DE4435606A1 - Size adjustable blade for wind power rotor - Google Patents
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Abstract
Description
Der Stand bezüglich der Schiffbau-Technik ist in dem Buch "Hydromechanik zum Schiffsentwurf", H. Schneekluth, Koehler-Verlag, 1988, dargestellt.The state of the art in shipbuilding can be found in the book "Hydromechanics for Ship design ", H. Schneekluth, Koehler-Verlag, 1988.
Der Antrieb beim Voith-Schneider-Propeller (VSP) erfolgt mit verstellbaren Flügeln, deren Achsen sich - im wesentlichen auf Zykloiden - um eine Achse bewegen, die sich senkrecht zur Bewegungsrichtung befindet. Die Flügel werden durch ein kinematisches Getriebe angetrieben.The Voith Schneider Propeller (VSP) is driven with adjustable Wings whose axes - essentially on cycloids - are around an axis move that is perpendicular to the direction of movement. The wings are driven by a kinematic transmission.
Der VSP ist - wie der Schraubenpropeller mit veränderlicher Steigung - ein Verstellpropeller. Die Drehzahl der VSP ist nur ca. 20% derjenigen bei den Schraubenpropellern; die VSP sind standardmäßig am Schiffboden angeordnet und die axiale Richtung ist annähernd vertikal.Like the screw propeller with variable pitch, the VSP is a Variable pitch propeller. The speed of the VSP is only about 20% of that of the Screw propellers; the VSP are arranged on the ship's floor as standard and the axial direction is approximately vertical.
Bekannte Flügel bzw. Propeller im Schiffbau haben zeitlich konstante Abmessungen.Known blades or propellers in shipbuilding have dimensions that are constant over time.
Der Stand der Technik bezüglich der Windkraftanlagen ist beispielsweise in dem Buch von Jens-Peter Molly, "Windenergie", Verlag C. F. Müller, Karlsruhe, 1990, dargestellt.The prior art with regard to wind turbines is, for example, in the Book by Jens-Peter Molly, "Wind Energy", published by C. F. Müller, Karlsruhe, 1990, shown.
Bekannt ist weiterhin ein "Rotorbaltt für Windkraftwerke" (DE-PS 29 21 152), bei dem das Rotorblatt aus einzelnen aneinandergefügten Rotorblatt abschnitten hergestellt wird.Also known is a "rotor blade for wind power plants" (DE-PS 29 21 152), in which the rotor blade consists of individual rotor blades joined together sections is produced.
In DE-AS 28 21 899 wird eine vertikalachsige Windturbine vorgeschlagen, bei der die Rotorblätter senkrecht stehen und diese nur durch - ausziehbare - Seilzüge mit dem achsenseitigen Rotorteil verbunden sind.In DE-AS 28 21 899 a vertical-axis wind turbine is proposed at that the rotor blades are vertical and only by pull-out cables are connected to the axis-side rotor part.
Bekannt sind Flügelblattverstellungen für Windkraftanlagen und im Flugwesen (DE-OS 32 17 765).Wing blade adjustments for wind turbines and in aviation are known (DE-OS 32 17 765).
Bekannt ist weiterhin (DE-PS 34 35 458) eine Windturbine mit Horizontalrohr, der u. a. mit einem "an jeder Stelle im Querschnitt gleichen Rotorarm versehen ist". Es werden dünnwandige Hohlprofile zu einem Rotor fester Länge zusammengesteckt.Also known (DE-PS 34 35 458) is a wind turbine with a horizontal tube, the u. a. with a rotor arm that is the same at every point in cross section is ". Thin-walled hollow profiles become a rotor of fixed length put together.
Weiterhin sind (DE-PS 36 07 278) Windkraftmaschinen mit vertikal stehenden Flügelrotoren, die bis zur gewünschten Höhe - statisch - aus Flügelkörperteilen aufstockbar sind.Furthermore (DE-PS 36 07 278) wind turbines with vertical standing wing rotors, which - up to the desired height - static Wing body parts are stackable.
Eine Vorrichtung zur Verstellung von Rotorblättern, d. h. zur Blattwinkeleinstellung, ist in DE-PS 42 21 783 beschrieben.A device for adjusting rotor blades, i. H. to Blade angle adjustment is described in DE-PS 42 21 783.
Bekannte Flügel haben auch im Windkraftanlagenbau zeitlich konstante Längen.Known blades also have constant temporal values in wind turbine construction Lengths.
Der Wirkungsgrad ist beim Schiffsantrieb um so günstiger, je kleiner die Geschwindigkeit des beschleunigten Mediums ist. Die maßgebende Antriebskraft wird vom Impuls, d. h. vom Produkt aus der jeweiligen Masse und Geschwindigkeit, bestimmt. Die dabei abgeführte Energie ist jedoch proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit der ausströmenden Masse. Der Verlust ist also um so geringer, je langsamer die beschleunigten Teilchen sind bzw. je größer die erregende Fläche ist. The efficiency of a ship's propulsion is lower, the smaller it is Speed of the accelerated medium is. The main driving force is from the impulse, d. H. of the product from the respective mass and Speed, determined. However, the energy dissipated is proportional squared the velocity of the mass flowing out. The loss the slower the accelerated particles are, the less, respectively larger the exciting area.
Bekannte Windräder laufen erst bei relativ hohen Windgeschwindigkeiten an, da die Maschinen auch bei hoher Windgeschwindigkeit noch arbeiten können sollen und in diesem Fall eine große Rotor-Fläche, die das Anlaufen bei geringen Windstärken ermöglichen würde, zu große Kräfte verursachen würde. Bei dem erfindungsgemäßen Flügel wird bei geringen Windgeschwindigkeiten der Flügel durch Ausfahren der Teile auf die maximale Länge gebracht. - Bei zu starker Windbelastung kann die wirksame Windangriffsfläche durch Drehen oder Verkürzen der Flügel verringert werden.Known wind turbines only start up at relatively high wind speeds, because the machines can still work even at high wind speeds should and in this case a large rotor area, which the start at low winds would allow, too large forces would cause. In the wing according to the invention at low wind speeds the wing is extended to the maximum length by extending the parts. - In to strong wind load can turn the effective wind attack surface or shortening the wings.
Bei hohen Winkelgeschwindigkeiten treten, da die Radialkräfte quadratisch mit der Geschwindigkeit zunehmen, hohe Kräfte auf die Halterungen und Rückführvorrichtungen der ausfahrbaren Flügelteile auf. Daher ist die Erfindung insbesondere bei niedrigen Drehzahlen einsetzbar.At high angular speeds occur because the radial forces are quadratic increase in speed, high forces on the brackets and Return devices of the extendable wing parts. Hence the invention Can be used especially at low speeds.
Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die wirksame Fläche der Flügel den Betriebserfordernissen besser anzupassen.The problem specified in the claims is the invention underlying, the effective area of the wing better meet the operating needs adapt.
Dieses Problem wird durch die in dem Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst, indem die vom Flügel überstrichene Fläche durch Verschiebung zumindest von Teilen des Flügels in Richtung seiner Längsachse während des Betriebs verändert werden kann.This problem is solved by those listed in claim 1 Features resolved by moving the area swept by the wing at least of parts of the wing in the direction of its longitudinal axis can be changed during operation.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen - beim Medium Wasser - insbesondere darin, daß im flachen Wasser die Flügel nicht weit aus dem Schiff herausragen und das Fahrzeug mit verringertem Wirkungsgrad betrieben werden kann; jedoch bei genügendem Tiefgang die Leistung vergrößert bzw. die Verlustleistung verringert werden kann.The advantages achieved by the invention are - in the medium of water - especially in that in shallow water the wings are not far from the Stand out the ship and operate the vehicle with reduced efficiency can be; however, if the draft is sufficient, the power increases or the power loss can be reduced.
Im Falle der Windenergieanlagen läßt sich die Energie auch bei geringen Windstärken nutzen und die Lebensdauer der Anlage wird vergrößert, da die Materialbeanspruchung verringert wird.In the case of wind turbines, the energy can also be used at low Use wind strengths and the life of the system is increased because the Material stress is reduced.
Nachteilig sind der höhere konstruktive Aufwand und der höhere Wartungsaufwand.Disadvantages are the higher design effort and the higher Maintenance effort.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Sie besteht darin, daß der Flügel teleskopartig aufgebaut ist.An advantageous embodiment of the invention is specified in claim 2. It consists in the fact that the wing is constructed telescopically.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht - nach Patentanspruch 3 - darin, daß der Flügel während der Verschiebung eine Drehung erfährt, so daß der Anstellwinkel korrigiert werden kann. Another embodiment of the invention - according to claim 3 - in that the wing undergoes a rotation during the displacement, so that the angle of attack can be corrected.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht - nach Patentanspruch 4 - darin, daß die Spitzen der Flügel durch jeweils eine drehbar gelagerte messerartige Halterung senkrecht zur Flügelachse mit einer aus- und einfahrbaren stabförmigen Halterung, deren Achse parallel zu derjenigen der Flügel ist und ebenfalls unter dem zylinderförmigen Befestigungskörper der Flügel montiert wird, verbunden sind.A further embodiment of the invention - according to claim 4 - in that the tips of the wings are each rotatably mounted knife-like bracket perpendicular to the wing axis with an off and retractable rod-shaped bracket, the axis of which is parallel to that of the Wing is and also under the cylindrical fastening body Wing is mounted, are connected.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 5 angegeben; sie besteht darin, daß die Änderung der Flügeleinstellung durch Wind-Meßfühler gesteuert werden kann, die von den Flügeln so weit entfernt sind, daß die Verstellung des Flügels vor dem Eintreffen eines größeren Windstoßes eingeleitet werden kann.Another embodiment of the invention is specified in claim 5; she is that the change in wing setting by wind sensor can be controlled, which are so far away from the wings that the Adjustment of the wing before a large gust of wind arrives can be initiated.
Im folgenden wird zunächst eine Flügel-Anordnung, wie sie beispielsweise bei Windkraftanlagen eingesetzt werden könnte, beschrieben.The following is a wing arrangement, such as that shown in Wind turbines could be used.
Die Flügel sind an einem Holm befestigt, der in der Rotornabe bewegt werden kann, z. B. mittels einer mit dem Holm verbundenen Zahnstange, die von einer Spindel verschoben wird. Bei einer derartigen Konstruktion ist eine gleichzeitige Drehung dadurch möglich, daß die Zahnstange gewunden ist und in einer Vertiefung der Rotornabe gleitet.The blades are attached to a spar that can be moved in the rotor hub can, e.g. B. by means of a rack connected to the spar by a Spindle is moved. With such a construction is a simultaneous Rotation possible because the rack is wound and in a recess the rotor hub slides.
Weiterhin wird eine Flügel-Anordnung, wie sie beispielsweise beim Voith- Schneider-Propeller eingesetzt werden könnte, beschrieben. - Die Flügel beim Voith-Schneider-Propeller weisen i. a. eine ebene, ungeteilte, im wesentlichen spatenförmige, jedoch nicht gekrümmte Form auf.Furthermore, a wing arrangement, such as that used in the Voith Schneider propellers could be used. - The wings at Voith-Schneider propellers generally have a. a flat, undivided, essentially spade-shaped, but not curved shape.
Der an der Befestigung sitzende Teil wird erfindungsgemäß hohl - mit annähernd gleicher Wanddicke - gebaut, aus der flachen Höhlung kann ein Teil mit etwas geringeren Querschnittsabmessungen ausgefahren werden, so daß die ursprüngliche Antriebsfläche vergrößert wird. Das bewegliche Teil kann z. B. mittels einer elektrisch angetriebenen Spindel ausgefahren werden. Die Zuleitungen lassen sich durch bewegliche Drähte oder Schleifringe im Innern des zylinderförmigen Befestigungskörpers zuführen. - Zur Stabilisierung können die Mitten der Flügelspitzen durch flache Stege mit einem in gleichem Maße wie die Flügel ausfahrbaren stabförmigen Halterung, die sich im einfachsten Fall unter dem Mittelpunkt des zylinderförmigen Befestigungskörpers der Flügel befindet, verbunden werden. Vorteilhaft ist, daß sich die Längen-Verstellung im unbelasteten Zustand der Flügel vornehmen läßt, da sich die VSP jederzeit antriebslos schalten lassen.According to the invention, the part seated on the fastening becomes hollow with approximately the same wall thickness - built, part of the flat cavity can are extended with somewhat smaller cross-sectional dimensions, so that the original drive area is enlarged. The moving part can e.g. B. be extended by means of an electrically driven spindle. The Feed lines can be moved by moving wires or slip rings inside of the cylindrical fastening body. - For stabilization the middle of the wing tips by flat webs with an equal measure like the wing extendable rod-shaped bracket, which is the simplest Fall under the center of the cylindrical fastening body of the wing located. It is advantageous that the length adjustment in unloaded state of the wing can make, because the VSP at any time let it switch off.
Claims (5)
Priority Applications (1)
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Family Applications (1)
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