DE4005685A1 - Vertical wind turbine driving electrical ring generators - has rotor supported from mast by relatively small pendulum bearing - Google Patents

Vertical wind turbine driving electrical ring generators - has rotor supported from mast by relatively small pendulum bearing

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Abstract

The vertical wind turbine has a cylindrical mast (7) with a pendulum bearing (6) supporting a rotor (1) which is stabilised at the centre by a gyro (3). An inner rotor sleeve (2) is used to rotate the drive wheels (8") of electrical ring generators (8), via a track ring (9). Pref the rotor sleeve (2) is conically tapered from the bottom to the top, with the track ring (9) providing mechanical stability and balance. The driven generators (8) may have differing sizes and can be switched in and out individually. ADVANTAGE - Reduced bearing size for overall cost reduction.

Description

Die Erfindung hat eine Windturbine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zum Gegenstand. Weiterbildungen dieses Gegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention has a wind turbine with the features of Claim 1 on the subject. Further trainings of this Subject matter arise from the subclaims.

Die erste vertikale Windturbine in Großanlage wurde in Kanada verwirklicht.The first large-scale vertical wind turbine was built in Canada realized.

Zum ersten Mal wurde hier die Leistungsgleichheit der Vertikalturbine zur Horizontalturbine bewiesen. Sie leistet bei einer Höhe von 96 m und einem Durchmesser von 64 m rund 4 MW. Leider benötigt diese Turbine eine Seilabspannung von je sechs Stahlseilen mit je 72 mm Durchmesser und einer Gesamtlänge von 900 m, die mit ihrem Riesengewicht und Fläche eine Höchstbelastung bei Sturm darstellt. Wahrscheinlich muß die Turbine bei 22 m/s wegen der hohen Schwingungsfrequenz stillgelegt werden. Sinn dieser neuen Erfindung ist es, eine Großwindanlage zu realisieren, die anstelle der aufwendigen Seilabspannung die Festigkeit und Stabilisierung durch einen Kreisel im Zentrum erreicht und somit einen Großbau ermöglicht und endlich wirtschaftlich gestaltet werden kann. Der Synchron-Ringgenerator hat insgesamt 162 Pole mit 4,14 MVA/19,24 Hz/4000 kw Leistung und ist im Großbau wahrscheinlich am Endpunkt angekommen. Durch Übernahme von mehreren (4) solchen Generatoren, die in dem neuen System möglich ist, kann eine neue Stufe der Wirtschaftlichkeit erreicht und nicht zuletzt auch noch durch die 4-Stufenschaltung ein großes Getriebe eingespart werden. Bei einem Großbau mit 4 Generatoren, je 4 MW, müßte eine Großanlage (Fig. 1) mit 210 m Höhe und einem absolut realisierbaren Radius von 50 m erstellt werden. Da in 200 m fast immer Windströmungen sind, wäre hier eine sichere Leistung von 16 MW zu erreichen. Diese Leistung würde der Gesamtleistung von 530 Windturbinen mit je 30 kW entsprechen, die eine Nutzungsfläche von mehreren km2 erfordern würde. For the first time, the performance equality of the vertical turbine to the horizontal turbine was proven. With a height of 96 m and a diameter of 64 m, it has an output of around 4 MW. Unfortunately, this turbine requires a rope bracing of six steel ropes each with a diameter of 72 mm and a total length of 900 m, which with its huge weight and area represents a maximum load during a storm. The turbine must probably be shut down at 22 m / s due to the high vibration frequency. The purpose of this new invention is to realize a large wind turbine which, instead of the complex rope anchoring, achieves strength and stabilization by means of a gyroscope in the center, thus enabling a large building and finally being economically designed. The synchronous ring generator has a total of 162 poles with 4.14 MVA / 19.24 Hz / 4000 kw power and has probably reached the end point in large buildings. By taking over several (4) such generators, which is possible in the new system, a new level of economy can be achieved and, last but not least, a large gearbox can also be saved through the 4-stage gearshift. In a large building with 4 generators, each 4 MW, a large system ( Fig. 1) with 210 m height and an absolutely realizable radius of 50 m would have to be created. Since there are almost always wind currents in 200 m, a safe output of 16 MW could be achieved here. This output would correspond to the total output of 530 wind turbines, each with 30 kW, which would require a usable area of several km 2 .

Die Abmessung der Blätter: Profilsehne 3,6 m, Profilhöhe 1,1 m.The dimensions of the blades: chord 3.6 m, profile height 1.1 m.

Die Baugrößen sind im Maschinenbau mit extrudierten Leichtbauteilen realisierbar, währenddem die Festigkeit durch drei Stahlkerne erreicht wird, geht die ganze Anforderung auf Zugbelastung.The sizes are in mechanical engineering with extruded Lightweight components realizable, while the strength reached by three steel cores, the whole goes Requirement for tensile load.

Durch die Übersetzung und Größe wird die Umdrehungszahl pro Minute im Vergleich zur kanadischen Turbine noch einmal reduziert. Durch Verwendung von durchweg kleineren Lagern erfährt die ganze neue Anwendung eine weitere Minimierung im Preis. Außerdem bringt der Kreisel ein sehr hohes Maß an Ruhiglauf, daß auch der Verschleiß kleiner wird. Durch die Verstärkung des Turmes kann eine so hohe Festigkeit erreicht werden, die einen wesentlich höheren Stillegungspunkt erlaubt, und dadurch eine größere Leistung ermöglicht, die nicht zuletzt auch durch den Einsatz von vier Generatoren realisierbar ist. Due to the translation and size, the number of revolutions per Minute compared to the Canadian turbine again reduced. By using consistently smaller bearings the whole new application is further minimized in the Price. In addition, the gyroscope applies a very high level Quiet running, so that the wear becomes smaller. Through the Strengthening the tower can achieve such high strength be a much higher set-aside point allowed, thereby enabling greater performance that not least thanks to the use of four generators is feasible.  

ErläuterungExplanation

Fig. 1 zeigt die Großanlage der Windturbine. Alle Merkmale sind mit Anspruch 1 beschrieben. Fig. 1 shows the large turbine of the wind turbine. All features are described with claim 1.

Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch den Arbeitsflügel (1). Der Raum zwischen Außenmantel (1) und den Stahlkernen (1′) wird durch extru­ dierte Alu-Teile stabilisiert (1″) die durch Ausschäumungen ausgesteift sind. Fig. 2 shows the cross section through the working wing ( 1 ). The space between the outer jacket ( 1 ) and the steel cores ( 1 ') is stabilized by extruded aluminum parts ( 1 ″ ) which are stiffened by foaming.

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Ringgeneratoren (8), die mit ihren Antriebsrädern (8′′) über den Gleisring (9) angetrieben werden. Der Gleisring ist durch Streben (9′) mit der Rotorhülse (2) verbunden. Fig. 3 shows the arrangement of the ring generators ( 8 ) which are driven with their drive wheels ( 8 '') via the track ring ( 9 ). The track ring is connected by struts ( 9 ') to the rotor sleeve ( 2 ).

Fig. 4 zeigt eine Variante zu Fig. 3, hier ist auf dem stehenden Rohrmast (7) die Platine für die Generatoren (7′) fest montiert. Die Achsen (8′) der Generatoren (8) sind abgefedert (10) und laufen mit den Antriebsrädern (8) außerhalb vom Gleisring (9). Fig. 4 shows a variant of Fig. 3, here the circuit board for the generators ( 7 ') is firmly mounted on the standing mast ( 7 ). The axes ( 8 ') of the generators ( 8 ) are cushioned ( 10 ) and run with the drive wheels ( 8 ) outside of the track ring ( 9 ).

Fig. 5 zeigt dieselbe Anordnung, lediglich mit vier Generatoren. Fig. 5 shows the same arrangement, only with four generators.

Fig. 6 zeigt die Schnittzeichnung von Fig. 4 und 5. Fig. 6 shows the sectional drawing of Fig. 4 and 5.

Fig. 7 zeigt die Schnittzeichnung von Fig. 3. FIG. 7 shows the sectional drawing of FIG. 3.

Hier liegt der Gleisantrieb innerhalb der Antriebsräder.Here the track drive is inside the drive wheels.

Claims (22)

1. Windturbine zur Umsetzung von Windenergie durch eine vertikale Achsanordnung bestehend aus einem an einem Rohrmast (7) in einem Pendellager (6) drehbar gelagerten Rotor (1), der im Zentrum durch einen Kreisel (3) stabilisiert wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elastische Führung des Rotors durch kugellagerähnliche, federnd (10) angeordnete Ringgeneratoren (8) erfolgt, die im Inneren der Rotorhülse (2) über einen Gleisring (9) die Antriebsräder (8′′) der Generatoren (8) antreiben, die dadurch übersetzt werden und stationär in (7′) den vertikalen Achsen (8′) gelagert sind.1. Wind turbine for implementing wind energy through a vertical axis arrangement consisting of a rotatably mounted on a tubular mast ( 7 ) in a self-aligning bearing ( 6 ) rotor ( 1 ) which is stabilized in the center by a gyroscope ( 3 ), characterized in that the elastic guidance of the rotor by ball bearing-like, resilient ( 10 ) arranged ring generators ( 8 ), which drive the drive wheels ( 8 '') of the generators ( 8 ) inside the rotor sleeve ( 2 ) via a track ring ( 9 ), which thereby translates are and stationary in ( 7 ' ) the vertical axes ( 8 ') are stored. 2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kreisel (3) im Zentrum des Rotors (1) fest auf der Hülse (2) montiert ist und für die Stabilisierung bei Sturm und Boen sorgt.2. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the gyroscope ( 3 ) in the center of the rotor ( 1 ) is fixedly mounted on the sleeve ( 2 ) and ensures stabilization in storms and gusts. 3. Windturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (1) in einem (6′) Pendellager (6) auf dem Mast (7) geführt wird, drehbar und frei beweglich angeordnet ist.3. Wind turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor ( 1 ) in a ( 6 ' ) self-aligning bearing ( 6 ) on the mast ( 7 ) is guided, rotatably and freely movable. 4. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kegelartige Form (2) des Rotors auf dem, die in Kettenlinienform ausgelegten Blätter, montiert sind am unteren Innenrand durch eine Gleisanordnung (9) ausgesteift wird, die auch den Schwerpunkt in der Balance bildet und dem Antrieb der Generatoren (8) über Schienenräder (8′′) dient.4. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the cone-like shape ( 2 ) of the rotor on which the chainline-shaped blades are mounted on the lower inner edge by a track arrangement ( 9 ) is stiffened, which is also the focus in forms the balance and serves to drive the generators ( 8 ) via rail wheels ( 8 ''). 5. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein oder mehrere Ringgeneratoren (8) in dem stationären Führungskreuz (7), abgefedert in einer Innennut (10) geführt werden, und somit die untere elastische Lagerung bildet, indem die jeweiligen Antriebsräder (8′′) auf dem Ringgleis (9) abrollen.5. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that one or more ring generators ( 8 ) are guided in the stationary guide cross ( 7 ), cushioned in an inner groove ( 10 ), and thus forms the lower elastic bearing by the respective Roll the drive wheels ( 8 '') on the ring track ( 9 ). 6. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebsräder (8′′) verschiedene Größen haben können und die Generatoren zu- und abschaltbar sind und dadurch ein Getriebe.6. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the drive wheels ( 8 '') can have different sizes and the generators can be switched on and off and thereby a transmission. 7. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gleisring (9) mit einer Innenverzahnung ausgerüstet ist, die in die Zähne der Antriebsräder (8′′) greifen, um ein Rutschen zu verhindern.7. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the track ring ( 9 ) is equipped with an internal toothing which engage in the teeth of the drive wheels ( 8 '') to prevent slipping. 8. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der Rotorhülse (2) aerodynamische Führungsarme (4) sowohl oben als auch unten durch Halterung (4′) befestigt sind und die Justierung der Blätter übernehmen; die Blätter müssen elastisch gelagert sein.8. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that on the rotor sleeve ( 2 ) aerodynamic guide arms ( 4 ) both above and below are fastened by holder ( 4 ') and take over the adjustment of the blades; the leaves must be elastic. 9. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsarme (4) jeweils am äußeren Ende mit Wingletts (5) ausgerüstet sind und den Anlauf der Turbine übernehmen.9. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the guide arms ( 4 ) are each equipped at the outer end with winglets ( 5 ) and take over the start-up of the turbine. 10. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blattaufhängung gefedert (13) ist und die Blätter (1) durch einen oder mehrere Stahlkerne (1′) stabilisiert werden.10. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the blade suspension is spring-loaded ( 13 ) and the blades ( 1 ) are stabilized by one or more steel cores ( 1 '). 11. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Raum zwischen Außenmantel und Stahlkern (1′) durch extrudierte Formen oder Ausschäumung ausgesteift wird.11. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the space between the outer jacket and steel core ( 1 ') is stiffened by extruded shapes or foaming. 12. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel des Blattes in einer aerodynamischen und symmetrischen Form ausgebildet ist.12. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the outer jacket of the Blade in an aerodynamic and symmetrical shape is trained. 13. Windturbine nach anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rohrmast (7) in ein Zement­ fundament (11) eingegossen ist oder von einem Stahlgerüst gehalten wird.13. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the tubular mast ( 7 ) is poured into a cement foundation ( 11 ) or is held by a steel frame. 14. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spitze des Rotors mit einem Blitzableiter (12) versehen ist.14. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the tip of the rotor is provided with a lightning rod ( 12 ). 15. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Innenraum des Mastrohres (7) als Zugang für Montage und Versorgungsleitung dient.15. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the interior of the mast tube ( 7 ) serves as an access for assembly and supply line. 16. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rohrmast durch Abstützungen (14) weiterhin stabilisiert wird. 16. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the tubular mast is further stabilized by supports ( 14 ). 17. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elastische Abfederung alternativ durch Pneumatik usw. erfolgt.17. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized records that the elastic cushioning alternatively by pneumatics etc. 18. Windturbine zur Umsetzung von Windenergie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit vertikaler Achsanordnung, bestehend aus einem Rohrmast (7), der elastisch gehalten wird und auf der Nabe (6′) in einem Lager drehbar den Rotor (1) trägt, der durch einen Kreisel (3) stabilisiert wird, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere lagerartig angeordnete Ringgeneratoren (8, 8′) auf der fest mit dem Mast (7) verbundenen Lagerbasis (7′), ihren Antrieb von dem Rotorring (9), der mit den Streben (9′) mit der Rotorhülse (2) verbunden ist, über Riemen oder Verzahnung erhalten.18. Wind turbine for converting wind energy according to one of the preceding claims, with a vertical axis arrangement consisting of a tubular mast ( 7 ) which is held elastically and rotatably supports the rotor ( 1 ) in a bearing on the hub ( 6 ') in a bearing a gyro ( 3 ) is stabilized, characterized in that several bearing-like ring generators ( 8 , 8 ') on the fixed to the mast ( 7 ) connected to the bearing base ( 7 '), their drive from the rotor ring ( 9 ) with the struts ( 9 ') with the rotor sleeve ( 2 ) is connected via belt or toothing. 19. Windturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Mittelpunkt ein Kreisel (3) angeordnet ist, der als Ring oder Scheibe ausgebildet ist, und mit der Rotorhülse (2) verstrebt ist; durch die Lagerung im Zentrum (6) übernimmt der Kreisel (3) die volle Stabilisierung des Rotors.19. Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that a gyroscope ( 3 ) is arranged in the central center, which is designed as a ring or disc, and is braced with the rotor sleeve ( 2 ); by the bearing in the center ( 6 ) the gyro ( 3 ) takes over the full stabilization of the rotor. 20. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rohrmast (7) pneumatisch oder abgefedert seitliche Windbelastungen abfedern kann und unten im Betonfundament geführt wird.20. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the tubular mast ( 7 ) can cushion pneumatic or cushioned lateral wind loads and is guided below in the concrete foundation. 21. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rotorblatt (1) auf der Höhe der Profilsehne durch mehrere Stahlkerne verstärkt wird und die bei Punkt (13) durch Federn weich gelagert sind; der Mantel (1) der Rotorblätter wird durch extrudierte Füllkörper und Ausschäumungen ausgesteift. 21. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the rotor blade ( 1 ) at the height of the chord is reinforced by several steel cores and which are softly supported by springs at point ( 13 ); the jacket ( 1 ) of the rotor blades is stiffened by extruded fillers and foams. 22. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Fundament (11) in Stahlbeton ausgeführt ist und in den oberen Ausnehmungen mittels Federn den Mast elastisch fixiert.22. Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the foundation ( 11 ) is made of reinforced concrete and elastically fixes the mast in the upper recesses by means of springs.
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