DE661014C - Wind turbine wing with auxiliary supports - Google Patents

Wind turbine wing with auxiliary supports

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DE661014C
DE661014C DESCH102161D DESC102161D DE661014C DE 661014 C DE661014 C DE 661014C DE SCH102161 D DESCH102161 D DE SCH102161D DE SC102161 D DESC102161 D DE SC102161D DE 661014 C DE661014 C DE 661014C
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    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/0608Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Description

Windradflügel mit Hilfsstützen Windradflügel für Schnelläufer werden verhältnismäßig sehr schmal und lassen sich deswegen bei der beträchtlichen Länge, die sie bei Windgroßkraftwerken haben müssen, insbesondere wenn sie auch noch zum Einstellen drehbar gemacht werden, nicht mit Sicherheit frei tragend ausbilden. Es ist deswegen vorgeschlagen worden, die Flügel für Schnellläufer mit Stützen zu versehen oder jeden Flügel -für Schnelläufer mit Stützen zu versehen oder jeden Flügel in ein Dreibein aufzulösen bzw. je drei Flügel zu einem Dreibein zu vereinigen und dieses gegebenenfalls noch durch Querstützen zu verstärken.Wind turbine blades with auxiliary supports can be used as wind turbine blades for high-speed runners relatively very narrow and can therefore, with the considerable length, which they must have in large wind power plants, especially if they are also used for Adjustments can be made rotatable, not designed to be cantilevered with certainty. It has therefore been proposed that the wings for high-speed runners be provided with supports or to provide each wing with supports for high-speed runners or each To dissolve wings into a tripod or to combine three wings into a tripod and if necessary to reinforce it with cross supports.

Selbst eine sorgfältige, für beste Ausnutzung der Luftströmung ausgebildete Formgebung ergibt aber bei einer derartigen Bauweise einen schlechten aerodynamischen Wirkungsgrad, da die rückwärtigen Flügelbeile und Stützen von Luftströmungen getroffen werden, die durch Abgabe von Arbeit an die vornliegenden Teile bereits abgelenkt und gestört sind. Um solche Störungen zu vermindern, wurde auch bereits vorgeschlagen, Stützen im Querschnitt stromlinienförmig auszubilden.Even a careful one trained to make the best use of the air flow With such a design, however, the shape results in poor aerodynamic properties Efficiency because the rear wing axes and supports are hit by air currents who are already distracted by giving work to the front parts and are disturbed. In order to reduce such disturbances, it has already been suggested that To design supports streamlined in cross-section.

Die Störungen der Luftströmung lassen sich auf ein Mindestmaß bringen, wenn man die Stützen derart anordnet, daß sie für die relative Luftbewegung bei der Nenndrehzahl des Windrades hintereinanderliegen und so einen Isleinstwert für den Widerstand bieten. Treten durch unvollkommene Formgebung oder durch die Oberfläche etwa noch Wirbel auf, so beschränken sich diese bei einer derartigen Anordnung doch auf einen möglichst kleinen Teil der Radfläche.The disturbances of the air flow can be reduced to a minimum, if the supports are arranged in such a way that they allow for relative air movement the nominal speed of the wind turbine are one behind the other and thus an isleinstwert for offer the resistance. Step through imperfect shape or through the surface if there are still eddies, these are limited with such an arrangement on as small a part of the wheel surface as possible.

In noch höherem Maße können Wirbelbildungen und Verluste durch die Stützen verhindert werden, wenn die Stützen durch geschlossene Flächen verbunden werden. Die Flächen liegen dann natürlich in der Richtung der relativen Luftbewegung, so daß sie diese nicht ablenken.To an even greater extent, vortex formation and losses can be caused by the Supports are prevented if the supports are connected by closed surfaces will. The surfaces then naturally lie in the direction of the relative air movement, so that they don't distract them.

Eine derartige Bauart abgestützter Flügel bringt aber noch wesentlich größere Vorteile als nur ein Mindestmaß an Verlusten: Hat das Windrad noch nicht die Geschwindigkeit erreicht, bei welcher die Flächen zwischen den Streben sich in der relativen Strömungsrichtung befinden, wirken diese Flächen mit als Antriebsflügel, und da ihr Winkel zur Radebene größer sein muß als der Arbeitsflügel, erleichtern sie das Anlaufen des Windrades. Besonders bei Schnelläufern kann dies sehr wesentlich sein, da diese nicht von selbst anlaufen und sich so in vielen Fällen besonders Amvurfmaschinen ersparen lassen.However, such a type of supported wing is still essential greater advantages than just a minimum of losses: the wind turbine does not yet have it reaches the speed at which the surfaces between the struts move are in the relative flow direction, these surfaces act as drive vanes, and since their angle to the wheel plane must be greater than the working wing, facilitate they start the wind turbine. This can be very important, especially with fast runners as these do not start by themselves and so in many cases are special Spare amvurf machines.

Ein weiterer großer Vorteil stellt sich ferner bei der Anordnung heraus, wenn die Gefahr des Durchgehens des Windrades besteht. Beginnt das Windrad, etwa weil die Last abgeschaltet wurde, schneller zu laufen, so daß das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit zur Windgeschwindigkeit ein höheres wird, so entspricht die Einstellung der Strebenfläche ebenfalls nicht mehr der relativen Luftströmungsrichtung. Aber diesmal wird die Fläche von der Rückseite her beaufschlagt, so daß sie bremsend wirkt, und zwar um so stärker, je mehr die Geschwindigkeit steigt.Another great advantage is also found in the arrangement, if there is a risk of the wind turbine running away. Starts the wind turbine, roughly because the load switched off was going to run faster, so that The ratio of the circumferential speed to the wind speed becomes higher, so the setting of the strut area no longer corresponds to the relative one Air flow direction. But this time the surface is exposed from the rear, so that it acts as a brake, and more so, the more the speed increases.

Diese Bauart eines derartigen Windradflügels ermöglicht also nicht nur eine außerordentlich gute und dabei verlustfreie Flügelbefestigung, sondern vereinigt auch noch ohne jedes bewegliche Glied eine Anlaufvorrichtung und eine Bremsvorrichtung gegen Durchgehen in sich.This type of construction of such a wind turbine blade does not allow only an extraordinarily good and loss-free wing attachment, but also combines a starting device and one without any movable link Braking device against going through in itself.

In den Abb. i bis q. ist z. B. eine Ausführungsform dargestellt. Die Abb.5 bis 8 zeigen Beispiele von Arbeits- und Leerlaufdiagrammen für Langsam- und Schnelläufer.In Figs. I to q. is z. B. shown an embodiment. the Figures 5 to 8 show examples of working and idling diagrams for slow and Fast runner.

Der Arbeitsflügel a eines Windrades wird durch zwei Stützen b und c in seiner Lage gehalten, so daß der Flügel nicht selbsttragend zu sein braucht (Abb. i und 2). Besonders wenn der Flügel a drehbar eingerichtet ist, ermöglicht eine breite Stützung eine leichte und doch feste Bauweise. Damit die Störung der Luftströmung- durch die Stützen auf ein Mindestmaß beschränkt wird, sind die beiden natürlich stromlinienförmigen Stützenb und c so angeordnet, daß sie während des normalen Laufes des Windrades für den Luftstrom genau hintereinanderliegen. Die Verbindungsebene der beiden Stützen b und c muß deswegen mit der Bewegungsrichtung d des Rades einen größeren Winkel a ieinschließen als der Flügel selbst, (3. Die genaue Einstellung hängt auch vom jeweiligen Flügelprofil, dessen Oberfläche und Widerstand ab.The working wing a of a wind turbine is supported by two supports b and c held in place so that the wing need not be self-supporting (Fig. I and 2). Especially when the wing a is set up to be rotatable, allows a broad support a light yet solid construction. So that the disruption of the Air flow- minimized by the supports are the two of course, streamlined supports b and c arranged so that they are during the normal run of the wind turbine for the air flow exactly one behind the other. the The connecting plane of the two supports b and c must therefore match the direction of movement d of the wheel enclose a larger angle than the wing itself, (3. Die exact setting also depends on the respective wing profile, its surface and Resistance.

In den Abb. 3 und q. sind die beiden Stützen durch eine Hülle miteinander verbunden und bilden so einen neuen Flügel e. Dieser Flügel e hat eine stärkere Neigung zur Radbewegungsrichtung als der Arbeitsflügel a und erleichtert deshalb das Anlaufen des Windrades. Bei kleiner Radgeschwindigkeit und beim Stillstand gibt der Flügel e zunächst ein größeres Drehmoment als der Arbeitsflügel a. Mit wachsender Radgeschwindigkeit übernimmt der Flügel a mehr und mehr die Arbeitsleistung. Schließlich scheidet der Flügel e bei der normalen Arbeitsgeschwindigkeit des Flügels a aus der Arbeitsleistung überhaupt als treibend aus, da seine Fläche sich dann vollständig in der Windrichtung bewegt.In Fig. 3 and q. the two supports are connected by a shell connected and thus form a new wing e. This wing e has a stronger one Inclination to the direction of wheel movement than the working wing a and therefore facilitates the start of the wind turbine. There is a low wheel speed and a standstill the wing e initially has a greater torque than the working wing a. With growing At wheel speed, the wing a takes over the work more and more. In the end the wing e is eliminated at the normal working speed of the wing a the work performance in general as a driving force, since its surface is then completely moved in the direction of the wind.

Steigt die Geschwindigkeit des Rades mit Bezug auf die Windgeschwindigkeit weiter, etwa weil die Arbeitsleistung ausfiel, so wirkt der Flügel e als Bremse, da er nunmehr von rückwärts beaufschlagt wird. Der Flügel e verhindert also das Durchgehen des Rades bis zur vollen Leerlaufgeschwindigkeit des Arbeitsflügels a.The speed of the wheel increases in relation to the wind speed further, for example because the work failed, the wing e acts as a brake, since it is now acted upon from the reverse. The wing e prevents that Going through the wheel to the full idle speed of the working wing a.

. Im allgemeinen ist die Gefahr einer allzu großen Geschwindigkeitssteigerung beim Durchgehen bei Langsamläufern geringer als bei Schnelläufern. Es hängt dies mit der Form des Flügelprofils zusammen, welche zweckmäßig dieselbe ist wie bei Flugzeugtragflächen. Bei solchen Profilen fällt der Nullwert des Anstellwinkels nicht mit dem Nullwert des Auftriebs zusammen, sondern der Nullwert des Auftriebs, also die neutrale Stellung des Flügels, liegt bei günstigem Flügelprofil bei einem negativen Anstellwinkel von etwa 9°. Man übersieht die Verhältnisse am einfachsten an zwei Beispielen.. In general there is a risk of an excessive increase in speed when walking through slow runners less than fast runners. It depends on this with the shape of the airfoil, which is conveniently the same as in Aircraft wings. With such profiles, the zero value of the angle of attack falls not together with the zero value of the buoyancy, but the zero value of the buoyancy, So the neutral position of the wing is with a favorable wing profile with one negative angle of attack of about 9 °. The easiest way to overlook the situation on two examples.

Stellt in der Abb. 5 Av die Windgeschwindigkeit dar und soll die Umfangsgeschwindigkeit des Rades Atc gleich der Windgeschwindigkeit werden (Langsamläufer), so stellt AB die resultierende Richtung der Windbewegung mit der Radbewegung dar, wenn Av' gleich 2/3 von Av beträgt, da bei Arbeitsleistung die Windgeschwindigkeit um 2/3 abgebremst werden soll. Bei dieser Abbremsung wird die jeweilige Höchstleistung dem Wind entzogen.If Av represents the wind speed in Fig. 5 and the circumferential speed of the wheel Atc is to be equal to the wind speed (slow runner), then AB represents the resulting direction of the wind movement with the wheel movement if Av 'is 2/3 of Av, da When working, the wind speed should be slowed down by 2/3. With this deceleration, the respective maximum power is withdrawn from the wind.

Die angeblasene Fläche des Flügels muß gegenüber der Richtung AB noch einen gewissen Anstellwinkel (etwa 5°) haben, um die Arbeit dem Wind in möglichst hohem Grad zu entziehen. Die Neigung des Flügels gegen die Windrichtung am Umfang würde somit 6i° betragen (Abb.6).The blown surface of the wing must have a certain angle of attack (about 5 °) in relation to the direction AB in order to withdraw the work from the wind to the highest possible degree. The inclination of the wing against the wind direction at the circumference would thus be 6i ° (Fig. 6).

Geht das Rad durch, d. h. wird keinerlei Arbeit geleistet (auch die Verlustarbeit soll vernachlässigbar klein sein), so wird das Rad so lange seine Geschwindigkeit erhöhen, bis der Flügel zur resultierenden Windrichtung neutral steht, d. h. bis er weder von der einen noch von der anderen Seite einen Auftrieb erfährt. Die Windgeschwindigkeit ist dabei in voller Größe einzusetzen, da sie nicht abgebremst werden soll. Wie das Diagramm zeigt . (Abb. 7), ergibt sich eine Leerlaufgeschwindigkeit uL vom 2,8fachen der ursprünglichen Radgeschwindigkeit. Wegen der Reibungsverluste wird die tatsächlich eintretende Geschwindigkeitserhöhung allerdings jenen Wert nicht voll erreichen.If the wheel goes through, i.e. no work is done (the loss work should also be negligibly small), the wheel will increase its speed until the wing is neutral to the resulting wind direction, i.e. until it is not affected by either one or the other Side experiences a boost. The wind speed is to be used in full because it should not be slowed down. As the diagram shows. (Fig. 7), the idling speed uL is 2.8 times the original wheel speed. However, because of the friction losses, the increase in speed that actually occurs will not fully reach that value.

Legt man dieselben Voraussetzungen bei einem Schnelläufer zugrunde, so ergibt sich, wie Abb. 8 zeigt, eine viel gefährlichere Umlaufzahl für ein Windrad, falls einmal die Last wegbleiben sollte. Hat das Rad bei seiner normalen Arbeitsleistung eine Umfangsgeschwindigkeit, die viermal so groß ist als die Windgeschwindigkeit, so beträgt der Winkel der Relativgeschwindigkeit gegen die Windrichtung 8o'/2°. Bei einem Anstellwinkel von i,5° und einer Auftriebsnullrichtung des Profils von --9° vergrößert sich ider Winkel für die Leerlaufresultierende auf über 9o°. Die Geschwindigkeit des Flügels müßte also unendlich groß werden, ehe die Richtung seiner neutralen Ebene mit der resultierenden Windrichtung zusammenfiel. Man hat also alle Ursache, Mittel vorzusehen, welche ein unbeschränktes Durchgehen wirksam verhindern.If the same assumptions are made for a fast runner, as Fig. 8 shows, this results in a much more dangerous number of revolutions for a wind turbine, in case the burden should stay away. Has the bike doing its normal work a peripheral speed that is four times as high as the wind speed, so the angle of the relative speed against the wind direction is 8o '/ 2 °. At an angle of attack of 1.5 ° and a zero direction of lift of the profile of -9 °, the angle for the idle resultant increases to over 9o °. The speed of the wing would have to become infinitely great before the direction of its neutral plane coincided with the resulting wind direction. So one has every reason to provide means which allow unrestricted passage effectively prevent.

Die Gefahr beim Durchgehen ist naturgemäß um so größer, da bei je größerer Windgeschwindigkeit dasselbe eintritt. Es ist doch dann die Spanne zwischen der schon vorhandenen Geschwindigkeit und der, bei welcher die Festigkeit des Rades noch standhält, um so kleiner. Aber gerade je größer die Windgeschwindigkeit ist, um so eher kann ein Ausfallen der Last bei Elektrowindkraftwerken eintreten. Die Windenergie steigt mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit, und überlastete elektrische Maschinen brennen manchmal durch und formen dann keine mechanische Energie mehr in elektrische um. Will man die elektrische Anlage gegen Überlastung sichern, so kann dies nur durch Abschalten geschehen. Dann fällt aber für das Windrad im kritischen Augenblick ebenfalls die Belastung weg.The danger of going through is naturally all the greater, since ever the same thing occurs at higher wind speeds. It's the range between the already existing speed and that at which the strength of the wheel still withstands, the smaller. But the greater the wind speed is, The more likely it is that the load in electric wind power plants will fail. the Wind energy increases with the third power of the wind speed, and overloaded electrical machines sometimes burn out and then do not form mechanical energy more in electrical order. If you want to protect the electrical system against overload, so this can only be done by switching off. But then it falls for the wind turbine critical moment also the burden away.

Vereinigt man zwei in der angegebenen Weise eingestellte Flügel, so daß einer in der Leerlaufrichtung des anderen liegt, so kann eine Geschwindigkeitssteigerung nur so weit stattfinden, bis die rückdrehenden Kräfte des Leerlaufflügels gleich den vorwärts drehenden des Arbeitsflügels werden. Mit übernormaler Geschwindigkeit steigen aber jene, und diese werden immer kleiner. Die sich einstellende Höchstgeschwindigkeit ist natürlich je nach dem Durchmesserverhältnis und der Arbeitsfähigkeit der beiden Flügel verschieden.If you combine two wings set in the manner indicated, so that one is in the idle direction of the other can increase the speed only take place until the reverse forces of the idle vane are equal the forward turning of the working wing. With above normal speed but those increase, and these are getting smaller and smaller. The set maximum speed is of course depending on the diameter ratio and the working capacity of the two Wings different.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: z. Windkraftmaschine mit waagerechter Achse, deren Flügel mit je zwei Hilfsstützen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstützen (b und c) für die relative Luftbewegung hintereinanderliegen. a. Windkraftmaschine nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstützen (b und c) zur Bildung eines Hilfsflügels durch eine geschlossene Fläche (e) miteinander verbunden sind.PATENT CLAIMS: e.g. A wind power machine with a horizontal axis, the blades of which are each provided with two auxiliary supports, characterized in that the auxiliary supports (b and c) lie one behind the other for the relative air movement. a. Wind power machine according to Claim r, characterized in that the auxiliary supports (b and c) are connected to one another by a closed surface (e) to form an auxiliary wing.
DESCH102161D 1933-09-09 1933-09-09 Wind turbine wing with auxiliary supports Expired DE661014C (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2480687A (en) * 1944-12-06 1949-08-30 Wincharger Corp Governor for wind-driven propellers
DE19856361C1 (en) * 1998-12-07 2000-07-06 Dietmar Hanfland Stabilizer for rotor blade with longitudinally running gap involves bracing of double blade root and additional surface on upper blade leg running from root to hole formation
DE102015102461A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Horst Löwe Wind turbine with days ahead of the rotor blades

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2480687A (en) * 1944-12-06 1949-08-30 Wincharger Corp Governor for wind-driven propellers
DE19856361C1 (en) * 1998-12-07 2000-07-06 Dietmar Hanfland Stabilizer for rotor blade with longitudinally running gap involves bracing of double blade root and additional surface on upper blade leg running from root to hole formation
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