kragen gebildete Diffusorstufe aufweist, in der perspektivischen Übersicht 1 a flow converter whose Strömungsleitwerk has a diffuser formed by a ring body with a collar in the perspective overview
2 den Strömungskonverter nach 1 in der perspektivischen Ausschnittsdarstellung 2 the flow converter after 1 in the perspective sectional view
3 den Strömungskonverter nach 1 und 2 in der schematischen Aufsicht 3 the flow converter after 1 and 2 in the schematic plan
4 den Strömungskonverter nach 1–3 im Vertikalschnitt von Luv nach Lee 4 the flow converter after 1 - 3 in vertical section from windward to leeward
5 den Strömungskonverter nach 1–4 in der luvseitigen Ansicht 5 the flow converter after 1 - 4 in the windward view
6 den Strömungskonverter nach 1–5 in der leeseitigen Ansicht 6 the flow converter after 1 - 5 in the leeward view
7 einen Strömungskonverter, dessen Strömungsleitwerk eine von einer Kugel gebildete Diffusorstufe und eine Konfusorstufe aufweist, in der perspektivischen Übersicht 7 a flow converter whose Strömungsleitwerk has a diffuser stage formed by a ball and a Konfusorstufe, in the perspective overview
8 den Strömungskonverter nach 7 in der perspektivischen Ausschnittsdarstellung 8th the flow converter after 7 in the perspective sectional view
9 einen Strömungskonverter, dessen Strömungsleitwerk eine von einem Ringkörper gebildete Diffusorstufe und eine Konfusorstufe aufweist, in der perspektivischen Übersicht 9 a flow converter whose Strömungsleitwerk has a diffuser step formed by a ring body and a Konfusorstufe, in the perspective overview
10 den Strömungskonverter nach 9 im Vertikalschnitt von Luv nach Lee 10 the flow converter after 9 in vertical section from windward to leeward
11 einen Strömungskonverter mit einer Speichenradkonstruktion und 12 ringförmigen Umkehrflügeln in der perspektivischen luvseitigen Ansicht 11 a flow converter with a Speichenradkonstruktion and 12 annular Umkehrflügeln in the perspective windward view
12 den Strömungskonverter nach 11 im Vertikalschnitt von Luv nach Lee 12 the flow converter after 11 in vertical section from windward to leeward
13 den Strömungskonverter nach 11 und 12 in der luvseitigen Ansicht 13 the flow converter after 11 and 12 in the windward view
14 den ringförmigen Umkehrflügel des Strömungskonverters nach 11–13 im perspektivischen Detailschnitt mit Darstellung der aerodynamischen Kräfte 14 the annular reverse wing of the flow converter after 11 - 13 in a perspective detail section showing the aerodynamic forces
15 drei schematische Schnitte durch das Strömungsleitwerk und den ringförmigen Umkehrflügel des Strömungskonverters nach 11–14 15 three schematic sections through the Strömungsleitwerk and the annular reversing vanes of the flow converter after 11 - 14
16 einen Strömungskonverter mit einer Speichenradkonstruktion und 12 in Drehrichtung gespreizten Umkehrflügeln in der perspektivischen luvseitigen Ansicht 16 a flow converter with a Speichenradkonstruktion and 12 revolving in the direction of rotation reversal wings in the perspective windward view
17 den Strömungskonverter nach 16 im Vertikalschnitt von Luv nach Lee 17 the flow converter after 16 in vertical section from windward to leeward
18 den Strömungskonverter nach 16 und 17 in der luvseitigen Ansicht 18 the flow converter after 16 and 17 in the windward view
19 den in Drehrichtung gespreizten Umkehrflügel des Strömungskonverters nach 16–18 im perspektivischen Detailschnitt mit Darstellung der aerodynamischen Kräfte 19 after the splayed in the direction of rotation reverse wing of the flow converter 16 - 18 in a perspective detail section showing the aerodynamic forces
20 vier schematische Schnitte durch das Strömungsleitwerk und den Umkehrflügel des Strömungskonverters nach 16–19 20 four schematic sections through the Strömungsleitwerk and the reverse wing of the flow converter after 16 - 19
21 einen Strömungskonverter mit einer Speichenradkonstruktion und 18 ringförmigen Umkehrflügeln in der perspektivischen luvseitigen Ansicht 21 a flow converter with a Speichenradkonstruktion and 18 annular reversing vanes in the perspective windward view
22 einen Strömungskonverter mit einer Speichenradkonstruktion und einem als Endlosspirale ausgebildeten Umkehrflügel in der perspektivischen luvseitigen Ansicht 22 a flow converter with a Speichenradkonstruktion and formed as an endless spiral reversing wing in the perspective windward view
23 einen Strömungskonverter mit einer Speichenradkonstruktion und 12 gespreizten Umkehrflügeln in der perspektivischen luvseitigen Ansicht 23 a flow converter with a Speichenradkonstruktion and 12 splayed reversing wings in the perspective windward view
24 den Strömungskonverter nach 23 im Vertikalschnitt von Luv nach Lee 24 the flow converter after 23 in vertical section from windward to leeward
25 den Strömungskonverter nach 23 und 24 in der luvseitigen Ansicht 25 the flow converter after 23 and 24 in the windward view
26 vier schematische Schnitte durch das Strömungsleitwerk und einen gespreizten Umkehrflügel des Strömungskonverters nach 23–25 26 four schematic sections through the Strömungsleitwerk and a splayed reverse wing of the flow converter after 23 - 25
27 einen Strömungskonverter, dessen Strömungsleitwerk eine Diffusor- und Konfusorstufe hat und von einem Ringkörper als Gitterschale aus acht untereinander verbundenen Umkehrflügeln gebildet wird, in der perspektivischen Übersicht 27 a flow converter whose Strömungsleitwerk has a diffuser and Konfusorstufe and is formed by a ring body as a grid shell of eight interconnected reversing wings, in the perspective overview
28 den Ausschnitt eines Strömungskonverters, dessen Strömungsleitwerk aus einer von Segeln gebildete Diffusor- und Konfusorstufe besteht mit insgesamt 8 zu einer Gitterschale untereinander verbundenen Umkehrflügeln in der luvseitigen Perspektive 28 the section of a flow converter whose Strömungsleitwerk consists of a diffuser and Konfusorstufe formed by sails with a total of 8 to a grid shell interconnected reversing wings in the windward perspective
29 den Ausschnitt des Strömungskonverters nach 28 in der leeseitigen Perspektive 29 the section of the flow converter after 28 in the leeward perspective
30 einen Strömungskonverter, dessen Strömungsleitwerk eine von einer Speichenradkonstruktion gebildete Diffusorstufe aufweist, in der perspektivischen Übersicht 30 a flow converter whose Strömungsleitwerk has a diffuser formed by a Speichenradkonstruktion, in perspective view
31 den Strömungskonverter nach 30 im Vertikalschnitt von Luv nach Lee 31 the flow converter after 30 in vertical section from windward to leeward
32 einen Flügel des Strömungskonverters nach 30 und 31 in einem perspektivischen Detailschnitt mit Darstellung der aerodynamischen Kräfte 32 following a wing of the flow converter 30 and 31 in a perspective detail section showing the aerodynamic forces
33 vier schematische Schnitte durch das Strömungsleitwerk und den Flügel des Strömungskonverters nach 30–32 33 four schematic sections through the Strömungsleitwerk and the wing of the flow converter after 30 - 32
34 einen Strömungskonverter, dessen Strömungsleitwerk eine von einem seilverspannten Ringflügel gebildete Diffusorstufe aufweist, in der perspektivischen Übersicht 34 a flow converter whose Strömungsleitwerk has a diffuser step formed by a rope-strained annular wing, in the perspective overview
35 den Strömungskonverter nach 34 in dem schematischen Vertikalschnitt von Luv nach Lee 35 the flow converter after 34 in the schematic vertical section from windward to leeward
36 einen Strömungskonverter mit einer Speichenradkonstruktion, dessen Strömungsleitwerk eine Konfusorstufe und eine Diffusorstufe aufweist, die von einem Fachwerkring gebildet werden, in der perspektivischen Übersicht 36 a flow converter with a Speichenradkonstruktion whose Strömungsleitwerk has a Konfusorstufe and a diffuser stage, which are formed by a truss ring, in the perspective overview
37 einen Strömungskonverter mit einer Speichenradkonstruktion, dessen Strömungsleitwerk eine Konfusorstufe und eine Diffusorstufe aufweist, die von einem Fachwerkring mit einem Pneu gebildet werden, in einem perspektivischen Ausschnitt 37 a flow converter with a Speichenradkonstruktion whose Strömungsleitwerk has a Konfusorstufe and a diffuser stage, which are formed by a truss ring with a tire, in a perspective cutout
38 einen Strömungskonverter mit einer Speichenradkonstruktion, dessen Strömungsleitwerk eine Konfusorstufe und eine Diffusorstufe aufweist, die von einem Fachwerkring und einer Mehrzahl von Segeln gebildet werden, in der perspektivischen Übersicht 38 a flow converter with a Speichenradkonstruktion whose Strömungsleitwerk has a Konfusorstufe and a diffuser stage, which are formed by a truss ring and a plurality of sails, in the perspective overview
39 den aus einfachen Flügeln aufgebauten Fachwerkring des Strömungskonverters nach 38 im perspektivischen Detailschnitt 39 the built-up of simple wings truss ring of the flow converter after 38 in perspective detail section
40 einen Strömungskonverter mit einer Speichenradkonstruktion, dessen Strömungsleitwerk eine von einem viergurtigen Fachwerkring und von Rotorblättern gebildete Diffusorstufe aufweist, in der perspektivischen Übersicht 40 a flow converter with a Speichenradkonstruktion whose Strömungsleitwerk one of a viergurtigen truss ring and rotor blades formed diffuser stage, in the perspective overview
41 den Strömungskonverter nach 40 in einem Vertikalschnitt von Luv nach Lee 41 the flow converter after 40 in a vertical section from windward to leeward
42 einen Strömungskonverter, dessen Strömungsleitwerk von einem Kanal mit einer Düse gebildet wird, in der perspektivischen Ausschnittsdarstellung 42 a flow converter whose Strömungsleitwerk is formed by a channel with a nozzle in the perspective cutaway view
43 einen Strömungskonverter, dessen Strömungsleitwerk von einem Kanal und einem Rotationskörper gebildet wird, in der perspektivischen Ausschnittsdarstellung 43 a flow converter whose Strömungsleitwerk is formed by a channel and a body of revolution, in the perspective cutaway view
44 einen Strömungskonverter, dessen Strömungsleitwerk von einem Kanal und einem Rotationskörper mit Kragen gebildet wird, in der perspektivischen Ausschnittsdarstellung 44 a flow converter whose Strömungsleitwerk is formed by a channel and a rotary body with collar, in the perspective cutaway view
45 einen Strömungskonverter, dessen Strömungsleitwerk von einem Kanal und einem Rotationskörper gebildet wird, als Umkehrturbine, in der perspektivischen Ausschnittsdarstellung 45 a flow converter whose Strömungsleitwerk is formed by a channel and a rotary body, as a reversing turbine, in the perspective cutaway view
46 einen frei umströmten Strömungskonverter als Umkehrturbine in der Übersichtsperspektive 46 a free-flowing flow converter as a reversing turbine in the overview perspective
47 den Strömungskonverter nach 40 in der Seitenansicht 47 the flow converter after 40 in the side view
48 einen Strömungskonverter als Antrieb für ein Wasserfahrzeug, dessen Strömungsleitwerk eine von einer Speichenradkonstruktion gebildete Diffusorstufe aufweist, in der perspektivischen Übersicht 48 a flow converter as a drive for a watercraft whose Strömungsleitwerk has a diffuser formed by a Speichenradkonstruktion, in the perspective overview
49 einen Strömungskonverter als Luftschiff, dessen Strömungsleitwerk eine von einem Rotationskörper mit Kragen gebildete Diffusorstufe aufweist, in der perspektivischen Untersicht 49 a flow converter as an airship whose Strömungsleitwerk has a diffuser formed by a rotary body with collar, in the perspective bottom view
50 den Strömungskonverter als Luftschiff nach 47 in einer perspektivischen Ausschnittsdarstellung 50 downstream of the flow converter as an airship 47 in a perspective sectional view
51 das Strömungsleitwerk des Strömungskonverters nach 47 und 48 im Detailschnitt 51 the flow control of the flow converter after 47 and 48 in detail section
1 zeigt einen Strömungskonverter 1, bei dem das Strömungsleitwerk 2 als Stator 25 ausgebildet ist und eine Diffusorstufe ψ aufweist, die von einem paraboloidförmigen Ringkörper 21 gebildet wird. Der Ringkörper 21 wird von innen frei durchströmt und weist an seiner Außenseite einen Kragen 200 mit einer leeseitigen Strömungsabrisskante v auf und ist über ein Azimutlager 28 an einen Mast angelenkt. Drei einfache Flügel 120 mit einer V-Form sind untereinander zu einem Zackenring 122 verbunden, dessen Umlaufbahn U sich von Luv nach Lee erstreckt. An einem V-förmigen Segment des Zackenrings 122 wechselt der Stellwinkel β von einem spitzen zu einem stumpfen Winkel. Jeder Schenkel eines V-förmigen Segments des Zackenrings 122 bewirkt eine tangentiale Antriebskraft G mit Drehrichtung R um die horizontale Rotationsachse x. Der paraboloidförmige Ringkörper 21 prägt der Strömung einen dynamischen Konuswinkel α auf, sodass die aus der Strömungsgeschwindigkeit A und der Umlaufanströmung B resultierende Anströmung C2 mit einem Anströmwinkel α auf das in der Vergrößerung dargestellte asymmetrische Flügelprofil 11 des Zackenrings 122 trifft und an dem einfachen Flügel 120 eine senkrecht zur Anströmung C2 wirkende Sogkraft G, die sich aus einer Auftriebskraft E und einer Vortriebskraft F zusammensetzt, gebildet wird. Die Vortriebskraft F hat eine Komponente als tangentiale Antriebskraft G. Der einfache Flügel 120 ist mit einem Abstand von etwa der 2-fachen Länge der Profilsehne p zu der Außenfläche des Ringkörpers 21 angeordnet und wirkt als Stauflügel 123 mit einer im Vergleich zu einem frei umströmten Flügelprofil erhöhten Sogkfrat D. 1 shows a flow converter 1 in which the Strömungsleitwerk 2 as a stator 25 is formed and has a diffuser stage ψ, of a paraboloid annular body 21 is formed. The ring body 21 is flowed through freely from the inside and has a collar on its outside 200 with a leeward stall edge v and is over an azimuth bearing 28 hinged to a mast. Three simple wings 120 with a V-shape are mutually a serrated ring 122 whose orbit U extends from windward to leeward. On a V-shaped segment of the serrated ring 122 the setting angle β changes from an acute to an obtuse angle. Each leg of a V-shaped segment of the serrated ring 122 causes a tangential driving force G with the direction of rotation R about the horizontal axis of rotation x. The paraboloidal ring body 21 the flow imposes a dynamic cone angle α, so that the flow C2 resulting from the flow velocity A and the circulation flow B has an angle of incidence α on the asymmetrical airfoil profile shown in the enlargement 11 of the serrated ring 122 meets and on the simple wing 120 a suction force G acting perpendicular to the flow C2, which is composed of a buoyancy force E and a driving force F, is formed. The driving force F has a component as a tangential driving force G. The simple wing 120 is at a distance of about 2 times the length of the chord p to the outer surface of the ring body 21 arranged and acts as a Stauflügel 123 with a suction cup D increased compared to a free-flowed airfoil.
2 zeigt den Strömungskonverter 1 nach 1 in einer Ausschnittsperspektive. Der als Stator 25 ausgebildete Ringkörper 21 bildet das Generatorgehäuse 151 zur Aufnahme eines konzentrisch und koaxial zu der horizontalen Rotationsachse x angeordneten Ringgenerators 150 mit Stator- und Läuferring. Der Läuferring des Ringgenerators 150 ist über drei Rotorblätter 24 mit dem Zackenring 122 verbunden. Die Turbine 10 kann in unterschiedlichen Größen mit einem Durchmesser ab 5 cm bis zu mehreren Metern hergestellt werden. 2 shows the flow converter 1 to 1 in a clipping perspective. The as a stator 25 trained ring body 21 forms the generator housing 151 for receiving a concentric and coaxial with the horizontal axis of rotation x arranged ring generator 150 with stator and rotor ring. The rotor ring of the ring generator 150 is about three rotor blades 24 with the serrated ring 122 connected. The turbine 10 can be made in different sizes with a diameter from 5 cm up to several meters.
3 zeigt den Strömungskonverter 1 nach 1 und 2 in der Aufsicht mit Darstellung der sich von Luv nach Lee erstreckenden Umlaufbahn U des Zackenrings 122. Der paraboloidförmige Ringkörper 21 weist einen Kragen 200 mit einer Strömungsabrisskante v auf. Die Stromlinien S reißen an der Strömungsabrisskante v ab und rollen sich leeseitig ein, sodass die Stromlinien S auch leeseitig von der Strömungsabrisskante v mit einem dynamischen Konuswinkel α von der Rotationsachse x der Turbine 10 weggelenkt werden und die Umlaufbahn U eines einfachen Flügels 120 sich teilweise leeseitig von dem Kragen 200 erstreckt. An jedem der drei V-förmigen Flügelsegmente des Zackenrings 122 wechselt der Stellwinkel β, wie in 1 gezeigt, von einem spitzen zu einem stumpfen Winkel, wobei ein Schenkel des V-förmigen Flügelsegments mit seiner Flügelnase n in Drehrichtung R ausgerichtet ist, um das Anlaufen der Turbine 10 zu ermöglichen und dann, wenn die Schnelllaufzahl ”Lambda” mit der resultierenden Anströmung C1–C7 ein Mehrfaches der Windgeschwindigkeit beträgt, auch der zweite Schenkel des des V-förmigen Flügelsegments mit seiner leeseitigen Flügelnase n zur Anströmung C1–C7 ausgerichtet ist und an der Rotationsachse x ein Drehmoment bewirkt. 3 shows the flow converter 1 to 1 and 2 in the top view with representation of the windward to Lee extending orbit U of the serrated ring 122 , The paraboloidal ring body 21 has a collar 200 with a stall v. The streamlines S tear off at the stall edge v and roll leeward, so that the streamlines S also leeward from the stall v with a dynamic cone angle α from the axis of rotation x of the turbine 10 be deflected and the orbit U of a simple wing 120 partly leeward from the collar 200 extends. At each of the three V-shaped wing segments of the serrated ring 122 the setting angle β changes, as in 1 shown, from a pointed to an obtuse angle, wherein one leg of the V-shaped wing segment is aligned with its wing nose n in the direction of rotation R, to start the turbine 10 and when the high-speed number "lambda" with the resulting flow C1-C7 is a multiple of the wind speed, the second leg of the V-shaped vane segment is also aligned with its leeward vane n to the flow C1-C7 and at the axis of rotation x causes a torque.
4 zeigt den Strömungskonverter 1 nach 1–3 in einem vertikalen Schnitt durch den als Stator 25 ausgebildeten Ringkörper 21. An der Strömungsabrisskante v des Kragens 200 rollen sich die Stromlinien S in einem Wirbel ein, sodass sie auch leewärts der Strömungsabrisskante v mit einem dynamischen Konuswinkel α von der Rotationsachse x weggelenkt werden. Der Ringkörper 21 bildet das Generatorgehäuse 151 für den Generator 15, der als Ringgenerator 150 jeweils aus einem konzentrisch und koaxial zu der Rotationsachse x angeordneten Statorring und einem Läuferring aufgebaut ist. 4 shows the flow converter 1 to 1 - 3 in a vertical section through the as a stator 25 trained ring body 21 , At the stall edge v of the collar 200 the streamlines S roll in a vortex so that they are also deflected leeward of the stall v with a dynamic cone angle α away from the axis of rotation x. The ring body 21 forms the generator housing 151 for the generator 15 that as a ring generator 150 each of a concentric and coaxial with the axis of rotation x arranged stator and a rotor ring is constructed.
5 zeigt den Strömungskonverter 1 nach 1–4 in einer luvseitigen Ansicht. Über das Azimutlager 28 ist die Turbine 10 an das von einem Mast gebildete Tragwerk 13 angelenkt und richtet sich selbsttätig zur Strömung aus. Der Oberflächeneffekt zwischen der Außenseite des Ringkörpers 21 und dem als Stauflügel 123 wirkenden Zackenring 122 verstärkt die von dem Zackenring 122 bewirkte Sogkraft D und damit auch die tangentiale Antriebskragt G. 5 shows the flow converter 1 to 1 - 4 in a windward view. About the azimuth warehouse 28 is the turbine 10 to the structure formed by a mast 13 hinged and automatically aligns itself to the flow. The surface effect between the outside of the ring body 21 and as a stewing wing 123 acting serrated ring 122 reinforces the of the serrated ring 122 caused suction force D and thus also the tangential drive collar G.
6 zeigt den Strömungskonverter 1 nach 1–5 in einer leeseitigen Ansicht. Der Zackenring 122 ist über drei Rotorblätter 24, wie auch in 2 gezeigt, mit dem Läuferring des Ringgenerators 150 verbunden. 6 shows the flow converter 1 to 1 - 5 in a leeward view. The serrated ring 122 is about three rotor blades 24 as well as in 2 shown with the rotor ring of the ring generator 150 connected.
7 zeigt einen Strömungskonverter 1, bei dem das Strömungsleitwerk 2 aus einem Rotationskörper 20 in Form einer Kugel gebildet wird. Die Stromlinien S umströmen die Kugel mit einem dynamischen Konuswinkel α. Luvseitig ist eine Strömungsabrisskante v vorgesehen, die als Prandtlscher Stolperdraht wirkt und dafür sorgt, dass die Stromlinien S die Kugel auch auf der Leeseite laminar umströmen, wobei die Luvseite der Kugel eine Diffusorstufe ψ und die Leeseite der Kugel eine Konfusorstufe Σ bildet. Drei diagonal zur Rotationsebene angestellte Umkehrflügel 121 rotieren auf einer sich von Luv nach Lee erstreckenden Umlaufbahn U und sind jeweils als Stauflügel 123 ausgebildet. Am Meridian der Kugel wechselt, wie in den Detailschnitten dargestellt, die Flügelwölbung des asymmetrischen Flügelprofils 11 von der Außenseite zur Innenseite. Während der dynamische Konuswinkel α die Stromlinien S an der Diffusorstufe ψ von der Rotationsachse x weglenkt, lenkt er die Stromlinien S an der Konfusorstufe Σ zur Rotationsachse x hin. Bei der dargestellten resultierenden Anströmung C2 entspricht die Geschwindigkeit der Umlaufanströmung B dem 2-fachen der Strömungsgeschwindigkeit A und trifft, wie in den Detailschnitten des asymmetrischen Flügelprofils 11 dargestellt, jeweils mit einem Anströmwinkel α' auf das asymmetrische Flügelprofil 11. Die resultierende Anströmung C2 bewirkt an dem asymmetrischen Flügelprofils 11 eine Sogkraft D, die in die Auftriebskraft E und die Vortriebskraft F zerlegt werden kann. Eine Komponente der Vortriebskraft F ist die tangentiale Antriebskraft G. 7 shows a flow converter 1 in which the Strömungsleitwerk 2 from a body of revolution 20 is formed in the form of a sphere. The streamlines S flow around the sphere at a dynamic cone angle α. On the windward side, there is a stall v which acts as Prandtl's tripwire and causes the streamlines S to flow around the ball laminarly on the leeward side, with the windward side of the sphere forming a diffuser step ψ and the leeward side of the sphere forming a confusion step Σ. Three inverted wings positioned diagonally to the plane of rotation 121 rotate on a windward to U-extending orbit U and are each as Stauflügel 123 educated. At the meridian of the ball, as shown in the detail sections, the wing curvature of the asymmetrical wing profile changes 11 from the outside to the inside. While the dynamic cone angle α deflects the stream lines S at the diffuser stage ψ away from the rotation axis x, it deflects the stream lines S at the confusion stage Σ toward the rotation axis x. In the illustrated incident flow C2, the velocity of the circulating flow B is twice the flow velocity A and hits, as in the detail sections of the asymmetric airfoil 11 represented, in each case with a flow angle α 'on the asymmetric blade profile 11 , The resulting flow C2 causes at the asymmetric wing profile 11 a suction force D, which can be decomposed into the buoyant force E and the driving force F. One component of the propulsive force F is the tangential driving force G.
8 zeigt den Strömungskonverter 1 nach 7 in einer Ausschnittsperspektive. Die drei Umkehrflügel 121 rotieren mit einem radialen Hebelarm h auf einer Umlaufbahn U, die sich von Luv nach Lee erstreckt. In einem Meridianschnitt senkrecht zu der horizontalen Rotationsachse x weist der Hebelarm h seine größte Länge auf. Wie in 7 gezeigt, verläuft die Profilsehne p der Umkehrflügel 121 tangential zur Umlaufbahn U und weist einen konstanten Abstand zu der kugelförmigen Oberfläche des Rotationskörpers 20 auf, sodass zwischen der Kugeloberfläche und den drei Umkehrflügeln 121 ein Oberflächeneffekt wirksam wird und die Umkehrflügel 121 deshalb als Stauflügel 123 wirken. Die luvseitige Kugelkalotte bildet einen Kragen mit einer Strömungsabrisskante v und ist als Teil des Generatorgehäuses 151 ausgebildet. 8th shows the flow converter 1 to 7 in a clipping perspective. The three reversing wings 121 rotate with a radial lever arm h in an orbit U, which extends from windward to leeward. In a meridian section perpendicular to the horizontal axis of rotation x, the lever arm h has its greatest length. As in 7 shown, the chord p of the reverse wing runs 121 tangent to the orbit U and has a constant distance to the spherical surface of the rotating body 20 on so that between the ball surface and the three reversing wings 121 a surface effect is effective and the reversing wings 121 therefore as a stacking wing 123 Act. The windward spherical cap forms a collar with a stall edge v and is part of the generator housing 151 educated.
9 zeigt einen Strömungskonverter 1, bei dem das Strömungsleitwerk 2 von einem Ringkörper 21 in Form eines Parabolrings mit leeseitigen Strömungsabrisskanten v gebildet wird. Dabei wirkt die Außenseite des Ringkörpers 21 als Diffusorstufe ψ, während die Innenseite des Ringkörpers 21 als Konfusorstufe Σ wirkt. Konfusorstufe Σ und Diffusorstufe ψ bewirken in der Strömung einen dynamischen Konuswinkel α, sodass, wie in 10 gezeigt, die Stromlinien S an der Außenseite und an der Innenseite des Ringkörpers 21 jeweils drei einander gegenüber liegende, einfache Flügel 120 mit einem Anströmwinkel α' anströmen. Da die Sogkraft D immer senkrecht zu der aus der Strömungsgeschwindigkeit A und der Geschwindigkeit der Umlaufanströmung B resultierenden Anströmung C wirkt, erzeugt ein einfacher Flügel 120 eine Vortriebskraft F, wobei sich die einfachen Flügel 120 auf einer Umlaufbahn U in Drehrichtung R um den als Stator 25 ausgebildeten Ringkörper 21 bewegen. Der Strömungskonverter 1 richtet sich in einem Azimutlager 28 mit einer vertikalen Drehachse y selbsttätig zur Strömung aus. 9 shows a flow converter 1 in which the Strömungsleitwerk 2 from a ring body 21 is formed in the form of a parabolic ring with leeward stall edges v. In this case, the outside of the ring body acts 21 as diffuser stage ψ, while the inside of the ring body 21 acts as Konfusorstufe Σ. Confusion stage Σ and diffuser stage ψ cause a dynamic cone angle α in the flow, so that, as in 10 shown, the streamlines S on the outside and on the inside of the ring body 21 each three opposite, simple wings 120 with a flow angle α 'flow. Since the suction force D always acts perpendicular to the flow C resulting from the flow velocity A and the velocity of the circulation flow B, a simple vane is created 120 a propulsive force F, being the simple wings 120 in an orbit U in the direction of rotation R to the as a stator 25 trained ring body 21 move. The flow converter 1 is aimed at an azimuth bearing 28 with a vertical axis of rotation y automatically to the flow.
10 zeigt den Strömungskonverter 1 nach 9 in einem Vertikalschnitt. Der Ringkörper 21 ist als Parabolring mit leeseitigen Strömungsabrisskanten v geformt und nimmt einen Ringgenerator 150 mit einem inneren Statorring und konzentrischen Läuferringen, die jeweils an der Ringaußenseite und an der Ringinnenseite mit einem einfachen Flügel 120 verbunden sind, auf. Die Innenseite des Ringkörpers 21 wirkt als Konfusorstufe Σ und die Außenseite als Diffusorstufe ψ, sodass die Stromlinien S mit einem dynamischen Konuswinkel α von innen und von außen um das von dem Ringkörper 21 gebildete Strömungsleitwerk 2 gelenkt werden. Aus dem dynamischen Konuswinkels α und der resultierenden Anströmung C leitet sich der Anströmwinkel α' ab, mit dem die einfachen Flügel 120 an der Ringaußenseite und der Ringinnenseite angeströmt werden und aus der senkrecht zur Anströmung C wirkenden Sogkraft D eine rotativ wirksame Vortriebskraft F erzeugen. Leewärts der Strömungsabrisskanten v des Ringkörpers 21 bilden sich, wie in 3 gezeigt, Wirbel aus, sodass die Stromlinien S von der Rotationsachse x weggelenkt werden und das asymmetrische Flügelprofil 11 auch leeseitig des Ringkörpers 21 mit einem Anströmwinkel α' angeströmt wird. 10 shows the flow converter 1 to 9 in a vertical section. The ring body 21 is shaped as a parabolic ring with leeward stall edges v and takes a ring generator 150 with an inner stator ring and concentric rotor rings, each on the outside of the ring and on the inside of the ring with a simple wing 120 are connected to. The inside of the ring body 21 acts as Konfusorstufe Σ and the outside as a diffuser stage ψ, so that the streamlines S with a dynamic cone angle α from the inside and from the outside of the annular body 21 formed flow control 2 be steered. From the dynamic cone angle α and the resulting flow C, the angle of attack α 'is derived, with which the simple wings 120 be flowed against the outside of the ring and the ring inside and generate from the acting perpendicular to the flow C suction force D a rotationally effective driving force F. Leeward of the stall edges v of the ring body 21 form, as in 3 shown vortex, so that the streamlines S are deflected away from the axis of rotation x and the asymmetric wing profile 11 also leeward of the ring body 21 is flowed with an angle of attack α '.
11 zeigt eine Windturbine 100 als Speichenradkonstruktion, bei der der Ringkörper 21 den Druckring 230 einer Speichenradkonstruktion und das Strömungsleitwerk 2 mit einer Konfusorstufe Σ und einer Diffusorstufe ψ bildet. An der Ringaußenseite und an der Ringinnenseite sind einander gegenüberliegende bogenförmige Flügel 12 vorgesehen, die an den Flügelspitzen zu insgesamt 12 Umkehrflügeln 121 zusammengeschlossen sind. An dem Strömungsleitwerk 2 teilt sich die Strömung in zwei Luftströme auf, die den Ringkörper 21 von außen und von innen jeweils mit einem dynamischen Konuswinkel α umströmen. Die aus der Strömungsgeschwindigkeit A und einer 3-mal schnelleren Umlaufanströmung B resultierende Anströmung C3 bewirkt an dem Umkehrflügel 121 sowohl an der Außen- als auch an der Innenseite eine Sogkraft D mit einer rotativ wirksamen Vortriebskraft F. Über das Azimutlager 28 an dem Mast richtet sich die Turbine 10 selbsttätig zur Strömung aus. Sechs luvseitige und sechs leeseitige Speichen 232 stabilisieren den als Druckring 230 ausgebildeten Ringkörper 21. Das Generatorgehäuse 151 ist luv- und leeseitig aerodynamisch gestaltet und nimmt einen in die Nabe 231 integrierten Generator 15 auf. 11 shows a wind turbine 100 as Speichenradkonstruktion, in which the ring body 21 the pressure ring 230 a spoke wheel construction and the Strömungsleitwerk 2 forms with a Konfusorstufe Σ and a diffuser stage ψ. On the outside of the ring and on the inside of the ring are opposing arcuate wings 12 provided at the wing tips to a total of 12 reversing wings 121 are joined together. At the Strömungsleitwerk 2 divides the flow into two air streams, which the ring body 21 flow around from the outside and from the inside each with a dynamic cone angle α. The from the Flow rate A and a 3 times faster circulation flow B resulting flow C3 effected on the reverse wing 121 both on the outside and on the inside of a suction force D with a rotary propulsive force F. About the azimuth bearing 28 The turbine is aimed at the mast 10 automatically to the flow. Six windward and six leeward spokes 232 stabilize the as a pressure ring 230 trained ring body 21 , The generator housing 151 is luv- and leeward aerodynamically designed and takes you into the hub 231 integrated generator 15 on.
12 zeigt die Windturbine 100 nach 11 in einem vertikalen Schnitt mit Darstellung der aerodynamischen Wirkung des Strömungsleitwerks 2. Der Ringkörper 21 ist als Parabolring mit leeseitigen Strömungsabrisskanten v ausgebildet und lenkt die resultierende Anströmung C1 über die Konfusorstufe Σ zur Rotationsachse x hin und über die Diffusorstufe ψ von der Rotationsachse x weg. Beim Anlaufen der Turbine 10 beträgt die Geschwindigkeit der Umlaufanströmung zunächst null, sodass die resultierende Anströmung C1 der Strömungsgeschwindigkeit A entspricht. Die Umkehrflügel 121 weisen gegenüber der Rotationsachse x der Turbine 10 einen radialen Hebelarm h auf und erzeugen, wie in 13 gezeigt, eine tangentiale Antriebskraft G. 12 shows the wind turbine 100 to 11 in a vertical section showing the aerodynamic effect of the Strömungsleitwerks 2 , The ring body 21 is formed as a parabolic ring with leeward stall edges v and directs the resulting flow C1 through the Konfusorstufe Σ to the rotation axis x out and about the diffuser stage ψ of the rotation axis x away. When starting the turbine 10 the velocity of the circulating flow is initially zero, so that the resulting flow C1 corresponds to the flow velocity A. The reversing wings 121 facing the axis of rotation x of the turbine 10 a radial lever h and generate, as in 13 shown a tangential driving force G.
13 zeigt die Windturbine 100 nach 11 und 12 in einer luvseitigen Ansicht. Die mit einem asymmetrischen Flügelprofil 11 ausgebildeten Umkehrflügel 121 erzeugen sowohl an der Außenseite als auch an der Innenseite des Ringkörpers 21 aus der dargestellten resultierenden Anströmung C3, bei der die Umlaufgeschwindigeit B etwa dem 3-fachen der Strömungsgeschwindigkeit A entspricht, eine tangentiale Antriebskraft G, jeweils als Komponenten der von dem Umkehrflügel 121 bewirkten Sogkraft D. 13 shows the wind turbine 100 to 11 and 12 in a windward view. The ones with an asymmetric wing profile 11 trained reversing wing 121 generate both on the outside and on the inside of the ring body 21 from the illustrated resulting flow C3, in which the Umlaufgeschwindigeit B corresponds to about 3 times the flow velocity A, a tangential driving force G, respectively as components of the reverse wing 121 caused suction D.
14 zeigt den perspektivischen Detailschnitt durch den Umkehrflügel 121 im Zusammenwirken mit dem Ringkörper 21, der, wie in 11–13 gezeigt, den Druckring 230 eines durch Speichen 232 stabilisierten Speichenrads bildet. An dem Ringkörper 21 werden die Stromlininen S mit einem dynamischen Konuswinkel α von der Diffusorstufe ψ nach außen und von der Konfusorstufe Σ nach innen gelenkt. Beim Anlaufen der Turbine 10 sind die Strömungsgeschwindigkeit A und die Geschwindigkeit der Umlaufanströmung B zunächst etwa gleich groß, sodass die resultierende Anströmung C1 mit einem aus dem dynamischen Konuswinkel α abgeleiteten Anströmwinkel α' auf den Umkehrflügel 121 trifft. Aus der von dem Umkehrflügel 121 bewirkten Sogkraft D leiten sich die Auftriebskraft E und die Vortriebskraft F ab, wobei sich die Vortriebskraft F in die luvseitige Schubkraft L und die tangentiale Antriebskraft G teilt und sich der Widerstand J des Umkehrflügels 121 aus der leeseitigen Schubkraft H und dem tangentialen Rotationswiderstand K zusammensetzt. 14 shows the perspective detail section through the reversing wing 121 in cooperation with the ring body 21 who, as in 11 - 13 shown the pressure ring 230 one by spokes 232 stabilized spoked wheel forms. On the ring body 21 The Stromlininen S are directed with a dynamic cone angle α from the diffuser stage ψ to the outside and of the Konfusorstufe Σ inward. When starting the turbine 10 For example, the flow velocity A and the velocity of the circulation inflow B are initially approximately the same, so that the resulting inflow C1 has an inflow angle α ', which is derived from the dynamic cone angle α, on the inverted vanes 121 meets. From the from the reverse wing 121 caused by the suction force D, the buoyant force E and the driving force F are derived, wherein the driving force F in the windward thrust L and the tangential driving force G shares and the resistance J of the reversing blade 121 composed of the leeward thrust H and the tangential rotation resistance K.
15 zeigt an drei unterschiedlichen Querschnitten des Ringkörpers 21 mit parabolischem Querschnitt und der Umkehrflügel 121 der Windturbine 100 nach 11–14 die Änderung des Anströmwinkels α' in Abhängigkeit von der aus der Strömungsgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Umlaufanströmung resultierenden Anströmung C1–C5. Bei der resultierenden Anströmung C1 entspricht die Geschwindigkeit der Umlaufanströmung in etwa der Strömungsgeschwindigkeit, während bei der resultierenden Anströmung C3 die Geschwindigkeit der Umlaufanströmung etwa 3-mal so hoch ist wie die Strömungsgeschwindigkeit und bei der resultierenden Anströmung C5 die Geschwindigkeit der Umlaufanströmung etwa 5-mal so hoch ist wie die Strömungsgeschwindigkeit. Dabei flacht der Anströmwinkel α' mit zunehmender Umlaufgeschwindigkeit ab. 15 shows at three different cross sections of the ring body 21 with parabolic cross section and the reverse wing 121 the wind turbine 100 to 11 - 14 the change of the angle of attack α 'as a function of the resulting from the flow velocity and the velocity of Umlaufanströmung flow C1-C5. In the resulting flow C1, the velocity of the circulation flow is approximately the flow velocity, while in the resulting flow C3 the velocity of the circulation flow is about 3 times as high as the flow velocity and in the resulting flow C5 the velocity of the circulation flow is about 5 times high is like the flow speed. In this case, the angle of attack α 'flattens with increasing circulation speed.
16 zeigt eine Turbine 10 als Windturbine 100 mit einer Speichenradkonstruktion bestehend aus dem Druckring 230, der Nabe 231 und den Speichen 232. Das Strömungsleitwerk 2 dieses Strömungskonverters 1 besteht aus einem Ringkörper 21 mit einem dreiecksförmigen Querschnitt. Der Flügel 12 mit einem asymmetrischen Flügelprofil 11 ist als Umkehrflügel 121 ausgebildet, bei dem, wie in 19 gezeigt, die Flügelwölbung von der Diffusorstufe ψ an der Ringaußenseite zu der Konfusorstufe Σ an der Ringinnenseite wechselt. An dem Strömungsleitwerk 2 wird den Stromlinien S von der Konfusorstufe Σ und der Diffusorstufe ψ jeweils ein dynamischer Konuswinkel α aufgeprägt. Wie in 19 gezeigt, resultiert aus der Überlagerung der Strömungsgeschwindigkeit A mit der Geschwindigkeit der Umlaufanströmung B ein Anströmwinkel α', mit dem der Umkehrflügel 121 angeströmt wird, wobei aus der resultierenden Anströmung C und der an dem asymmetrischen Flügelprofil 11 entstehenden Sogkraft D eine Vortriebskraft F resultiert. Die in Drehrichtung R gespreizten Umkehrflügel 121 rotieren auf einer sich von Luv nach Lee erstreckenden Umlaufbahn U und weisen zu der horizontalen Rotationsachse x einen radialen Hebelarm h auf. 16 shows a turbine 10 as a wind turbine 100 with a spoke wheel construction consisting of the pressure ring 230 , the hub 231 and the spokes 232 , The flow control unit 2 this flow converter 1 consists of a ring body 21 with a triangular cross-section. The wing 12 with an asymmetric wing profile 11 is as a reversal wing 121 trained in which, as in 19 shown, the wing vault of the diffuser stage ψ on the outside of the ring to the Konfusorstufe Σ on the ring inside changes. At the Strömungsleitwerk 2 the stream lines S of the Konfusorstufe Σ and the diffuser stage ψ each have a dynamic cone angle α impressed. As in 19 shown results from the superposition of the flow velocity A with the velocity of the circulating flow B an angle of attack α ', with which the reversing vanes 121 is flown, with the resulting flow C and at the asymmetric wing profile 11 resulting suction force D a propulsive force F results. The inverted in the direction of rotation R reverse wing 121 rotate on an orbit extending from windward to leeward U and have to the horizontal axis of rotation x a radial lever arm h.
17 zeigt die Windturbine 100 nach 16 in einem Vertikalschnitt. Das Strömungsleitwerk 2 weist im Querschnitt ein Dreieck mit zwei luvseitig konvexen Seiten und einer leeseitig konkaven Seite mit Strömungsabrisskanten v auf. Der Umkehrflügel 121 ist mit einem konstanten Abstand und mit einer parallelen Stellung seiner Profilsehne zu den konvexen Dreiecksseiten angeordnet, wobei der Abstand zu dem Ringkörper 21 mindestens der Länge der Profilsehne entspricht. Die Strömung teilt sich an dem Ringkörper 21 des Strömungsleitwerks 2 und wird durch die Konfusorstufe Σ zur Rotationsachse x hin und durch die Diffusorstufe ψ von der Rotationsachse x weg gelenkt. Wie in 16 und 18 gezeigt, sind sechs leeseitige und sechs luvseitige Speichen 232 vorgesehen, um den Druckring 230 zu verspannen. Die Umkehrflügel 121 weisen gegenüber der Rotationsebene einen Stellwinkel β auf. Der Generator 15 der Windturbine 100 ist in ein von der Nabe 231 gebildetes Generatorgehäuse 151 integriert. In dem Azimutlager 28 richtet sich die Windturbine 100 in einer vertikalen Drehachse y selbsttätig zur Strömung aus. 17 shows the wind turbine 100 to 16 in a vertical section. The flow control unit 2 has in cross section a triangle with two windward convex sides and a leeward concave side with stall edges v on. The reverse wing 121 is arranged at a constant distance and with a parallel position of its chord to the convex sides of the triangle, wherein the distance to the ring body 21 at least equal to the length of the chord. The flow is shared by the ring body 21 of flow stabilizer 2 and is directed by the Konfusorstufe Σ to the rotation axis x out and by the diffuser stage ψ of the rotation axis x away. As in 16 and 18 shown are six leeward and six windward spokes 232 provided to the pressure ring 230 to tense. The reversing wings 121 have a setting angle β with respect to the plane of rotation. The generator 15 the wind turbine 100 is in one of the hub 231 formed generator housing 151 integrated. In the azimuth camp 28 the wind turbine is aimed 100 in a vertical axis of rotation y automatically to the flow.
18 zeigt die Windturbine 100 nach 16 und 17 in einer luvseitigen Ansicht. Die in Drehrichtung R gespreizten Umkehrflügel 121 weisen gegenüber dem von dem Ringkörper 21 gebildeten Strömungsleitwerk 2 einen konstanten Abstand auf und wirken deshalb als Stauflügel 123 mit dem Ringkörper 21 zusammen. 18 shows the wind turbine 100 to 16 and 17 in a windward view. The inverted in the direction of rotation R reverse wing 121 have opposite to that of the ring body 21 formed Strömungsleitwerk 2 at a constant distance and therefore act as a stacking wing 123 with the ring body 21 together.
19 zeigt einen Ausschnitt des von dem Ringkörper 21 gebildeten Strömungsleitwerks 2 mit Konfusorstufe Σ und Diffusorstufe ψ im aerodynamischen Zusammenwirken mit dem in Drehrichtung R gespreizten Umkehrflügel 121 der Windturbine 100 nach 16–18. Die aus der Strömungsgeschwindigkeit A und der Geschwindigkeit der Umlaufanströmung B resultierende Anströmung C3 hat bei dem gezeigten Beispiel den dreifachen Betrag der Strömungsgeschwindigkeit A und strömt den Umkehrflügel 121 mit einem Anströmwinkel α' sowohl an der Konfusorstufe Σ als auch an der Diffusorstufe ψ an. Aus der resultierenden Anströmung C3 resultieren die Sogkraft D, die Auftriebskraft E und die Vortriebskraft F, die sich ihrerseits in eine tangentiale Antriebskraft G und eine leeseitige Schubkraft H zerlegt. Der tangentialen Antriebskraft G wirkt der tangentiale Rotationswiderstand K entgegen, der sich aus dem Widerstand J und einer luvseitigen Schubkraft L zusammensetzt. Der Umkehrflügel 121 ist an dem Ringkörper 21 um die radiale Drehachse z verschwenkbar gelagert, sodass die Drehzahl der Turbine 10 gesteuert werden kann. Winglets 126 an den leeseitigen Enden des gespreizten Umkehrflügels 121 dienen der Vermeidung unerwünschter Wirbelschleppen. 19 shows a section of the of the ring body 21 formed Strömungsleitwerks 2 with Konfusorstufe Σ and diffuser stage ψ in aerodynamic interaction with the in the direction of rotation R splayed reverse wing 121 the wind turbine 100 to 16 - 18 , The flow C3 resulting from the flow velocity A and the velocity of the circulating flow B has, in the example shown, three times the flow velocity A and flows the reverse wing 121 with an angle of attack α 'both at the Konfusorstufe Σ and at the diffuser stage ψ on. From the resulting flow C3, the suction force D, the buoyant force E and the driving force F, which in turn decomposes into a tangential driving force G and a leeward thrust force H results. The tangential drive force G counteracts the tangential rotation resistance K, which is composed of the resistance J and a windward thrust L. The reverse wing 121 is on the ring body 21 pivoted about the radial axis of rotation z, so that the speed of the turbine 10 can be controlled. winglets 126 at the leeward ends of the splayed reverse wing 121 serve to avoid unwanted wake turbulence.
20 zeigt an vier unterschiedlichen Querschnitten der Windturbine 100 nach 16–19 durch den in Drehrichtung R gespreizten Umkehrflügel 121 und den dreiecksförmigen Ringkörper 21 die Änderung des Anströmwinkels α' in Abhängigkeit von der aus der Strömungsgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Umlaufanströmung resultierenden Anströmung C1–C7. Der Umkehrflügel 121 ist parallel und mit einem konstanten Abstand zu der Oberfläche des Ringkörpers 21 mit einem dreiecksförmigen Querschnitt angeordnet, sodass zwischen dem Ringkörper 21 und dem Umkehrflügel 121 ein Oberflächeneffekt entsteht. 20 shows at four different cross sections of the wind turbine 100 to 16 - 19 through the reverse wing spread in the direction of rotation R. 121 and the triangular ring body 21 the change in the angle of attack α 'as a function of the resulting from the flow velocity and the velocity of Umlaufanströmung flow C1-C7. The reverse wing 121 is parallel and at a constant distance to the surface of the ring body 21 arranged with a triangular cross section, so that between the ring body 21 and the reversing wing 121 a surface effect arises.
21 zeigt eine Windturbine 100, bei der das Strömungsleitwerk 2 von einem Ringkörper 21 mit einem linsenförmigen Querschnitt gebildet wird, der eine Diffusorstufe ψ und eine Konfusorstufe Σ bildet und mit einem ringförmigen Umkehrflügel 121 zusammenwirkt. Die Darstellung der aerodynamischen Kräfte zeigt die resultierende Anströmung C2 als Vektorsumme aus der Strömungsgeschwindigkeit A und einer im Verhältnis zu A doppelten Geschwindigkeit der Umlaufanströmung B. Wie in 26 gezeigt, bewirkt der linsenförmige Querschnitt des Ringkörpers 21 einen vergleichsweise steilen dynamischen Konuswinkel α, aus dem sich ein für das Anlaufen der Turbine 10 günstiger Anströmwinkel α' ableitet. Die Vortriebskraft F ist die Vektorsumme aus der Sogkraft D und der Auftriebskraft E mit einer Komponente als tangentiale Antriebskraft G. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Windturbine 100 mit etwa 2,5 m Durchmesser, bei der der im Querschnitt linsenförmig ausgebildete Druckring 230 eine Bauhöhe von nur 80 mm aufweist und durch sechs luvseitige und sechs leeseitige Speichen 232 stabilisiert wird. Insgesamt 18 ringförmige Umkehrflügel 121 rotieren auf einer sich von Luv nach Lee erstreckenden Umlaufbahn U. Mittels einer radialen Drehachse z ist der Stellwinkel der Umkehrflügel 121 verstellbar, um die Drehzahl der Windturbine 100 zu steuern. Die Nabe 231 ist Teil des Generatorgehäuses 151 und nimmt einen Generator 15 auf. Über das Azimutlager 28 ist das als Rotor 23 ausgebildete Strömungsleitwerk 2 an einen leeseitigen Mast angelenkt und richtet sich selbsttätig zur Strömung aus. 21 shows a wind turbine 100 in which the Strömungsleitwerk 2 from a ring body 21 is formed with a lenticular cross-section, which forms a diffuser stage ψ and a Konfusorstufe Σ and with an annular reversing wing 121 interacts. The representation of the aerodynamic forces shows the resulting flow C2 as the vector sum of the flow velocity A and a double velocity of the circulation flow B in relation to A. As in FIG 26 shown causes the lenticular cross-section of the annular body 21 a comparatively steep dynamic cone angle α, from which one for starting the turbine 10 favorable angle of attack α 'is derived. The driving force F is the vector sum of the suction force D and the buoyant force E with a component as the tangential driving force G. The embodiment shows a wind turbine 100 with about 2.5 m in diameter, in which the lense-shaped in cross-section pressure ring 230 has a height of only 80 mm and six windward and six leeward spokes 232 is stabilized. All in all 18 annular reversing wings 121 rotate on a from Luv to Lee extending orbit U. By means of a radial axis of rotation z is the adjustment angle of the reversing vanes 121 adjustable to the speed of the wind turbine 100 to control. The hub 231 is part of the generator housing 151 and takes a generator 15 on. About the azimuth warehouse 28 is that as a rotor 23 trained flow control 2 hinged to a leeward mast and automatically aligns with the flow.
22 zeigt einen Strömungskonverter 1 als Windturbine 100, bei der das Strömungsleitwerk 2, wie in 21 gezeigt, von einem Ringkörper 21 mit einem linsenförmigen Querschnitt gebildet wird. Die Außenseite des Ringkörper 21 bildet eine Diffusorstufe ψ und die Innenseite eine Konfusorstufe Σ, jeweils mit einer Strömungsabrisskante v. Sechs luvseitige und sechs leeseitige vorgespannte Speichen 232 stabilisieren den als Druckring 230 ausgebildeten Ringkörper 21, um den sich ein Umkehrflügel 121 in Form einer Endlosspirale windet. Der Ringkörper 21 setzt der Strömung einen Widerstand entgegen, sodass die Stromlinien S jeweils mit einem dynamischen Konuswinkel α den Ringkörper 21 an seiner Außen- und Innenseite umströmen. Aus der Strömungsgeschwindigkeit A und Geschwindigkeit der Umlaufanströmung B leitet sich bei dem dargestellten Beispiel eine resultierende Anströmung C2 ab, die an dem Umkehrflügel 121, sowohl an der Diffusorstufe ψ als auch an der Konfusorstufe Σ eine Sogkraft D mit einer Komponente als tangentiale Antriebskraft G bewirkt, die über den radialen Hebelarm h ein Drehmoment an der Rotationsachse x der Turbine 10 erzeugen. Das Tragwerk 13 der Windturbine 100 besteht aus einem leeseitigen Mast, an dessen oberen Ende ein Azimutlager 28 die selbsttätige Ausrichtung der Windturbine 100 zur jeweiligen Windrichtung ermöglicht. 22 shows a flow converter 1 as a wind turbine 100 in which the Strömungsleitwerk 2 , as in 21 shown by a ring body 21 is formed with a lenticular cross-section. The outside of the ring body 21 forms a diffuser stage ψ and the inside a Konfusorstufe Σ, each with a stalling edge v. Six windward and six leeward prestressed spokes 232 stabilize the as a pressure ring 230 trained ring body 21 around which is a reversing wing 121 winds in the form of an endless spiral. The ring body 21 sets the flow to resist, so that the streamlines S each with a dynamic cone angle α the ring body 21 flow around on its outside and inside. From the flow velocity A and the velocity of the circulating flow B, in the example shown, a resulting flow C2, which is at the reverse wing, is derived 121 , both at the diffuser stage ψ and at the Konfusorstufe Σ causes a suction force D with a component as a tangential driving force G, via the radial lever arm h a torque on the axis of rotation x of the turbine 10 produce. The Structure 13 the wind turbine 100 consists of a leeward mast, at the top of which an azimuth bearing 28 the automatic alignment of the wind turbine 100 allows for each wind direction.
23 zeigt eine Windturbine 100, bei der das Strömungsleitwerk 2 eine Diffusorstufe ψ und eine Konfusorstufe Σ aufweist, die von einem Ringkörper 21 mit einem linsenförmigen Querschnitt gebildet werden, der mit insgesamt 12 in Drehrichtung R der Turbine 10 gespreizten Umkehrflügeln 121 zusammenwirkt. Die Darstellung der aerodynamischen Kräfte zeigt die resultierende Anströmung C2 als Vektorsumme aus der Strömungsgeschwindigkeit A und einer im Verhältnis zu A doppelten Geschwindigkeit der Umlaufanströmung B. Wie in 26 gezeigt, bewirkt der linsenförmige Querschnitt des Ringkörpers 21 einen vergleichsweise steilen dynamischen Konuswinkel α, aus dem sich ein für das Anlaufen der Turbine 10 günstiger Anströmwinkel α' ableitet. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Windturbine 100 mit etwa 2,5 m Durchmesser, bei der der im Querschnitt linsenförmige Druckring 230 eine Bauhöhe von nur 80 mm aufweist und durch sechs luvseitige und sechs Teeseitige Speichen 232 stabilisiert wird. Insgesamt 12 gespreizte Umkehrflügel 121 rotieren auf einer sich von Luv nach Lee erstreckenden Umlaufbahn U. Mittels einer radialen Drehachse z ist der Stellwinkel der Umkehrflügel 121 verstellbar, um die Drehzahl der Windturbine 100 zu steuern. Die Nabe 231 ist Teil des Generatorgehäuses 151 und nimmt einen Generator 15 auf. Über das Azimutlager 28 ist das als Rotor 23 ausgebildete Strömungsleitwerk 2 an das von einem leeseitigen Mast gebildete Tragwerk 13 angelenkt und richtet sich selbsttätig zur Strömung aus. 23 shows a wind turbine 100 in which the Strömungsleitwerk 2 a Diffusorstufe ψ and a Konfusorstufe Σ, that of a ring body 21 be formed with a lenticular cross-section, with a total of 12 in the direction of rotation R of the turbine 10 spread reversing wings 121 interacts. The representation of the aerodynamic forces shows the resulting flow C2 as the vector sum of the flow velocity A and a double velocity of the circulation flow B in relation to A. As in FIG 26 shown causes the lenticular cross-section of the annular body 21 a comparatively steep dynamic cone angle α, from which one for starting the turbine 10 favorable angle of attack α 'is derived. The embodiment shows a wind turbine 100 about 2.5 m in diameter, in which the lenticular in the cross section pressure ring 230 has a height of only 80 mm and six windward and six tea-side spokes 232 is stabilized. All in all 12 spread reversing wings 121 rotate on a from Luv to Lee extending orbit U. By means of a radial axis of rotation z is the adjustment angle of the reversing vanes 121 adjustable to the speed of the wind turbine 100 to control. The hub 231 is part of the generator housing 151 and takes a generator 15 on. About the azimuth warehouse 28 is that as a rotor 23 trained flow control 2 to the structure formed by a leeward mast 13 hinged and automatically aligns itself to the flow.
24 zeigt die Windturbine 100 nach 23 in einem vertikalen Schnitt mit Darstellung des Ringkörpers 21 und der gespreizten Umkehrflügel 121, die mit einem konstanten Stellwinkel β gegenüber der Rotationsebene angestellt sind und auf der virtuellen Oberfläche eines Ringtorus mit kreisrundem Querschnitt liegen. Der Ringkörper 21 hat einen linsenförmigen Querschnitt mit zwei leeseitigen Strömungsabrisskanten v und ist als Druckring 230 einer Speichenradkonstruktion mit sechs leeseitigen und sechs luvseitigen, vorspannbaren Speichen 232 räumlich verspannt. Der Vertikalschnitt zeigt die Ablenkung der Stromlinien S an der Diffusorstufe ψ und der Konfusorstufe Σ des Ringkörpers 21, jeweils mit einem dynamischen Konuswinkel α. Der Durchmesser des Speichenrads kann so gewählt werden, dass die Umströmung und die Durchströmung des Ringkörpers 21 an der Diffusorstufe ψ und der Konfusorstufe Σ symmetrisch erfolgt. 24 shows the wind turbine 100 to 23 in a vertical section showing the ring body 21 and the splayed reverse wing 121 which are set at a constant angle β with respect to the plane of rotation and lie on the virtual surface of a ring torus with a circular cross-section. The ring body 21 has a lenticular cross section with two leeward stall edges v and is as a pressure ring 230 a spoked wheel construction with six leeward and six windward, pretensionable spokes 232 spatially braced. The vertical section shows the deflection of the stream lines S at the diffuser stage ψ and the Konfusorstufe Σ of the annular body 21 , each with a dynamic cone angle α. The diameter of the spoked wheel can be chosen so that the flow around and the flow through the annular body 21 takes place symmetrically at the diffuser stage ψ and the confusion stage Σ.
25 zeigt die Windturbine 100 nach 23 und 24 in einer luvseitigen Ansicht. Die insgesamt 12 gespreizten Umkehrflügel 121 bewirken bei Anströmung der Turbine 10 sowohl an der Ringaußenseite als auch an der Ringinnenseite eine Sogkraft D, die mit einem Versatzmoment an der Rotationsachse x angreift, sodass in der Rotationsebene eine tangentiale Antriebskraft G erzeugt wird, die über den radialen Hebelarm h ein Drehmoment an der Rotationsachse x der Windturbine 100 bewirkt. Die von der Diffusorstufe ψ und der Konfusorstufe Σ des Ringkörpers 21 mit einem linsenförmigen Querschnitt bewirkten aerodynamischen Kräfte werden in 26 in Abhängigkeit der resultierenden Anströmung C1–C7 näher erläutert. 25 shows the wind turbine 100 to 23 and 24 in a windward view. The total 12 spread reversing wing 121 cause the turbine to flow 10 both on the outside of the ring and on the inside of the ring a suction force D, which acts with an offset moment on the axis of rotation x, so that in the plane of rotation a tangential driving force G is generated, which via the radial lever h a torque on the axis of rotation x of the wind turbine 100 causes. The of the diffuser stage ψ and Konfusorstufe Σ of the ring body 21 with a lenticular cross section caused aerodynamic forces are in 26 depending on the resulting flow C1-C7 explained in more detail.
26 zeigt an vier unterschiedlichen Querschnitten durch den Umkehrflügel 121 und den Ringkörper 21 die Änderung des Anströmwinkels α' in Abhängigkeit von der aus der Strömungsgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Umlaufanströmung resultierenden Anströmung C1–C7. Die Anströmung des Umkehrflügels 121 erfolgt dabei jeweils mit einem Anströmwinkel α', der mit zunehmender Umlaufgeschwindigkeit flacher wird. 26 shows at four different cross sections through the reversing wing 121 and the ring body 21 the change in the angle of attack α 'as a function of the resulting from the flow velocity and the velocity of Umlaufanströmung flow C1-C7. The flow of the reverse wing 121 takes place in each case with a flow angle α ', which becomes flatter with increasing circulation speed.
27 zeigt eine große Windturbine 100 mit einem von einem Ringkörper 21 gebildeten dynamischen Strömungsleitwerk 2, wobei der Ringkörper 21 eine Gitterschale 125 aufweist und als Druckring 230 einer Speichenradkonstruktion jeweils über sechs luvseitige und sechs leeseitige Speichen 232 mit der Nabe 231 verspannt ist. Die Flügel 12 der Turbine 10 bestehen aus acht sich überkreuzenden Endlosspiralen, die jeweils als Umkehrflügel 121 untereinander zu der torusförmigen Gitterschale 125 verbunden sind. Während die Außenseite der Gitterschale 125 als Diffusorstufe ψ wirkt, bildet die Innenseite der Gitterschale 125 eine Konfusorstufe Σ. Beim Anlaufen der Turbine 10 wirken die luv- und leeseitig angeströmten Umkehrflügel 121 jeweils als Widerstandsläufer. Mit zunehmender Drehzahl des Rotors 23 nimmt der von der torusförmigen Gitterschale 125 bewirkte Widerstand in der Strömung zu, sodass die Stromlinien S an der Ringaußen- und der Ringinnenseite mit einem dynamischen Konuswinkel α nach außen bzw. nach innen gelenkt werden. Vier der als Endlosspiralen ausgebildeten Umkehrflügel 121 sind mit einem spitzen Stellwinkel zur Rotationsebene angestellt, während die vier gegenläufigen Endlosspiralen jeweils mit einem stumpfen Stellwinkel gegenüber der Rotationsebene angestellt sind. Beim Anlaufen der Windturbine 100 sind zunächst nur die mit ihrer Flügelnase nach Luv ausgerichteten Umkehrflügel 121 als Auftriebsläufer wirksam, während mit zunehmender Geschwindigkeit der Umlaufanströmung B auch die gegenläufigen, mit ihrer Flügelnase nach Lee ausgerichteten Umkehrflügel 121 als Auftriebsläufer in der Rotationsebene eine tangentiale Antriebskraft G bewirken. Die als Ringtorus ausgebildete Gitterschale 125 bildet ein Strömungsleitwerk 2, das mit steigender Drehzahl der Turbine 10 einen zunehmenden Widerstand in der Strömung bewirkt, sodass die Stromlinien S mit einem dynamischen Konuswinkel α den Ringtorus in einer Ausweichbewegung von außen und innen umströmen. Dabei kann die Gitterschale 125 wie in dem dargestellten Beispiel einen kreisringförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen. Um das Anlaufen der Windturbine 100 zu verbessern, kann, wie in 28 und 29 dargestellt, im Inneren des Ringtorus ein zusätzliches, von Segeln 26 gebildetes Ströumungleitwerk 2 vorgesehen werden. Das Tragwerk 13 der Windturbine 100 wird von einem verzweigten Mast gebildet, der über ein Azimutlager 28 an seiner Basis in Strömungsrichtung ausrichtbar ist. 27 shows a big wind turbine 100 with one of a ring body 21 formed dynamic flow control 2 , wherein the ring body 21 a grid shell 125 has and as a pressure ring 230 a Speichenradkonstruktion in each case over six windward and six leeward spokes 232 with the hub 231 is tense. The wings 12 the turbine 10 consist of eight intersecting endless spirals, each as a reversing wing 121 with each other to the toroidal grid shell 125 are connected. While the outside of the grid shell 125 acts as diffuser stage ψ forms the inside of the grid shell 125 a confusion stage Σ. When starting the turbine 10 act on the leeward and leeward flowed reversing wings 121 each as a resistance rotor. With increasing speed of the rotor 23 takes from the toroidal grid shell 125 caused resistance in the flow, so that the flow lines S are directed at the outer ring and the ring inside with a dynamic cone angle α outwards or inwards. Four of the reversible wings designed as endless spirals 121 are set at an acute angle to the plane of rotation, while the four counter-rotating endless spirals are each made with an obtuse angle of adjustment with respect to the plane of rotation. When starting the wind turbine 100 are initially only with their wing nose aligned to windward reversing wings 121 acting as a buoyancy rotor, while with increasing speed of the circulating flow B and the opposite, with its wing nose to the Lee aligned reversing vanes 121 as a buoyancy rotor in the plane of rotation effect a tangential driving force G. The trained as Ringtorus grid shell 125 forms a flow control unit 2 that with increasing speed the turbine 10 causes an increasing resistance in the flow, so that the flow lines S with a dynamic cone angle α flow around the ring torus in an evasive movement from the outside and inside. In this case, the grid shell 125 as in the illustrated example have an annular or elliptical cross-section. To start the wind turbine 100 can improve, as in 28 and 29 presented, inside the Ringtorus an additional, of sailing 26 formed Ströumungleitwerk 2 be provided. The structure 13 the wind turbine 100 is formed by a branched mast, which has an azimuth bearing 28 is alignable at its base in the flow direction.
28 zeigt den luvseitigen Ausschnitt des Ringkörpers 21 einer Windturbine 100, die im Wesentlichen dem in 27 gezeigten Beispiel entspricht. Um das Anlaufen der Windturbine 100 zu erleichtern, ist hier ein von einer Mehrzahl dreiecksförmiger Segel 26 gebildetes Strömungsleitwerk 2 vorgesehen. Die reff- und trimmbaren Segel 26 sind innerhalb des von der Gitterschale 125 umschlossenen Raums angeordnet und bilden eine Diffusorstufe ψ und eine Konfusorstufe Σ, jeweils mit einer Strömungsabrisskante v. Beim Anlaufen der Turbine 10 wölbt sich das von Luv nach Lee geneigt angeordnete, dreiecksförmige Segel 26 zur Leeseite und wirkt als Rotorblatt. Als Strömungsleitwerk 2 lenkt das Segel 26 die Stromlinien S mit einem dynamischen Konuswinkel α auf acht einander durchdringende Endlosspiralen, die als Umkehrflügel 121 eine Gitterschale 125 bilden. 28 shows the windward cutout of the ring body 21 a wind turbine 100 which are essentially the ones in 27 corresponds to the example shown. To start the wind turbine 100 To facilitate, here is one of a plurality of triangular sails 26 formed Strömungsleitwerk 2 intended. The reff- and trimmable sails 26 are inside of the grid shell 125 arranged space and form a diffuser stage ψ and a Konfusorstufe Σ, each with a stall v. When starting the turbine 10 The triangular sails, which are inclined from windward to leeward, arch 26 to the leeward side and acts as a rotor blade. As a flow control 2 steers the sail 26 the streamlines S with a dynamic cone angle α on eight interpenetrating Endlosspiralen that serve as reverse wing 121 a grid shell 125 form.
29 zeigt die Windturbine 100 nach 28 in einem leeseitigen Ausschnitt mit zwei dreiecksförmigen Segeln 26, die zur Rotationsebene hin mit einem nicht näher dargestellten hydraulischen Teleskop dichtgeholt werden können, um bei der schnelllaufenden Turbine 10 den tangentialen Rotationswiderstand K möglichst gering zu halten. Als Rollsegel können die Segel 26 um die Drehachse z aufgerollt und gerefft werden, um die Drehzahl der Turbine 10 zu steuern. Übersteigt die Umlaufgeschwindigkeit die Anströmgeschwindigkeit, wölben sich die Segel 26 zur Luvseite. 29 shows the wind turbine 100 to 28 in a leeward neckline with two triangular sails 26 , which can be made close to the plane of rotation with a hydraulic telescope, not shown, to the high-speed turbine 10 To keep the tangential rotation resistance K as low as possible. The sails can be used as roller sails 26 rolled up around the rotation axis z and reefed to the speed of the turbine 10 to control. If the speed of rotation exceeds the flow velocity, the sails buckle 26 to the windward side.
30 zeigt einen Strömungskonverter 1 als große Windturbine 100 mit einer horizontalen Rotationsachse x. Die Speichenradkonstruktion der Windturbine 100 besteht aus einem von einem Ringflügel 210 gebildeten Druckring 230 und aus 12 als in sich verwundene Rotorblätter 24 ausgebildeten Speichen 232 und einer an einem verzweigten Mast gelagerten Nabe 231 als Generatorgehäuse 151. Insgesamt 12 einfache Flügel 120 sind jeweils mit einem radialen Hebelarm h zu der horizontalen Rotationsachse x angeordnet und erzeugen aus der resultierenden Anströmung C3 eine tangentiale Antriebskraft G. An der Außenseite des als Ringkörper 21 ausgebildeten Ringflügels 210 sind die einfachen Flügel 120 in Richtung der Stromlinien S angeordnet und tragen an ihrem luvseitigen und an ihrem leeseitigen Ende jeweils ein Winglet 126. Zwischen der äußeren Oberfläche des Ringflügels 210 und den einfachen Flügeln 120 ist ein Oberflächeneffekt wirksam, sodass die einfachen Flügel 120 als Stauflügel 123 eine erhöhte Sogkraft D bewirken. 30 shows a flow converter 1 as a big wind turbine 100 with a horizontal axis of rotation x. The spoke wheel construction of the wind turbine 100 consists of one of a ring wing 210 formed pressure ring 230 and 12 as twisted rotor blades 24 trained spokes 232 and a hub mounted on a branched mast 231 as a generator housing 151 , All in all 12 simple wings 120 are each arranged with a radial lever arm h to the horizontal axis of rotation x and generate from the resulting flow C3 a tangential driving force G. On the outside of the ring body 21 trained ring wing 210 are the simple wings 120 arranged in the direction of the streamlines S and carry at their windward and at their leeward end each have a winglet 126 , Between the outer surface of the ring wing 210 and the simple wings 120 is a surface effect effective, so the simple wings 120 as a stacking wing 123 cause an increased suction force D.
31 zeigt die Windturbine 100 nach 30 in einem Vertikalschnitt durch die Speichenradkonstruktion des Rotors 23, bei dem der Druckring 230 als Ringflügel 210 ausgebildet ist und zusammen mit den in sich verwundenen Rotorblättern 24 als Speichen 232 die Diffusorstufe ψ des Stömungsleitwerks 2 bildet. Die Energieentnahme durch die 12 Rotorblätter 24 weitet die Strömungsröhre um etwa 15 Grad gegenüber der horizontalen Rotationsachse x auf. Über den mit einem Kegelwinkel γ gegenüber der horizontalen Rotationsachse x angeordneten Ringflügel 210 vergrößert sich der dynamische Konuswinkel α auf etwa 30 Grad. Beim Anlaufen der Turbine 10 entspricht die Geschwindigkeit der Umlaufanströmung der Strömungsgeschwindigkeit, sodass die resultierende Anströmung C1, wie in 32 gezeigt, mit einem steilen Anströmwinkel α' auf die einfachen Flügel 120 trifft. 31 shows the wind turbine 100 to 30 in a vertical section through the spoke wheel construction of the rotor 23 in which the pressure ring 230 as a ring wing 210 is formed and together with the twisted in itself rotor blades 24 as spokes 232 the diffuser stage ψ of Stömungsleitwerks 2 forms. The energy taken by the 12 rotor blades 24 expands the flow tube by about 15 degrees with respect to the horizontal axis of rotation x. About the arranged with a cone angle γ relative to the horizontal axis of rotation x annular wing 210 the dynamic cone angle α increases to about 30 degrees. When starting the turbine 10 the velocity of the circulating flow corresponds to the flow velocity, so that the resulting flow C1, as in 32 shown with a steep angle of attack α 'on the simple wings 120 meets.
32 zeigt die Windturbine 100 nach 30 und 31 in einem Ausschnitt mit Darstellung der aerodynamischen Kräfte A–L, die an dem einfachen Flügel 120 von dem Strömungsleitwerk 2 bewirkt werden. Die in sich verwundenen Rotorblätter 24 als zugbeanspruchte Speichen 232 und der Ringflügel 210 als Druckring 230 einer Speichenradkonstruktion bilden die Diffusorstufe ψ des dynamischen Strömungsleitwerks 2 der Windturbine 100. Bei der dargestellten resultierenden Anströmung C2 entspricht die Umlaufgeschwindigkeit B dem Doppelten der Strömungsgeschwindigkeit A. Das von den Rotorblättern 24 und dem Ringflügel 210 gebildete Strömungsleitwerk 2 bewirkt an der Stromlinie S einen dynamischen Konuswinkel α, aus dem der Anströmwinkel α' vektoriell abgeleitet wird. Die resultierende Anströmung C2 erzeugt an dem einfachen Flügel 120 eine Sogkraft D, die sich aus der Auftriebskraft E und der Vortriebskraft F zusammensetzt. Aus dem der Vortriebskraft F entgegengesetzten Widerstand J leitet sich der tangentiale Rotationswiderstand K und die leeseitige Schubkraft H ab, während sich die Vortriebskraft F aus der tangentialen Antriebskraft G und der luvseitigen Schubkraft L zusammensetzt. 32 shows the wind turbine 100 to 30 and 31 in a detail with representation of aerodynamic forces A-L, attached to the simple wing 120 from the Strömungsleitwerk 2 be effected. The twisted rotor blades 24 as tensioned spokes 232 and the wing of the ring 210 as a pressure ring 230 a spoke wheel construction form the diffuser stage ψ of the dynamic flow control 2 the wind turbine 100 , In the illustrated incident flow C2, the rotational speed B is twice the flow velocity A. The rotor blades 24 and the ring wing 210 formed flow control 2 causes at the streamline S a dynamic cone angle α, from which the angle of attack α 'is vectorially derived. The resulting flow C2 generated at the simple wing 120 a suction force D, which is composed of the buoyant force E and the driving force F. From the propulsion force F opposite resistance J, the tangential rotation resistance K and the leeward thrust H derived, while the driving force F from the tangential driving force G and the windward thrust L composed.
33 zeigt das Strömungsleitwerk 2 der Windturbine 100 nach 30–32 in vier unterschiedlichen Querschnitten in Abhängigkeit der resultierenden Anströmung C1–C7. Bei der resultierenden Anströmung C1 entspricht die Geschwindigkeit der Umlaufanströmung in etwa der Strömungsgeschwindigkeit, während bei der resultierenden Anströmung C7 die Geschwindigkeit der Umlaufanströmung etwa 7-mal höher ist als die Strömungsgeschwindigkeit. Zwischen dem Ringflügel 210 und dem einfachen Flügel 120 kann ein Oberflächeneffekt genutzt werden, um, wie in 32 gezeigt, die von dem einfachen Flügel 120 bewirkte Sogkraft D zu erhöhen, wobei der einfache Flügel 120 als Stauflügel 123 wirkt. 33 shows the flow control unit 2 the wind turbine 100 to 30 - 32 in four different cross sections depending on the resulting flow C1-C7. In the resulting flow C1, the velocity of the circulation flow is approximately the flow velocity, while in the resulting flow C7, the velocity of the circulation flow is about 7 times higher than the flow velocity. Between the ring wing 210 and the simple wing 120 a surface effect can be used to, as in 32 shown by the simple wing 120 caused suction to increase D, being the simple wing 120 as a stacking wing 123 acts.
34 zeigt einen Strömungskonverter 1 als Windturbine 100, bei dem das Strömungsleitwerk 2 von einem seilverspannten, im Querschnitt als Ringflügel 210 gestalteten Ringkörper 21 gebildet wird. Der als Stator 25 ausgebildete, luvseitige Teil des Ringkörpers 21 wird durch 12 sich überkreuzende Spannglieder versteift. Der als Rotor 23 ausgebildete, leeseitige Teil des Ringflügels 210 bildet einen Ringträger 233 und ist durch sechs Rotorblätter 24 mit sechs einfachen Flügeln 120, die jeweils ein asymmetrisches Flügelprofil 11 aufweisen, verbunden. Das Strömungsleitwerk 2 der Turbine 10 prägt als Diffusorstufe ψ den Stromlinien S einen dynamischen Konuswinkel α auf, sodass die aus der Strömungsgeschwindigkeit A und der im Verhältnis zu A etwa 3-fachen Geschwindigkeit der Umlaufanströmung B resultierende Anströmung C3 an jedem der sechs einfachen Flügeln 120 eine Sogkraft D mit einer Vortriebskraft F und einer tangentialen Antriebskraft G bewirkt. Die einfachen Flügel 120 sind luvseitig mit einem konstanten Abstand zu dem Ringflügel 210 angeordnet, sodass zwischen der Oberfläche des seilverspannten Ringflügels 210 und den sechs einfachen Flügeln 120 ein Oberflächeneffekt zum Tragen kommt, der die von der resultierenden Anströmung C3 bewirkte Sogkraft D verstärkt. Über den Hebelarm h erzeugt jeder einfache Flügel 120 ein Drehmoment an der horizontalen Rotationsachse x der Turbine 10. Die vertikale Drehachse y ermöglicht die selbsttätige Ausrichtung der Turbine 10 zur Strömung in einem Azimutlager 28. 34 shows a flow converter 1 as a wind turbine 100 in which the Strömungsleitwerk 2 from a rope-braced, in cross-section as a ring wing 210 designed ring body 21 is formed. The as a stator 25 formed, windward part of the ring body 21 is stiffened by 12 intersecting tendons. The as a rotor 23 trained, leeward part of the ring wing 210 forms a ring bearer 233 and is by six rotor blades 24 with six simple wings 120 , each with an asymmetric wing profile 11 have connected. The flow control unit 2 the turbine 10 As the diffuser stage ψ, it imposes a dynamic cone angle α on the streamlines S, so that the flow C3 resulting from the flow velocity A and about 3 times the velocity of the circulating inflow B relative to A is at each of the six simple vanes 120 a suction force D with a driving force F and a tangential driving force G causes. The simple wings 120 are windward with a constant distance to the ring wing 210 arranged so that between the surface of the rope-strained wing ring 210 and the six simple wings 120 a surface effect comes into play which enhances the suction force D caused by the resulting flow C3. Everybody creates a simple wing via the lever arm h 120 a torque on the horizontal axis of rotation x of the turbine 10 , The vertical axis of rotation y allows the automatic alignment of the turbine 10 to the flow in an azimuth bearing 28 ,
35 zeigt die Windturbine 100 nach 34 in einem vertikalen Schnitt von Luv nach Lee. Das aus dem seilverspannten Ringflügel 210 aufgebaute Strömungsleitwerk 2 der Windturbine 100 prägt der Strömung mit einer Diffusorstufe ψ einen dynamischen Konuswinkel α auf. Beim Anlaufen der Turbine 10 entspricht der dynamische Konuswinkel α dem Anströmwinkel α' und die resultierende Anströmung C1 der Strömungsgeschwindigkeit A. Die einfachen Flügel 120 sind mit einem konstanten Stellwinkel β gegenüber der horizontalen Rotationsachse x angestellt und rotieren auf einer sich von Luv nach Lee erstreckenden Umlaufbahn U. 35 shows the wind turbine 100 to 34 in a vertical section from windward to leeward. The rope-torn wing of the ring 210 constructed flow control 2 the wind turbine 100 imposes a dynamic cone angle α on the flow with a diffuser stage ψ. When starting the turbine 10 corresponds to the dynamic cone angle α the angle of attack α 'and the resulting flow C1 of the flow velocity A. The simple wings 120 are set at a constant angle β with respect to the horizontal axis of rotation x and rotate on an orbit extending from windward to south U.
36 zeigt eine große Windturbine 100 als Speichenradkonstruktion mit einem von einem Ringkörper 21 gebildeten dynamischen Strömungsleitwerk 2. Der Ringkörper 21 weist einen dreigurtigen Fachwerkring 124 auf, der als Druckring 230 über sechs luvseitige und sechs leeseitige Speichen 232 mit der Nabe 231 verspannt ist. Das dynamische Strömungsleitwerk 2 besteht aus einfachen Flügeln 120 und Rotorblättern 24, die als Füllstäbe des Fachwerkrings 124 ausgebildet sind und an der Außenseite des Ringkörpers 21 eine Diffusorstufe ψ und an der Innenseite des Ringkörpers 21 eine Konfusorstufe Σ bilden. Das Tragwerk 13 der Speichenradkonstruktion besteht aus einem vierfach verzweigten Mast mit einem um die vertikale Drehachse y drehbaren Azimutlager 28 an seiner Basis. Die Stromlinien S der Strömungsröhre umströmen den Ringkörper 21, der mit ansteigender Drehzahl innerhalb der Strömung einen wachsenden Widerstand bildet, sowohl an seiner Außen- als auch an seiner Innenseite jeweils mit einem dynamischen Konuswinkel α. Durch die Energieentnahme seitens der einfachen Flügel 120 wird die Ausbildung des dynamischen Konuswinkels α unterstützt, wobei der Luftdruck sowohl an der Außen- als auch an der Innenseite des Fachwerkrings 124 zunimmt. Die resultierende Anströmung C3, bei der die Geschwindigkeit der Umlaufströmung B etwa dem dreifachen der Strömungsgeschwindigkeit A entspricht, trifft mit einem Anströmwinkel auf die einfachen Flügel 120 und bewirkt in der Rotationsebene eine tangentiale Antriebskraft G sowohl an der Außen- als auch an der Innenseite des Ringkörpers 21, wobei die leeseitigen, radialen Füllstäbe des dreigurtigen Fachwerkrings 124 als Rotorblätter 24 ausgeformt sind und in der Rotationsebene der Windturbine 100 ebenfalls eine tangentiale Antriebskraft erzeugen. Durch Verschwenken der einfachen Flügel 120 und der Rotorblätter 24 um ihre Längsachse wird die Drehzahl der Turbine 10 gesteuert. Wie in 37–39 gezeigt, kann das Anlaufen der Turbine 10 durch ein zusätzliches, innerhalb des Fachwerkrings 124 angeordnetes Strömungsleitwerk 2 unterstützt werden. 36 shows a big wind turbine 100 as spoked wheel construction with one of a ring body 21 formed dynamic flow control 2 , The ring body 21 has a three-legged truss ring 124 on, as a pressure ring 230 over six windward and six leeward spokes 232 with the hub 231 is tense. The dynamic flow control unit 2 consists of simple wings 120 and rotor blades 24 , as fill rods of the truss ring 124 are formed and on the outside of the ring body 21 a diffuser stage ψ and on the inside of the ring body 21 form a confusion stage Σ. The structure 13 The spoke wheel construction consists of a quadruple-branched mast with an about the vertical axis of rotation y rotatable azimuth bearing 28 at its base. The flow lines S of the flow tube flow around the ring body 21 which forms an increasing resistance with increasing speed within the flow, both on its outer and on its inside, each with a dynamic cone angle α. By the energy extraction on the part of the simple wings 120 the formation of the dynamic cone angle α is supported, wherein the air pressure on both the outside and on the inside of the truss ring 124 increases. The resulting flow C3, at which the velocity of the circulating flow B is about three times the flow velocity A, hits the simple vanes at an angle of attack 120 and causes in the plane of rotation a tangential driving force G both on the outside and on the inside of the ring body 21 , wherein the leeward, radial filler rods of the three-door truss ring 124 as rotor blades 24 are formed and in the plane of rotation of the wind turbine 100 also generate a tangential drive force. By pivoting the simple wings 120 and the rotor blades 24 about its longitudinal axis is the speed of the turbine 10 controlled. As in 37 - 39 shown, the startup of the turbine 10 by an additional, within the truss ring 124 arranged Strömungsleitwerk 2 get supported.
37 zeigt den luvseitigen Ausschnitt des dreigurtigen Fachwerkrings 124 der Windturbine 100, die im Wesentlichen dem in 36 gezeigten Beispiel entspricht. Um das Anlaufen der Windturbine 100 zu erleichtern, ist hier ein von einem Pneu 27 gebildetes Strömungsleitwerk 2 innerhalb des dreigurtigen Fachwerkrings 124 angeordnet. Der mit Druckluft stabilisierte Pneu 27 ist als Ringkörper 21 ausgebildet und bewirkt die Ausbildung eines dynamischen Konuswinkels α sowohl an der Außen- als auch an der Innenseite des Ringkörpers 21. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die aerodynamischen Kräfte nur an der Diffusorstufe ψ des Strömungsleitwerks 2 dargestellt. Der Druckring 230 der Speichenradkonstruktion ist als dreigurtiger Fachwerkring 124 gestaltet, bei dem die Füllstäbe jeweils von einfachen Flügeln 120 mit einem asymmetrischen Flügelprofil 11 und die kreisringförmigen Gurte jeweils von einem Ringflügel 210 gebildet werden. Der Stellwinkel β der einfachen Flügel 120 wechselt an der Konfusorstufe Σ und an der Diffusorstufe ψ regelmäßig von einem spitzen zu einem stumpfen Winkel. Die leeseitigen Füllstäbe des Fachwerkrings 124 wirken als Rotorblätter 24 und erzeugen unter Anströmung ein Drehmoment an der Rotationsachse x. Der als Pneu 27 aufgebaute Ringkörper 21 weist im Querschnitt ein Reuleaux-Dreieck mit leeseitigen Strömungsabrisskanten v auf und wird durch Überdruck in seinem Inneren stabilisiert. 37 shows the windward section of the tri-framed truss ring 124 the wind turbine 100 which are essentially the ones in 36 corresponds to the example shown. To start the wind turbine 100 To facilitate, here is one of a pneu 27 formed Strömungsleitwerk 2 within the tri-framed truss ring 124 arranged. The pneumatically stabilized tire 27 is as a ring body 21 formed and causes the formation of a dynamic cone angle α both on the outside and on the inside of the ring body 21 , For reasons of clarity, the aerodynamic forces are only at the diffuser stage ψ of the Strömungsleitwerks 2 shown. The pressure ring 230 the spoked wheel construction is a tri-framed truss ring 124 designed in which the filler rods each of simple wings 120 with a asymmetrical wing profile 11 and the annular straps each of a ring wing 210 be formed. The setting angle β of the simple wings 120 alternates at the Konfusorstufe Σ and at the Diffusorstufe ψ regularly from a sharp to an obtuse angle. The leeward fill rods of the truss ring 124 act as rotor blades 24 and generate under flow torque on the axis of rotation x. The as Pneu 27 constructed ring body 21 has in cross section a Reuleaux triangle with leeward stall edges v and is stabilized by overpressure in its interior.
38 zeigt eine Windturbine 100 mit einer Speichenradkonstruktion, die in ihrem konstruktiven Aufbau dem in 36 beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht. Das Strömungsleitwerk 2 dieser Turbine 10 besteht aus einer Mehrzahl von Segeln 26, die jeweils an einer Konfusorstufe Σ und an einer Diffusorstufe ψ die Stromlinien S der Strömungsröhre an leeseitigen Strömungsabrisskanten v mit einem dynamischen Konuswinkel α zur Außen- bzw. zur Innenseite des Fachwerkrings 124 ablenken. Die dreiecksförmigen Segel 26 können als Rollsegel um eine bzgl. der Rotationsachse x radial angeordnete Achse z aufgerollt bzw. gerefft werden und weisen einen veränderbaren Anstellwinkel gegenüber der Rotationsebene des Strömungskonverters 1 auf, wobei sie beim Anlaufen der Windturbine 100 als Rotorblätter wirken und zur Leeseite gewölbt sind. Mit zunehmender Drehzahl des Rotors 23 werden die Segel 26 zur Rotationsebene hin dichtgeholt, um einen möglichst geringen tangentialen Rotationswiderstand zu erzielen. 38 shows a wind turbine 100 with a spoke wheel construction, which in its constructive structure the in 36 corresponds to described embodiment. The flow control unit 2 this turbine 10 consists of a plurality of sails 26 , each at a Konfusorstufe Σ and at a diffuser stage ψ the streamlines S of the flow tube at leeward stall edges v with a dynamic cone angle α to the outside or to the inside of the truss ring 124 distracted. The triangular sails 26 can be rolled up or reefed as a roller sail around an axis z arranged radially with respect to the axis of rotation x and have a variable angle of attack relative to the plane of rotation of the flow converter 1 on, being at the start of the wind turbine 100 act as rotor blades and are curved to the leeward side. With increasing speed of the rotor 23 become the sails 26 close to the plane of rotation to get the lowest possible tangential rotational resistance.
39 zeigt einen Ausschnitt des dreigurtigen Fachwerkrings 124 nach 38, bei dem drei kreisringförmige Gurte durch Füllstäbe als einfache Flügel 120 untereinander verbunden sind. Die dreiecksförmigen Segel 26 können um die Achse z aufgerollt und gerefft werden. Beim Anlaufen der Windturbine 100 wirken die Segel 26 als Rotorblätter und weisen gegenüber der Rotationsebene des Fachwerkrings 124 einen Anstellwinkel auf, der mit zunehmender Drehzahl der Turbine 10 verkleinert werden kann, um den tangentialen Rotationswiderstand zu begrenzen. Die Segel 26 bilden das Strömungsleitwerk 2 der Windturbine 100 und weisen jeweils eine der Diffusorstufe ψ und der Konfusorstufe Σ zugeordnete Strömungsabrisskante v auf, sodass die Stromlinien S mit einem dynamischen Konuswinkel α den Segeln 26 ausweichen und den Fachwerkring 124 an seiner Außen- und Innenseite umströmen. Wie in 3 und 4 gezeigt, rollt sich die Strömung leeseitig der Strömungsabrisskanten v ein, sodass der dynamische Konuswinkel α der Stromlinien S auch auf der Leeseite der Segel 26 erhalten bleibt. 39 shows a section of the tri-framed truss ring 124 to 38 in which three annular belts by filler rods as simple wings 120 are interconnected. The triangular sails 26 can be rolled up and reefed around the axis z. When starting the wind turbine 100 the sails act 26 as rotor blades and facing the plane of rotation of the truss ring 124 an angle of attack that increases with the speed of the turbine 10 can be reduced to limit the tangential rotation resistance. Sail 26 form the flow control unit 2 the wind turbine 100 and each have one of the diffuser stage ψ and Konfusorstufe Σ associated stalling v on, so that the stream lines S with a dynamic cone angle α the sails 26 Dodge and the truss ring 124 flow around on its outside and inside. As in 3 and 4 As shown, the flow rolls on the leeward side of the stall edges v, so that the dynamic cone angle α of the streamlines S also on the leeward side of the sails 26 preserved.
40 zeigt eine Windturbine 100, deren Strömungsleitwerk 2 eine Diffusorstufe ψ aufweist, die von einem Ringkörper 21 und von Rotorblättern 24 gebildet wird, wobei der Ringkörper 21 als Fachwerkring 124 ausgebildet ist. Die vier kreisringförmigen Gurte des Fachwerkrings 124 sind jeweils durch Füllstäbe in Form einfacher Flügel 120 sowie durch Rotorblätter 24 untereinander biegesteif verbunden. Der Rotor 23 besteht aus einer Speichenradkonstruktion, bei der der Fachwerkring 124 als Druckring 230 mittels zugbeanspruchter Speichen 232 mit der Nabe 231 verspannt ist. Die Speichen 232 sind als in sich verwundene Rotorblätter 24 ausgebildet und konvertieren die kinetische Energie der Strömung in eine Drehbewegung mit Drehrichtung R. Durch die Energieentnahme seitens der zwölf, mit dem Druckring 230 verspannten Rotorblätter 24 nimmt der Druck in der Strömungsröhre zu, sodass die Stromlinien S mit einem dynamischen Konuswinkel α auf die als einfache Flügel 120 ausgebildeten Füllstäbe des viergurtigen Fachwerkrings 124 treffen. Die von einem Flügel 12 bewirkte Sogkraft D greift mit einem Versatzmoment an der horizontalen Rotationsachse x der Windturbine 100 an, sodass in der Rotorebene eine tangentiale Antriebskraft G wirkt. Der Stellwinkel β der einfachen Flügel 120 ist so gewählt, dass die dargestellte resultierende Anströmung C3 als Vektorsumme aus der Strömungsgeschwindigkeit A und der Geschwindigkeit der Umlaufanströmung B etwa dem 3-fachen der Strömungsgeschwindigkeit A entspricht und möglichst senkrecht auf das in 41 dargestellte asymmetrische Flügelprofil 11 des einfachen Flügels 120 trifft. Die vier Gurte des Fachwerkrings 124 weisen jeweils einen Ringflügel 210 auf, dessen Profilsehne, wie in 41 gezeigt, parallel zu dem dynamischen Konuswinkel α ausgerichtet ist. Um die Drehzahl der Turbine 10 zu steuern, sind die einfachen Flügel 120 entlang ihrer Längsachse verschwenkbar, wobei sich ihr Neigungswinkel zu einer Tangente an der Umlaufbahn U ändert. Die Tragkonstruktion 13 des Rotors 23 zeigt eine verzweigte Stütze, deren vier Arme jeweils an dem Azimutlager 28 und an der Nabe 231, die den Generator 15 aufnimmt, zusammengeführt werden. 40 shows a wind turbine 100 , whose flow control 2 a diffuser stage ψ, that of an annular body 21 and rotor blades 24 is formed, wherein the annular body 21 as a truss ring 124 is trained. The four circular belts of the truss ring 124 are each by filler rods in the form of simple wings 120 as well as by rotor blades 24 rigidly connected with each other. The rotor 23 consists of a spoke wheel construction, in which the truss ring 124 as a pressure ring 230 by means of tensioned spokes 232 with the hub 231 is tense. The spokes 232 are as twisted rotor blades 24 formed and converted the kinetic energy of the flow into a rotational movement with direction of rotation R. By the energy extraction on the part of the twelve, with the pressure ring 230 strained rotor blades 24 the pressure in the flow tube increases, so that the streamlines S with a dynamic cone angle α on the as simple wings 120 trained fill rods of the four-belted truss ring 124 to meet. The one wing 12 caused suction force D engages with an offset moment on the horizontal axis of rotation x of the wind turbine 100 on, so that in the rotor plane, a tangential driving force G acts. The setting angle β of the simple wings 120 is chosen so that the resulting flow C3 shown as the vector sum of the flow velocity A and the velocity of the circulating flow B is about 3 times the flow velocity A and as perpendicular as possible to the in 41 illustrated asymmetric wing profile 11 of the simple grand piano 120 meets. The four straps of the truss ring 124 each have a ring wing 210 on whose chord, as in 41 is aligned parallel to the dynamic cone angle α. To the speed of the turbine 10 to control are the simple wings 120 pivotable along its longitudinal axis, with its inclination angle to a tangent to the orbit U changes. The supporting structure 13 of the rotor 23 shows a branched support, whose four arms each at the azimuth bearing 28 and at the hub 231 that the generator 15 absorbs, be merged.
41 zeigt die Windturbine 100 nach 40 in einem vertikalen Übersichtsschnitt von Luv nach Lee und in einem Detailschnitt des Fachwerkrings 124. Die als Ringflügel 210 ausgebildeten Gurte des Fachwerkrings 124 werden von Luv nach Lee durch einfache Flügel 120 jeweils mit einem asymmetrischen Flügelprofil 11 verbunden. Zur Steuerung der Drehzahl der Turbine 10 ist der Neigungswinkel der einfachen Flügel 120 verstellbar. Der Kegelwinkel γ, mit dem die Ringflügel 210 und die einfachen Flügel 120 gegenüber der Rotationsachse x geneigt sind, entspricht dem dynamischen Konuswinkel α der Stromlininen S und beträgt etwa 15 Grad. Die Tragglieder der Windturbine 100 sind entweder vorwiegend druck- oder zugbeansprucht. Dadurch wird insbesondere für eine große Windkraftanlage mit einem Durchmesser größer 150 m eine wirtschaftliche Leichtbaukonstruktion ermöglicht, bei der sich wiederholende, vorfertigbare Module einfach fügen lassen. Jedes einzelne Tragglied der elementierten Konstruktion bewirkt einen vorteilhaften aerodynamischen Effekt. Die einfachen Flügel 120 und die Rotorblätter 24 des Fachwerkrings 124 treiben den Rotor 23 an, während die ringförmigen Gurte als Ringflügel 210 eine luvseitige Schubkraft L bewirken, die die Tragkonstruktion 13 entlastet. 41 shows the wind turbine 100 to 40 in a vertical overview section from Luv to Lee and in a detail section of the truss ring 124 , The as ring wings 210 trained straps of the truss ring 124 be from windward to lee by simple wings 120 each with an asymmetrical wing profile 11 connected. To control the speed of the turbine 10 is the angle of inclination of the simple wings 120 adjustable. The cone angle γ with which the ring wings 210 and the simple wings 120 are inclined relative to the axis of rotation x corresponds to the dynamic cone angle α of the Stromlininen S and is about 15 degrees. The supporting links of the wind turbine 100 are either predominantly pressure or zugbeansprucht. As a result, in particular for a large wind power plant with a diameter greater than 150 m an economical Lightweight design allows for easy repetitive, prefillable modules. Each individual support member of the elemental construction causes a favorable aerodynamic effect. The simple wings 120 and the rotor blades 24 of the truss ring 124 drive the rotor 23 while the annular straps as ring wings 210 cause a Luvseitige shear force L, which is the supporting structure 13 relieved.
42 zeigt eine Turbine 10 als Wasserturbine 101, bei der das Strömungsleitwerk 2 von einem Kanal 22 mit einer Düsenverengung 220 gebildet wird. Jeweils am luvseitigen und leeseitigen Ende der Düsenverengung 220 ist ein Lagerring 14 in die Wandung des Kanals 22 eingelassen und nimmt einen Ringträger 233 auf. Drei gerade Umkehrflügel 121 sind an ihrem luvseitigen und leeseitigen Ende mit dem Ringträger 233 verbunden. In Richtung der Stromlinien S folgt auf eine Konfusorstufe Σ eine Diffusorstufe ψ, wobei die Stromlinien S an der Konfusorstufe Σ mit einem dynamischen Konuswinkel α zu der Rotationsachse x der Turbine 10 hingelenkt und an der Diffusorstufe mit einem dynamischen Konuswinkel α von der Rotationsachse x weggelenkt werden. Bei den drei geraden Umkehrflügeln 121 wechselt die Blattstellung an der Düsenverengung 220 von der Innenseite zur Außenseite, wobei die Drehrichtung R beibehalten wird und die geraden Umkehrflügel 121 auf der Oberfläche eines virtuellen Hyperboloids liegen. Sowohl an der Konfusorstufe Σ als auch an der Diffusorstufe ψ leitet sich aus der resultierenden Anströmung C3 eine tangentiale Antriebskraft G ab, die über den in seiner Länge wechselnden Hebelarm h ein Drehmoment an der Rotationsachse x bewirkt. Einer der beiden Ringträger 233 ist als Läuferring eines Ringgenerators 150 ausgebildet, während der zweite Ringträger 233 mit dem Lagerring 14 verbunden ist. 42 shows a turbine 10 as a water turbine 101 in which the Strömungsleitwerk 2 from a channel 22 with a nozzle throat 220 is formed. Each at the windward and leeward end of the nozzle throat 220 is a bearing ring 14 in the wall of the canal 22 taken in and takes a ring bearer 233 on. Three straight reversing wings 121 are at their windward and leeward end with the Ring bearer 233 connected. In the direction of the streamlines S, a diffuser stage Σ follows a confusion stage Σ, the streamlines S at the confusion stage Σ having a dynamic cone angle α to the rotational axis x of the turbine 10 deflected and deflected at the diffuser stage with a dynamic cone angle α of the rotation axis x. At the three straight reversing wings 121 the blade position changes at the nozzle constriction 220 from the inside to the outside, keeping the direction of rotation R and the straight reversing wings 121 lie on the surface of a virtual hyperboloid. Both at the Konfusorstufe Σ and at the diffuser stage ψ is derived from the resulting flow C3 a tangential driving force G, which causes a torque on the axis of rotation x on the lever arm h changing in its length. One of the two ring bearers 233 is the rotor ring of a ring generator 150 formed while the second ring carrier 233 with the bearing ring 14 connected is.
43 zeigt eine Turbine 10, die bevorzugt als Wasserturbine 101 ausgebildet werden kann, bei der ein von einem Kanal 22 gebildetes Strömungsleitwerk 2 mit einer Aufweitung 221 der Strömung um einen konzentrisch und koaxial zu der Rotationsachse x angeordneten Rotationskörper 20 vorgesehen ist. Der Rotationskörper 20 und die Aufweitung 221 des Kanals 22 sind jeweils luv- und leeseitig stromlinienförmig geformt, sodass die Umleitung der Strömung weitgehend laminar erfolgen kann. In Richtung der Stromlinien S folgt auf eine Diffusorstufe ψ eine Konfusorstufe Σ, wobei die Stromlinien S an der Diffusorstufe ψ mit einem dynamischen Konuswinkel α von der Rotationsachse x der Turbine 10 weggelenkt und an der Konfusorstufe Σ mit einem dynamischen Konuswinkel α zu der Rotationsachse x hingelenkt werden. Dementsprechend sind die drei dargestellten Flügel 12 jeweils als gerade Umkehrflügel 121 ausgebildet. Das vergrößerte Detail des geraden Umkehrflügels 121 zeigt den Wechsel der Blattstellung von der Diffusorstufe ψ zur Konfusorstufe Σ, wobei die Flügelwölbung des asymmetrischen Flügelprofils 11 in Bezug zur Rotationsachse x von der Außenseite zur Innenseite wechselt. Sowohl an der Diffusorstufe ψ als auch an der Konfusorstufe Σ leitet sich aus der resultierenden Anströmung C3 eine tangentiale Antriebskraft G ab, die über den Hebelarm h ein Drehmoment an der Rotationsachse x bewirkt. Der Rotationskörper 20 bildet das Generatorgehäuse 151 für einen mit dem Rotor 23 verbundenen Generator 15 und ist mittels einer von drei starren Flossen gebildeten Aufhängung 27 mit der Innenwand des Kanals 22 verbunden. 43 shows a turbine 10 that prefers as a water turbine 101 can be formed, in which one of a channel 22 formed Strömungsleitwerk 2 with a widening 221 the flow around a concentric and coaxial with the axis of rotation x arranged rotational body 20 is provided. The rotation body 20 and the expansion 221 of the canal 22 are each luv- and leeward shaped streamlined, so that the diversion of the flow can be largely laminar. In the direction of the streamlines S, a confuser stage Σ follows a diffuser stage ψ, the streamlines S at the diffuser stage ψ having a dynamic cone angle α from the rotational axis x of the turbine 10 be deflected and guided at the Konfusorstufe Σ with a dynamic cone angle α to the rotation axis x. Accordingly, the three illustrated wings 12 each as a straight reversing wing 121 educated. The enlarged detail of the straight reversing wing 121 shows the change of the leaf position from the diffuser stage ψ to the confusion stage Σ, wherein the wing arch of the asymmetric wing profile 11 in relation to the axis of rotation x changes from the outside to the inside. Both at the diffuser stage ψ and at the confusion stage Σ, a tangential drive force G is derived from the resulting flow C3, which causes a torque on the rotation axis x via the lever arm h. The rotation body 20 forms the generator housing 151 for one with the rotor 23 connected generator 15 and is by means of a suspension formed by three rigid fins 27 with the inner wall of the canal 22 connected.
44 zeigt einen Strömungskonverter 1, bei dem das Strömungsleitwerk 2 von einem Kanal 22 mit einer Aufweitung 221 gebildet wird, als Wasserturbine 101, bei der die Stromlinien S einen Rotationskörper 20 mit einem Kragen 200 umströmen. Drei V-förmig gestaltete, einfache Flügel 120 sind untereinander zu einem Zackenring 122 zusammengeschlossen, wobei an einem V-förmigen Flügelsegment der Stellwinkel β von einem stumpfen zu einem spitzen Winkel wechselt. Jeweils drei luvseitige und drei Tee- seitige Rotorblätter 24 verbinden den Zackenring 122 mit einem Ringträger 233 in einem Lagerring 14 und übertragen das von den Rotorblättern 24 und dem Zackenring 122 erzeugte Drehmoment auf einen in den Rotationskörper 20 integrierten Generator, wobei der Rotationskörper 20 das Generatorgehäuse 151 bildet. Luv- und leeseitig ist der Rotationskörper 20 über jeweils drei Aufhängungen 27 mit dem Kanal 22 verbunden. An der Leeseite des Kragens 200 bilden sich Wirbel, wie in 3 und 4 gezeigt, sodass der dynamische Konuswinkel α auch leewärts des Kragens 200 erhalten bleibt und ein Flügel über seine gesamte, sich von Luv nach Lee erstreckende Spannweite eine tangentiale Antriebskraft G bewirkt. 44 shows a flow converter 1 in which the Strömungsleitwerk 2 from a channel 22 with a widening 221 is formed as a water turbine 101 in which the streamlines S a rotational body 20 with a collar 200 flow around. Three V-shaped, simple wings 120 are among themselves to a toothed ring 122 joined together, wherein on a V-shaped wing segment, the adjustment angle β changes from a blunt to an acute angle. In each case three windward and three tee-sided rotor blades 24 connect the serrated ring 122 with a ring bearer 233 in a bearing ring 14 and transmit that from the rotor blades 24 and the serrated ring 122 generated torque on one in the rotary body 20 integrated generator, wherein the rotating body 20 the generator housing 151 forms. Windward and leeward is the body of revolution 20 over three suspensions each 27 with the channel 22 connected. On the lee side of the collar 200 vertebrae form, as in 3 and 4 shown so that the dynamic cone angle α is also leeward of the collar 200 is maintained and a wing over its entire, extending from windward to leeward span causes a tangential driving force G.
45 zeigt einen Strömungskonverter 1 als Umkehrturbine 102, die als Wellenturbine von einer Strömung aus Luft oder Wasser und als Gezeitenturbine von einer mit den Gezeiten die Richtung wechselnden Wasserströmung angetrieben wird. Das Strömungsleitwerk 2 der Umkehrturbine 102 besteht aus einem in beiden Strömungsrichtungen stromlinienförmigen Rotationskörper 20 mit einem Kragen 200, der innerhalb des zylindrischen Kanals 22 ein Strömungsleitwerk 2 bildet. Unabhängig von der jeweiligen Strömungsrichtung bildet sich an der Leeseite des Kragens 200 ein Wirbel, sodass die Stromlinien S den ihnen von dem Rotationskörper 20 aufgeprägten dynamischen Konuswinkel α auch leeseitig des Kragens 200 beibehalten. An drei einfachen Flügeln 120, die V-förmig gestaltet sind, wechselt der Stellwinkel von einem spitzen zu einem stumpfen Winkel. Der Rotationskörper 20 ist an beiden Seiten jeweils mittels von drei Aufhängungen 27 mit der zylindrischen Innenwand des Kanals 22 verbunden und bildet das Generatorgehäuse 151 für einen Generator 15, der mit dem als Rotor 23 ausgebildeten Kragen 200 verbunden ist. Rotorblätter 24 mit einem im Querschnitt symmetrischen Flügelprofil stellen bei der Umkehrturbine 102 die Verbindung zu dem Kragen 200 her. 45 shows a flow converter 1 as a reverse turbine 102 which is driven as a shaft turbine by a flow of air or water and as a tidal turbine by a tidal with the direction changing flow of water. The flow control unit 2 the reverse turbine 102 consists of a streamlined in both flow directions rotary body 20 with a collar 200 which is inside the cylindrical channel 22 a flow control unit 2 forms. Regardless of the respective flow direction forms on the lee side of the collar 200 a vortex, so that the streamlines S give them from the body of revolution 20 imprinted dynamic cone angle α also lee side of the collar 200 maintained. On three simple wings 120 , which are designed V-shaped, the adjustment angle changes from an acute to an obtuse angle. The rotation body 20 is on both sides by means of three suspensions 27 with the cylindrical inner wall of the channel 22 connected and forms the generator housing 151 for a generator 15 with that as the rotor 23 trained collar 200 connected is. rotor blades 24 with a cross-sectionally symmetrical wing profile represent at the reversing turbine 102 the connection to the collar 200 ago.
46 zeigt eine frei umströmte Umkehrturbine 102, die als Wellenturbine oder als Gezeitenturbine die Drehrichtung R bei einer Umkehrung der Strömungsrichtung beibehält. Das Strömungsleitwerk 2 der Umkehrturbine 102 besteht aus einem Rotationskörper 20 mit einem Kragen 200, der eine Strömungsabrisskante v bildet, sodass aufgrund der Wirbelbildung hinter dem Kragen 200 die Stromlinien S den ihnen von dem Rotationskörper 20 aufgeprägten dynamischen Konuswinkel α beibehalten und deshalb die V-förmig ausgebildeten Segmente des Zackenrings 122 luv- und leeseitig des Kragens 200 eine tangentiale Antriebskraft G bewirken. Der Zackenring 122 ist jeweils luv- und leeseitig über sechs Rotorblätter 24, die ein symmetrisches Flügelprofil haben, mit einem Ringträger 233 verbunden. Das Tragwerk 13 der Turbine 10 wird von einer luv- und einer leeseitigen Scheibe gebildet, die mit einer Fundamentplatte verbunden sind. 46 shows a free-flowing reversing turbine 102 which, as a shaft turbine or as a tidal turbine, retains the direction of rotation R when the flow direction is reversed. The flow control unit 2 the reverse turbine 102 consists of a body of revolution 20 with a collar 200 which forms a stall edge v, so due to vortex formation behind the collar 200 the streamlines S give them from the body of revolution 20 retained imprinted dynamic cone angle α and therefore the V-shaped segments of the serrated ring 122 leeward and leeward of the collar 200 cause a tangential driving force G. The serrated ring 122 is leeward and leeward over six rotor blades 24 , which have a symmetrical wing profile, with a ring carrier 233 connected. The structure 13 the turbine 10 is formed by a luv and a leeward disk, which are connected to a foundation plate.
47 zeigt die Umkehrturbine 102 nach 46 in einer schematischen Seitenansicht mit Darstellung des aus sechs V-förmigen, einfachen Flügeln 120 aufgebauten Zackenrings 122. Luv- und leeseitig des Kragens 200 ist der Zackenring 122 mit jeweils sechs Rotorblättern 24 mit einem Ringträger 233 verbunden, der mit einem Ringlager 14 in die Mantelfläche des Rotationskörpers 20 eingelassen ist. 47 shows the reversing turbine 102 to 46 in a schematic side view showing the six V-shaped, simple wings 120 built-up serrated ring 122 , Windward and leeward of the collar 200 is the serrated ring 122 each with six rotor blades 24 with a ring bearer 233 connected with a ring bearing 14 in the lateral surface of the rotating body 20 is admitted.
48 zeigt ein Wasserfahrzeug 104 mit drei Rümpfen als Tragflügelboot, das von einem Strömungskonverter 1 angetrieben wird. Der Strömungskonverter 1 ist als Windturbine 100 ausgebildet und hat einen Rotor 23 mit einem äußeren Druckring 230, der von einem aus einfachen Flügeln 120 aufgebauten Fachwerkring 124 gebildet wird und der mit einem Kegelwinkel γ von Luv nach Lee zur Rotationsachse x geneigt angeordnet ist. Sechs leeseitige und sechs luvseitige Speichen 232 sind jeweils als in sich verwundene Rotorblätter 24 ausgeformt und verspannen den Druckring 230 mit der Nabe 231, die als Generatorgehäuse 151 ausgebildet ist und einen Generator 15 aufnimmt. Ein ringförmiges Azimutlager 28 verbindet die drei Rümpfe des Wasserfahrzeugs 104 untereinander und ist über vier Stützen mit dem Speichenrad verbunden. Unabhängig von der jeweiligen Fahrtrichtung wird die Windturbine 100 zu der aus der Fahrtgeschwindigkeit und der Windgeschwindigkeit resultierenden Anströmung ausgerichtet, wobei die Rotorblätter 24 und der Fachwerkring 124 eine Diffusorstufe ψ bilden, sodass die Stromlinien S mit einem dynamischen Konuswinkel α von der Rotationsachse x weggelenkt werden. Die von den einfachen Flügeln 120 erzeugten Sogkräfte bewirken nicht nur eine tangentiale Antriebskraft G, sondern auch eine luvseitige Schubkraft L, die der leeseitigen Schubkraft H des Rotors 23 entgegenwirkt, sodass das Wasserfahrzeug 104 mit einem Elektroantrieb über eine Schraube auch gegen den Wind anfahren kann. 48 shows a watercraft 104 with three hulls as hydrofoil, that of a flow converter 1 is driven. The flow converter 1 is as a wind turbine 100 trained and has a rotor 23 with an outer pressure ring 230 one of simple wings 120 built-up truss ring 124 is formed and which is arranged inclined with a cone angle γ of windward to leeward to the rotation axis x. Six leeward and six windward spokes 232 are each as self-wound rotor blades 24 formed and tense the pressure ring 230 with the hub 231 acting as a generator housing 151 is formed and a generator 15 receives. An annular azimuth bearing 28 connects the three hulls of the watercraft 104 with each other and is connected via four supports with the spoked wheel. Regardless of the direction of travel, the wind turbine 100 aligned to the flow resulting from the speed of travel and the wind speed, the rotor blades 24 and the truss ring 124 form a diffuser stage ψ so that the streamlines S are deflected away from the axis of rotation x with a dynamic cone angle α. The ones of the simple wings 120 generated suction forces cause not only a tangential driving force G, but also a windward thrust L, the leeward thrust H of the rotor 23 counteracts, so that the watercraft 104 can also drive against the wind with an electric drive via a screw.
49 zeigt einen Strömungskonverter 1 als Luftschiff 103, das über eine nicht näher bezeichnete Antriebsvorrichtung selbsttätig oder von einem Piloten gesteuert an einen Einsatzort z. B. in ein Katastrophengebiet fahren kann, um dort als Windturbine 100 in großer Höhe mit einem im Luftschiff 103 mitgeführten Seiltragwerk 13, das von einem Halteseil und einem Führungsseil und einer nicht näher bezeichneten elektrischen Versorgungsleitung gebildet wird, stationär verankert zu werden. Das Strömungsleitwerk 2 dieser Windturbine 100 wird von dem Schiffskörper des Luftschiffs 103 gebildet und weist einen Rotationskörper 20 mit einem Kragen 200 auf. Das stationär in der Atmosphäre verankerte Luftschiff 103 wird von der Windströmung laminar umströmt, wobei sich, wie in 50 gezeigt, die Stromlinien S an dem Kragen 200 ansteilen und mit einem dynamischen Konuswinkel α auf den Fachwerkring 124 treffen, dessen kreisringförmige Gurte von Ringflügeln 210 und dessen Füllstäbe von einfachen Flügeln 120 gebildet werden. 49 shows a flow converter 1 as an airship 103 , which is controlled by an unspecified drive device automatically or by a pilot to a site z. B. can drive in a disaster area, there as a wind turbine 100 at high altitude with one in the airship 103 entrained cable structure 13 , which is formed by a tether and a guide cable and an unspecified electrical supply line to be anchored stationary. The flow control unit 2 this wind turbine 100 is from the hull of the airship 103 formed and has a body of revolution 20 with a collar 200 on. The stationary in the atmosphere anchored airship 103 is surrounded by the wind flow laminar, wherein, as in 50 shown the streamlines S on the collar 200 Sharing and with a dynamic cone angle α on the truss ring 124 meet, whose annular belts of ring wings 210 and its fill rods from simple wings 120 be formed.
50 zeigt das Luftschiff 103 nach 49, bei dem das Strömungsleitwerk 2 der Windturbine 100 von dem Schiffskörper des Luftschiffs 103 gebildet wird. Der laminar umströmte Rotationskörper 20 und der Kragen 200 prägen den Stromlinien S der Strömung in einer Diffusorstufe ψ einen dynamischen Konuswinkel α auf, sodass der aus einfachen Flügeln 120 aufgebaute Fachwerkring 124 so angeströmt wird, dass jeder einfache Flügel 120 eine tangentiale Antriebskraft G bewirkt. Der Fachwerkring 124 ist über eine Mehrzahl von radialen Rotorblättern 24 mit einem Ringträger 233 verbunden, der seinerseits über einen Lagerring 14 mit dem Rotationskörper 20 verbunden ist, wobei der Ringträger 233 den Läuferring und der Kragen 200 des Rotationskörpers 20 den Statorring eines Ringgenerators 150 bilden. Vier Flossen am Heck des Luftschiffs 103 verhindern die Rotation des Luftschiffkörpers und dienen der Ausrichtung des Luftschiffs 103 zur Strömung. 50 shows the airship 103 to 49 in which the Strömungsleitwerk 2 the wind turbine 100 from the hull of the airship 103 is formed. The laminar flow around body of revolution 20 and the collar 200 imprint the streamlines S of the flow in a diffuser stage ψ on a dynamic cone angle α, so that the simple wings 120 Built-up truss ring 124 is streamed so that every simple wing 120 a tangential driving force G causes. The truss ring 124 is over a plurality of radial rotor blades 24 with a ring bearer 233 connected, in turn, over a bearing ring 14 with the rotation body 20 is connected, wherein the ring carrier 233 the rotor ring and the collar 200 of the rotational body 20 the stator ring of a ring generator 150 form. Four fins at the stern of the airship 103 prevent the rotation of the airship body and serve to align the airship 103 to the flow.
51 zeigt die Diffusorstufe ψ der Windturbine 100 nach 49 und 50 in einem Schnitt durch den Kragen 200 des Rotationskörpers 20. Jeweils eine als Pneu 27 ausgebildete bugseitige und heckseitige Traggaszelle grenzt an einen zentralen ringförmigen Statur 25 an. Der Rotor 23 der Windturbine 100 besteht aus einem mit einem Kegelwinkel γ gegenüber der Rotationsachse x von Luv nach Lee angestellten Fachwerkring 124, der über einen Ringträger 233 mit dem Stator 25 verbunden ist und einen Ringgenerator 150 bildet. Den das Luftschiff 103 laminar umströmenden Stromlinien S wird von dem Kragen 200 ein dynamischer Konuswinkel α aufgeprägt, sodass die resultierende Anströmung C1–C7 mit einem Anströmwinkel α' auf die als einfache Flügel 120 ausgebildeten Füllstäbe des Fachwerkrings 124 trifft und, wie in 50 gezeigt, an jedem einfachen Flügel 120 eine tangentiale Antriebskraft G bewirkt. Die einfachen Flügel 120 des Fachwerkrings 124 wirken mit dem Kragen 200 als Stauflügel 123 zusammen und sind mit einem radialen Hebelarm h gegenüber der Rotationsachse x der Windturbine 100 angeordnet. Die resultierende Anströmung C1–C7 trifft mit einem Anströmwinkel α' auf die Flügel 12 und erzeugt an jedem einfachen Flügel 120 eine Sogkraft D mit einer Komponente als tangentiale Antriebskraft G, wie in 50 gezeigt. Beim Anlaufen der Turbine haben der dynamische Konuswinkel α und der Anströmwinkel α' denselben Betrag. Mit zunehmender Umlaufgeschwindigkeit flacht sich der Anströmwinkel α' ab. Bezugszeichenübersicht Strömungskonverter 1 Strömungsleitwerk 2
Stromlinien S Dynamischer Konuswinkel α
Rotationsachse x Diffusorstufe ψ
Turbine 10 Konfusorstufe Σ
Windturbine 100 Rotationskörper 20
Wasserturbine 101 Kragen 200
Umkehrturbine 102 Ringkörper 21
Luftschiff 103 Ringflügel 210
Wasserfahrzeug 104 Kanal 22
Asymmetrisches Flügelprofil 11 Düse 220
Flügel 12 Leitwand 221
Anströmwinkel α' Rotor 23
Einfacher Flügel 120 Druckring 230
Umkehrflügel 121 Nabe 231
Zackenring 122 Speiche 232
Stauflügel 123 Ringträger 233
Fachwerkring 124 Rotorblatt 24
Gitterschale 125 Stator 25
Winglet 126 Segel 26
Kegelwinkel γ Pneu 27
Flügelnase n Strömungsabrisskante v
Flügelhinterkante e Azimutlager 28
Profilsehne p Drehachse y
Drehachse z Strömungsgeschwindigkeit A
Radialer Hebelarm h Umlaufanströmung B
Stellwinkel β Resultierende Anströmung C1–C7
Neigungswinkel δ Sogkraft D
Umlaufbahn U Auftriebskraft E
Drehrichtung R Vortriebskraft F
Tragwerk 13 Tangentiale Antriebskraft G
Lagerring 14 Leeseitige Schubkraft H
Generator 15 Widerstand J
Ringgenerator 150 Tangentialer Rotationswiderstand K
Generatorgehäuse 151 Luvseitige Schubkraft L
51 shows the diffuser stage ψ of the wind turbine 100 to 49 and 50 in a cut through the collar 200 of the rotational body 20 , One as a pneu 27 trained bow-sided and rear-side carrier gas cell adjacent to a central annular stature 25 at. The rotor 23 the wind turbine 100 consists of one with a cone angle γ against the axis of rotation x from windward to lee employed Truss ring 124 that's about a ring bearer 233 with the stator 25 is connected and a ring generator 150 forms. The airship 103 laminar flow stream S is from the collar 200 imprinted a dynamic cone angle α, so that the resulting flow C1-C7 with an angle of attack α 'on the as simple wings 120 formed filler rods of the truss ring 124 meets and, as in 50 shown on every simple wing 120 a tangential driving force G causes. The simple wings 120 of the truss ring 124 work with the collar 200 as a stacking wing 123 together and are with a radial lever arm h relative to the axis of rotation x of the wind turbine 100 arranged. The resulting flow C1-C7 hits the blades with an angle of attack α ' 12 and generated at each simple wing 120 a suction force D with a component as a tangential driving force G, as in 50 shown. When starting the turbine, the dynamic cone angle α and the angle of attack α 'have the same amount. With increasing circulation speed, the angle of attack α 'flattens. Reference numeral Overview flow converter
1 flow tail 2
streamlines S Dynamic cone angle α
axis of rotation x diffuser stage ψ
turbine
10 Konfusorstufe Σ
wind turbine
100 body of revolution 20
water turbine 101 collar 200
reverse turbine 102 ring body 21
airship 103 ring wings 210
water craft 104 channel 22
Asymmetrical wing profile 11 jet 220
wing 12 baffle 221
angle of attack α ' rotor 23
Simple wing 120 pressure ring 230
reverse wings 121 hub 231
toothed ring 122 spoke 232
Ram-wing 123 Ringbearer 233
Truss ring 124 rotor blade 24
gridshell 125 stator 25
winglet 126 sail 26
cone angle γ tire 27
wing leading edge n Flow separation edge v
Trailing edge e yaw bearings 28
chord p axis of rotation y
axis of rotation z flow rate A
Radial lever arm H Umlaufanströmung B
setting angle β Resulting flow C1-C7
tilt angle δ suction force D
orbit U buoyancy e
direction of rotation R propulsive force F
Structure
13 Tangential driving force G
bearing ring
14 Leeward thrust H
generator
15 resistance J
ring generator
150 Tangential rotation resistance K
generator housing
151 Windward thrust L
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 3151620 A1 [0003] DE 3151620 A1 [0003]
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EP 0854981 B1 [0003] EP 0854981 B1 [0003]
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WO 2014/048468 A1 [0003] WO 2014/048468 A1 [0003]
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WO 2010/065647 A2 [0004] WO 2010/065647 A2 [0004]
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DE 102008038872 A1 [0004] DE 102008038872 A1 [0004]
